【手続補正書】
【提出日】平成19年9月13日(2007.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、
前記複数の２次光源像から出射した光の第１偏光成分を偏光分離する偏光分離光学系と、
前記偏光分離光学系から出射した第１偏光成分を複数の色に分解して出射する色分解光学系と、
前記色分解光学系から出射された各色光毎に配置され、前記第１偏光成分を像情報に基づいて第２偏光成分に変調する複数の反射型ライトバルブと、
前記複数の反射型ライトバルブからそれぞれ出射した変調光を色合成して出射する色合成光学系と、
前記色合成光学系を出射した光から前記第２偏光成分を検光する検光光学系と、
前記複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記複数の反射型ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズと、
前記複数の２次光源像と前記複数の反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを有し、
前記偏光分離光学系と前記複数の反射型ライトバルブと前記検光光学系とは、前記フィールドレンズにより変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、
前記複数の２次光源像から出射した光の第１偏光成分を偏光分離する偏光分離光学系と、
前記第１偏光成分を像情報に基づいて第２偏光成分に変調する反射型ライトバルブと、
前記反射型ライトバルブから出射した光から前記第２偏光成分を検光する検光光学系と、
前記複数の２次光源像と前記反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを有し、
前記偏光分離光学系と前記反射型ライトバルブと前記検光光学系とは、前記フィールドレンズにより変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項２記載の投射型表示装置であって、
前記複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記複数の反射型ライトバルブに重畳させるコンデンサレンズを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、
前記反射型ライトバルブの像を投射する投射光学系と、
前記反射型ライトバルブから出射される反射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、
前記投射光学系のうちの前記反射型ライトバルブ側のレンズと、
前記フィールドレンズとにより、前記所定点と前記開口絞りの中央部とが共役な関係となることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、
前記反射型ライトバルブの像を投射する投射光学系と、
前記反射型ライトバルブから出射される反射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、
前記開口絞りにより定義される主光線は、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束が前記フィールドレンズによって平行光束となる位置において、前記反射型ライトバルブの中心を垂直に伸びる光軸に対して平行であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、
前記反射型ライトバルブは、前記フィールドレンズから空気換算長で略（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２の光路長（ただし、ｆ１は前記フィールドレンズの焦点距離、ｆ２はコンデンサレンズの焦点距離）の位置に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】
請求項１または請求項３に記載の投射型表示装置であって、
前記２次光源生成光学系は、フライアイインテグレータを含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
請求項７記載の投射型表示装置であって、
前記フライアイインテグレータは、
複数の第１レンズ成分を平面的に配列した第１レンズ板と、
前記第1レンズ板に相対して設けられ、前記複数の第１レンズ成分の焦点位置にそれぞれ配置された複数の第２レンズ成分を有し、前記複数の第２レンズ成分に前記複数の2次光源像が生成される第２のレンズ板とを含み、
前記第２レンズ板は前記コンデンサレンズの機能を兼用することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項９】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、
前記２次光源生成光学系は、ロッドインテグレータとリレーレンズとを含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１０】
請求項１または請求項３に記載の投射型表示装置であって、
前記フィールドレンズの機能と前記コンデンサレンズの機能とは、１つの兼用光学系により兼用されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、
像情報に基づいて、前記複数の２次光源像から出射した光を変調して射出するライトバルブと、
前記複数の２次光源像と前記ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記ライトバルブ全面に重畳させるコンデンサレンズの機能と、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズの機能とを兼用する兼用光学
系とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１２】
光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、
前記複数の２次光源像から出射した光を偏光分離する偏光分離光学系と、
前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分解光学系と、
前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射する第２色分解光学系と、
前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像情報に応じて変調する第１反射型ライトバルブと、
前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブと、
前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像情報に応じて変調する第３反射型ライトバルブと、
前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して出射する検光光学系と、
前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第１色合成光学系と、
前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する投射型表示装置であって、
前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射した光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、
前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用される前記偏光ビームスプリッタを含み、
前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記第１乃至第３反射型ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズと、
前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを更に有し、
前記検光光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブと、前記第１色合成光学系と、前記第２色合成光学系とは、前記フィールドレンズによって変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の投射型表示装置であって、
前記フィールドレンズの機能と前記コンデンサレンズの機能とは、１つの兼用光学系により兼用されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】
光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、
前記複数の２次光源像から出射した光を偏光分離する偏光分離光学系と、
前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分解光学系と、
前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射する第２色分解光学系と、
前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像情報に応じて変調する第１反射型ライトバルブと、
前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブと、
前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像情報に応じて変調する第３反射型ライトバルブと、
前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して出射する検光光学系と、
前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第１色合成光学系と、
前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する投射型表示装置であって、
前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射された光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、
前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用される前記偏光ビームスプリッタを含み、
前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射された光束を前記第１乃至第３反射型ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズと、
前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを更に有し、
前記波長依存偏光変換装置は、前記フィールドレンズによって変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１５】
光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、
前記複数の２次光源像からの光を偏光分離する偏光分離光学系と、
前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分解光学系と、
前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射する第２色分解光学系と、
前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像情報に基づいて変調する第１反射型ライトバルブと、
前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像情報に基づいて変調する第２反射型ライトバルブと、
