WO2007142141A1 - 照明光学装置及び投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

　２ｎ個（ｎは２以上）の光源２１ａ～２１ｄと、各光源からの出射光を各々集光するように配置された２ｎ個の楕円面鏡２１ａ～２１ｄからなる第１集光光学系と、断面が二等辺三角形である三角柱状のプリズム２３ａ、２３ｂからなり、各々、第１集光光学系のうちの対応する２個からの出射光を合成するように配置されたｎ個の第１合成光学系と、各第１合成光学系からの出射光を各々集光するように配置された第２集光光学系２６ａ、２６ｂと、断面が二等辺三角形である三角柱状のプリズム２７からなり、各々、第２集光光学系のうちの対応する２個からの出射光を合成するように配置されたｎ/２個の第２合成光学系と、複数のレンズ、及び複数のレンズアレイからなり、第２合成光学系からの出射光が入射するように配置された第３集光光学系３５とを備え、２ｎ個の第１集光光学系の光軸はそれぞれ互いに略平行である。

Description

明 細 書

照明光学装置及び投写型表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、光源からの光を画像形成手段としてのライトバルブ上に照射する照明光 学装置、及びライトバルブに形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスク リーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するものである。

背景技術

[0002] 大画面映像を得るために、ライトバルブに映像信号に応じた光学像を形成し、その 光学像に光を照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する、プロジェクタ等 の拡大型表示装置がよく知られて ヽる。

[0003] このような投写型表示装置にお!、て、赤、緑、青の 3原色光に対応してライトバルブ を 3つ用いれば、高輝度、高解像度でかつ色再現性の良好な投写画像を表示できる 。さらに、光源を複数用いれば、より高輝度な投写画像が実現できるうえ、万が一、 1 つの光源に不具合が発生して不点灯となった場合でも他方の光源が点灯していれ ば、投写画像が途切れないという利点を有する。このような複数の光源を用いた投写 型表示装置は、例えば特許文献 1、特許文献 2などに開示されている。

[0004] 特許文献 2に開示された、 2つの光源を用いた投写型表示装置の構成例を、図 11 に示す。図 11において、光源 la、 lbからの放射光は、楕円面鏡 2a、 2bによってそ れぞれ合成プリズム 3に集光される。合成プリズム 3は、光の入射面に反射ミラーが形 成され、楕円面鏡 2a、 2bからの集光光を互いの光軸を近接させ、 2つの光の進行方 向を集光光学系の光軸 10に沿って同一に合成させて、集光レンズ 11をはじめとする 集光光学系側へ発散光として反射させる。

[0005] 合成プリズム 3からの光は集光レンズ 11により略平行光に変換される。集光レンズ 1 1からの略平行光は、複数のレンズから構成される第 1レンズアレイ板 12に入射する 。第 1レンズアレイ板 12に入射した光束は多数の光束に分割され、分割された多数 の光束は、複数のレンズから構成される第 2レンズアレイ板 13に収束する。第 2レンズ アレイ板 13上には複数の光源 la、 lbの多数の微小光源像が形成される。 [0006] 第 1レンズアレイ板 12のレンズ素子の焦点距離は第 1レンズアレイ板 12と第 2レン ズアレイ板 13の間隔と等し 、。第 1レンズアレイ板 12のレンズ素子は液晶パネル 15 と相似形の開口形状である。第 2レンズアレイ板 13のレンズ素子は、第 1レンズアレイ 板 12面と液晶パネル面 16とが略共役関係となるように焦点距離が決められている。

[0007] 照明レンズ 14は、第 2レンズアレイ板 13の各レンズ素子力もの出射した光を液晶パ ネル 16上に重畳照射するためのレンズである。第 2レンズアレイ板 13から出射する 多数の光束は、液晶パネル 16上に重畳され、液晶パネル 16を高効率で均一に照射 する。

[0008] フィールドレンズ 15は、液晶パネル 16上に照射される光を投写レンズ 17の瞳面 18 に集光するためのものである。投写レンズ 17は、液晶パネル 16上に形成された光学 像をスクリーン（図示せず)上に投写する。

特許文献 1 :特許第 3581568号公報

特許文献 2：特開 2000— 171901号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 一般的に、投写型表示装置の明るさを向上させるためには、光源となる放電ランプ の消費電力を高くすればよいが、そうすると、放電ランプの寿命が短くなる。放電ラン プの寿命を確保しつつ、消費電力を高くすると、発光部が大きくなり、光利用効率が 低下するという課題がある。

[0010] このため、比較的消費電力の小さい光源を複数個用いた方が、投写型表示装置の 明るさを効率よく向上させることができる。

[0011] し力しながら、図 11の構成の場合、使用できる光源は 2つに限定されるため、光源 単体で使用できる消費電力も信頼性を確保するためには限界がある。光源をさらに 増やそうとすれば装置内の収納スペースが大きくなつてしまい、従って、投写型表示 装置を大きくしなければならなくなる。

[0012] 本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、光源を 2つより多く使用した 場合でも、光利用効率を低下させることなぐしかも全体をコンパクトに構成できる投 写型表示装置を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段

[0013] 上記目的を達成するために、本発明の照明光学装置は、 2n個 (nは 2以上)の光源 と、前記各光源力 の出射光を各々集光するように配置された 2n個の楕円面鏡から なる第 1集光光学系と、断面が二等辺三角形である三角柱状のプリズム力 なり、各 々、前記第 1集光光学系のうちの対応する 2個からの出射光を合成するように配置さ れた n個の第 1合成光学系と、前記各第 1合成光学系からの出射光を各々集光する ように配置された第 2集光光学系と、断面が二等辺三角形である三角柱状のプリズム からなり、各々、前記第 2集光光学系のうちの対応する 2個からの出射光を合成する ように配置された n/2個の第 2合成光学系と、複数のレンズ、及び複数のレンズアレイ からなり、前記第 2合成光学系からの出射光が入射するように配置された第 3集光光 学系とを備え、前記 2n個の第 1集光光学系の光軸はそれぞれ互いに略平行であるこ とを特徴とする。

[0014] また、本発明の投写型表示装置は、入射光を変調して画像形成する画像形成装 置と、前記画像形成装置に光源からの光を照射する照明光学装置と、前記画像形 成装置上に形成された光学像を拡大透写する投写装置とを備え、前記照明光学装 置として、上記構成の照明光学装置を用いたことを特徴とする。

発明の効果

[0015] 本発明の構成によれば、 3つ以上の光源を用いる場合において、光源単体の消費 電力を抑えることで信頼性を確保し、かつコンパクトでありながら高効率に照明でき、 超高輝度な投写画像を投写する投写型表示装置を実現できる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1A]図 1Aは、本発明の実施の形態 1における投写型表示装置の全体構成を示す 正面図である。

[図 1B]図 1Bは、図 1Aにおける光源の配置を矢印 Aの方向から見た底面図である。

[図 1C]図 1Cは、図 1Aにおける光源の配置を矢印 Bの方向力も見た側面図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施の形態 1における投写型表示装置の楕円面鏡の概略構 成を示す断面図である。

[図 3]図 3は、同投写型表示装置の集光レンズ系の概略構成を示す断面図である。 [図 4]図 4は、同投写型表示装置の集光レンズ系の概略構成を示す断面図である。

[図 5A]図 5Aは、同投写型表示装置に含まれる第 1レンズアレイの概略構成を示す正 面図である。

圆 5B]図 5Bは、同投写型表示装置に含まれる第 2レンズアレイの概略構成を示す正 面図である。

圆 6A]図 6Aは、本発明の実施の形態 2における投写型表示装置の全体構成を示す 正面図である。

[図 6B]図 6Bは、図 6Aにおける光源の配置を矢印 Cの方向から見た底面図である。 圆 7A]図 7Aは、本発明の実施の形態 3における投写型表示装置の全体構成を示す 正面図である。

[図 7B]図 7Bは、図 7Aにおける光源の配置を矢印 Dの方向力も見た底面図である。

[図 7C]図 7Cは、図 7Aにおける光源の配置を矢印 Eの方向から見た側面図である。

[図 8]図 8は、本発明の実施の形態 3における投写型表示装置の凹面ミラーの構造を 説明するための図である。

[図 9]図 9は、同凹面ミラーの構造の詳細を説明するための図である。

[図 10A]図 10Aは、本発明の実施の形態 4における投写型表示装置の全体構成を 示す正面図である。

[図 10B]図 10Bは、図 10Aにおける光源の配置を矢印 Fの方向から見た底面図であ る。

[図 10C]図 10Cは、図 10Aにおける光源の配置を矢印 Gの方向から見た側面図であ る。

[図 11]図 11は、従来例の投写型表示装置の全体構成を示す正面図である。

符号の説明

la〜lb、 21a〜21d、 51a〜51d、 81a〜81d、 l l la〜l l ld 光源

2 &〜 2b、 22 &〜 22b、 52 &〜 52b、 82 &〜 82b、 112 &〜 112b 楕円面鏡

3、 23a, 23b、 27、 53a、 53b、 57、 83a、 83b、 85、 114a, 114b, 116 合成プリ ズム

35、 65、 93、 125 第 3集光光学系 38a〜38c、 68a〜68c、 96a〜96c、 128a〜128c 反射型ライ卜ノ レブ

39、 69、 97、 129 投写レンズ

26a, 26b、 56a, 56b 集光レンズ系

84a、 84b、 115a, 115b 凹面ミラー

発明を実施するための最良の形態

[0018] 本発明の照明光学装置は上記構成を基本として、種々の態様をとることができる。

例えば、前記第 2集光光学系は、少なくとも 1つのレンズから構成される力、または、 反射面がアナモフィック非球面形状の凹面ミラー力も構成することができる。その他、 各請求項に記載のような態様を適用することにより、種々の用途に応じた特性を得る ことが可能である。

[0019] 以下、本発明の投写型表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明 する。

[0020] (実施の形態 1)

