(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光束を集光するとともに前記光源に対応する光源像を形成する第１の集光手段と、
入射端面から入射する前記光源像からの光束を内部側面において反射させることにより複数の仮想光源を形成し、前記各仮想光源からの光束を前記入射端面に対向する出射端面から出射する柱状光学素子と、
前記柱状光学素子の出射端面から出射する光束を集光するとともに前記仮想光源に対応する複数の２次光源像を結像する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段と反射型ライトバルブとの間の光路上に設けられ、前記複数の２次光源像のうちの一部の２次光源像からの光を空間的に遮断することにより、前記反射型ライトバルブにおける入射角度範囲を制限する絞り手段とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源から出射された光束を集光するとともに前記光源に対応する光源像を形成する第１の集光手段と、
入射端面から入射する前記光源像からの光束を内部側面において反射させることにより複数の仮想光源を形成し、前記各仮想光源からの光束を前記入射端面に対向する出射端面から出射する柱状光学素子と、
前記柱状光学素子の出射端面から出射する光束を集光するとともに前記仮想光源に対応する複数の２次光源像を結像する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段と反射型ライトバルブとの間の光路上に設けられ、前記複数の２次光源像のうちの一部の２次光源像の光を空間的に遮断して前記複数の２次光源像を選択的に取捨することにより、前記反射型ライトバルブにおける入射角度範囲を制限する絞り手段とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
柱状光学素子の出射端面を矩形としたことを特徴とする請求項１および２のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
第２の集光手段がアフォーカル光学系により構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
柱状光学素子の出射端面の像が形成される位置に配されるライトバルブを請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置により照明し、前記ライトバルブにより形成される像をスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】
柱状光学素子の出射端面の形状、およびライトバルブの画像形成領域の形状が相似であることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
【請求項７】
ライトバルブの出射光を集光するとともに、絞り手段により透過された２次光源像からの光束を集光することにより前記２次光源像に対応する３次光源像を結像する集光手段と、
前記３次光源像が形成される位置近傍に配される入射瞳を有し、前記３次光源像からの光束をスクリーンに投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の投写型表示装置。
【請求項８】
光源から出射された光束を集光するとともに前記光源に対応する光源像を形成する第１の集光手段と、
前記光源像の近傍に配された入射端面から入射する前記光源像からの光束を内部側面において反射させることにより複数の仮想光源を形成し、前記各仮想光源からの光束を前記入射端面に対向する出射端面から出射する柱状光学素子と、
前記柱状光学素子の出射端面から出射する光束を集光するとともに前記仮想光源に対応する複数の２次光源像を結像する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段と反射型ライトバルブとの間の光路上に設けられ、前記複数の２次光源像のうちの一部の２次光源像からの光を空間的に遮断することにより、前記反射型ライトバルブにおける入射角度範囲を制限する絞り手段とを備え、
反射型ライトバルブは、画像を構成する画素に対応するミラー素子を前記画像に対応して駆動することにより、前記絞り手段により選択的に透過された光束を前記画像に対応して第１または第２の方向に反射し、