前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像情報に基づいて変調する第３反射型ライトバルブと、
前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して出射する検光光学系と、
前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第１色合成光学系と、
前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した光とを色合成し
て出射する第２色合成光学系とを有する投射型表示装置であって、
前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射した光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、
前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用される前記偏光ビームスプリッタを含み、
前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射された光束を前記第１乃至第３ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズの機能と、
前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズの機能とを有する兼用光学系を更に有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１６】
光源の発する光の少なくとも１部分を１つの平行光束に変換する平行光束変換光学系と、
前記平行光束変換光学系の出射した光を、偏光分離及び色分解して出射する偏光分離色分解光学系と、
前記偏光分離色分解光学系から出射された各色光毎に配置され、像情報に基づいて偏光成分を変調する複数の反射型ライトバルブと、
前記複数の反射型ライトバルブからそれぞれ出射した変調光を、色合成及び検光して出射する色合成検光光学系とを有し、
前記偏光分離色分解光学系の偏光分離部と前記複数の反射型ライトバルブと前記色合成検光光学系の検光部とは、前記平行光束変換光学系により変換された平行光束中に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ライトバルブに入射した光を変調
して射出する投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の投射型表示装置として、例えば特許２５０５７５
８号公報に記載のフルカラー型の投射型表示装置が知られている。
また、投射型表示装置のライトバルブの照明装置としてフ
ライアイインテグレータを用いたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投射型表示装置に単に
フライアイインテグレータを適用しただけであると、ライトバルブへの
均一照明は達成できるが、スクリーン上への投射像において、コントラ
ストの低減や、ムラが発生する問題があった。また、従来の装置は設計
の自由度が低く装置が大型化するといった問題点があった。
本発明は、従来の装置と比較して、投射像のコントラスト
の向上させ、ムラを低減した投射型表示装置を提供することを目的とす
る。また、本発明の別な目的は、従来の装置と比較して設計の自由度の
高く小型の装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するために請求項１の
投射型表示装置は、光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像から出射した光の第１偏光成分を偏光分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した第１偏光成分を複数の色に分解して出射する色分解光学系と、前記色分解光学系から出射された各色光毎に配置され、前記第１偏光成分を像情報に基づいて第２偏光成分に変調する複数の反射型ライトバルブと、前記複数の反射型ライトバルブからそれぞれ出射した変調光を色合成して出射する色合成光学系と、前記色合成光学系を出射した光から前記第２偏光成分を検光する検光光学系と、前記複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記複数の反射型ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズと、前記複数の２次光源像と前記複数の反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを有し、前記偏光分離光学系と前記複数の反射型ライトバルブと前記検光光学系とは、前記フィールドレンズにより変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載の投射型表示装置は、光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像から出射した光の第１偏光成分を偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１偏光成分を像情報に基づいて第２偏光成分に変調する反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブから出射した光から前記第２偏光成分を検光する検光光学系と、前記複数の２次光源像と前記反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを有し、前記偏光分離光学系と前記反射型ライトバルブと前記検光光学系とは、前記フィールドレンズにより変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の投射型表示装置は、請求項２記載の投射型表示装置であって、前記複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記複数の反射型ライトバルブに重畳させるコンデンサレンズを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の投射型表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、前記反射型ライトバルブの像を投射する投射光学系と、前記反射型ライトバルブから出射される反射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記投射光学系のうちの前記反射型ライトバルブ側のレンズと、前記フィールドレンズとにより、前記所定点と前記開口絞りの中央部とが共役な関係となることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の投射型表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、前記反射型ライトバルブの像を投射する投射光学系と、前記反射型ライトバルブから出射される反射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記開口絞りにより定義される主光線は、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束が前記フィールドレンズによって平行光束となる位置において、前記反射型ライトバルブの中心を垂直に伸びる光軸に対して平行であることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の投射型表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、前記反射型ライトバルブは、前記フィールドレンズから空気換算長で略（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２の光路長（ただし、ｆ１は前記フィールドレンズの焦点距離、ｆ２はコンデンサレンズの焦点距離）の位置に配置されることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の投射型表示装置は、請求項１または請求項３に記載の投射型表示装置であって、前記２次光源生成光学系は、フライアイインテグレータを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項８に記載の投射型表示装置は、請求項７記載の投射型表示装置であって、前記フライアイインテグレータは、複数の第１レンズ成分を平面的に配列した第１レンズ板と、前記第1レンズ板に相対して設けられ、前記複数の第１レンズ成分の焦点位置にそれぞれ配置された複数の第２レンズ成分を有し、前記複数の第２レンズ成分に前記複数の2次光源像が生成される第２のレンズ板とを含み、前記第２レンズ板は前記コンデンサレンズの機能を兼用することを特徴とする。
【００１２】
請求項９に記載の投射型表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置であって、前記２次光源生成光学系は、ロッドインテグレータとリレーレンズとを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項１０に記載の投射型表示装置は、請求項１または請求項３に記載の投射型表示装置であって、前記フィールドレンズの機能と前記コンデンサレンズの機能とは、１つの兼用光学系により兼用されることを特徴とする。
【００１４】
請求項１１に記載の投射型表示装置は、光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、像情報に基づいて、前記複数の２次光源像から出射した光を変調して射出するライトバルブと、前記複数の２次光源像と前記ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記ライトバルブ全面に重畳させるコンデンサレンズの機能と、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズの機能とを兼用する兼用光学系とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１２に記載の投射型表示装置は、光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像から出射した光を偏光分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分解光学系と、前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射する第２色分解光学系と、前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像情報に応じて変調する第１反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像情報に応じて変調する第３反射型ライトバルブと、前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して出射する検光光学系と、前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第１色合成光学系と、前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する投射型表示装置であって、前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射した光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用される前記偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前記第１乃至第３反射型ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズと、前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを更に有し、前記検光光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブと、前記第１色合成光学系と、前記第２色合成光学系とは、前記フィールドレンズによって変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１３に記載の投射型表示装置は、請求項１２記載の投射型表示装置であって、前記フィールドレンズの機能と前記コンデンサレンズの機能とは、１つの兼用光学系により兼用されることを特徴とする。