図 1Aは、本発明の実施の形態 1における投写型表示装置の全体構成を示す正面 図である。図 1Bは、図 1Aにおける光源の配置を矢印 Aの方向から見た底面図であ る。図 1Cは、同様に光源の配置を矢印 Bの方向から見た側面図である。図 2は楕円 面鏡の概略構成を示す断面図、図 3、図 4は集光レンズ系の概略構成を示す断面図 である。図 5A、 5Bは各々、第 1及び第 2レンズアレイの概略成を示す正面図である。

[0021] 本実施の形態の投写型表示装置では、入射光を変調して画像形成するための空 間光変調素子として、反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cが用いられる。反射型ライ トバルブ 38a、 38b、 38cは、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像 信号に応じて光の進行方向を変調して、反射角の変化として光学像を形成する。反 射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cに照明光を照射するための光源としては、超高圧 水銀灯力らなる 4つの光源 21a、 21b、 21c、 21d力 ^用!ヽられる。

[0022] 楕円面鏡 22a、 22b、 22c、 22dは、第 1集光光学系として作用する。合成プリズム 2 3a、 23bは、第 1合成光学系として作用する。入射側レンズ 24a、 24b、及び出射側 レンズ 25a、 25bは、第 2集光光学系として作用する。合成プリズム 27は、第 2合成光 学系として作用する。レンズ 28、 31、 34、第 1レンズアレイ 29、第 2レンズアレイ 30、 及び全反射ミラー 32、 33は、第 3集光光学系として作用する。

[0023] 光源 21a、 21b、 21c、 21dからの出力光は、断面形状が楕円面をなしている楕円 面鏡 22a、 22b, 22c, 22d【こよって集光される。稽円面鏡 22a、 22b, 22c, 22d【こよ つて集光された光源 21a、 21b、 21c、 21dの光源像は、それぞれ対応する合成プリ ズム 23a、 23bのミラー面に結像され、集光レンズ系 26a、 26b側へ反射される（図 IB 参照)。合成プリズム 23a、 23bは、断面が二等辺三角形の三角柱状であり、光が入 射する面には、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラ 一が形成されている。

[0024] 合成プリズム 23a、 23bを出射した光は、楕円面鏡 22a、 22bからの収束光の光軸 4 la、 41b、及び楕円面鏡 22c、 22dからの集光光の光軸 41c、 41dがそれぞれ近接 したまま発散光として進行し、それぞれ対応する入射側レンズ 24a、 24b、出射側レ ンズ 25a、 25bで構成される第 2集光光系としての集光レンズ系 26a、 26bによって再 び収束光に変換される。

[0025] 集光レンズ系 26a、 26bによって集光された光は、第 2合成プリズム 27のミラー面で 第 3集光光学系 35 (図 1A参照)側へ再び発散光として反射される。合成プリズム 27 は断面が二等辺三角形の三角柱状であり、前述の合成プリズム 23a、 23bと同様に、 光が入射する面には、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多 層膜ミラーが形成されて ヽる。

[0026] 第 3集光光学系 35は、正パワーのレンズ 28、 31、 34、第 1レンズアレイ 29、第 2レ ンズアレイ 30、レンズ 31、全反射ミラー 32、 33、レンズ 34の順に配置される。合成プ リズム 27を出射した発散光は、レンズ 28によって略平行光に変換され、第 1レンズァ レイ 29に入射する。第 1レンズアレイ 29は多数のマイクロレンズから構成され、高効 率で均一性の高い照明をするために、光源像を細分化する。第 1レンズアレイ 59から 出射する光は、第 2レンズアレイ 30、正レンズ 31を透過した後、全反射ミラー 32、 33 により反射されて、レンズ 34に入射する。

[0027] レンズ 34を出射した光は、全反射プリズム 36を経て色分解合成プリズム 37に入射 する。色分解合成プリズム 37によって白色光カゝら赤、青、緑の 3原色光に分解された 照明光は、対応する 3つのライトバルブ 38a、 38b、 38cに入射する。 [0028] 3つのライトバルブ 38a、 38b、 38cは、それぞれの映像信号に応じて光の進行方 向を変調して、光学像を形成する。ライトバルブ 38a、 38b、 38cからの反射光は、色 分解合成プリズム 37によって再び 1つに合成され、全反射プリズム 36を透過して投 写レンズ 39によって拡大投写される。

[0029] 以下に、本実施の形態の投写型表示装置を構成する上述の各要素について、より 詳細に説明する。

[0030] 楕円面鏡 22a、 22b、 22c、 22dは、ガラス製機材の内面に、赤外光を透過させ可 視光を反射させる誘電体光学多層膜を形成したものである。

[0031] 楕円面鏡 22a、 22b、 22c、 22dの楕円面形状について、図 2を用いて説明する。

図 2において、楕円面 22の頂点から、光源の発光体中心 21が配置された位置まで の距離を第 1焦点距離 f とし、楕円面 22の頂点から、光源力ゝらの出力光魏光し発

E1

光体を結像させる位置までの距離を第 2焦点距離 f とする。第 1及び第 2焦点距離 f

E2 E

、 f は、式（1)の関係を満足していることが望ましい。

1 E2

[0032] 8≤f /ί ≤11 (1)

Ε2 El

上記数値が 8より小さい場合は、第 2焦点距離 f に結像される光源の発光体像の

E2

結像倍率が大きくなり、集光効率が低下する。集光効率の低下を補うためには、以降 の全ての光学部品の有効面積を大きくしなければならないため、セット全体が大きく なり、コンパクトに構成することが困難となる。

[0033] また、上記数値が 11より大きい場合は、第 2焦点距離 f に集光する集光角が大きく

E2

なり、以降のレンズ系の有効径を大きくする必要があり、この場合もセットサイズをコン ノタトに構成することが困難となる。

[0034] 一方、第 2焦点距離 f が長くなる場合は光路長が長くなるため、楕円面鏡 22a、 22

E2

b、 22c、 22d周辺をコンパクトに構成できない。

[0035] また、第 1焦点距離 f が短くなる場合は、光源 21a、 21b、 21c、 21dが、楕円面鏡

E1

22a, 22b, 22c, 22dに近接するため、光源 21a、 21b、 21c、 21d、楕円面鏡 22a、 22b、 22c, 22d双方とも信頼性を確保するための良好な冷却条件を満足することが 困難となる。

[0036] また、第 2焦点距離 f が短くなる場合は、楕円面鏡 22a、 22b、 22c、 22dが以降の 光学系に近づくため、保持構造や冷却構造の構成が困難になってくる。

[0037] 上記数値 (f /Ϊ )は、さらに望ましくは、 9以上 10以下とする。以上の条件を満足

E2 E1

させることによって、集光効率、セットコンパクト性、及び、無理のない冷却構造を両 立できる。

[0038] 合成プリズム 23a、 23b、及び合成プリズム 27とも、光源 21a、 21b、 21c、 21d力ら の出力光が微小な面積に集光されるため、ミラー面を形成する多層膜に用いる材料 は、耐熱性、対紫外線に優れた材料を用いる必要がある。そうでない場合は、多層 膜面にクラックや表面変質が発生し、良好な反射率を維持できなくなる恐れがある。

[0039] この条件を満足するために、誘電体多層膜を構成する低屈折率層として屈折率が 1. 46の SiOを、高屈折率層として屈折率が 2. 10の Ta Oを用い、交互周期層を形

2 2 5

成する。高屈折率材料としては、他に Ta Oと TiOの混合材料を用いても良い。

2 5 2

[0040] 集光レンズ系 26a、 26bを構成する入射側レンズ 24a、 24bと、出射側レンズ 25a、 25bとしては、図 3に示すように、いずれも正パワーを有し、球面収差を最小限に抑え るため、片面が非球面の平凸レンズが用いられる。有効口径、非球面形状、及び焦 点距離は互いに同一であり、入射側レンズ 24a、 24bは、発散光を略平行光に変換 し、出射側レンズ 25a、 25bで収束光に変換する。

[0041] このように、レンズの凸面形状を非球面とし、かつ、集光レンズ系 26a、 26bを 2つの レンズによってパワー配分させることによって、レンズで発生する収差を最小限に抑 えることができる。

[0042] さらに、入射側レンズ 24a、 24bと、出射側レンズ 25a、 25bとを同一形状に設計す ることによって、部品コストも安価に抑えることが出来、量産性にも適した構成とするこ とが出来る。

[0043] ここで、複数の楕円面鏡で集光した光を小型かつ効率よく合成する為の条件につ いて補足する。図 4は、これを説明する為の概略図である。図 4において、光軸 106a および光軸 103aは各々、楕円面鏡 22aの光軸 41aが、合成プリズム 23aにより反射 された後、及び集光レンズ系 26aから出射した後の状態を示す。図 4に示すように、 光軸 107aは集光レンズ系 26aの光軸 105aに平行である。

[0044] 図 4に示す光学系は、合成プリズム 23aの反射面の法線 104aと楕円面鏡 22aの光 軸 41aを含む面内において、式（2)の関係を満足するように構成されることが望まし い。

[0045] L1/3≤L2≤L1 (2)

ここで、 L1は、合成プリズム 23a上における楕円面鏡 22aの光軸 41aと集光レンズ 系 26aの光軸 105aとの交点から、集光レンズ系 26aの光入射面と光出射面との中間 点 102aまでの間の距離である。 L2は、楕円面鏡 22aの光軸と集光レンズ系 26aの 光軸 105aとの交点から、合成プリズム 23aによって反射される楕円面鏡 22aの光軸 上の光線 106aが集光レンズ系 26aの光軸 105aと交差する位置までの距離である。

[0046] L2が上式を満たさない場合は、集光レンズ系 26aを出射後の楕円面鏡 22aの光軸 103aの平行度が悪くなり、後述する第 2合成プリズム 27以降の集光度が悪くなる。

[0047] また、 L2が下限値よりも小さい場合には、集光レンズ系 26aに対する光軸 106aの 高さが高くなり、集光レンズ系 26aの口径が大きくなりすぎるので小型化が困難にな る。