前記反射型ライトバルブにより第１の方向に反射された光束をスクリーン上に投写することにより前記画像に対応する像を形成する投写光学系とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項９】
反射型ライトバルブのミラー素子を保護するために設けられたカバーガラスにより反射される反射光のうち、投写光学系に入射する光束を絞り手段により遮断することを特徴とする請求項８に記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
反射型ライトバルブのミラー素子により第２の方向に向けて反射される反射光のうち、投写光学系に入射する散乱光または回折光を絞り手段により遮断することを特徴とする請求項８または９に記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
柱状光学素子の出射端面を矩形としたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
反射型ライトバルブを柱状光学素子の出射端面の像が結像する位置に配したことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１３】
柱状光学素子の出射端面の形状と、反射型ライトバルブの画像形成領域の形状とが相似となることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１４】
投写光学系は反射型ライトバルブの出射光を集光するとともに、絞り手段により透過された２次光源像からの光束を集光することにより前記２次光源像に対応する３次光源像を結像する集光レンズと、
前記３次光源像が形成される位置近傍に配される入射瞳を有し、前記３次光源像からの光束をスクリーンに投影する投影レンズとからなることを特徴とする請求項１３に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブを用いた投写型表示装置、およびライトバルブの照明に用いる光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面の投写型表示装置としては、ＣＲＴを用いたＣＲＴプロジェクタ装置、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：テキサスインスツルメント社の商標）といった反射型ライトバルブを用いたプロジェクタ装置等が製品化されている。
【０００３】
ここで、反射型ライトバルブの構造について説明する。反射型ライトバルブは半導体の製造技術を用い、シリコン基板上に１６×１６μｍ程度の微小なミラー（以下、マイクロミラーと称す）を多数配列し、これらを電気的に制御することにより入射光の反射方向をミラー毎にコントロールするもので、各マイクロミラーが画素に対応し、その反射光を投写レンズを用いてスクリーンに投写することにより画像を表示する。
【０００４】
反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置の光学系の原理を図１３に基づいて説明する。図１３において、１５０は光源、６０１は反射型ライトバルブ、こ５１２、５１３、５１４はマイクロミラーである。マイクロミラー５１２、５１３は基板面に対し＋１０度傾斜しており、マイクロミラー５１４は−１０度傾斜している。また、６０２は不要光を吸収する光アブソーバ、８０は投写レンズである。光源１５０から出射した光は、所定の入射角により反射型ライトバルブ６０１を照射する。−１０度に傾斜したマイクロミラー５１４の反射光は投写レンズ８０を外れて光アブソーバ６０２に吸収され、図示しないスクリーン上で黒点の画素を形成する。一方、＋１０度に傾斜したマイクロミラー５１２、５１３の反射光は投写レンズ８０によりスクリーン上に投写され明点の画素を形成する。このように、各マイクロミラーの反射光束により画素を形成することにより画像が投写される。図１３に示す反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置において、光路中に、回転カラーフィルタ、ダイクロイックプリズム、またはダイクロイックフィルタ等を配置することにより、カラー画像の表示を行うことができる。
【０００５】
ライトバルブを照明する光学装置には、照明光の光均一性を向上させるため、ミキシングロッドとよばれる柱状の光学素子が用いられている。