【００１７】
請求項１４に記載の投射型表示装置は、光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像から出射した光を偏光分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分解光学系と、前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射する第２色分解光学系と、前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像情報に応じて変調する第１反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像情報に応じて変調する第３反射型ライトバルブと、前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して出射する検光光学系と、前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第１色合成光学系と、前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する投射型表示装置であって、前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射された光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用される前記偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射された光束を前記第１乃至第３反射型ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズと、前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズとを更に有し、前記波長依存偏光変換装置は、前記フィールドレンズによって変換された前記平行光束中に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１５に記載の投射型表示装置は、光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像からの光を偏光分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分解光学系と、前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射する第２色分解光学系と、前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像情報に基づいて変調する第１反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像情報に基づいて変調する第２反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像情報に基づいて変調する第３反射型ライトバルブと、前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して出射する検光光学系と、前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第１色合成光学系と、前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する投射型表示装置であって、前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射した光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用される前記偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライトバルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射された光束を前記第１乃至第３ライトバルブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズの機能と、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズの機能とを有する兼用光学系を更に有することを特徴とする投射型表示装置。
【００１９】
請求項１６に記載の投射型表示装置は、光源の発する光の少なくとも１部分を１つの平行光束に変換する平行光束変換光学系と、前記平行光束変換光学系の出射した光を、偏光分離及び色分解して出射する偏光分離色分解光学系と、前記偏光分離色分解光学系から出射された各色光毎に配置され、像情報に基づいて偏光成分を変調する複数の反射型ライトバルブと、前記複数の反射型ライトバルブからそれぞれ出射した変調光を、色合成及び検光して出射する色合成検光光学系とを有し、前記偏光分離色分解光学系の偏光分離部と前記複数の反射型ライトバルブと前記色合成検光光学系の検光部とは、前記平行光束変換光学系により変換された平行光束中に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１および図２は本発明の第１の実施の形態を示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置における光線図を示している。まず、投射型表示装置の基本構成から説明する。
本明細書の投射型表示装置のシステムの光軸は、後述する反射型ライトバルブの中心から垂直に伸びる軸と定義する。尚、上記光軸がミラー等の光学部材により折り曲げられている場合は、その折り曲げられた軸も光軸と定義する。以下、特に断りの無い場合は、光軸とはシステムの光軸のことを示すものとする。
【００２１】
初めに照明光学系について説明する。本実施形態では照明光学系のインテグレータとしていわゆるフライアイインテグレータを採用する。
照明光学系は、光源２０１とフライアイインテグレータ２０２、２０３とコンデンサレンズ２０４とフィールドレンズ２０５とから構成される。光源２０１はランプと凹面鏡とから構成される。凹面鏡は放物面鏡である。放物面鏡を使用したのは射出光が略平行光束になるからである。もちろん他の凹面鏡、例えば楕円鏡と整形レンズを使用し
て略平行光束を形成してもよい。
【００２２】
光源２０１から出射した略平行光束光源光は、フライアイインテグレータ２０２、２０３に入射する。フライアイインテグレータ２０２、２０３は、第１レンズ板２０２と第２レンズ板２０３とから構成される。第１レンズ板２０２には、複数のレンズ２０２ａが平面的に配列されている。第２レンズ板２０３には、複数のレンズ２０３ａが平面的に配置されている。第２レンズ板２０３のレンズ２０３ａはそれぞれ、対応する第１レンズ板２０２のレンズ２０２ａの焦点位置に配置されている。
【００２３】
上述の構成において、凹面鏡から出射された略平行光束は第１レンズ板２０２の複数のレンズ２０２ａの開口によって分割される。そして図１に示されるように、第１レンズ板２０２の複数のレンズ２０２ａを出射した光は、それぞれ対応する第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａに集光する。即ち、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａのそれぞれに、２次光源像が生成される。
【００２４】
コンデンサレンズ２０４は、第２レンズ板２０３の射出面近傍に配置されている。図２に示されるように、コンデンサレンズ２０４は第２レンズ板２０３の２次光源像から出射される照明光束を集光させる機能を有する。また、コンデンサレンズ２０４は、フライアイインテグレータ２０２、２０３によって生成された２次光源像のそれぞれから出射した光束を、被照明体である反射型ライトバルブ２０８のそれぞれの全面に重畳させて照射する機能を有する。
【００２５】
第１レンズ板２０２ａと反射型ライトバルブ２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの共役な関係は、第２レンズ板２０３のレンズ２０３ａ、コンデンサレンズ２０４、及びフィールドレンズ２０５によって実現されている。よって、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａに入射した光が反射型ライトバルブ２０８に重畳して照明される。従って
、反射型ライトバルブ２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの均一照明が実現される。
【００２６】
図１、図２に示されるように、フィールドレンズ２０５は、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａに生成された各２次光源像から出射した光束（Ｌ１，Ｌ２等）を平行光束に変換する。第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａのうち中央のレンズは、後述する投射レンズ２０９中の開口絞り２０９ｃの中央部と共役な位置に配置されている。この共役関係は、コンデンサレンズ２０４、フィールドレンズ２０５、前群レンズ２０９ａによって実現されており、主にフィールドレンズ２０５、前群レンズ２０９ａによって実現されている。
【００２７】
次に、偏光分離、色分解、色合成、検光を行う光学系について説明する。フィールドレンズ２０５を出射した光は偏光ビームスプリッタ２０６に入射され、透過して進行するＰ偏光と反射して廃棄されるＳ偏光とに偏光分離される。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ２０６を透過したＰ偏光は、色分解合成複合プリズムのプリズム２０７Ａの面２０７ａに入射される。色分解合成複合プリズムは、プリズム２０７Ａ、プリズム２０７Ｂならびにプリズム２０７Ｃとから構成される。なお、プリズム２０７Ａとプリズム２０７Ｂとは空隙を有して配置される。プリズム２０７Ｂとプリズム２０７Ｃとは、プリズム２０７の２０７ｅ面に形成されたＲ光反射ダイクロイック膜とプリズム２０７Ｃとを接着剤にて接合することにより一体化されている。
【００２９】
プリズム２０７Ａに入射した光はそのまま進行し、面２０７ｂに形成されたＢ光反射ダイクロイック膜によってＢ光とＲ、Ｇ光の混合光とに色分解される。Ｂ光反射ダイクロイック膜はＢ光を反射し、Ｒ光とＧ光とを透過する特性を有している。
Ｂ光は面２０７ｂによって反射して進行し、面２０７ａによって全反射作用を受けてさらに進行し、プリズム２０７Ａの面２０７ｃから射出される。そして、Ｂ光は、射出面２０７ｃ近傍に配置された反射型ライトバルブ２０８Ｂに入射する。
【００３０】
プリズム２０７Ａを出射したＲ、Ｇ光の混合光は、プリズム２０７Ｂに入射する。そしてＲ、Ｇ光の混合光はプリズム２０７Ｂ中を進行し、面２０７ｅに形成されたＲ光反射ダイクロイック膜によってＲ光とＧ光とに色分解される。Ｒ光反射ダイクロイック膜はＲ光を反射してＧ光を透過する特性を有する。
その後、Ｒ光はプリズム２０７Ｂ中を進行し、面２０７ｄによって全反射を受けてさらに進行し、面２０７ｆから射出される。そしてＲ光は、射出面２０７ｆ近傍に配置された反射型ライトバルブ２０８Ｒに入射する。
【００３１】
プリズム２０７Ｂを出射したＧ光は、プリズム２０７Ｃに入射する。そしてＧ光は、プリズム２０７Ｃを進行し、面２０７ｇから射出される。そしてＧ光は、射出面２０７ｇ近傍に配置された反射型ライトバルブ２０８Ｇに入射する。
【００３２】