[0048] 更には、楕円面鏡 22aの光軸 41aの反射位置 100aと集光レンズ系 26aの光軸 10 5aの間の距離を L3とする時、 L2と L3との関係は式（3)の関係を満足するように構成 することが望ましい。

[0049] L3/L2=tan 0

5。 ≤ θ≤20° (3)

Θが 5° 未満、または 20° を超える場合、良好な集光効率の確保とセット全体の小 型化との両立が困難となる。

[0050] 更に望ましくは、 L3を式 (4)で示される寸法範囲内で構成すればよい。

[0051] 1. 2mm≤L3≤5mm (4)

L3が下限値（1. 2mm)未満である場合は、楕円面鏡 22aで集光した光の合成プリ ズム 23aからのはみ出し量が多くなる為、合成効率が悪くなる。また、上限値（5mm) よりも大きい場合は、集光レンズ系 26aに対する光軸 106aの高さが高くなり、集光レ ンズ系 26aの口径が大きくなりすぎるので小型化が困難になる。

[0052] 以上の説明は楕円面鏡 22aを例とした力 楕円面鏡 22b、 22c、 22dについても同 様である。 [0053] 以上のように構成することで、複数の楕円面鏡で集光した光をより小型かつ効率よ く合成することが可能になる。

[0054] 以上の構成にお ヽて、光源 21a、 21b、 21c、 21dの光軸 41a、 41b、 41c、 41dま、 それぞれ互!、に平行となるように配置される。

[0055] また、光源 21aと 21b、及び楕円面鏡 22aと 22bはそれぞれ、対応する合成プリズム 23aの断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺への垂線に対し、互 ヽに軸対 称に配置される。同様に、光源 21cと 21d、及び楕円面鏡 22cと 22dはそれぞれ、対 応する合成プリズム 23bの断面形状である二等辺三角形の頂角力 底辺への垂線 に対し、互いに軸対称に配置される。

[0056] さらに、光源 21a、 21b、楕円面鏡 22a、 22b、合成プリズム 23a、及び集光レンズ 系 26a力らなる系と、光源 21c、 21d、楕円面鏡 22c、 22d、合成プリズム 23b、及び 集光レンズ系 26bからなる系とは、合成プリズム 27の断面形状である二等辺三角形 の頂角力 底辺への垂線に対し、互いに軸対称に配置される。

[0057] また、 4つの光源 21a、 21b、 21c、 21dから以降の光学系に展開される 4つの光軸 は、合成プリズム 27から出射するときには、断面における配置が略正方形の 4隅に各 々位置するように設計されている。即ち、 4つの光軸の隣り合う光軸が互いに同じ間 隔で第 3集光光学系 35に入射するように配置される。

[0058] 以上のように配置することによって、複数の光源を用いた光学系の場合にぉ ヽても 、照明光に対称性があるため、輝度の不均一性が発生し難い。また光学系全体も無 駄な空間が無くコンパクトに構成できるうえ、同一の光学部品を対称に配列すること で、保持構造や冷却構造も、同様に、共通部品を用いて構成できる。

[0059] 以上の構成において、各集光光学系間の関係は式 (5)を満足することが望ましい。

[0060] (D /f ) = (D /f ) = (D /ί ) (5)

1 1 2 2 3 3

但し、 Dは、楕円面鏡 22a、 22b、 22c、 22dの光出射側開口の有効径である。 f は

1 1

、楕円面鏡 22a、 22b, 22c, 22dの光出射側開 PI面力も、光源 21a、 21b、 21c、 21 dの出射光が最小サイズに集光される面までの距離である。 Dは、集光レンズ系 26a

2

、 26bを構成する入射側レンズ 24a、 24b、及び、出射側レンズ 25a、 25bそれぞれの 有効口径である。 f は、入射側レンズ 24a、 24b、及び、出射側レンズ 25a、 25bの焦 点距離である。 Dは、第 3集光光学系 35を構成するレンズ 28の有効口径である。 f

3 3 はレンズ 28の焦点距離である。

[0061] この条件を満足することによって良好な集光効率を得ることが出来る。

[0062] 第 1レンズアレイ 29に入射する光は光軸に近い中心付近が最も明るぐ周辺ほど急 激に暗くなる傾向にあるため、このまま反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38c上に照射 させた場合、面内に輝度の不均一性が残る。

[0063] そこで、図 5Aに示すように、第 1レンズアレイ 29は、細分化された各マイクロレンズ 29aの開口形状を二次面光源として扱うように構成される。各マイクロレンズ 29aの外 形は、反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cの有効表示面と同じアスペクト比とし、各マ イク口レンズ 29aから、対応する第 2レンズアレイ 30の各マイクロレンズ 30a上に、光 源像をレンズアレイの数だけ細分ィ匕して結像させるようにする。それにより、各マイク 口レンズ 30a上には、 4つの光源 21a、 21b、 21c、 21dの発光体像が結像される。

[0064] また、 4つの発光体像が第 2レンズアレイ 30の有効領域内で細密充填に配置される ように、発光体像の結像位置に応じて第 2レンズアレイ 30の各マイクロレンズ 30aの 開口形状を最適化する。こうすることで、第 2レンズアレイ 30の有効径を大きくするこ となぐ良好な集光効率が得られる。

[0065] 第 2レンズアレイ 30からの出力光は、（途中でミラー 32、 33を経て、）第 2レンズァレ ィ 30及び集光レンズ 31、 34〖こより、反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38c上で、第 1レ ンズアレイ 29の各レンズ形状の像が重畳された状態の照明になる。このような構成と することで、均一でかつ反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cのアスペクト比に対応し た集光効率の高い照明を得ることができる。

[0066] 全反射プリズム 36は 2つのプリズム力も構成され、互いのプリズムの近接面には非 常に薄い空気層が形成されている。空気層は、照明光が空気層に入射する場合に は、臨界角以上の角度で入射して全反射されて、反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38 c側に斜め方向力も進行し、投写画像として反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cから 反射された光は、臨界角以下の角度で空気層に入射し透過して、投写レンズ 39〖こ 入射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム 36を設けることにより 、投写光学系全体をコンパクトに構成できる。 [0067] 全反射プリズム 36と反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cとの間に配置された色分解 合成プリズム 37は、 3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反 射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーが形成されている。

[0068] 3つの反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cは、各々赤用、緑用、青用に用いられる 。全反射プリズム 36から入射した光力 まず青反射ダイクロイツクミラーによって青色 光のみ反射され、青色光となって青色用反射型ライトバルブ 38cに入射する。次に、 青反射ダイクロイツクミラーを透過した光は、赤反射ダイクロイツミラーによって赤色光 のみ反射され、赤色光となって赤色用反射型ライトバルブ 38aに入射する。そして、 青反射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーをいずれも透過した緑色光は 、緑色用反射型ライトバルブ 38bに入射する。 3色の光はそれぞれ、対応する反射型 ライトバルブ 38a、 38b、 38cによって反射された後、再び青反射ダイクロイツクミラー と赤反射ダイクロイツクミラーによって 1つに合成され、全反射プリズム 36に入射する

[0069] このように、白色光を赤、青、緑の 3原色に分解及び合成し、それぞれの映像信号 に対応する 3つの反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cを用いることで、高精細でフル カラーの投写画像を表示できる。

[0070] 反射型ライトバルブ 38a、 38b、 38cに入射した照明光のうち、白表示に相当する光 は、全反射プリズム 36、投写レンズ 39を透過してスクリーン上（図示せず）に拡大投 写される。一方、黒表示に相当する光は、投写レンズ 39の有効径外に進行し、スクリ 一ンには到達しない。

[0071] なお、この場合、光源 21a、 21b、 21c、 21dの光軸 41a、 41b、 41c、 41dは、前述 のように互いに平行に配置され、かつ投写レンズ 39の光軸 42に対しては、いずれも 垂直となるように配置されて 、る。

[0072] 光源 21a、 21b、 21c、 21dとして用いられている超高圧水銀灯のようなアークラン プは、光軸 41a、 41b、 41c、 41dに対して回転する方向で使用する場合においては 、十分な信頼性、寿命を確保できる。しかし、それ以外の方向で傾けた状態で使用し た場合は、著しく信頼性が下がり、寿命が劣化する場合が多い。一般に、投写型表 示装置はセットの水平軸に対して回転する方向で投射する設置環境が多ぐ本実施 の形態のような配置とすることで、セットの水平軸に対して回転する方向で投射する 限りにおいては、いかなる姿勢においても信頼性、寿命を確保できる。

[0073] (実施の形態 2)

図 6Aは、本発明の実施の形態 2における投写型表示装置の全体構成を示す正面 図、図 6Bは光源の配置を C方向から見た底面図である。

[0074] 空間光変調素子としては、反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68cが用いられる。反射 型ライトバルブは、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像信号に応 じて光の進行方向を変調し、反射角の変化として光学像を形成するものである。 4つ の光源 51a、 51b、 51c、 51dとして、超高圧水銀灯が用いられる。

[0075] 楕円面鏡 52a、 52b、 52c、 52dは、第 1集光光学系として作用する。合成プリズム 5 3a、 53bは、第 1合成光学系として作用する。入射側レンズ 54a、 54b、出射側レンズ 55a、 55bは、第 2集光光学系として作用する。合成プリズム 57は第 2合成光学系と して作用する。レンズ 58、 61、 64、第 1レンズアレイ 59、第 2レンズアレイ 60、全反射 ミラー 62、 63は、第 3集光光学系として作用する。

[0076] 光源 51a、 51b、 51c、 51dからの出力光は、断面形状が楕円面をなしている楕円 面鏡 52a、 52b、 52c、 52dによって、対応するコールドミラー 50a、 50b、 50c、 50d を介して集光される。コールドミラー 50a、 50b、 50c、 50dは、透明ガラス板の表面に 、可視光は反射し、紫外線、及び赤外線を透過する誘電体多層膜が形成されたもの である。このような配置とすれば、コールドミラー 50a、 50b、 50c、 50dの周辺のみの 耐光性や冷却を考慮すればよぐ以降の光学部品には可視光のみが到達するため 、紫外線、赤外線による耐光性、耐熱性に対する配慮を軽減することができる。