図１４は矩形状の入出射端面を有するミキシングロッドを用いた照明光学系の概念図であり、１００は光源、２００は反射鏡、３はミキシングロッド、１５はカラー画像を表示する為の回転カラーフィルタ、４０１は集光レンズ、６０５はライトバルブである。光源１００から発生した光は反射鏡２００により集光され、回転カラーフィルタ１５に入射する。光源から発生した白色光は、回転カラーフィルタ１５により、所望の色光に選択される。カラーフィルタは例えば、誘電体多層膜を利用した干渉フィルタで構成され、所望の波長の光を選択的に透過し、所望波長以外の光を反射する。回転カラーフィルタ１５の回転によりカラーフィルタが切り替わることで、時間的に変調された色光が生成される。回転カラーフィルタ１５によって時間的に変調された色光は反射鏡２００の集光点近傍に配置されたミキシングロッド３に入射し、ミキシングロッド３内を伝播する。このように、光束がミキシングロッド３内部を反射しながら伝搬することにより、ミキシングロッド３の出射端面において明るさが均一な像が得られる。従って、後段の集光レンズ４０１によってミキシングロッド３の出射端面の像をライトバルブ６０５上に結像することにより、ライトバルブ６０５の照明光の均一性を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなミキシングロッド３を用いた光学装置では、光強度が均一な照明光を得ることはできるが、照明領域に入射する光束の入射角度の均一性が低下するという問題点がある。先に述べた反射型ライトバルブ６０１は、マイクロミラーを傾斜させることにより各マイクロミラーからの反射光を、画像を形成する光束と、そうでない光束とに分離する。各マイクロミラーの傾き角度は±１０度程度と小さいため、照明光の入射角度分布が広いと、各マイクロミラーによる反射光の分離が確実に行われず、投写画像のコントラストが低下するという問題が生じる。本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、光強度、および入射角度の狭い照明光束を得ることが可能な光学装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学装置は、光源から出射された光束を集光するとともに光源に対応する光源像を形成する第１の集光手段と、入射端面から入射する光源像からの光束を内部側面において反射させることにより複数の仮想光源を形成し、各仮想光源からの光束を入射端面に対向する出射端面から出射する柱状光学素子と、柱状光学素子の出射端面から出射する光束を集光するとともに仮想光源に対応する複数の２次光源像を結像する第２の集光手段と、複数の２次光源像のうちの一部の２次光源像からの光を空間的に遮断する絞り手段とを備えたものである。
【０００８】
また、第２の集光手段からの光の周辺部を空間的に遮断することにより、複数の２次光源像のうちの一部の２次光源像からの光を空間的に遮断する絞り手段を備えたものである。
【０００９】
また、第２の集光手段と照明領域との間の光路上に設けられ、複数の２次光源像を選択的に取捨することにより、照明領域における入射角度分布の均一性を高める絞り手段とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本実施の形態による光学装置の構成を示す図である。図１に示す光学装置において、１０は光源、１１は光源１の光を略平行光束に変換する放物面鏡、１２は放物面鏡１１から出射される略平行光束を集光する集光レンズ、１５は誘電体多層膜による干渉フィルタからなる回転カラーフィルタ、３は矩形状の断面を有するミキシングロッド、４は集光レンズ、５は集光レンズ４の出射光を選択的に透過する開口部５ｔが形成された絞り、７は絞り５を透過した光束を照明領域Ｓに向けて反射する反射ミラーである。これらの光学素子は光軸Ｘ0を共有して配置されている。照明領域Ｓには、反射ミラー７と光軸Ｘ1を共有してＤＭＤ等のライトバルブが配置される。
【００１１】
光源１０から放射された光束は放物面鏡１１により略平行光束Ｌ1に変換され、集光レンズ１２によって集光される。回転カラーフィルタ１５は、集光レンズ１２を出射した白色光の光束Ｌ2を波長選択し色光を生成する。回転カラーフィルタ１５を出射した光束Ｌ2の光束径が最小となる位置には光源１０の光源像Ｐが結像される。光源像Ｐの結像点にはミキシングロッド３の入射端面３ａが配置されており、光源像Ｐからミキシングロッド３内部に入射した光はミキシングロッド３の内部側面（外周部との境界面）で全反射を繰り返しながら伝播し、出射端面３ｂから発散光束Ｌ3として出射する。集光レンズ４は発散光束Ｌ３を集光する。集光レンズ４を出射した光束Ｌ4のうち、絞り５の開口部５ｔを通過した光束は反射ミラー７によって光軸Ｘ1方向へ偏向され、光軸Ｘ1上に配される照明領域Ｓを照射する。Ｓ’は反射ミラー７の背面側に光軸Ｘ０を共有して設定される仮想的な照明領域であり、仮想照明領域Ｓ’と共役関係にある。仮想被照明領域Ｓ’はミキシングロッド３の出射端面３ｂに形成される矩形状の光源像（以下、これを矩形光源像と称す）の結像位置に設定されている。つまり、仮想照明領域Ｓ’と共役関係にある照明領域Ｓには矩形光源像の像が結像される。