ここで、反射型ライトバルブ２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂにの機能を説明する。これらの反射型ライトバルブ２０８は電気書き込み式反射型ライトバルブである。電気書き込み式反射型ライトバルブは、所定の場所の液晶層を波長板層としての機能を与えることができる機能を有している。即ち、反射型ライトバルブ２０８は、入射する直線偏光（例えばＰ偏光）に対して、各色の画像信号によって選択された箇所に係る偏光の振動方向を階調レベルに応じて偏光変換して反射射出させる。例えば、反射型ライトバルブ２０８は、階調レベルが最低である非選択箇所の入射光をそのままの偏光（Ｐ偏光）にて反射射出させる。また、反射型ライトバルブ２０８は、階調レベルが最高である選択箇所の入射光を、偏光の振動方向を９０度回転させて（Ｓ偏光に変換して）反射射出させる。そして反射型ライトバルブ２０８は、階調レベルが中間調である選択箇所の入射光を、偏光の振動方向を階調レベルに合わせて回転した楕円偏光として反射射出させる。
【００３３】
反射型ライトバルブ２０８を出射した光は、入射光軸と同じ光軸で入射方向とは逆行して進行し、色分解合成複合プリズムを逆行して進行することにより色合成が達成される。そして色合成光がプリズム２０７Ａの面２０７ａから射出される。
【００３４】
上述したように、複合プリズムから射出された合成光は変調光（Ｓ偏光）と非変調光（Ｐ偏光）の混合光である。当該光は偏光ビームスプリタ２０６に入射され、偏光分離部２０６ｐによって変調光（Ｓ偏光）のみが反射光として検光される。尚、非変調光に相当するＰ偏光は偏光ビームスプリッタ２０６を透過して光源２０１方向に不要光として廃棄される。
【００３５】
検光された光は投射レンズ２０９に入射され、スクリーン２１０上にフルカラー像として投射される。以上が、第１の実施形態に係る投射型表示装置の基本構成である。
ここから、第１の実施形態に係る、投射レンズ２０９の開口絞り２０９ｃによって定義される主光線について説明する。まず、投射レンズ２０９の構造について説明する。投射レンズ２０９は前群レンズ２０９ａと後群レンズ２０９ｂと開口絞り２０９ｃとを有している。前群レンズ２０９ａは、開口絞り２０９ｃより前側（反射型ライトバルブ２０８側）に配置されている。後群レンズ２０９ｂは、開口絞り２０９ｃより後側（スクリーン側）に配置されている。
【００３６】
さらに、開口絞り２０９ｃは前群レンズ２０９ａの焦点距離の位置に配置されている。いわゆる前側（反射型ライトバルブ２０８側）にテレセントリックな光学系を構成している。ここで、開口絞り２０９ｃの中心を通過する光線として主光線を定義する。この定義による主光線は無限本あるが、そのうちの２本（Ｌ１，Ｌ２）を図１の実線として図示する。
【００３７】
図示のとおり、投射レンズ２０９の開口絞り２０９ｃの中心を通過する光線（主光線）Ｌ１，Ｌ２は進行方向（スクリーン方向）に対して逆行して考えることができる。前述したように前群レンズ２０９ａと開口絞り２０９ｃとによりテレセントリックな光学系を構成しているので、前群レンズ２０９ａと偏光ビームスプリッタ２０６の間において、主光線Ｌ１，Ｌ２は光軸に対して平行な光線となることが理解できる。
【００３８】
さらに、主光線Ｌ１，Ｌ２について光路を逆行して考えると、偏光ビームスプリッタ２０６と色分解合成複合プリズム（プリズム２０７Ａ、プリズム２０７Ｂ、プリズム２０７Ｃ）と、反射型ライトバルブ２０８Ｂ、２０８Ｒ、２０８Ｇ間の光路において、主光線Ｌ１，Ｌ２は光軸に対して平行を保っている。
【００３９】
さらに、各反射型ライトバルブ２０８Ｂ、２０８Ｒ、２０８Ｇと、色分解合成複合プリズム（プリズム２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ）と、偏光ビームスプリッタリッタ２０６と、フィールドレンズ２０５に至るまでは、同様に主光線Ｌ１，Ｌ２が光軸に平行である。
さらにフィールドレンズ２０５から主光線Ｌ１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、コンデンサレンズ２０４を経て、フライアイインテグテータを構成する第２レンズ板２０３の略中央部に配置された光軸上のレンズ２０３ａの位置において、主光線Ｌ１，Ｌ２が交わる。
【００４０】
さらに第２レンズ板２０３から主光線Ｌ１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、主光線Ｌ１，Ｌ２は、交差して広がり、対応する第１レンズ板２０２のレンズ２０２ａの端部に交わる。更に逆行すると、主光線Ｌ１，Ｌ２は、平行光として、光源２０１にぶつかる。
以上の説明から、フィールドレンズ２０５の射出面から前群レンズ２０９ａの入射面までの光路においてテレセントリックな関係が維持されていることが理解される。
なお、図１においては、主光線Ｌ１，Ｌ２の他に、開口絞り２０９ｃの両端部を通過する光線についても示されている。この光線については、図１から理解できるように、第２レンズ板２０３の両端のレンズ２０３ａの中央にて交差して進行する光線と一致する。
【００４１】
図２は、本発明の第１の実施形態の投射型表示装置における主光線と開口数とを説明するための光線図である。図２に記載の光線図は、前述の主光線Ｌ１，Ｌ２と、開口数（ＮＡ）を定義する光線Ｍ１，Ｍ２（破線にて記載）を示している。
上述したように主光線Ｌ１，Ｌ２は、各反射型ライトバルブ２０８Ｇ，２０８Ｒ，２０８Ｂとフィールドレンズ２０５の間では光軸に平行であり、レンズ２０３ａにて交わる。従ってフィールドレンズ２０５の焦点距離をｆ１とすると、第２レンズ板２０３の主点はフィールドレンズ２０５の略焦点位置（フィールドレンズ２０５から略ｆ１の距離）に配置される。この配置には、コンデンサレンズ２０４の光軸近傍を主光線Ｌ１，Ｌ２が通過することが考慮されている。
【００４２】
次に、反射型ライトバルブ２０８Ｇの光軸の位置から定義される開口数（ＮＡ）を定義する光線（破線にて図示されたＭ１，Ｍ２）について説明する。光線Ｍ１，Ｍ２は、所定開口数（ＮＡ）の広がり角を有して進行し、偏光ビームスプリッタ２０６を経て、当該開口数を有して投射レンズ２０９に入射し、スクリーン２１０の光軸位置に集光
結像される。
【００４３】
一方、光源２０１から見た光線Ｍ１，Ｍ２の説明は、以下のとおりとなる。すなわち、結果から言えば、フライアイインテグレータを構成する第２レンズ板２０３の両端のレンズ２０３ａの中央を光軸に平行にそれぞれ進行する光線は、光線Ｍ１，Ｍ２と一致することとなる。したがって、第２レンズ板２０３の両端のレンズ２０３ａの中央を光軸に平行にそれぞれ進行する光線は、コンデンサレンズ２０４を射出して、当該レンズのパワーによって集光光線となり、さらに、フィールドレンズ２０５を経て、前記の開口数（ＮＡ）を有して進行し、反射型ライトバルブ２０８Ｇの光軸上に集光する。この説明から、反射型ライトバルブ２０８Ｇの反射面は、フィールドレンズ２０５の焦点距離の位置に配置されず、焦点位置より手前の位置に配置されることが理解される。
即ち、フィールドレンズ２０５の主点と第２レンズ板２０３の主点との間の光路長は、反射型ライトバルブ２０８の反射面とフィールドレンズ２０５の主点との間の光路長よりも長くなることが理解できる。
【００４４】
上記の説明を定量的に述べると、フィールドレンズ２０５の焦点距離を上記のようにｆ１、コンデンサレンズ２０４の焦点距離をｆ２（ｆ２＞ｆ１）とすると、コンデンサレンズ２０４は第２レンズ板２０３に近接配置されるので、フィールドレンズ２０５の主点と第2レンズ板２０３の主点との距離は略ｆ１である。
光源側から第２レンズ板２０３に光軸に平行に入射した光線Ｍ１，Ｍ２は、コンデンサレンズ２０４とフィールドレンズ２０５によって、反射型ライトバルブ２０８上の光軸上の位置に集光される。
【００４５】
上述の関係となるような、フィールドレンズ２０５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面との距離は、２枚の薄肉レンズによる近軸追跡の式から容易に求められ、（空気換算長）（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。即ち、反射型ライトバルブ２０８の反射面はフィールドレンズ２０５の焦点距離の位置より空気換算長でｆ１（ｆ１／ｆ２）だけ手前に配置されることになる。
尚、空気換算長とは光学的距離のことであり、実際の寸法のことではない。以上の配置により、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａに生成された複数の２次光源像のいずれを出射した光であっても、反射型ライトバルブ２０８を均一に重畳照明することになる。
【００４６】
このように本実施の形態においては、偏光ビームスプリッタ２０６、色分解合成プリズムを構成する各プリズム２０７、各色用反射型ライトバルブ２０８が投射レンズ２０９の開口絞り２０９ｃによって定義される主光線Ｌ１，Ｌ２が光軸に平行な位置（テレセントリックな位置）に配置される。
【００４７】
上述の構成により、フィールドレンズ２０５から前群レンズ２０９ａに至る光路において、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａに生成される２次光源像から出射される光束は平行光束となる。当然主光線Ｌ１，Ｌ２も、フィールドレンズ２０５から前群レンズ２０９ａに至る光路において、平行光束となる。よって、当該光路中に配置される偏光ビームスプリッタ２０６の偏光分離部２０６ｐ、色分解合成プリズム中のダイクロイック膜、各反射型ライトバルブの変調層のそれぞれに対しての主光線の入射角度は一定となる。
【００４８】
主光線はその明るさにおいて、投射画像に最も大きな影響を有する。そのため、本実施形態の装置は、偏光分離部２０６ｐ、色分解合成プリズム中のダイクロイック膜、各反射型ライトバルブ２０８の変調層が、入射角度によって異なる特性を有しているにも拘わらず、特性変化を最小限にすることができた。そのため、本実施形態の装置は、従来の装置と比較して、投射像におけるコントラストの劣化、およびに発生するムラ（色ムラ）の低減を実現した。
【００４９】
また、上述の構成により、フィールドレンズ２０５から前群レンズ２０９ａに至る光路において、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａの中央のレンズに生成される２次光源像から出射される平行光束（主光線）は光軸に対して平行である。そのため、前群レンズ２０９ａによる反射型ライトバルブ２０８の像倍率は変化しない。即ち、反射型ライトバルブ２０８の取り付け位置が光軸方向に多少ずれても、スクリーン２１０に投射される像のサイズは変化しない。そのため、各反射型ライトバルブ２０８が光軸方向に厳密に取り付けられていなくても、画素ずれなどが発生しない。よって、製造コストが削減されるという効果がある。
【００５０】
更に、フィールドレンズ２０５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面との距離は、空気換算長で（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。そのため、反射型ライトバルブ２０８上のどの点も、複数の２次光源像の各光源像によって重畳照明される。
【００５１】
本実施の形態においては、使用したフライアイインテグレータ２０２、２０３は第１レンズ板２０２と第２レンズ板２０３と分離された分離型のフライアイインテグレータ２０２、２０３を使用した。その代わりに、第１レンズ板２０２と第２レンズ板２０３との機能を１１つで兼用した一体型のフライアイインテグレータを使用することもできる。その際には、フィールドレンズ２０５の略焦点距離の位置には一体型のフライアイインテグレータの射出面側の主点を配置すればよい。換言すれば、フライアイインテグレータが分離型であっても一体型であっても、フライアインテグレータの射出面側（第２レンズ板２０３）の主点がフィールドレンズ２０５の略焦点距離の位置に配置すればよいことになる。
【００５２】
（第２の実施の形態）図３、図４は本発明の第２の実施の形態を示す投射型表示装置の基本構成と当該装置の光線図である。
本実施形態の装置では、レンズ１０４がコンデンサレンズならびにフィールドレンズのそれぞれの機能を併せ持つことにより、テレセントリック性が確保される。