[0077] 楕円面鏡 52a、 52b、 52c、 52dによって集光された光源 51a、 51b、 51c、 51dの 光源像は、コールドミラー 50a、 50b、 50c、 50dを経て、それぞれ対応する第 1合成 プリズム 53a、 53bのミラー面に結像され、集光レンズ系 56a、 56b側へ反射される。 第 1合成プリズム 53a、 53bは、断面が二等辺三角形の三角柱状であり、光が入射す る面には低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラーが形 成されている。

[0078] 合成プリズム 53a、 53bを出射した光は、楕円面鏡 52a、 52bからの収束光の光軸 7 la、 71b、及び、楕円面鏡 52c、 52dからの集光光の光軸 71c、 71dがそれぞれ近接 したまま発散光として進行する。そして、それぞれ対応する入射側レンズ 54a、 54b、 出射側レンズ 55a、 55bで構成される第 2集光光系としての集光レンズ系 56a、 56b によって、再び収束光に変換される。

[0079] 集光レンズ系 56a、 56bによって集光された光は、第 2合成プリズム 57のミラー面で 、第 3集光光学系 65側へ、再び発散光として反射される。プリズム 57も断面が二等 辺三角形の三角柱状であり、光が入射する面には低屈折率材料と高屈折率材料と を交互に積層した誘電体多層膜ミラーが形成されている。

[0080] 第 3集光光学系 65は、正パワーのレンズ 58、 61、 64、第 1レンズアレイ 59、第 2レ ンズアレイ 60、レンズ 61、全反射ミラー 62、 63、レンズ 64の順に配置される。合成プ リズム 57を出射した発散光は、レンズ 58によって略平行光に変換され、第 1レンズァ レイ 59に入射する。第 1レンズアレイ 59は、高効率で均一性の高い照明をするため に、光源像を細分化する。第 1レンズアレイ 59から出射する光は、第 2レンズアレイ 6 0、正レンズ 61を透過した後、全反射ミラー 62、 63により反射されて、レンズ 64に入 射する。

[0081] レンズ 64を出射した光は、全反射プリズム 66を経て色分解合成プリズム 67に入射 する。色分解合成プリズム 67によって白色光カゝら赤、青、緑の 3原色光に分解された 照明光は、対応する 3つのライトバルブ 68a、 68b、 68cに入射する。

[0082] 3つのライトバルブ 68a、 68b、 68cは、それぞれの映像信号に応じて光の進行方 向を変調して、光学像を形成する。ライトバルブ 68a、 68b、 68cからの反射光は、色 分解合成プリズム 67によって再び 1つに合成され、全反射プリズム 66を透過して投 写レンズ 69によって拡大投写される。

[0083] 以下に、本実施の形態の投写型表示装置を構成する上述の各要素について、より 詳細に説明する。

[0084] 楕円面鏡 52a、 52b、 52c、 52dの楕円面形状は、実施の形態 1の楕円面鏡 22a、

22b、 22c、 22dと同様、（式 1)の条件を満足していることが望ましい。

[0085] 本実施の形態においても、（式 1)における f /ί の値が 8より小さい場合は、第 2

Ε2 E1

焦点距離 f に結像される光源の発光体像の結像倍率が大きくなり、集光効率が低下 する。従って、集光効率の低下を補うために、以降の全ての光学部品の有効面積を 大きくしなければならない。そのため、セット全体が大きくなり、コンパクトに構成するこ とが困難となる。

[0086] また、上記数値が 11より大きい場合は、第 2焦点距離 f に集光する集光角が大き

E2

なり、以降のレンズ系の有効径を大きくする必要があり、この場合も、セットサイズをコ ンパタトに構成することが困難となる。

[0087] 一方、第 2焦点距離 f が長くなる場合は、光路長が長くなるため、同様に、楕円面

E2

鏡 52a、 52b、 52c、 52d周辺をコンノク卜【こ構成できな!/ヽ。

[0088] また、第 1焦点距離 f が短くなる場合は、光源 51a、 51b、 51c、 51dが楕円面鏡 5

E1

2a、 52b、 52c、 52dに近接するため、光源 51a、 51b、 51c、 51d、楕円面鏡 52a、 5 2b、 52c, 52d双方とも、信頼性を確保するための良好な冷却条件を満足することが 困難となる。

[0089] また、第 2焦点距離 f が短くなる場合は、楕円面鏡 52a、 52b、 52c、 52dが以降の

E2

光学系に近づくため、保持構造や冷却構造の構成が困難になってくる。

[0090] 集光レンズ系 56a、 56bを構成する入射側レンズ 54a、 54bと、出射側レンズ 55a、 55bは、実施の形態 1と同様、いずれも正パワーを有し、球面収差を最小限に抑える ため、片面が非球面の平凸レンズを用いて構成されている。有効口径、非球面形状 、及び焦点距離は互いに同一であり、入射側レンズ 54a、 54bは、発散光を略平行 光に変換し、出射側レンズ 55a、 55bで収束光に変換する。

[0091] 以上の構成において、光源 51a、 51b、 51c、 51dの光軸 71a、 71b、 71c、 71dは

、それぞれ互!、に平行となるように配置されて！、る。

[0092] また、光源 51&と51。、楕円面鏡 52aと 52c、及びコーノレドミラー 50a、 50cはそれぞ れ、対応する合成プリズム 53aの断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺への 垂線に対し、互いに軸対称に配置される。同様に、光源 51bと 51d、楕円面鏡 52bと 52d、及びコールドミラー 50b、 50dはそれぞれ、対応する合成プリズム 53bの断面 形状である二等辺三角形の頂角から底辺への垂線に対し、互いに軸対称に配置さ れる。

[0093] さらに、光源 51a、 51c、楕円面鏡 52a、 52c、コールドミラー 50a、 50c、合成プリズ ム 53a、集光レンズ系 56a力らなる系と、光源 51b、 51d、楕円面鏡 52b、 52d、コー ルドミラ一 50b、 50d、合成プリズム 53b、集光レンズ系 56bからなる系とは、合成プリ ズム 57の断面形状である二等辺三角形の頂角力 底辺への垂線に対し、互いに軸 対称に配置される。

[0094] また、本実施の形態の場合も、 4つの光源 51a、 51b、 51c、 51dから以降の光学系 に展開される 4つの光軸は、合成プリズム 57から出射するときには、断面における配 置が略正方形の 4隅に各々位置するように設計されている。即ち、 4つの光軸の隣り 合う光軸が互いに同じ間隔で第 3集光光学系 65に入射するように配置される。

[0095] 以上のような配置にすることによって、複数の光源を用いた光学系の場合において も、照明光に対称性があるため、輝度の不均一性が発生し難い。また光学系全体も 無駄な空間が無くコンパクトに構成できるうえ、同一の光学部品を対称に配列するこ とで、保持構造や冷却構造も、同様に、共通部品を用いて構成できる。

[0096] 本実施の形態の場合も、良好な集光効率を確保するために、各集光光学系間の関 係は上述の (式 5)を満足することが望ま 、。

[0097] 但し、この場合は、 Dは、楕円面鏡 52a、 52b、 52c、 52dの光出射側開口の有効

1

径である。 f は、楕円面鏡 52a、 52b、 52c、 52dの光出射側開口面から、光源 51a、

1

51b、 51c、 5 Idの出射光が最小サイズに集光される面までの距離である。 Dは、集

2 光レンズ系 56a、 56bを構成する入射側レンズ 54a、 54b、及び、出射側レンズ 55a、 55bそれぞれの有効口径である。 f は、入射側レンズ 54a、 54b、及び、出射側レン

2

ズ 55a、 55bの焦点距離である。 Dは、第 3集光光学系 65を構成するレンズ 58の有

3

効口径である。 f は、レンズ 58の焦点距離である。

3

[0098] 第 1レンズアレイ 59は、細分ィ匕された各レンズの開口形状を二次面光源として扱う ように構成される。各レンズの外形は、反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68cの有効表 示面と同じアスペクト比を有し、第 1レンズアレイ 59の各レンズは、対応する第 2レン ズアレイ 60の各レンズ上に、光源像をレンズアレイの数だけ細分ィ匕して結像させるよ うにする。それにより、第 2レンズアレイ 60の各レンズ上には、 4つの光源 51a、 51b、 51c、 5 Idの発光体像が結像される。

[0099] 4つの発光体像が、第 2レンズアレイ 60の有効領域内で細密充填に配置されるよう に、発光体像の結像位置に応じて、第 2レンズアレイ 60の各レンズの開口形状は最 適化される。こうすることで、第 2レンズアレイ 60の有効径を大きくすることなぐ良好 な集光効率が得られる。

[0100] 第 2レンズアレイ 60からの出力光は、第 2レンズアレイ 60と集光レンズ 61、 64とによ つて、途中、ミラー 62、 63を経て、反射型ライ卜ノ ノレブ 68a、 68b、 68上【こ、第 1レン ズアレイ 59の各レンズ形状の像が重畳された状態に照射される。

[0101] 実施の形態 1と同様、このような構成とすることで、均一でかつ反射型ライトバルブ 6 8a、 68b、 68のアスペクト比に対応した集光効率の高い照明を実現することができる

[0102] 全反射プリズム 66は 2つのプリズム力 構成され、互いのプリズムの近接面には非 常に薄い空気層を形成している。空気層は、照明光が空気層に入射する場合には、 臨界角以上の角度で入射して全反射されて、反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68c側 に斜め方向力も進行し、投写画像として、反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68cから反 射された光は、臨界角以下の角度で空気層に入射及び透過して投写レンズ 69に入 射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム 66を設けることにより、 投写光学系全体をコンパクトに構成できる。

[0103] 全反射プリズム 66と反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68cとの間に配置された色分解 合成プリズム 67は、 3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反 射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーが形成されている。