【００１２】
以下、ミキシングロッド３、および絞り５の作用を図２に基づいて説明する。図２に示すミキシングロッド３の屈折率、長さ、および径を、それぞれｎ，Ｌ，ｄとする。ミキシングロッド３の入射端面３ａに形成される光源像Ｐから出射した光束はミキシングロッド３の内部側面で所定回数反射され出射端面３ｂに到達するか、または反射されることなく出射端面３ｂに到達する。ミキシングロッド３の内部側面で反射された光束は、ミキシングロッド３の出射端面３ｂからＬ／ｎ離れた面上に形成される仮想光源Ｐ0’，Ｐ1’…Ｐm’から出射された光線のように出射端面３ｂを重畳照射する。ここで、仮想光源Ｐm’において、ｍはミキシングロッド３内部を伝搬する光束の側面部における反射回数を示す。例えば、ミキシングロッド３内部で反射されることなく出射端面３ｂに到達し、出射する光束ｌ0’の出射光束ｌ0に対応する仮想光源はＰ0’により示される。また、ミキシングロッド３の内部で１回反射される光束ｌ1’の出射光束ｌ1に対応する仮想光源はＰ1’により示される。ここで、ｌ0’，ｌ1’，ｌ2’はミキシングロッド３内部を伝搬する光束であり、ｌ0’ｌ1’ｌ2’は対応する出射光束である。各仮想光源Ｐ0’，Ｐ1’，Ｐ2’の像高は、それぞれｄ／２，３ｄ／２，５ｄ／２であり、反射回数ｍに応じてミキシングロッド３の径ｄの倍数ごとに増加する。
【００１３】
以上のように、ミキシングロッド３の内部側面で光源像Ｐからの光束を反射により、その反射回数に応じて仮想光源Ｐｍ’が発生する。ミキシングロッド３の出射端面３ｂはこれら多数の仮想光源Ｐｍ’からの光束が通過する開口とみなすことができる。多数の仮想光源Ｐｍ’からの光束がミキシングロッド３の出射端面３ｂにおいて重畳されることにより、光強度均一性の高い矩形光源像が形成される。これにより照明領域Ｓにおいて、光強度均一性の高い照明光が得られる。
【００１４】
ミキシングロッド３を用いて光強度均一性を向上させるためには、仮想光源Ｐｍ’の数を増やすことが望ましい。しかし、仮想光源Ｐｍ’を増やした場合、照明領域Ｓに到達する光束の平行度が低下する。本実施の形態による光学装置は図３に示すように、仮想光源Ｐ’ｍからの光束を選択的に透過する開口部５ｔが形成された絞り５を設けることにより照明光束の入射角度範囲を制限するものである。絞り５は、集光レンズ４により結像される仮想光源Ｐｍ’の像である２次光源像Ｑｍの形成面に配され、ミキシングロッド３の出射端面３ｂからの光を２次光源像Ｑｍ毎に選択して透過する。つまり、ミキシングロッド３からの光を仮想光源Ｐｍ毎に選択して透過することにより光強度均一性が高く、かつ入射角度分布が均一な照明光を得ることができる。
【００１５】
ここで、仮想光源Ｐｍ’と２次光源像Ｑｍとの結像関係について図４に基づいて説明する。図４において、Ｐ’は仮想光源、Ｑは仮想光源Ｐ’の２次光源像であり、ＳＰ’は仮想光源像が形成される仮想光源像形成面、ＳＱは２次光源像が形成される２次光源像形成面である。また、集光レンズ４と、ミキシングロッド３の出射端面３ｂ、仮想照明領域Ｓ’、仮想光源像形成面ＳＰ’、および２次光源像形成面ＳＱとの距離をそれぞれａ1，ｂ1，ａ2，ｂ2とし、これらの像高、および物体高を矢印により示す。
【００１６】
集光レンズ４は、ミキシングロッド３の出射端面３ｂに形成される矩形光源像を仮想被照明領域Ｓ’に結像関係する。このとき、仮想光源Ｐ’に対しても集光レンズ４による結像関係が成立する。従って、ａ1，ｂ1、およびａ2，ｂ2には集光レンズ４の焦点距離をｆとして以下の式が成立する。
【００１７】
【数１】
0004032658.tif 000002
【００１８】
また、ミキシングロッド３の出射端面３ｂから仮想光源形成面ＳＰ’までの距離はＬ／ｎとなるので、ａ2、およびｂ2は以下の式により求められる。
【００１９】
【数２】
0004032658.tif 000003
【００２０】