光源１０１、複数のレンズ１０２ａからなる第１レンズ板１０２、複数のレンズ１０３ａからなる第２レンズ板１０３は、第１の実施の形態における光源２０１、第１レンズ板２０２、第２レンズ板２０３と同様であり、その構造、機能についての詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施形態では、第２レンズ板１０３の射出面近傍にはコンデンサレンズは配置されない。第２レンズ板１０３を出射した光は、偏光ビームスプリッタ１０６の入射面の近傍位置に配置されたレンズ１０４に入射される。そしてレンズ１０４を出射した光が偏光ビームスプリッタ１０６に入射する。偏光ビームスプリッタ１０６は、Ｐ偏光を透
過しＳ偏光を反射することにより、入射する光を偏光分離する。Ｓ偏光は不要光として廃棄される。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ１０６、プリズム１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃ、反射型ライトバルブ１０８Ｂ、１０８Ｒ、１０８Ｇ、投射レンズ１０９については、第１の実施形態における偏光ビームスプリッタ２０６、プリズム２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ、反射型ライトバルブ２０８Ｂ、２０８Ｒ、２０８Ｇ、投射レンズ２０９と同様であり、その構造並びに機能についての説明は省略する。
【００５５】
投射レンズ１０９の開口絞り１０９ｃは、反射型ライトバルブ１０８側（前側）の前群レンズ１０９ａの焦点位置に配置されている。よって開口絞り１０９ｃと前群レンズ１０９ａとにより、前群レンズ１０９ａの前側にテレセントリックな光学系が構成されている。そのため、開口絞り１０９ｃの中心を通過する光線として定義される主光線
Ｌ３，Ｌ４は、反射型ライトバルブ１０８側（前側）においては光軸に対して平行な光線となっている。
【００５６】
レンズ１０４は図３から理解できるように、コンデンサレンズの機能とフィールドレンズの機能とを兼用している。コンデンサレンズの機能は２つある。1つ目のコンデンサレンズの機能は、第２レンズ板１０３に生成される２次光源像から出射される光束を集光させる機能である。2つ目のコンデンサレンズの機能は、フライアイインテグレータ１０２、１０３によって生成された２次光源像のそれぞれから出射した光束を、被照明体である反射型ライトバルブ１０８のそれぞれの全面に重畳させて照射する機能である。
フィールドレンズの機能とは、第２レンズ板１０３の複数のレンズ１０３ａの各々のレンズに生成される２次光源像から出射した光束（Ｌ３，Ｌ４等）を平行光束に変換する機能である。
【００５７】
ところで、第２レンズ板１０３の複数のレンズ１０３ａのうち中央のレンズは、投射レンズ１０９中の開口絞り１０９ｃの中央部と共役な位置に配置されている。この共役関係は、レンズ１０４及び前群レンズ１０９ａによって実現されている。
従って上記の光線Ｌ３，Ｌ４は、開口絞り１０９ｃによって定義される主光線に一致する。よって、レンズ１０４は、レンズ１０４から前群レンズ１０９ａに至る光路において、主光線Ｌ３，Ｌ４が光軸に平行になることを担保する機能があるといえる。
【００５８】
図３に示されるように、主光線Ｌ３，Ｌ４は、投射レンズ１０９からレンズ１０４に至る光路において、光軸と平行である。さらにレンズ１０４から主光線Ｌ３，Ｌ４の光路を逆行して考えると、フライアイインテグテータを構成する第２レンズ板１０３の略中央部に配置された光軸上のレンズ１０３ａの位置において、主光線Ｌ３，Ｌ４が交
わる。
【００５９】
さらに第２レンズ板１０３から主光線Ｌ３，Ｌ４の光路を逆行して考えると、主光線Ｌ３，Ｌ４は、交差して広がり、対応する第１レンズ板１０２のレンズ１０２ａの端部に交わる。更に逆行すると、主光線Ｌ３，Ｌ４は、平行光として、光源１０１へぶつかる。
なお、第１の実施形態と同様に、投射レンズ１０９の開口絞り１０９ｃの端部を通過する光線として定義される光線についても、第２レンズ板１０３の両端部のレンズ１０３ａの中央部にて交差する光線となる。
【００６０】
図４において、主光線Ｌ３，Ｌ４と、開口数（ＮＡ）を有する光線（破線にてＭ３、Ｍ４として図示）を示す。まずレンズ１０４の主点と第２レンズ板１０３の主点との距離について考える。
【００６１】
主光線Ｌ３，Ｌ４は反射型ライトバルブから複合プリズム、偏光ビームスプリッタ１０６を経由してレンズ１０４までは光軸に平行であり、第２レンズ板１０３の光軸上のレンズ１０３ａに集光交差する。即ち、レンズ１０４の一方の焦点の位置に第２レンズ板１０３の主点が配置されている。そして、レンズ１０４の主点と第２レンズ板１０
３の主点とは略ｆ３の距離だけ離れている。
【００６２】
次にレンズ１０４の主点と反射型ライトバルブ１０８の反射面との距離を考える。第２レンズ板１０３の両端部のレンズ１０３ａの中央部に光軸に平行に入射した光線Ｍ３，Ｍ４は、光軸に対して平行に進行し、レンズ１０４のパワーによって折り曲げられ、反射型ライトバルブ１０８Ｂ、１０８Ｒ、１０８Ｇの光軸上の点に集光される。即ち
、各色反射型ライトバルブ１０８の反射面は、レンズ１０４の他方の焦点位置に配置されている。そしてレンズ１０４の主点と反射型ライトバルブ１０８の反射面との距離は略ｆ３である。
【００６３】
本実施形態の装置は、第１の実施形態の装置と比較して設計の自由度が大きい。そのため、本実施形態の装置は、第１の実施形態の装置と比べて光源１０１から反射型ライトバルブ１０８までの距離を短縮した設計にすることが可能となる。その理由について、以下に説明する。
【００６４】
第１の実施形態の装置の場合、コンデンサレンズ２０４は第２レンズ板２０３近傍に配置される。なぜならば、コンデンサレンズ２０４と第２レンズ板２０３との距離が離れば離れるほど光源２０１からの照明光束は発散するので、コンデンサレンズ２０４の直径を大きくしなければならない。そのために、コンデンサレンズ２０４は第２レンズ板２０３近傍に配置されることになる。よって、第１の実施形態で説明した通り、第２レンズ板２０３の主点とフィールドレンズ２０５の主点との距離はｆ１となる。またフィールドレンズ２０５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面との距離は略ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２となる。
【００６５】
従って第２レンズ板２０３の主点から反射型ライトバルブ２０８の反射面までの距離は、以下の式１のごとくなる。
ｆ１＋ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２＝２ｆ１−ｆ１2／ｆ２・・・（式１）
一方、本実施形態の装置は、レンズ１０４の主点と第２レンズ板１０３の主点との距離はｆ３である。また、レンズ１０４の主点と反射型ライトバルブ１０８の反射面との距離もｆ３である。
【００６６】
従って、第２レンズ板１０３の主点から反射型ライトバルブ１０８の反射面までの距離は、以下の式２の如くなる。
２ｆ３・・・（式２）
このため、本実施形態の装置は、レンズ１０４の主点が反射型ライトバルブ１０８の反射面に近ければ近いほど、第２レンズ板１０３の主点と反射型ライトバルブ１０８の反射面との距離が短い小型の装置となる。
上述の条件であって、以下の式３を満たせば、本実施形態の装置は第１実施形態の装置よりも、第２レンズ板と反射型ライトバルブとの距離が短い小型の装置となる。
２ｆ１−ｆ１2／ｆ２  ≧  ２ｆ３・・・（式３）
本実施形態の装置と第１実施形態の装置との投射レンズを、同一な開口数のレンズと仮定して、条件をそろえて第２実施形態の装置と第１実施形態の装置との寸法を比較することにする。一般的に、照明の効率の観点から、投射レンズの開口数と照明光学系の開口数は同じと考えて、上記仮定により図２と図４の開口数ＮＡは同じ考えることにする。
開口数ＮＡが同じであるとすると、本実施形態のレンズ１０４の主点と反射型ライトバルブ１０８の反射面との光路長を、第１の実施形態のフィールドレンズ２０５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面と間の光路長とが同じであると考えることができる。
この場合は、以下の式４を満たす。
ｆ３＝ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２  ・・・（式４）
式１、式２及び式４とから、第１の実施形態の第２レンズ板２０３から反射型ライトバルブ２０８までの距離と本実施形態の第２レンズ板１０３から反射型ライトバルブ１０８との距離の差を求めると、以下の式６の如くなる。
（式１）−（式２）
＝２ｆ１−ｆ１2／ｆ２−２ｆ３
＝２ｆ１−ｆ１2／ｆ２−２ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２
＝ｆ１2／ｆ２＞０・・・（式５）
従って、投射レンズの開口数が同じ場合、式５により、本実施形態の装置の方が第１実施形態の装置よりも第２レンズ板の主点と反射型ライトバルブの反射面との距離が短い小型の装置とすることが可能であることが理解される。
【００６７】
本実施形態においては、使用したフライアイインテグレータ１０２，１０３は第１レンズ板１０２と第２レンズ板１０３と分離された分離型のフライアイインテグレータ１０２，１０３を使用した。その代わりに、第１レンズ板１０２と第２レンズ板１０３との機能を１つで兼用した一体型のフライアイインテグレータを使用することもできる
。その際には、レンズ１０４の略焦点距離の位置には一体型のフライアイインテグレータの射出面側の主点を配置すればよい。換言すれば、フライアイインテグレータが分離型であっても一体型であっても。フライアインテグレータの射出面側の（第２レンズ板１０３）の主点が、フィールドレンズの機能を兼用するレンズ１０４の略焦点距離の位置に配置すればよいことになる。
【００６８】
（第３の実施の形態）図５、図６に第３の実施の形態を示す投射型表示装置の構成図ならびに光線図を示す。図６は、図２と同様に投射レンズ２０９の開口絞りの中心を通過する光線として定義される主光線のうちの２本（Ｌ１，Ｌ２）と、反射型ライトバルブ２０８の光軸から開口数（ＮＡ）を定義する光線（Ｍ１，Ｍ２）を示したものである。
第１の実施の形態と異なるのはフライアインテグレータならびにコンデンサレンズである。それ以外の構成部材については第１の実施の形態と同様であるので同じ部番を記載し、その構成ならびに機能の詳細説明は省略する。
【００６９】
第１の実施形態ではフライアイインテグレータ射出面近傍にコンデンサレンズ２０４を配置した構成であった。それに対し、本実施形態ではコンデンサレンズ２０４は配置されない。その代わりに、第２レンズ板２０３’が、第１の実施形態の第２レンズ板２０３の機能とコンデンサレンズ２０４の機能との両方の機能を有する構成とした。す
なわち、レンズ板２０３’を構成する複数のレンズ２０３ａ’は全て異なる形状であり、レンズ板２０３’全体が焦点距離ｆ２（パワーとして１／ｆ２）を有するレンズとして機能する。そして、第１レンズ板２０２の各レンズ２０２ａ上の点を反射型ライトバルブ２０８上の共役点にフィールドレンズ２０５を経て重畳結像させる。そのために、コンデンサレンズを別途配置することなく、フライアイインテグレータのみで、各反射型ライトバルブ２０８への重畳照明が担保される。
【００７０】
開口絞り２０９ｃは前群レンズ２０９ａの焦点距離の位置に配置されている。いわゆる前側（反射型ライトバルブ２０８側）にテレセントリックな光学系を構成している。ここで、開口絞り２０９ｃの中心を通過する光線として主光線を定義する。この定義による主光線は無限本あるが、そのうちの２本（Ｌ１，Ｌ２）を図５の実線として図示する。
【００７１】
図示のとおり、投射レンズ２０９の開口絞り２０９ｃの中心を通過する光線（主光線）Ｌ１，Ｌ２は進行方向（スクリーン方向）に対して逆行して考えることができる。前述したように前群レンズ２０９ａと開口絞り２０９ｃとによりテレセントリックな光学系を構成しているので、前群レンズ２０９ａとフィールドレンズ２０５との間の光路において、主光線Ｌ１，Ｌ２は光軸に対して平行を保っている。
【００７２】
さらにフィールドレンズ２０５から主光線Ｌ１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、フライアイインテグテータを構成する第２レンズ板２０３’の略中央部に配置された光軸上のレンズ２０３’ａの位置において、主光線Ｌ１，Ｌ２が交わる。