[0104] 反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68cは、赤用、緑用、青用に 3つ用いられる。全反 射プリズム 66から入射した光力 まず、青反射ダイクロイツクミラーによって青色光の み反射され、青色光となって青色用反射型ライトバルブ 68cに入射する。次に、青反 射ダイクロイツクミラーを透過した光は、赤反射ダイクロイツミラーによって赤色光のみ 反射され、赤色光となって赤色用反射型ライトバルブ 68aに入射する。そして、青反 射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーを 、ずれも透過した緑色光は、緑 色用反射型ライトバルブ 68bに入射する。 3色の光はそれぞれ対応する反射型ライト バルブ 68a、 68b、 68cによって反射された後、再び青反射ダイクロイツクミラーと赤反 射ダイクロイツクミラーによって 1つに合成され、全反射プリズム 66に入射する。 [0105] このように、白色光を赤、青、緑の 3原色に分解及び合成し、それぞれの映像信号 に対応する 3つの反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68cを用いることで、高精細でフル カラーの投写画像を表示できる。

[0106] 反射型ライトバルブ 68a、 68b、 68cに入射した照明光のうち、白表示に相当する光 は、全反射プリズム 66、投写レンズ 69を透過してスクリーン上（図示せず）に拡大投 写される。一方、黒表示に相当する光は、投写レンズ 69の有効径外に進行し、スクリ 一ンには到達しない。

[0107] なお、この場合、光源 51a、 51b、 51c、 51dの光軸 71a、 71b、 71c、 71dは、前述 のように互いに平行に配置され、かつ投写レンズ 69の光軸 70に対しては、いずれも 垂直となるように配置されて 、る。

[0108] (実施の形態 3)

図 7Aは、本発明の実施の形態 3における投写型表示装置の全体構成を示す正面 図、図 7Bは光源の配置を E方向から見た底面図、図 7Cは光源の配置を E方向から 見た側面図である。

[0109] 空間光変調素子としては、反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cが用いられる。反射 型ライトバルブは、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像信号に応 じて光の進行方向を変調し、反射角の変化として光学像を形成するものである。 4つ の光源 81a、 81b、 81c、 81dとして、超高圧水銀灯が用いられる。

[0110] 楕円面鏡 82a、 82b、 82c、 82dは、第 1集光光学系として作用する。合成プリズム 8 3a、 83bは、第 1合成光学系として作用する。凹面ミラー 84a、 84bは、第 2集光光学 系として作用する。合成プリズム 85は第 2合成光学系として作用する。レンズ 86、 89 、 92、第 1レンズアレイ 87、第 2レンズアレイ 88、全反射ミラー 90、 91は第 3集光光学 系として作用する。

[0111] 光源 81a、 81b、 81c、 81dからの出力光は、断面形状が楕円面をなしている楕円 面鏡 82a、 82b、 82c、 82d【こよって集光される。稽円面鏡 82a、 82b、 82c、 82d【こよ つて集光された光源 81a、 81b、 81c、 81dの光源像は、それぞれ対応する第 1合成 プリズム 83a、 83bのミラー面に結像され、凹面ミラー 84a、 84b側へ反射される。 第 1合成プリズム 83a、 83bは、断面が二等辺三角形の三角柱状であり、光が入射する 面には、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラーが形 成されている。

[0112] 第 1合成プリズム 83a、 83bを出射した光は、楕円面鏡 82a、 82b力もの収束光の光 軸 80a、 80b、及びネ青円面鏡 82c、 82d力らの集光光の光軸 80c、 80d力 Sそれぞれ近 接したまま発散光として進行し、それぞれ対応する凹面ミラー 84a、 84bによって再び 収束光に変換される。

[0113] 凹面ミラー 84a、 84bによって集光された光は、第 2合成プリズム 85のミラー形成面 で第 3集光光学系 93側へ再び発散光として反射される。第 2合成プリズム 85は断面 が二等辺三角形の三角柱状であり、第 1合成プリズム 83a、 83bと同様に、光が入射 する面には、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラー が形成されている。

[0114] 第 3集光光学系 93は、正パワーのレンズ 86、第 1レンズアレイ 87、第 2レンズアレイ 88、正パワーのレンズ 89、全反射ミラー 90、 91、正パワーのレンズ 92の順に配置さ れる。第 2合成プリズム 85を出射した発散光は、レンズ 86によって略平行光に変換さ れ、第 1レンズアレイ 87に入射する。第 1レンズアレイ 87は、高効率で均一性の高い 照明をするために、光源像を細分化する。第 1レンズアレイ 87から出射する光は、第 2レンズアレイ 88、正レンズ 89を透過した後、全反射ミラー 90、 91により反射されて、 レンズ 92に入射する。

[0115] レンズ 92を出射した光は、全反射プリズム 94を経て色分解合成プリズム 95に入射 する。色分解合成プリズム 95によって白色光カゝら赤、青、緑の 3原色光に分解された 照明光は、対応する 3つのライトバルブ 96a、 96b、 96cに入射する。

[0116] 3つのライトバルブ 96a、 96b、 96cは、それぞれの映像信号に応じて光の進行方 向を変調して、光学像を形成する。ライトバルブ 96a、 96b、 96cからの反射光は、色 分解合成プリズム 95によって再び 1つに合成され、全反射プリズム 94を透過して投 写レンズ 97によって拡大投写される。

[0117] 以下に、本実施の形態の投写型表示装置を構成する上述の各要素について、より 詳細に説明する。

[0118] 楕円面鏡 82a、 82b、 82c、 82dは、ガラス製機材の内面に、赤外光を透過させ可 視光を反射させる誘電体光学多層膜を形成したものであり、楕円面形状は、実施の 形態 1と同様、上述の (式 1)の条件を満足していることが望ましい。

[0119] 本実施の形態においても、（式 1)における f /ί の値が 8より小さい場合は、第 2

Ε2 E1

焦点距離 f

E2に結像される光源の発光体像の結像倍率が大きくなり、集光効率が低下 する。従って、集光効率の低下を補うために、以降の全ての光学部品の有効面積を 大きくしなければならないため、セット全体が大きくなり、コンパクトに構成することが 困難となる。

[0120] また、上記数値が 11より大きい場合は、第 2焦点距離 f に集光する集光角が大きく

E2

なり、以降のレンズ系の有効径を大きくする必要があり、この場合もセットサイズをコン ノタトに構成することが困難となる。

[0121] 一方、第 2焦点距離 f が長くなる場合は、光路長が長くなるため、同様に、楕円面

E2

鏡 82a、 82b、 82c、 82d周辺がコンパクトに構成できない。

[0122] また、第 1焦点距離 f が短くなる場合は、光源 81a、 81b、 81c、 81dが、楕円面鏡

E1

82a, 82b、 82c、 82dに近接するため、光源 81a、 81b、 81c、 81d、楕円面鏡 82a、 82b、 82c, 82d双方とも信頼性を確保するための良好な冷却条件を満足することが 困難となる。

[0123] また、第 2焦点距離 f が短くなる場合は、楕円面鏡 82a、 82b、 82c、 82dが以降の

E2

光学系に近づくため、保持構造や冷却構造の構成が困難になってくる。

[0124] さらに、上記数値を 9以上 10以下とすることが望ましい。以上の条件を満足させるこ とによって、集光効率、セットコンパクト性、及び、無理のない冷却構造を両立できる。

[0125] 次に、凹面ミラー 84a、 84bの楕円面形状について、図 8、 9を用いて説明する。凹 面ミラー 84a、 84bは、光の入射面が光軸に対して回転対称でないアナモフィック非 球面形状をなす。図 8に示すように、ミラー形成面は、第 1合成プリズム 83a、 83bの 光軸上の出射点 109から出射する発散光力 再び第 2合成プリズム 85の入射点 110 に収束光として集光されるように、発散光の各光線の入射角に応じて焦点距離が連 続的に変化している。

[0126] 図 9を参照して、凹面ミラー 84a、 84bの断面形状について説明する。図 9には、入 射光軸 107と出射光軸 108とを含む平面上の断面形状が示される。図示するように、 出射点 109から入射光軸 107と出射光軸 108との交点までの距離を aとし、交点から 入射点 110までの距離を bとした時の、 aと bとの総和を Lとする。また、出射点 109か

0

ら出射する任意の光線についての、出射点 109から凹面ミラー 84a、 84bを経て第 2 合成プリズム 85の入射点 110に至るまでの光軸に平行な方向の距離を Lとする。任 意の光入射点における焦点距離を f とすると、 Lと f との関係は、式 (6)を満足するよ うに焦点距離が変化して 、る。

[0127] f =L (L -L ) /L (6)

n n 0 n 0

なお、ミラー形成面は、第 1合成プリズム 83a、 83bからの出射光が入射する入射光 軸 107と凹面ミラーよつて反射された出射光軸 108とを含む平面上の第 1断面形状と 、その第 1断面形状と垂直な方向の第 2断面形状は、いずれも焦点距離が連続的に 変化している。し力も、第 1断面形状と第 2断面形状は互いに形状が異なるアナモフ イツク非球面形状である。

[0128] また、凹面ミラー 84a、 84bのミラー形成面には、 SiOからなる低屈折率層と Nb O

2 2 5 からなる高屈折率層の交互周期層による誘電体多層膜が形成され、紫外光と赤外光 の大部分を透過し、可視光のみ反射させる特性を有する。

[0129] 光源 81a、 81b、 81c、 81dから可視光とともに出射する紫外光や赤外光は、反射 型ライトバルブ 96a、 96b、 96cの信頼性を確保するため、反射型ライトバルブ 96a、 9 6b、 96cに到達する前にカットさせる必要がある。凹面ミラー 84a、 84bがその作用を 兼ね備えることによって、別途、紫外光、赤外光をカットするための光学部品を設ける 必要がなぐ部品点数を抑えることができる。

[0130] なお、高屈折率層の材料としては、上述の Nb Oの他に、 TiOや Ta Oを用いても

2 5 2 2 5 よい。

[0131] また、凹面ミラー 84a、 84bの基板は、成形によって加工されたガラス材料であり、 周辺の保持構造も含めて一体形状として成形すれば、さらに部品点数の削減を図る ことが出来る。