例えば、ミキシングロッド３の長さＬおよび屈折率をそれぞれ、ｎ＝１．５２，Ｌ＝６０ｍｍとし、ａ1＝５０ｍｍ，ｂ1＝１５０ｍｍとなるようにミキシングロッド３、および集光レンズ４を配置する場合、レンズ系４の焦点距離ｆはｆ＝３７．５ｍｍとなる。これによりａ2、およびｂ2はそれぞれａ2＝８９．４７ｍｍ、ｂ2≒６４．５６ｍｍとなる。このとき。仮想光源Ｐ’と、これに対応する２次光源像Ｑとの大きさの比ｋはｂ2／ａ２にほぼ等しくなり、上記の例では約０．７２倍となり、縮小像が形成される。また、全ての２次光源像を含む２次光源像群の大きさは集光レンズ４の有効径よりも小さくなるので絞り５は集光レンズ４よりも小さく構成することができる。また、ｂ1／ａ1＝３となるので照射領域Ｓにはミキシングロッド３の出射端面３ｂの３倍に拡大された矩形の光源像が形成される。
【００２１】
上記構成において、円形の開口部５ｔを有する絞り５を２次光源像Ｑの形成面ＳＱ、つまりｂ2 ≒６４．５６ｍｍとなる位置に配した場合の、開口部５ｔにおける光束の入射角度分布を図５に示す。図５において、破線、および実線はそれぞれ、開口部５ｔの直径を１２．５ｍｍ、９ｍｍとした場合の照明光の入射角度分布である。尚、ミキシングロッド３の断面は３×４ｍｍの矩形である。このように、２次光源像Ｑの形成面ＳＱに絞り５を配置し、２次光源像Ｑｍからの光束を選択的に透過（あるいは遮断）することにより集光レンズ４から出射する光束の入射角度分布を制限することができる。
【００２２】
以下、絞り５に形成される開口部５ｔの具体的な形状について説明する。
図６は２次光源像を模式的に表した図である。図６に示す各２次光源像は、それぞれ仮想光源Ｐｍ’に対応している。この場合、光軸Ｘ0を中心として２次光源像Ｑは、縦７列、横１１列に形成されている。各２次光源像の像高は、ミキシングロッドの縦、または横の長さにｋ＝ｂ2／ａ2を乗じた値となる。絞り５の開口部５ｔは、離散的に形成される２次光源像を選択的に取捨するように形成される。図７に絞り５の具体的な形状を例示する。開口部５ｔにより透過される２次光源像の個数、および各２次光源像の選択方法は照明光の光強度と入射角度分布とを考慮して決定される。
【００２３】
実際の光学系では近軸領域から外れる光線が存在するため、式（１）〜（４）に示す結像関係が成立しない場合がある。従って、２次光源像Ｑの実効的な大きさを推定し、開口の形状、大きさならびに配置を決定するには光線追跡による照明解析が有効である。
【００２４】
尚、本実施の形態において集光レンズ４は単一のレンズにより構成したが、複数構成のレンズ系により構成してもよい。この場合、レンズ系の内部に２次光源像が形成される場合があるが、絞り５を配置する空間的余裕が確保されるような２次光源像Ｑの形成位置を予め設定し、レンズ系の設計を行ってもよい。また、ミキシングロッド３の出射端面３ｂの形状を照明領域Ｓに配されるライトバルブの画像形成領域の形状と相似形状とし、照明領域Ｓにおいて結像される矩形光源像の像とライトバルブの画像形成領域の形状とが同一となるように構成することで照明効率を向上させることができる。尚、ミキシングロッド３は、円柱ロッドや楕円柱ロッド、および多角形柱ロッドを用いて構成してもよい。ミキシングロッド３の入射端面と出射端面とが相似形状となるような先細、あるいは逆に先太の形状としてもよい。
【００２５】
実施の形態２．
図８は、実施の形態１に示した光学装置を照明手段に用いた投射型表示装置の構成を示す図である。図８において、６５は照明領域Ｓに配置されたライトバルブ、８はライトバルブ６５によって形成された画像を図示しないスクリーンに拡大投影する投写光学系であり、集光レンズ４４、および投影レンズ８０により構成されている。
【００２６】
以下、本実施の形態による投写型表示装置の動作について説明する。絞り５により選択的に透過された照明光束は、反射ミラー７により光軸Ｘ1方向に偏向され、ライトバルブ６５を照射する。ライトバルブ６５を出射した光束は集光レンズ４４により集光される。このとき、絞り５の開口部５ｔを透過した２次光源像ｑに対応する３次光源像ｑ’が、集光レンズ４４により結像される。図８に示す投写型表示装置において集光レンズ４４、および投影レンズ８０は、この３次光源像ｑ’が投影レンズ８０の入射瞳ｉ上に結像されるように配されている。このように絞り５の開口部５ｔを透過した２次光源像ｑの３次光源像ｑ’を再度投影レンズ８０の入射瞳ｉ上で結像させることにより、光結合性に優れた投写型表示装置を得ることができる。
【００２７】