さらに第２レンズ板２０３’から主光線Ｌ１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、主光線Ｌ１，Ｌ２は、交差して広がり、対応する第１レンズ板２０２のレンズ２０２ａの端部に交わる。更に逆行すると、主光線Ｌ１，Ｌ２は、平行光として、光源２０１のランプに到達する。
【００７３】
以上の説明から、フィールドレンズ２０５の射出面から前群レンズ２０９ａの入射面までの光路においてテレセントリックな関係が維持されていることが理解される。
尚、図５においては、主光線Ｌ１，Ｌ２の他に、開口絞り２０９ｃの両端部を通過する光線についても示されている。この光線については、図５から理解できるように、第２レンズ板２０３’の両端のレンズ２０３’ａの中央にて交差して進行する光線と一致する。
尚、第１の実施形態の場合と同様に考えて、フィールドレンズ２０５の主点と第２レンズ板２０３’の主点との距離は、フィールドレンズ２０５の焦点距離ｆ１だけ離れている。また、フィールドレンズ２０５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面との距離は、空気換算長で（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。
【００７４】
尚、上記第１乃至第３実施形態においては、偏光ビームスプリッタによって偏光分離された偏光のうちのＰ偏光を色分解して反射型ライトバルブに入射する構成を採用した。その代わりに、Ｓ偏光を使用し、Ｐ偏光を廃棄する構成を採用することもできる。
また、上記第１乃至第３実施形態においては、色分解合成光学系としてプリズム部材を使用することにしたが、ダイクロイックミラーを使用する構成の色分解合成光学系を採用することもできる。ダイクロイックミラーにおいてもダイクロイック膜は同様に入射角度によってその特性が変化するので、本実施形態の構成とすることにより同様な
効果が得られる。
【００７５】
（第４の実施の形態）図７は本発明の第４の実施の形態を示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置における光線図を示している。まず、投射型表示装置の基本構成から説明する。
【００７６】
初めに照明光学系について説明する。本実施形態では照明光学系のインテグレータとしていわゆるフライアイインテグレータを採用する。
照明光学系は、光源３０１とフライアイインテグレータ３０２、３０３と、偏光変換装置３１０とコンデンサレンズ３０４とフィールドレンズ３０５とから構成される。
光源３０１はランプと凹面鏡とから構成される。凹面鏡は放物面鏡である。放物面鏡を使用したのは射出光を略平行光束にするためである。光源３０１から出射した略平行光束は、フライアイインテグレータ３０２，３０３に入射する。
【００７７】
フライアイインテグレータ３０２，３０３は、第１レンズ板３０２と、第２レンズ板３０３とから構成される。第１レンズ板３０２は、複数のレンズ３０２ａが平面的に配列されている。第２レンズ板３０３は、複数のレンズ３０３ａが平面的に配置されている。第２レンズ板３０３のレンズ３０３ａはそれぞれ、対応する第１レンズ板３０２
のレンズ３０２ａの焦点位置に配置されている。
【００７８】
上述の構成において、凹面鏡から出射された略平行光束は第１レンズ板３０２の複数のレンズ３０２ａの開口によって分割される。そして、第１レンズ板３０２の複数のレンズ３０２ａを出射した光は、第２レンズ板３０３の対応する複数のレンズ３０３ａに集光する。即ち、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａのそれぞれに、２次光源像が生成される。
【００７９】
偏光変換装置３１０は、第２レンズ板３０３から出射した光を単一偏光に変換して出射する装置である。本実施形態の偏光変換装置３１０はＰ偏光を出射する。偏光変換装置３１０の構成について、以下に簡単に説明する。
偏光変換装置３１０は、複数の小型偏光ビームスプリッタと、複数の１／２波長板により構成されている。複数の小型偏光ビームスプリッタは、各々の偏光分離面が平行になるように接着されている。そして、複数の小型偏光ビームスプリッタの射出面側であって、小型偏光ビームスプリッタの１つおきに１／２波長板が配置されている。従って、偏光変換装置３１０は、Ｐ偏光をそのまま透過し、Ｓ偏光を１／２波長板によりＰ偏光に変換する。従って、偏光変換装置３１０を出射する光は全てＰ偏光となる。
【００８０】
コンデンサレンズ３０４は、偏光変換装置３１０の射出面近傍に配置されている。コンデンサレンズ３０４は偏光変換装置３１０を介して第２レンズ板３０３に生成される２次光源像から出射される照明光束を集光させる機能を有する。また、コンデンサレンズ３０４は、フライアイインテグレータ３０２、３０３によって生成された２次光源像のそれぞれから出射された光束を、被照明体である反射型ライトバルブ３０８のそれぞれの全面に重畳させて照射する機能を有する。
【００８１】
第１レンズ板３０２ａと反射型ライトバルブ３０８Ｒ、３０８Ｇ、３０８Ｂの共役な関係は、第２レンズ板３０３のレンズ３０３ａ、コンデンサレンズ３０４、及びフィールドレンズ３０５によって実現されている。よって、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａに入射した光が反射型ライトバルブ３０８に重畳して照明される。従って、反射型ライトバルブ３０８Ｒ、３０８Ｇ、３０８Ｂの均一照明が実現される。
【００８２】
図７に示されるように、フィールドレンズ３０５は、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａに生成された各２次光源像から出射した光束（Ｌ５，Ｌ６等）を平行光束に変換する。第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａのうち中央のレンズは、投射レンズ３０９中の開口絞り３０９ｃの中央部と共役な位置に配置されている。この共役関係は、コンデンサレンズ３０４、フィールドレンズ３０５、及び前群レンズ３０９ａによって実現されており、主にフィールドレンズ３０５、前群レンズ３０９ａによって実現されている。
【００８３】
図７に示されるように、フィールドレンズ３０５は、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａの各々のレンズに生成される各輝点から出射した光束（Ｌ５，Ｌ６等）を平行光束に変換して、偏光ビームスプリッタ３０６側に出射する。
次に色分解光学系について説明する。フィールドレンズ３０５を出射した単一偏光は、波長選択性位相板３１１ＡによってＧ光のみＳ偏光に変換される。波長選択性位相板３１１Ａは、Ｒ光の偏光方向とＢ光の偏光方向とを変えない。波長選択性位相板３１１は例えば米国特許5,751,384号に開示の公知の素子である。
【００８４】
波長選択性位相板３１１Ａを出射した光は、偏光ビームスプリッタ３０６に入射する。偏光ビームスプリッタ３０６の偏光分離面３０６ｐは、Ｐ偏光であるＢ光とＲ光とを透過し、偏光ビームスプリッタ３１３側へ出射する。そして、偏光ビームスプリッタ３０６の偏光分離面３０６pは、Ｓ偏光であるＧ光を反射し、偏光ビームスプリッタ３１２へ出射する。上記から理解されるように、波長選択性位相板３１１Ａと偏光ビームスプリッタ３０６との組み合わせにより、第1色分解光学系が構成される。
【００８５】
上述のＧ光はＳ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ３１２の偏光分離面３１２ｐにより反射され、反射型ライトバルブ３０８Ｇへ出射される。一方、Ｒ光とＢ光との混合光は、波長選択性位相板３１１ＢによってＢ光のみＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ３１３へ出射される。
【００８６】
波長選択性位相板３１１Ｂ通過後のＲ光は、Ｐ偏光である。そのため、Ｒ光は、偏光ビームスプリッタ３１３の偏光分離面３１３ｐを透過し、反射型ライトバルブ３０８Ｒへ出射される。一方Ｂ光はＳ偏光であるため、偏光ビームスプリッタ３１３の偏光分離面３１３ｐを反射し、反射型ライトバルブ３０８Ｂへ出射される。
上記から理解されるように、波長選択性位相板３１１Ｂと偏光ビームスプリッタ３１３との組み合わせにより、第２色分解光学系が構成される。反射型ライトバルブ３０８Ｒ，３０８Ｇ，３０８Ｂについては、第１実施形態の反射型ライトバルブ２０８Ｒ，２０８Ｇ，２０８Ｂと機能が同じであるので説明を省略する。
【００８７】
次に色合成光学系について説明する。反射型ライトバルブ３０８Ｒを出射した光のうちＳ偏光のみが、偏光ビームスプリッタ３１３の偏光分離面３１３ｐを反射する。即ち、Ｓ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッタ３１３により検光される。
反射型ライトバルブ３０８Ｂを出射した光のうちＰ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッタ３１３の偏光分離面３１３ｐを通過する。即ち、Ｐ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッタ３１３により検光される。
検光されたＲ光及びＢ光はともに偏光ビームスプリッタ３１３を出射する。以上の説明により、偏光ビームスプリッタ３１３が第１色合成光学系を構成していることが理解される。
【００８８】
偏光ビームスプリッタ３１３を出射したＲ光及びＢ光は波長選択性位相板３１１Ｃにより、Ｒ光のみＰ偏光に変換される。よって、波長選択性位相板３１１Ｃを出射したＲ光とＢ光とは、ともにＰ偏光となっている。
Ｒ光とＢ光は共にＰ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ３１４の偏光分離面３１４ｐを透過して、投射レンズ３０９に出射される。反射型ライトバルブ３０８Ｇを出射した光のうちＰ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッタ３１２の偏光分離面３１２ｐを通過する。即ち、Ｐ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッタ３１２により検光される。偏光ビームスプリッタ３１２を出射したＰ偏光のＧ光は、１／２波長板３１５によりＳ偏光に変換される。
【００８９】
Ｇ光はＳ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ３１４の偏光分離面３１４ｐを反射して、投射レンズ３０９に出射される。以上説明したように、偏光ビームスプリッタ３１４からＲ光、Ｇ光、Ｂ光の合成光が出射される。従って、波長選択性位相板３１１Ｃと偏光ビームスプリッタ３１４と１／２波長板３１５との組み合わせにより第２色合成光学系が構成されていることが理解される。
【００９０】
投射レンズ３０９は、偏光ビームスプリッタ３１４から出射した光をスクリーン３１７に投射する。即ち投射レンズ３０９は、反射型ライトバルブ３０８Ｒ，３０８Ｇ，３０８Ｂの像をスクリーン３１７に投影する。
【００９１】
投射レンズ３０９の構成は第１実施形態の投射レンズ２０９と同様であるので、その説明を省略する。投射レンズ３０９の開口絞り３０９ｃは前群レンズ３０９ａの焦点距離の位置に配置されている。いわゆる前側（反射型ライトバルブ３０８側）にテレセントリックな光学系を構成している。ここで、開口絞り３０９ｃの中心を通過する光線として主光線を定義する。この定義による主光線は無限本あるが、そのうちの２本（Ｌ５，Ｌ６）を図７の実線として図示する。
【００９２】
前述したように前群レンズ３０９ａと開口絞り３０９ｃとによりテレセントリックな光学系を構成しているので、前群レンズ３０９ａとフィールドレンズ３０５に挟まれる光学系において、主光線Ｌ５，Ｌ６は光軸に対して平行な光線となることが理解できる。
【００９３】
上述の構成により、フィールドレンズ３０５から前群レンズ３０９ａに至る光路において、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａに生成される２次光源像から出射される光束は平行光束となる。当然主光線Ｌ５，Ｌ６も、フィールドレンズ３０５から前群レンズ３０９ａに至る光路において、平行光束となる。よって当該光路中に配置される偏光ビームスプリッタ３０６，３１２，３１３，３１４の偏光分離部３０６ｐ，３１２ｐ，３１３ｐ，３１４ｐ、各反射型ライトバルブ３０８の変調層、波長選択性位相板３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、１／２波長板３１５のそれぞれに対しての主光線の入射角度は一定となる。