[0132] 以上の構成【こお ヽて、光源 81a、 81b、 81c、 81dの光軸 80a、 80b、 80c、 80ciま、 それぞれ互!ヽに平行となるように配置されて 、る。

[0133] また、光源 81aと 81b、及び楕円面鏡 82aと 82bはそれぞれ、対応する第 1合成プリ ズム 83aの断面形状である二等辺三角形の頂角力 底辺への垂線に対し、軸対称 に配置される。同様に、光源 81cと 81d、及び楕円面鏡 82cと 82dは、対応する第 1 合成プリズム 83bの断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺への垂線に対し、 軸対称に配置される。

[0134] さらに、光源 81a、 81b、楕円面鏡 82a、 82b、第 1合成プリズム 83a、凹面ミラー 84 aからなる系と、光源 81c、 81d、楕円面鏡 82c、 82d,第 1合成プリズム 83b、凹面ミラ 一 84bからなる系とは、第 2合成プリズム 85の断面形状である二等辺三角形の頂角 から底辺への垂線に対し、互いに軸対称に配置される。

[0135] また、 4つの光源 81a、 81b、 81c、 81dから以降の光学系に展開される 4つの光軸 は、合成プリズム 85から出射するときには、断面における配置が略正方形の 4隅に各 々位置するように設計されている。即ち、 4つの光軸の隣り合う光軸が互いに同じ間 隔で第 3集光光学系 93に入射するように配置される。

[0136] 以上のような配置にすることによって、複数の光源を用いた光学系の場合において も、照明光に対称性があるため、輝度の不均一性が発生し難い。また光学系全体も 無駄な空間が無くコンパクトに構成できるうえ、同一の光学部品を対称に配列するこ とで、保持構造や冷却構造も、同様に、共通部品を用いて構成できる。

[0137] 第 1レンズアレイ 87は、細分ィ匕された各レンズの開口形状を二次面光源として扱う ように構成される。各レンズの外形は、反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cの有効表 示面と同じアスペクト比とし、第 1レンズアレイ 87の各レンズから、対応する第 2レンズ アレイ 88の各レンズ上に、光源像をレンズアレイの数だけ細分ィ匕して結像させるよう にする。それ〖こより、第 2レンズアレイ 88の各レンズ上には、 4つの光源 81a、 81b、 8 lc、 8 Idの発光体像が結像される。

[0138] 4つの発光体像が、第 2レンズアレイ 88の有効領域内で細密充填に配置されるよう に、発光体像の結像位置に応じて、第 2レンズアレイ 88の各レンズの開口形状を最 適化させる。こうすることで、第 2レンズアレイ 88の有効系を大きくすることなぐ良好 な集光効率が得られる。

[0139] 第 2レンズアレイ 88からの出力光は、第 2レンズアレイ 88とレンズ 89、 92とによって 、途中、ミラー 90、 91を経て、反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96c上に、第 1レンズァ レイ 87の各レンズ形状の像が重畳された状態に照射される。実施の形態 1と同様、こ のような構成とすることで、均一でかつ反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cのァスぺク ト比に対応した集光効率の高い照明をさせることができる。

[0140] 全反射プリズム 94は 2つのプリズム力 構成され、互いのプリズムの近接面には非 常に薄い空気層を形成している。空気層は、照明光が空気層に入射する場合には、 臨界角以上の角度で入射して全反射されて、反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96c側 に斜め方向力も進行し、投写画像として反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cから反射 された光は、臨界角以下の角度で空気層に入射及び透過して、投写レンズ 97に入 射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム 94を設けることにより、 投写光学系全体をコンパクトに構成できる。

[0141] 全反射プリズム 94と反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cとの間に配置された色分解 合成プリズム 95は、 3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反 射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーが形成されている。

[0142] 反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cは、赤用、緑用、青用の 3つが用いられる。全 反射プリズム 94から入射した光力 まず青反射ダイクロイツクミラーによって青色光の み反射され、青色光となって青色用反射型ライトバルブ 96cに入射する。次に、青反 射ダイクロイツクミラーを透過した光は、赤反射ダイクロイツミラーによって赤色光のみ 反射され、赤色光となって赤色用反射型ライトバルブ 96aに入射する。そして、青反 射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーを 、ずれも透過した緑色光は、緑 色用反射型ライトバルブ 96bに入射する。

[0143] 3色の光は、それぞれ対応する反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cによって反射さ れた後、再び青反射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーによって 1つに 合成され、全反射プリズム 94に入射する。

[0144] 反射型ライトバルブ 96a、 96b、 96cに入射した照明光のうち、白表示に相当する光 は、全反射プリズム 94、投写レンズ 97を透過してスクリーン上（図示せず）に拡大投 写される。一方、黒表示に相当する光は、投写レンズ 97の有効径外に進行し、スクリ 一ンには到達しない。

[0145] なお、本実施の形態【こお ヽて、光源 81a、 81b、 81c、 81dの光軸 80a、 80b、 80c 、 80dは、前述のように互いに平行に配置され、かつ投写レンズ 97の光軸 98に対し ては、いずれも垂直となるように配置されている。

[0146] 光源 81a、 81b、 81c、 81dとして用いている超高圧水銀灯のようなアークランプは、 光軸 80a、 80b、 80c、 80dに対して回転する方向で使用する場合においては、十分 な信頼性、寿命を確保できるが、それ以外の方向で傾けた状態で使用した場合は、 著しく信頼性が下がり、寿命が劣化する場合が多い。一般に、投写型表示装置はセ ットの水平軸に対して回転する方向で投射する設置環境が多ぐ本実施の形態のよ うな配置とすることで、セットの水平軸に対して回転する方向で投射する限りにおいて は、いかなる姿勢においても信頼性、寿命を確保できる。

[0147] (実施の形態 4)

図 10Aは、本発明の実施の形態 4における投写型表示装置の全体構成を示す正 面図である。図 10Bは、光源の配置を F方向力も見た底面図である。図 10Cは、光源 の配置を G方向力 見た側面図である。

[0148] 空間光変調素子としては、反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128cが用いられる。

反射型ライトバルブは、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像信号 に応じて光の進行方向を変調し、反射角の変化として光学像を形成するものである。 4つの光源 l l la、 111b, 111c, l l ldとして、超高圧水銀灯力用！ヽられる。

[0149] 楕円面鏡 112a、 112b, 112c, 112dは、第 1集光光学系として作用する。第 1合 成プリズム 114a、 114bは、第 1合成光学系として作用する。凹面ミラー 115a、 115b は、第 2集光光学系として作用する。第 2合成プリズム 116は、第 2合成光学系として 作用する。レンズ 117、 121, 124,第 1レンズアレイ 118、第 2レンズアレイ 120、全 反射ミラー 122、 123は、第 3集光光学系 125として作用する。

[0150] 光源 l l la、 111b, 111c, 11 Idからの出力光は、断面形状が楕円面をなしている 楕円面鏡 112a、 112b, 112c, 112dによって、対応するコールドミラー 113a、 113b 、 113c, 113dを介して集光される。コールドミラー 113a、 113b, 113c, 113dは、 透明ガラス板の表面に、可視光は反射し、紫外線、及び赤外線を透過する誘電体多 層膜が形成された構造を有する。このような配置とすれば、コールドミラー 113a、 11 3b、 113c, 113dの周辺のみの耐光性や冷却を考慮すればよぐ以降の光学部品 には可視光のみが到達するため、紫外線、赤外線による耐光性、耐熱性に対する配 慮を軽減することができる。

[0151] 楕円面鏡 112a、 112b, 112c, 112dによって集光された光源 l l la、 111b, 111 c、 11 Idの光源像は、コールドミラー 113a、 113b, 113c, 113dを経て、それぞれ 対応する第 1合成プリズム 114a、 114bのミラー形成面に結像され、凹面ミラー 115a 、 115b側へ反射される。第 1合成プリズム 114a、 114bは、断面が二等辺三角形の 三角柱状であり、光が入射する面には低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積 層した誘電体多層膜ミラーが形成されている。

[0152] 合成プリズム 114a、 114bを出射した光は、楕円面鏡 112a、 112bからの収束光の 光軸 71a、 71b、及び、楕円面鏡 112c、 112dからの集光光の光軸 71c、 71dがそれ ぞれ近接したまま発散光として進行し、それぞれ対応する凹面ミラー 115a、 115bに よって再び収束光に変換される。

[0153] 凹面ミラー 115a、 115bによって集光された光は、第 2合成プリズム 116のミラー形 成面で、第 3集光光学系 125側へ、再び発散光として反射される。プリズム 116も断 面が二等辺三角形の三角柱状であり、光が入射する面には低屈折率材料と高屈折 率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラーが形成されている。

[0154] 第 3集光光学系 125は、正パワーのレンズ 117、第 1レンズアレイ 118、全反射ミラ 一 119、第 2レンズアレイ 120、正ノ ヮ一のレンズ 121、全反射ミラー 122、 123、及 び正パワーのレンズ 124の順に配置される。合成プリズム 116を出射した発散光は、 レンズ 117によって略平行光に変換され、第 1レンズアレイ 118に入射する。第 1レン ズアレイ 118は、高効率で均一性の高い照明をするために、光源像を細分化する。 第 1レンズアレイ 118から出射する光は、全反射ミラー 119を介して第 2レンズアレイ 1 20を透過し、正レンズ 121を透過した後、全反射ミラー 122、 123により反射されて、 レンズ 124に入射する。

[0155] レンズ 124を出射した光は、全反射プリズム 126を経て色分解合成プリズム 127に 入射する。色分解合成プリズム 127によって白色光カゝら赤、青、緑の 3原色光に分解 された照明光は、対応する 3つのライトバルブ 128a、 128b, 128cに入射する。

[0156] 3つのライトノ レブ 128a、 128b, 128cは、それぞれの映像信号に応じて光の進行 方向を変調して、光学像を形成する。ライトバルブ 128a、 128b, 128cからの反射光 は、色分解合成プリズム 67によって再び 1つに合成され、全反射プリズム 126を透過 して投写レンズ 129によって拡大投写される。