尚、実施の形態１に示した例のようにライトバルブ６５に入射する照明光束が収束光束の場合、光変調された反射光束は収束性を保って投写光学系８に入射する。逆に発散光束の場合は、ライトバルブ６５での反射後も発散性を保ちながら投写光学系８に入射する。いずれの場合も投影レンズ８０は、絞り５の開口部５ｔを透過する２次光源が、再びその入射瞳位置で結像するために十分な瞳径を有するものであればよい。
【００２８】
実施の形態３．
図９に本実施の形態による光学装置の構成を示す。図９に示す光学装置において、４０は、アフォーカル系の第１レンズ４１、および第２レンズ４２により構成さるアフォーカル光学系である。アフォーカル系のレンズを光結合手段に用いた場合、照明領域に配置されるライトバルブ６５では光軸Ｘ1に平行な入射光束が得られる。アフォーカル系のレンズは無限遠の物体に対しては無限遠位置に像が形成されるが、有限距離の物体に対しては有限位置に像を形成する。本実施の形態による表示装置において、ライトバルブ６５はこの結像位置に配置される。
【００２９】
以下、本実施の形態によるアフォーカルレンズ系４０の作用について説明する。図１０はミキシングロッド３の出射端面３ｂに形成される矩形光源像ｙ１と、アフォーカル光学系４０によって結像されるの矩形光源像ｙ１の像ｙ２’との結像関係を示す図である。Ｆ１は第１レンズ４１の物空間焦点であり、ｚ１はＦ１からミキシングロッド３の出射端面３ｂまでの距離である。Ｆ１’は第１レンズ４１の物空間焦点である。Ｆ２は第２レンズ４１の像空間焦点であり、第１レンズ、および第２レンズはＦ１とＦ２とを共有して配される。ｙ１’は第１レンズ４１により結像される矩形光源像ｙ１の像であり、ｚ１’はｙ１からＦ１までの距離である。Ｆ２’は第２レンズ４２の像空間焦点距離であり、ｚ２’はＦ２’からｙ２’までの距離である。第１レンズ４１、第２レンズ４２の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２とするとｙ１とｙ’１との結像関係、およびｙ１’とｙ２’との結像関係から以下の式（５）（６）が成立する。
【００３０】
【数３】
0004032658.tif 000004
【００３１】
ここで、Ｍはアフォーカル倍率（＝−ｆ1／ｆ2）である。
また、横倍率βは以下の式により表される。
【００３２】
【数４】
0004032658.tif 000005
【００３３】
よって、アフォーカル光学系を用いてライトバルブを照射する際、式（６）により求まる矩形光源像ｙ１の結像位置にライトバルブ６５を配置することにより、式（７）に示すように像倍率を物体位置とは無関係に設定することができる。従って、ミキシングロッド３の出射端面３ｂの像を所望の大きさに拡大、あるいは縮小結像する際に照明系とライトバルブとの整合がとりやすくなる。また、アフォーカルレンズ系４０に入射する光線が光軸に平行であれば出射光線もまた光軸に平行となるので、ミキシングロッド３の出射端面３ｂから出射する全ての光線を効率よく被照明面に導くことができる。
【００３４】
尚、本実施の形態において示したアフォーカルのレンズ系４０の構成は基本的な構成であり、実際には第１，第２レンズ４１，４２がそれぞれ複数のレンズから構成されるものであってもよい。また、複数のレンズを用いる場合、各レンズの像空間に仮想光源像の２次光源像、またこれに対応する光源像が形成される。従って、各レンズにより形成される２次光源像、またこれに対応する光源像の形成面のうち、十分な空間的余裕が確保される位置を選択して絞り５を配置すればよい。
【００３５】
実施の形態４．
実際の反射型ライトバルブ６０１には、図１１に示すように、微小ミラーを保護するためのカバーガラス７０１が配設されている。照明光Ｌが反射型ライトバルブ６０１を照射する際、照明光Ｌがカバーガラス７０１の表面、および裏面において反射されることにより反射光Ｌrefが発生する。反射光Ｌrefの一部（図中、斜線により示す）が投写レンズ系８に入射した場合、この反射光Ｌrefの一部はスクリーン上に投写される。これにより、投写画像の黒レベルが上昇し、コントラストが低下するという問題が発生する。また、ライトバルブ６０１のマイクロミラー５１２，５１３，５１４が照明光Ｌを反射する際、散乱光、および回折光が発生するため、これらの一部が投写光学系８に入射することによりコントラストが低下するという問題があった。
【００３６】
カバーガラス７０１の反射光Ｌref、またマイクロミラーの散乱光および回折光によるコントラストの低下は、こうした不要光束のうち投写レンズ系８に入射する成分を絞り５を用いて遮断することにより防止することができる。
【００３７】