【００９４】
主光線はその明るさにおいて、投射画像に最も大きな影響を有する。そのため、本実施形態の装置は、偏光分離部３０６ｐ，３１２ｐ，３１３ｐ，３１４ｐ、各反射型ライトバルブ３０８の変調層が入射角度によって異なる特性を有しているにも拘わらず、特性変化を最小限にすることができた。そのため、本実施形態の装置は、従来の装置と比較して、投射像におけるコントラストの劣化、およびに発生するムラ（色ムラ）の低減を実現した。
【００９５】
また、波長選択性位相板３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、１／２波長板３１５も偏光分離部３０６ｐ，３１２ｐ，３１３ｐ，３１４ｐ、や各反射型ライトバルブ３０８の変調層程ではないが、入射角度によって異なる特性を有している。そのため、本実施形態の装置は、波長選択性位相板３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、１／２波長板３１５が入射角度によって異なる特性を有しているにも拘わらず、特性変化を最小限にすることができた。
また、上述の構成により、フィールドレンズ３０５から前群レンズ３０９ａに至る光路において、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａの中央のレンズに生成される２次光源像から出射される平行光束（主光線）は光軸に対して平行である。そのため、前群レンズ３０９ａによる反射型ライトバルブ３０８の像倍率は変化しない。即ち、反射型ライトバルブ３０８の取り付け位置が光軸方向に多少ずれても、スクリーン３１７に投射される像のサイズは変化しない。そのため、各反射型ライトバルブ３０８が光軸方向に厳密に取り付けられていなくても、画素ずれなどが発生しない。よって、製造コストが削減されるという効果がある。
【００９６】
尚、フィールドレンズ３０５の焦点距離をｆ１、コンデンサレンズ３０４の焦点距離をｆ２（ｆ２＞ｆ１）とすると、コンデンサレンズ３０４は第２レンズ板３０３に近接配置されるので、フィールドレンズ３０５の主点とコンデンサレンズ３０４の主点との距離は略ｆ１である。
【００９７】
光線Ｍ５，Ｍ６は開口絞り３０９ｃによって決定される開口数（ＮＡ）を示す。光源側から第２レンズ板３０３に光軸に平行に入射した光線Ｍ５，Ｍ６は、距離ｆ１を隔てたコンデンサレンズ３０４とフィールドレンズ３０５によって、反射型ライトバルブ３０８の光軸上の位置に集光される。
【００９８】
上述の関係となるような、フィールドレンズ３０５と反射型ライトバルブ３０８との距離は、２枚の薄肉レンズによる近軸追跡の式から容易に求められ、（空気換算長）（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。即ち、反射型ライトバルブ３０８の反射面はフィールドレンズ３０５の焦点距離の位置より空気換算長でｆ１（ｆ１／ｆ２）だけ手前に配置されることになる。
【００９９】
以上の配置により、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａのそれぞれに形成された２次光源像を出射した光が、反射型ライトバルブ３０８を均一に重畳照明する。
尚、本実施形態では、波長選択性位相板３１１Ａと偏光ビームスプリッタ３０６とにより、Ｇ光と、Ｒ，Ｂ光の混合光とを分離することにしたが、本発明はそれに限られることはない。波長選択性位相板３１１Ａを別な特性のものと置きかえることにより、Ｒ光のみ（又はＢ光のみ）を分離することも可能である。その場合は、波長選択性位相板３１１Ｂの特性もまた別な特性にすることにより、Ｇ光とＢ光（又はＲ光）とを分離すれば良い。
なお、第３の実施形態にて示したように、第２レンズ板３０３全体としてパワーを有するレンズ板とすれば、コンデンサレンズ３０４を別途用意しなくてもよい。
【０１００】
（第５の実施の形態）図８は第５の実施の形態の装置を示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置における光線図を示している。本実施形態の装置が第４の実施の形態の装置と異なる点は、コンデンサレンズとフィールドレンズとの機能を兼用したレンズ４０４を搭載している点である。
【０１０１】
光源４０１、第１レンズ板４０２、第２レンズ板４０３、偏光変換装置４１０は、第４の実施形態の光源３０１、第１レンズ板３０２、第２レンズ板３０３、偏光変換装置３１０と同じ構成であり、その構造、機能についての詳細な説明は省略する。
本実施形態の装置では、第２の実施例同様にレンズ４０４がコンデンサレンズならびにフィールドレンズのそれぞれの機能を併せ持つことにより、テレセントリック性が確保される。
【０１０２】
コンデンサレンズの機能は２つある。1つ目のコンデンサレンズの機能は、第２レンズ板４０３に生成される２次光源像を出射した光であって、偏光変換装置４１０を介して出射された照明光束を集光させる機能である。2つ目のコンデンサレンズの機能は、フライアイインテグレータ４０２、４０３によって生成された２次光源像のそれぞれから出射された光束を、被照明体である反射型ライトバルブ４０８のそれぞれの全面に重畳させて照射する機能である。
【０１０３】
フィールドレンズの機能とは、第２レンズ板４０３の複数のレンズ４０３ａの各々のレンズに生成された２次光源像から出射した光束（Ｌ７，Ｌ８等）を平行光束に変換する機能である。
【０１０４】
ところで、第２レンズ板４０３の複数のレンズ４０３ａのうち中央のレンズは、投射レンズ４０９中の開口絞り４０９ｃの中央部と共役な位置に配置されている。従って上記の光線Ｌ７，Ｌ８は、開口絞り４０９ｃによって定義される主光線に一致する。よって、レンズ４０４は、レンズ４０４と各色用反射型ライトバルブ４０８Ｂ、４０８Ｒ、４０８Ｇとの間の光路において、主光線が光軸に平行になることを担保する機能があるといえる。
波長選択性位相板４１１Ａ，４１１Ｂ，４１１Ｃ、偏光ビームスプリッタ４０６，４１２，４１３，４１４、反射型ライトバルブ４０８Ｒ，４０８Ｇ，４０８Ｂ、１／２波長板４１５、投射レンズ４０９は、第４の実施形態の波長選択性位相板３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃ、偏光ビームスプリッタ３０６，３１２，３１３，３１４、反射型ライトバルブ３０８Ｒ，３０８Ｇ，３０８Ｂ、１／２波長板３１５、投射レンズ３０９と同じ構成であり、その構造、機能についての詳細な説明は省略する。
【０１０５】
（第６の実施形態）図９は第６の実施形態の装置を示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置における光線図を示している。
【０１０６】
本実施形態は、色分解光学系及び色合成光学系を省略した、モノクロの投射型表示装置である。初めに照明光学系について説明する。本実施形態では、今までの実施形態と異なり、照明光学系としていわゆるロッドインテグレータを採用する。
【０１０７】
照明光学系は、光源５０１と、ロッドインテグレータ５２０と、リレーレンズ５２１と、コンデンサレンズ５０４と、フィールドレンズ５０５とから構成される。
光源５０１はランプと、楕円鏡の凹面鏡から構成されている。ランプは楕円鏡の当該楕円鏡に近い第１焦点の位置に配置している。そして、ロッドインテグレータ５２０の入射面の位置は、前記楕円鏡の遠方の第２焦点の位置に合致している。
【０１０８】
そのため、図９に示されるように光源５０１から射出された光はロッドインテグレータ５２０の入射面５２０ａのほぼ中央部に集光されて入射される。ロッドインテグレータ５２０の入射面５２０ａと射出面５２０ｂとは、光軸に対して垂直に形成されている。入射面５２０ａ及び射出面５２０ｂの断面形状は、被照明体たる反射型ライトバルブ５０８の比例縮小形状である。通常反射型ライトバルブ５０８は長方形形状である。そのためロッドインテグレータ５２０の垂直断面形状は、反射型ライトバルブ５０８を比例縮小した長方形形状とする。なお、インテグレータ５２０は透明光学部材例えば透明ガラス部材や溶融石英硝子部材にて形成される。
【０１０９】
ロッドインテグレータ５２０に入射した光は、ロッドインテグレータ５２０内部にて全反射を繰り返し行って伝搬して射出面５２０ｂに達し、射出面５２０ｂから射出される。ここで、射出面５２０ｂは均一面光源を構成する。言い換えると、射出面５２０ｂからは、ロッドインテグレータ５２０の内面反射によって入射面５２０ａの位置に形成される複数の光源の虚像ａ、ａ’、ａ”からの光が重畳的に出射される。
【０１１０】
光源５０１からの光が集光することにより、ロッドインテグレータ５２０の入射面５２０ａの略中央に光源の虚像として点光源像ａが形成される。光源像ａから出射した光線のうち射出面５２０ｂの端部に向かって進行する光線をＬ９、Ｌ１０として示す。また、光源の虚像ａから射出した光線のうち一度ロッドインテグレータ５２０の内面にて全反射してから射出面５２０ｂの端部に向かって進行する２光線をＬ１１、Ｌ１２とする。
ロッドインテグレータ５２０が光軸方向にもっと長い場合は内面による全反射作用は、一回以上の場合もあるが、本実施形態では１回のみの全反射を発生する長さにロッドインテクレータ５２０が形成されているとする。
【０１１１】
図９に示されるように、入射面５２０ａの延長面上に複数の光源の虚像ａ、ａ’、ａ”があると考えることができる。虚像ａを出射した光線としてＬ９、Ｌ１０を考えることができる。虚像ａ’を出射した光線としてＬ９’、Ｌ１２を考えることができる。Ｌ９’は、Ｌ９がロッドインテグレータ５２０端部で反射した光線を示す。虚像ａ”を出射した光線としてＬ１０’、Ｌ１１を考えることができる。Ｌ１０’は、Ｌ１０がロッドインテグレータ５２０端部で反射した光線を示す。
【０１１２】
図９より明らかなように、複数の光源の虚像ａ、ａ’、ａ”からの光が射出面５２０ｂから重畳的に出射される。そのため、射出面５２０ｂに、均一な面光源が形成されると言える。
【０１１３】
尚、ロッドインテグレータ５２０が光軸方向に長ければ長いほど、全反射の回数が増えるので複数の光源の虚像は多くなる。リレーレンズ５２１は、ロッドインテグレータ５２０の射出面５２０ｂから出射した光に基づいて、2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”を形成する。2次光源像ｂは虚像ａが結像した像である。2次光源像ｂ’は虚像ａ’が結像した像である。2次光源像ｂ”は虚像ａ”が結像した像である。
【０１１４】
本実施形態の2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”は、図１に示される第１の実施形態の第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａのそれぞれに形成される２次光源像に対応する。2次光源像ｂの位置は開口絞り５０９ｃの中央部と共役な位置である。この共役関係は、コンデンサレンズ５０４、フィールドレンズ５０５、前群レンズ５０９ａによって実現されており、主にフィールドレンズ５０５、前群レンズ５０９ａによって実現されている。よって、2次光源像ｂから出射される光線Ｌ９，Ｌ１０は主光線である。
【０１１５】
コンデンサレンズ５０４は、2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”の近傍に配置されている。コンデンサレンズ５０４は、２次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”のそれぞれから出射された光を反射型ライトバルブ５０８の全面に重畳照明させる。コンデンサレンズ５０４の機能は、第１の実施形態のコンデンサレンズ２０４と機能が同じであるので、その詳細な説明は省略する。
【０１１６】
フィールドレンズ５０５は２次光源像ｂから出射した光束（Ｌ９、Ｌ１０）、２次光源像ｂ’から出射した光束（Ｌ９’Ｌ１２）、２次光源像ｂ”から出射した光束（Ｌ１０’、Ｌ１１）をそれぞれ平行光束に変換する。