[0157] 以下に、本実施の形態の投写型表示装置を構成する上述の各要素について、より 詳細に説明する。

[0158] 楕円面鏡 112a、 112b, 112c, 112dの楕円面形状は、実施の形態 1と同様、（式 1

)の条件を満足して 、ることが望ま 、。

[0159] 本実施の形態においても、（式 1)における f /ί の値が 8より小さい場合は、第 2

Ε2 E1

焦点距離 f

E2に結像される光源の発光体像の結像倍率が大きくなり、集光効率が低下 する。従って、集光効率の低下を補うために、以降の全ての光学部品の有効面積を 大きくしなければならないため、セット全体が大きくなり、コンパクトに構成することが 困難となる。

[0160] また、上記数値が 11より大きい場合は、第 2焦点距離 f に集光する集光角が大きく

E2

なり、以降のレンズ系の有効径を大きくする必要があり、この場合も、セットサイズをコ ンパタトに構成することが困難となる。

[0161] 一方、第 2焦点距離 f が長くなる場合は光路長が長くなるため、同様に、楕円面鏡

E2

112a, 112b, 112c, 112d周辺力 ^コンノ ク卜に構成できな!/、。

[0162] また、第 1焦点距離 f が短くなる場合は、光源 l l la、 111b, 111c, 11 Idが楕円

El

面鏡 112a、 112b, 112c, 112dに近接するため、光源 l l la、 111b, 111c, l l ld 、楕円面鏡 112a、 112b, 112c, 112d双方とも、信頼性を確保するための良好な冷 却条件を満足することが困難となる。

[0163] また、第 2焦点距離 f が短くなる場合は、楕円面鏡 112a、 112b, 112c, 112dが

E2

以降の光学系に近づくため、保持構造や冷却構造の構成が困難になってくる。

[0164] 凹面面ミラー 84a、 84bは、実施の形態 3と同様、光の入射面が光軸に対して回転 対称でないアナモフィック非球面形状をなしている。ミラー形成面は、合成プリズム 1 14a、 114bの出射点から出射する発散光が再び合成プリズム 116の入射点に収束 光として集光されるように、発散光の各光線の入射角に応じて焦点距離が連続的に 変化している。 [0165] 以上の構成【こお ヽて、光源 l l la、 111b, 111c, l l ldの光軸 131a、 131b, 131 c、 13 Idは、それぞれ互いに平行となるように配置されている。

[0166] また、光源 11 laと 11 lb、楕円面鏡 112aと 112b、及びコーノレドミラー 113aと 113b はそれぞれ、対応する合成プリズム 114aの断面形状である二等辺三角形の頂角か ら底辺への垂線に対し、互いに軸対称に配置される。同様に、光源 111cと 11 ld、楕 円面鏡 112cと 112d、及びコールドミラー 113cと 113dはそれぞれ、対応する合成プ リズム 114bの断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺への垂線に対し、互い に軸対称に配置される。

[0167] 本実施の形態【こお ヽて ίま、コーノレドミラー 113a、 113b, 113c, 113dを用!ヽて構 成することにより、光源 l l la、 111b, 111c, 11 Idは全て同一方向に平行して近接 配置される。それにより、光源 l l la、 111b, 111c, 11 Idの配置姿勢を常に同じ条 件に保つことができるうえ、冷却構造もコンパクトに構成できるという利点を有する。

[0168] さらに、光源 l l la、 111b,楕円面鏡 112a、 112b,コールドミラー 113a、 113b, 合成プリズム 114a、及び凹面ミラー 115aからなる系と、光源 l l lc、 l l ld,楕円面 鏡 112c、 112d,コールドミラー 113c、 113d,合成プリズム 114b、及び凹面ミラー 1 15bからなる系は、合成プリズム 116の断面形状である二等辺三角形の頂角力も底 辺への垂線に対し、互いに軸対称に配置される。

[0169] また、 4つの光源 11 la、 111b, 111c, 11 Idから以降の光学系に展開される 4つ の光軸は、合成プリズム 116から出射するときには、断面における配置が略正方形の 4隅に各々位置するように設計されている。即ち、 4つの光軸の隣り合う光軸が互いに 同じ間隔で第 3集光光学系 125に入射するように配置されて 、る。

[0170] 以上のような配置にすることによって、複数の光源を用いた光学系の場合において も、照明光に対称性があるため、輝度の不均一性が発生し難い。また光学系全体も 無駄な空間が無くコンパクトに構成できるうえ、同一の光学部品を対称に配列するこ とで、保持構造や冷却構造も、同様に、共通部品を用いて構成できる。

[0171] 第 1レンズアレイ 118は、細分ィ匕された各レンズの開口形状を二次面光源として扱う ように構成される。各レンズの外形は、反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128cの有 効表示面と同じアスペクト比とし、第 1レンズアレイ 118の各レンズから、対応する第 2 レンズアレイ 120の各レンズ上に、光源像をレンズアレイの数だけ細分ィ匕して結像さ せるよう〖こする。それ〖こより、第 2レンズアレイ 120の各レンズ上には、 4つの光源 111 a、 111b, 111c, 11 Idの発光体像が結像される。

[0172] 4つの発光体像が、第 2レンズアレイ 120の有効領域内で細密充填に配置されるよ うに、発光体像の結像位置に応じて、第 2レンズアレイ 120の各レンズの開口形状を 最適化させている。こうすることで、第 2レンズアレイ 120の有効系を大きくすることなく 、良好な集光効率が得られる。

[0173] 第 2レンズアレイ 120からの出力光は、第 2レンズアレイ 120とレンズ 121、 124とに よって、途中、全反射ミラー 122、 123を経て、反射型ライトバルブ 128a、 128b, 12 8上に第 1レンズアレイ 118の各レンズ形状の像が重畳された状態に照射される。実 施の形態 1同様、このような構成とすることで、均一でかつ反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128cのアスペクト比に対応した集光効率の高 、照明をさせることができる。

[0174] 全反射プリズム 126は 2つのプリズム力 構成され、互いのプリズムの近接面には非 常に薄い空気層を形成している。空気層は、照明光が空気層に入射する場合には、 臨界角以上の角度で入射して全反射されて、反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128 c側に斜め方向カゝら進行し、投写画像として、反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128 cから反射された光は、臨界角以下の角度で空気層に入射及び透過して投写レンズ 129に入射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム 126を設ける ことにより、投写光学系全体をコンパクトに構成できる。

[0175] 全反射プリズム 126と反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128cとの間に配置された 色分解合成プリズム 127は、 3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面に は青反射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーが形成されている。

[0176] 反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128cは、赤用、緑用、青用に 3つ用いられる。全 反射プリズム 126から入射した光は、まず、青反射ダイクロイツクミラーによって青色 光のみ反射され、青色光となって青色用反射型ライトバルブ 128cに入射する。次に 、青反射ダイクロイツクミラーを透過した光は、赤反射ダイクロイツミラーによって赤色 光のみ反射され、赤色光となって赤色用反射型ライトバルブ 128aに入射する。そし て、青反射ダイクロイツクミラーと赤反射ダイクロイツクミラーを 、ずれも透過した緑色 光は、緑色用反射型ライトバルブ 128bに入射する。 3色の光はそれぞれ対応する反 射型ライトバルブ 128a、 128b, 128cによって反射された後、再び青反射ダイクロイ ックミラーと赤反射ダイクロイツクミラーによって 1つに合成され、全反射プリズム 126 に入射する。

[0177] 反射型ライトバルブ 128a、 128b, 128cに入射した照明光のうち、白表示に相当 する光は、全反射プリズム 126、投写レンズ 129を透過してスクリーン上（図示せず） に拡大投写される。一方、黒表示に相当する光は、投写レンズ 129の有効径外に進 行し、スクリーンには到達しない。

[0178] なお、この場合、光源 l l la、 111b, 111c, l l ldの光軸 131a、 131b, 131c, 13 Idは、前述のように互いに平行に配置され、かつ投写レンズ 129の光軸 132に対し ては、いずれも垂直となるように配置されている。

[0179] 本実施の形態においては、ライトバルブとして、光の進行方向を変調する反射型の ライトバルブを用いたが、有効表示領域の外側に一部の不要光が照射される構成の 場合であれば、光の偏光方向や散乱状態を変調するタイプのライトバルブや、透過 型ライトバルブのタイプを用いた場合でも同様の効果を発揮する。

[0180] また、本実施の形態においては、使用する光源は 4つ用いたが、本実施の形態 1ま たは 2の集光レンズ系を用いた構成や、本実施の形態 3または 4の凹面ミラーを用い た構成で展開すれば、 4つ以上の光源数でも同様の考え方に基づいて構成できる。 産業上の利用可能性

[0181] 本発明によれば、複数の光源を用いる場合において、光源単体の消費電力を抑え ることで信頼性を確保し、かつ、コンパクトでありながら高効率に照明でき、超高輝度 な投写画像を投写するプロジェクタ等の投写型表示装置に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 2n個（nは 2以上）の光源と、

前記各光源からの出射光を各々集光するように配置された 2n個の楕円面鏡からな る第 1集光光学系と、

断面が二等辺三角形である三角柱状のプリズムからなり、各々、前記第 1集光光学 系のうちの対応する 2個からの出射光を合成するように配置された n個の第 1合成光 学系と、

前記各第 1合成光学系からの出射光を各々集光するように配置された第 2集光光 学系と、

断面が二等辺三角形である三角柱状のプリズムからなり、各々、前記第 2集光光学 系のうちの対応する 2個からの出射光を合成するように配置された n/2個の第 2合成 光学系と、

複数のレンズ、及び複数のレンズアレイ力 なり、前記第 2合成光学系からの出射 光が入射するように配置された第 3集光光学系とを備え、

前記 2n個の第 1集光光学系の光軸はそれぞれ互いに略平行であることを特徴とす る照明光学装置。

[2] 前記第 2集光光学系は、少なくとも 1つのレンズからなる請求項 1記載の照明光学 装置。

[3] 前記第 1集光光学系における楕円面の第 1焦点距離 f と、第 2焦点距離 f とは、式

El E2

(1)の関係を満足する請求項 1記載の照明光学装置。

8≤f /Ϊ ≤11 (1)