図１２はカバーガラス７０１の反射光のうち投写レンズ系８に入射する成分を、絞り５により遮断する方法について説明するための説明図である。絞り５の開口部５ｔを透過した照明光Ｌａ１は、反射ミラー７により反射され、光軸Ｘ１の方向に偏向される。反射ミラー７により反射された照明光Ｌａ２は、カバーガラス７０１を透過し、反射型ライトバルブ６０１を照明する。反射型ライトバルブ６０１により光軸ＸON方向に偏向されたＯＮ光束ＬONａは投写レンズ系８により図示しないスクリーン上に投写され、像を形成する。一方、反射型ライトバルブ６０１により光軸ＸOFF方向に偏向されたＯＦＦ光束ＬOFFは図示しない光アブゾーバにより吸収される。
【００３８】
図１２において、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌrefｂ、ＬONｂ、ＬOFFｂは絞り５により遮断された仮想的な遮断光束の軌跡である。上記遮断光束のうちＬrefｂは、カバーガラス７０１の反射光、またはマイクロミラーの散乱光および回折光のうち投写レンズ系８に入射する成分である。遮断光束Ｌrefｂは、絞り５により遮断されるため、投写レンズ系８には入射しない。尚、ＬONｂは反射型ライトバルブ６０１により光軸ＸON方向に偏向されて投写レンズ系８に入射するＯＮ光束の遮断光束の軌跡を示し、ＬOFFｂは反射型ライトバルブ６０１により光軸ＸOFF方向に偏向されるＯＦＦ光束の遮断光束の軌跡を示している。
【００３９】
図１２に示すように、カバーガラス７０１の反射光、またはマイクロミラーの散乱光および回折光のうち投写レンズ系８に向かう光束Ｌrefｂに対応する２次光源像ｑrefから出射する光束を絞り５により遮断することで、カバーガラス７０１の反射光に起因するコントラストの低下を防ぐことができる。尚、絞り５の開口部の具体的な形状は、カバーガラス７０１の反射光のうち投写レンズ系８に入射する光束が出射される２次光源像ｑrefを逆光線追跡により求め、これらの２次光源像を遮断するように形成される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明による光学装置は、光源から出射された光束を集光するとともに光源に対応する光源像を形成する第１の集光手段と、入射端面から入射する光源像からの光束を内部側面において反射させることにより複数の仮想光源を形成し、各仮想光源からの光束を入射端面に対向する出射端面から出射する柱状光学素子と、柱状光学素子の出射端面から出射する光束を集光するとともに仮想光源に対応する複数の２次光源像を結像する第２の集光手段と、複数の２次光源像のうちの一部の２次光源像からの光を空間的に遮断する絞り手段とを備えたので、照明光束における入射角度分布の均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１による光学装置の構成を示す図である。
【図２】  ミキシングロッドの作用を説明するための説明図である。
【図３】  仮想光源と２次光源像との関係を示す図である。
【図４】  仮想光源と２次光源像との近軸結像関係を示す図である。
【図５】  照明光の角度分布を示す図である。
【図６】  ２次光源像を示す図である。
【図７】  開口部の形状を示す図である。
【図８】  実施の形態２による投写型表示装置の構成を示す図である。
【図９】  実施の形態３による投写型表示装置の構成を示す図である。
【図１０】  アフォーカル光学系の作用を示す図である。
【図１１】  反射型ライトバルブのカバーガラスによるコントラスト低下について説明するための説明図である。
【図１２】  反射型ライトバルブのカバーガラスによるコントラスト低下を防止するための絞りの構成について説明するための説明図である。
【図１３】  反射型ライトバルブの表示原理を説明するための説明図である。
【図１４】  従来のカラー画像表示装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
３  ミキシングロッド，５  絞り，７  反射ミラー，８  投写光学系，
１０  光源，１１  放物面鏡，４，１２，４４  集光レンズ，
１５  回転カラーフィルタ，４０  アフォーカルレンズ系，
８０  投影レンズ，６５  ライトバルブ，６０１  反射型ライトバルブ，７０１  カバーガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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