フィールドレンズ５０５を出射した光は、偏光ビームスプリッタ５０６の偏光分離部５０６ｐによりＰ偏光とＳ偏光とに偏光分離される。Ｓ偏光は、偏光分離部５０６ｐを反射して反射型ライトバルブ５０８へ出射される。反射型ライトバルブ５０８を出射した光は偏光分離部５０６ｐにより検光されて、投射レンズ５０９へ出射される。
【０１１７】
尚、反射型ライトバルブ５０８、投射レンズ５０９（前群レンズ５０９ａ，後群レンズ５０９ｂ，開口絞り５０９ｃ）、スクリーン５１７は、第１の実施形態の反射型ライトバルブ２０８、投射レンズ２０９（前群レンズ２０９ａ，後群レンズ２０９ｂ，開口絞り２０９ｃ）、スクリーン２１０と機能及び構成が同じであるので、説明を省略する。
【０１１８】
上述の構成により、フィールドレンズ５０５から前群レンズ５０９ａに至る光路において、２次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”から出射される光束は平行光束となる。当然主光線Ｌ９，Ｌ１０も、フィールドレンズ５０５から前群レンズ５０９ａに至る光路において、平行光束となる。よって、当該光路中に配置される偏光ビームスプリッタ５０６の偏光分離部５０６ｐ、反射型ライトバルブ５０８の変調層のそれぞれに対しての主光線の入射角度は一定となる。
【０１１９】
主光線はその明るさにおいて、投射画像に最も大きな影響を有する。そのため、本実施形態の装置は、偏光分離部５０６ｐ、反射型ライトバルブ５０８の変調層が、入射角度によって異なる特性を有しているにも拘わらず、特性変化を最小限にすることができた。そのため、本実施形態の装置は、従来の装置と比較して、投射像におけるコントラストの劣化、およびに発生するムラの低減を実現した。
【０１２０】
更に、フィールドレンズ５０５の焦点距離をｆ１、コンデンサレンズ５０４の焦点距離をｆ２（ｆ２＞ｆ１）とすると、フィールドレンズ５０５の主点と反射型ライトバルブ５０８の反射面との距離は、空気換算長で（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。
尚、第６実施形態の照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を第１実施形態の照明装置（光源２０１、フライアイインテグレータ２０２，２０３）の代わりに用いても良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像ｂ，ｂ’，ｂ”，が生成される面が、第１実施形態の第２レンズ板２０３の２次光源像が生成される面に一致するように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。
【０１２１】
また、第６実施形態の照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を第２実施形態の照明装置（光源１０１、フライアイインテグレータ１０２，１０３）の代わりに用いても良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第２実施形態の第２レンズ板１０３の２次光源像が生成される面に一致するように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。
【０１２２】
また、第６実施形態の照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を第３実施形態の照明装置（光源２０１、フライアイインテグレータ２０２，２０３’）の代わりに用いても良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第３実施形態の第２レンズ板２０３’の２次光源像が生成される面に一致するように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。
【０１２３】
また、第６実施形態の照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を第４実施形態の照明装置（光源３０１、フライアイインテグレータ３０２，３０３）の代わりに用いても良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第４実施形態の第２レンズ板３０３の２次光源像が生成される面に一致するように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。
【０１２４】
また、第６実施形態の照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を第５実施形態の照明装置（光源４０１、フライアイインテグレータ４０２，４０３）の代わりに用いても良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第５実施形態の第２レンズ板４０３の２次光源像が生成される面に一致するように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。
【０１２５】
（第７の実施の形態）図１０は第７の実施の形態の装置を示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置における光線図を示している。
【０１２６】
本実施形態は、色分解光学系及び色合成光学系を省略した、モノクロの投射型表示装置である。本実施形態と第６の実施の形態との違いは、本実施形態のレンズ６０４がコンデンサレンズの機能とフィールドレンズの機能とを兼用していることである。それ以外の構成は第６の実施形態とほぼ同じ構成であるので、適宜説明を省略する。
【０１２７】
本実施形態の装置では、レンズ６０４がコンデンサレンズならびにフィールドレンズのそれぞれの機能を併せ持つことにより、テレセントリック性が確保される。
光源６０１と、ロッドインテグレータ６２０と、リレーレンズ６２１は、第６の実施形態の光源５０１と、ロッドインテグレータ５２０と、リレーレンズ５２１と機能及び構成が同じであるので説明を省略する。
【０１２８】
レンズ６０４は図１０から理解できるように、コンデンサレンズの機能とフィールドレンズの機能とを兼用している。コンデンサレンズの機能は２つある。1つ目のコンデンサレンズの機能は、2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”から出射される照明光束を集光させる機能である。2つ目のコンデンサレンズの機能は、2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”のそれぞれから出射された光束あるいはロッドインテグレータ６２０の射出面６２０ｂに生成された均一面光源光束を、被照明体である反射型ライトバルブ６０８に重畳させて照射する機能である。
フィールドレンズの機能とは、2次光源像ｂから出射した光束（Ｌ１３，Ｌ１４）、2次光源像ｂ’から出射した光束（Ｌ１３’、Ｌ１６）、2次光源像ｂ”から出射した光束（Ｌ１４’、Ｌ１５）をそれぞれ平行光束に変換する機能である。
【０１２９】
ところで、2次光源像ｂは、投射レンズ６０９中の開口絞り６０９ｃの中央部と共役な位置にある。この共役関係は、レンズ６０４、前群レンズ６０９ａによって実現される。従って上記の光線Ｌ１３，Ｌ１４は、開口絞り６０９ｃによって定義される主光線に一致する。よって、レンズ６０４は、レンズ６０４から反射型ライトバルブ６０８
を介して前群レンズ６０９ａに至る光路において、主光線が光軸に平行になることを担保する機能があるといえる。
【０１３０】
また、本実施形態の2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”は、図１に示される第１の実施形態の第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａのそれぞれに形成される２次光源像に対応する。
【０１３１】
偏光ビームスプリッタ６０６、反射型ライトバルブ６０８、投射レンズ６０９（前群レンズ６０９ａ，後群レンズ６０９ｂ，開口絞り６０９ｃ）、スクリーン６１７は、第５の実施形態の偏光ビームスプリッタ５０６、反射型ライトバルブ５０８、投射レンズ５０９（前群レンズ５０９ａ，後群レンズ５０９ｂ，開口絞り５０９ｃ）、スクリーン５１７と機能及び構成が同じであるので説明を省略する。
【０１３２】
尚、第１乃至第７の実施形態において、フィールドレンズの中心を出射した光が光軸と平行となる例で説明したが、この場合に限られない。フィールドレンズの中心を出射した平行光束のそれぞれが、偏光ビームスプリッタの偏光分離部や反射型ライトバルブの変調層に同じ角度で入射すれば良い。
尚、第１乃至第７実施形態において、フィールドレンズやフィールドレンズの機能を有するレンズは、２次光源像から出射した光束を平行光束に変換する。この平行光束の許容度は、主光線において角度が±１°の範囲に収まっていればよい。
【０１３３】
【発明の効果】以上、説明したように従来の装置と比較して、投射像のコントラストを向上させ、ムラを低減した投射型表示装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による投射型表示装置の構成と光線図。
【図２】本発明の第１の実施形態による投射型表示装置における主光線と開口数を説明する光線図。
【図３】本発明の第２の実施形態による投射型表示装置の構成と光線図。
【図４】本発明の第２の実施形態による投射型表示装置における主光線と開口数を説明する光線図。
【図５】本発明の第３の実施形態による投射型表示装置の構成と光線図。
【図６】本発明の第３の実施形態による投射型表示装置における主光線と開口数を説明する光線図。
【図７】本発明の第４の実施形態による投射型表示装置の構成と光線図。
【図８】本発明の第５の実施形態による投射型表示装置の構成と光線図。
【図９】本発明の第６の実施形態による投射型表示装置の構成と光線図。
【図１０】本発明の第７の実施形態による投射型表示装置の構成と光線図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１：光源
１０２、２０２、３０２、４０２：第１レンズ板
１０３、２０３、２０３’、３０３、４０３：第２レンズ板
１０４、４０４、６０４：コンデンサレンズとフィールドレンズの機能を有するレンズ
２０４、３０４、５０４：コンデンサレンズ
２０５、３０５、５０５：フィールドレンズ
１０６、２０６、３０６、３１２、３１３、３１４、４０６、４１２、
４１３、４１４、５０６、６０６：偏光ビームスプリッタ
１０６p、２０６p、３０６p、３１２p、３１３p、３１４p、４０６p、
４１２p、４１３p、４１４p、５０６ｐ、６０６p：偏光分離部
１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ、２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ：プリズム
１０８Ｒ、２０８Ｒ、３０８Ｒ、４０８Ｒ：反射型ライトバルブ（Ｒ光用）
１０８Ｇ、２０８Ｇ、３０８Ｇ、４０８Ｇ：反射型ライトバルブ（Ｇ光用）
１０８Ｂ、２０８Ｂ、３０８Ｂ、４０８Ｂ：反射型ライトバルブ（Ｂ光用）
５０８、６０８：反射型ライトバルブ
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９：投射レンズ
１０９ａ、２０９ａ、３０９ａ、４０９ａ、５０９ａ、６０９ａ：前群レンズ
１０９ｂ、２０９ｂ、３０９ｂ、４０９ｂ、５０９ｂ、６０９ｂ：後群レンズ
１０９ｃ、２０９ｃ、３０９ｃ、４０９ｃ、５０９ｃ、６０９ｃ：開口絞り
３１０、４１０：偏光変換装置
３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、４１１Ａ、４１１Ｂ、４１１Ｃ：波長選択性位相板
１１０、２１０、３１７、４１７、５１７、６１７：スクリーン
３１５、４１５：１／２波長板
５２０、６２０：ロッドインテグレータ
５２０ａ、６２０ａ：入射面
５２０ｂ、６２０ｂ：射出面
５２１、６２１：リレーレンズ
Ｌ１〜Ｌ１０、Ｌ１３、Ｌ１４：主光線
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｍ１〜Ｍ４：光線
ＮＡ：開口数
ａ、ａ’、ａ”：光源の虚像
ｂ、ｂ’、ｂ”：２次光源像