E2 E1

[4] 前記第 2集光光学系としての前記レンズは、前記第 1合成光学系からの光が入射 する入射側レンズと、光が出射する出射側レンズの 2つのレンズによって構成され、 前記 2つのレンズはいずれも正レンズであり、有効口径、及び焦点距離は互いに略 同一である請求項 2記載の照明光学装置。

[5] 前記 2つのレンズは、互いに略同一形状である請求項 4記載の照明光学装置。

[6] 前記 2つのレンズは、いずれも球面収差を補正する非球面レンズである請求項 4記 載の照明光学装置。

[7] 前記 2つのレンズの非球面形状は、楕円面形状である請求項 6記載の照明光学装 置。

[8] 前記第 2集光光学系から出射する 2n個の前記第 1集光光学系の光軸は、前記第 2 集光光学系の光軸に対して略並行であり、

前記第 1合成光学系の反射面の法線と前記第 1集光光学系の光軸を含む面内に おいて、前記第 1合成光学系で反射された前記第 1集光光学系の光軸は、前記第 2 集光光学系の光軸と交差し、

前記第 1集光光学系の光軸と前記第 2集光光学系の光軸との交点から、前記第 2 集光光学系の光入射面と光出射面との中間点までの間の距離を L1とし、前記第 1集 光光学系の光軸と前記第 2集光光学系の光軸との交点から、前記第 1合成光学系に よって反射された前記第 1集光光学系の光軸と前記第 2集光光学系の光軸が交差 する位置までの間の距離を L2としたとき、距離 L1と距離 L2は式 (2)の関係を満足す る請求項 1記載の照明光学装置。

L1/3≤L2≤L1

[9] 前記第 1合成光学系での前記第 1集光光学系の光軸の反射位置と、前記第 2集光 光学系の光軸の間の距離を L3としたとき、距離 L2と距離 L3は、式 (3)の関係を満足 する請求項 8記載の照明光学装置。

L3/L2=tan 0

5。 ≤ θ≤20° (3)

[10] 距離 L3は、式 (4)を満足する請求項 9記載の照明光学装置。

1. 2mm≤L3≤5mm (4)

[11] 前記第 3集光光学系は、光が入射する側から順に、第 1正レンズ、第 1レンズアレイ 、第 2レンズアレイ、第 2正レンズ、第 3正レンズで構成されている請求項 1記載の照 明光学装置。

[12] 前記第 2レンズアレイを構成する各マイクロレンズは、各々の位置における前記光 源の像の大きさに応じて、前記複数の光源全てが効率よく結像されるように開口形状 が各々異なる請求項 11記載の照明光学装置。

[13] 前記第 1合成光学系及び前記第 2合成光学系としての前記プリズムは、光が入射 する面に誘電体多層膜ミラーが形成され、

前記誘電体多層膜ミラーは、低屈折率層としての SiO層と、高屈折率層としての T

2

a O層または Ta Oと TiOの混合物の層とが交互に積層された多層膜により構成さ

2 5 2 5 2

れている請求項 1記載の照明光学装置。

[14] 前記第 1集光光学系と、前記第 2集光光学系と、前記第 3集光光学系とは、式 (5) の関係を満足する請求項 1記載の照明光学装置。

(D /f ) = (D /f ) = (D /ί ) (5)

1 1 2 2 3 3

但し、 Dは、前記第 1集光光学系としての前記楕円面鏡の光出射側開口の有効径

1 f

1は、前記楕円面鏡の光出射側開口面から前記光源の出射光が最小サイズに集 光される面までの距離、

Dは、前記第 2集光光学系を構成する前記入射側レンズ及び出射側レンズそれぞ

2

れの有効口径、

f

2は、前記入射側レンズ及び出射側レンズの焦点距離、

Dは、前記第 3集光光学系を構成する第 1正レンズの有効口径、

3

f

3は、前記第 1正レンズの焦点距離である。

[15] 前記複数の光源、及び前記複数の第 1集光光学系はそれぞれ、対応する前記第 1 合成光学系としての前記プリズムの断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺へ の垂線に対し、軸対称に配置されている請求項 1記載の照明光学装置。

[16] 前記複数の光源、前記複数の第 1集光光学系、前記複数の第 1合成光学系、及び 前記複数の第 2集光光学系は、対応する前記第 2合成光学系としての前記プリズム の断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺への垂線に対し、軸対称に配置さ れている請求項 1記載の照明光学装置。

[17] 前記光源及び前記第 1集光光学系は 4つ含まれ、

前記第 1合成光学系及び前記第 2集光光学系は 2つ含まれ、

前記 2つの第 1合成光学系は、それぞれ、対応する 2つの前記光源及び前記第 1 集光光学系からの出射光を合成し、

前記第 2合成光学系は、前記 2つの第 1合成光学系及び前記第 2集光光学系から の出射光を合成し、

前記第 2合成光学系から出射する 4つの前記光源に対応する光軸は、断面が略正 方形の 4隅に各々配置されている請求項 1記載の照明光学装置。

[18] 第 2集光光学系は、反射面がアナモフィック非球面形状の凹面ミラー力 なる請求 項 1記載の照明光学装置。

[19] 前記第 1集光光学系における楕円面の第 1焦点距離 f と、第 2焦点距離 f とは、式

El E2

(1)の関係を満足する請求項 18記載の照明光学装置。

8≤f /Ϊ ≤11 (1)

E2 E1

[20] 前記第 2集光光学系としての前記凹面ミラーは、前記第 1合成光学系からの出射光 が入射する入射光軸と前記凹面ミラーよつて反射された出射光軸とを含む平面上の 第 1断面形状と、前記第 1断面形状と垂直な方向の第 2断面形状は、いずれも焦点 距離が連続的に変化し、

かつ前記第 1断面形状と前記第 2断面形状は互いに形状が異なるアナモフィック非 球面形状であり、

前記第 1合成光学系からの出射光線束が、前記第 2集光光学系によって略 1点に 集光される請求項 18記載の照明光学装置。

[21] 前記第 2集光光学系として前記凹面ミラーの前記第 1断面形状は、式 (6)を満足す る請求項 20記載の照明光学装置。

f =L (L -L ) /L (6)

n n 0 n 0

但し、 は任意の光入射点における焦点距離、

は、前記第 1合成光学系の光軸上の光出射点から任意の光線が入射する前記 第 2集光光学系の光入射点までの光軸に平行な方向の距離、

Lは、光軸上における前記第 1合成光学系の光出射点から前記第 2集光光学系の

0

入射点までの距離と、前記第 2集光光学系の出射点から前記第 2合成光学系の入射 点までの距離との総和である。

[22] 前記凹面ミラーのミラー面には、低屈折率層と高屈折率層との交互周期層による誘 電体多層膜が形成され、紫外光と赤外光を透過し、可視光を反射させる特性を有す る請求項 18記載の照明光学装置。

[23] 前記低屈折率層は SiO層であり、前記高屈折率層は、 TiO、 Ta O、 Nb Oのい

2 2 2 5 2 5 ずれ力からなる層、またはこれらの混合物力 なる層である請求項 22記載の照明光 学装置。

[24] 前記凹面ミラーのミラー基板は、ガラス材料カゝらなり、保持構造を含む一体成形体 である請求項 20記載の照明光学装置。

[25] 前記第 3集光光学系は、光が入射する側から順に、第 1正レンズ、第 1レンズアレイ

、第 2レンズアレイ、第 2正レンズ、第 3正レンズで構成されている請求項 18記載の照 明光学装置。

[26] 前記第 2レンズアレイを構成する各マイクロレンズは、各々の位置における前記光 源の像の大きさに応じて、前記複数の光源全てが効率よく結像されるように開口形状 が各々異なる請求項 25記載の照明光学装置。

[27] 前記第 1合成光学系及び前記第 2合成光学系としての前記プリズムは、光が入射 する面に誘電体多層膜ミラーが形成され、

前記誘電体多層膜ミラーは、低屈折率層としての SiO層と、高屈折率層としての T

2

a O層または Ta Oと TiOの混合物の層とが交互に積層された多層膜により構成さ

2 5 2 5 2

れている請求項 18記載の照明光学装置。

[28] 前記複数の光源、及び前記複数の第 1集光光学系はそれぞれ、対応する前記第 1 合成光学系としての前記プリズムの断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺へ の垂線に対し、軸対称に配置されている請求項 18記載の照明光学装置。

[29] 前記複数の光源、前記複数の第 1集光光学系、前記複数の第 1合成光学系、及び 前記複数の第 2集光光学系は、対応する前記第 2合成光学系としての前記プリズム の断面形状である二等辺三角形の頂角から底辺への垂線に対し、軸対称に配置さ れている請求項 18記載の照明光学装置。

[30] 前記光源及び前記第 1集光光学系は 4つ含まれ、

前記第 1合成光学系及び前記第 2集光光学系は 2つ含まれ、

前記 2つの第 1合成光学系は、それぞれ、対応する 2つの前記光源及び前記第 1 集光光学系からの出射光を合成し、

前記第 2合成光学系は、前記 2つの第 1合成光学系及び前記第 2集光光学系から の出射光を合成し、

前記第 2合成光学系から出射する 4つの前記光源に対応する光軸は、断面が略正 方形の 4隅に各々配置されている請求項 18記載の照明光学装置。

[31] 入射光を変調して画像形成する画像形成装置と、

前記画像形成装置に光源からの光を照射する照明光学装置と、

前記画像形成装置上に形成された光学像を拡大透写する投写装置とを備え、 前記照明光学装置として、請求項 1〜30のいずれかに記載の照明光学装置を用 Vヽたことを特徴とする投写型表示装置。

[32] 複数の前記光源の出射光軸と前記投写装置の光軸とが直交している請求項 31記 載の投写型表示装置。