照明光学系およびそれを用いた画像投射装置

【課題】被照射面を光量損失の少ない明るく効率良く照明することができる照明光学系を得ること。
【解決手段】被照明面を照明する照明光学系であって、光源手段から出射した光束を収斂光として出射する、曲面反射面を含む第１光学手段と、該第１光学手段から出射した光束を集光する正レンズと、該正レンズから出射した光束の集光状態を変える負の屈折力の第２光学手段と、該第２光学手段から出射した光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、該光束分割手段から出射した光束の偏光方向を揃えて出射する偏光変換素子と、該偏光変換手段から出射した光束を被照射面に導光する集光手段と、を有し、該第２光学手段は、該光源手段から出射した光束が該第１光学手段と該正レンズにより集光される集光点よりも光軸方向において該光源手段側に配置されていること。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源手段から射出された光束を用いて被照明面を照明する照明光学系に関する。さらにはその照明光学系を用いて被照明面に設けた液晶パネル等の画像表示素子を照明し、画像表示素子からの光をスクリーン等の被投影面に投影する画像投射装置（液晶プロジェクター等）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示素子などの画像表示素子を用いて画像情報に対応して変調された光束を投射レンズによってスクリーンなどに拡大投射する構成のプロジェクター（画像投射装置）が種々提案されている（特許文献１）。この特許文献１で開示されている画像投射装置においては、楕円鏡の一方の焦点の位置に配置されたランプから発した光束を他方の焦点の位置に集光しており、その他方の焦点位置よりもランプ側に負レンズが配置している。この特許文献１では、負レンズが楕円鏡の直後に配置されており、この負レンズの作用によって光束を発散光束として後続の正レンズ、偏光変換素子に導かれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１のような構成にすると、ランプの発光部の光軸方向の両先端部から発せられる２つの光線は、楕円鏡で反射された後、負レンズによって互いの成す角度が拡大される。この両者の角度が大きくなることは、偏光変換素子への入射角のバラツキに直結してしまうため、偏光変換素子での光量損失の大きな原因となる。
【０００５】
そこで、本発明は被照射面を光量損失が少なく、明るくしかも効率良く照明することができる照明光学系の提供を目的とする。この他、本発明は明るく高いコントラストを有する画像を投射することができる画像投射装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の照明光学系は、被照明面を照明する照明光学系であって、光源手段から出射した光束を収斂光として出射する、曲面反射面を含む第１光学手段と、該第１光学手段から出射した光束を集光する正レンズと、該正レンズから出射した光束の集光状態を変える負の屈折力の第２光学手段と、該第２光学手段から出射した光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、該光束分割手段から出射した光束の偏光方向を揃えて出射する偏光変換素子と、該偏光変換手段から出射した光束を被照射面に導光する集光手段と、を有し、該第２光学手段は、該光源手段から出射した光束が該第１光学手段と該正レンズにより集光される集光点よりも光軸方向において該光源手段側に配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被照射面を光量損失が少なく、明るくしかも効率良く照明することができる照明光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１のｘｚ断面の構成図
【図２】本発明の実施例１のｙｚ断面の構成図
【図３】本発明の実施例１での楕円リフレクターと正レンズの距離Ｌに対するパネル上での明るさ・コントラストの相関図
【図４】本発明の実施例１での楕円リフレクターから第１フライアイレンズまでの光学作用説明図
【図５】本発明の実施例１での楕円リフレクターから第１フライアイレンズ出射後における光学作用説明図
【図６】本発明の実施例１での楕円リフレクターから第１フライアイレンズ出射後における光学作用説明図
【図７】本発明の実施例１の第１フライアイレンズ入射面位置での輝度分布説明図
【図８】本発明の実施例１におけるリフレクターから第１フライアイレンズまでの光学作用の説明図
【図９】本発明の実施例２のｘｚ断面の構成図
【図１０】本発明の実施例２のｙｚ断面の構成図
【図１１】本発明の実施例２の第１フライアイレンズの斜視図
【図１２】本発明の実施例２の第２フライアイレンズの斜視図
【図１３】本発明の実施例２の光学素子のｘｚ断面の光路図
【図１４】本発明の実施例３のｘｚ断面の構成図
【図１５】本発明の実施例３のｙｚ断面の構成図
【図１６】本発明の実施例４のｘｚ断面の構成図
【図１７】本発明の実施例４のｙｚ断面の構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の被照明面を照明する照明光学系は、光源手段から出射した光束を収斂光として出射する楕円リフレクターや放物リフレクター等の曲面反射面を含む第１光学手段を有している。第１光学手段から出射した光束を集光する正レンズ（正の屈折力のレンズ）と、正レンズから出射した光束の集光状態を変える負の屈折力の球面又は非球面等の第２光学手段を有している。第２光学手段から出射した光束を複数の光束に分割する光束分割手段（第１フライアイレンズ）と、光束分割手段から出射した光束の偏光方向を揃えて出射する偏光変換素子とを有している。更に、偏光変換手段から出射した光束を被照射面に導光するコンデンサーレンズから成る集光手段とを有している。このとき、第２光学手段は、光源手段から出射した光束が第１光学手段と正レンズにより集光される集光点（実際には集光点は存在しない）よりも、光軸方向において光源手段側に配置されている。つまり、この負の屈折力を持つ第２光学手段は、第１光学手段と正レンズとによって集光されつつある光束（集光点に集光する前の段階で）を、略平行な光束に変換している。この他、正レンズは、光源手段から出射した光束であって、第１光学手段により集光される光束が光軸を横切る位置よりも光源手段側に配置されている。
【００１０】
［実施例１］
図１は、本発明の照明光学系を有する画像投射装置の実施例１の中心軸Ｏ（光軸ＯＬａ）を含むＸＺ断面における要部概略図である。図２は図１の中心軸Ｏの（光軸ＯＬａ）を含み紙面に直交するＹＺ断面内の要部概略図である。高圧水銀ランプ等の白色光を放射する光源手段１から発せられた光は、第１の光学手段を構成する反射面が楕円面形状のリフレクター（曲面反射面）２により反射され、収束光として正の屈折力の正レンズ３に入射する。正レンズ３に入射した光は、収束され、収束光として光学素子４に入射する。光学素子４は入射側（光入射側）の面が負の屈折力の第２光学手段４ａより成り、出射側（光出射側）の面が複数のレンズセルが２次元的に配列された第１のフライアイレンズ（光束分割手段）４ｂより成る。光学素子４に入射した光は、入射側の面の負の屈折力の第２光学手段４ａにより平行化される。その後、出射側の面の複数のレンズセルより成る第１フライアイレンズ４ｂによって複数の光束に分割される。その後、第２のフライアイレンズ（光束分割主端）５と偏光変換素子６の近傍に複数の２次光源像を形成する。第２のフライアイレンズ５を通過した複数の集光された光束は、偏光変換素子６を透過し、所定の偏光方向に偏光が揃えられ、第１のコンデンサーレンズ７及び第２のコンデンサーレンズ８より成る集光手段で集光される。その後、偏光分離プリズム９の偏光分離面１１を透過し、パネル（被照射面）１０面において複数の光束は重ね合わされる。これによってパネル１０を均一に照明している。パネル（画像表示素子）１０に基づく画像からの光束は偏光分離面１１で反射され、投射光学系Ｐｒに入射する。投射光学系Ｐｒは、パネル１０に基づく画像情報をスクリーン（所定面上）Ｓに投射している。第２光学手段４ａとパネル１０面は共役又は略共役関係にある。
【００１１】
図１、図２のｘ、ｙ、ｚ軸の方向について説明する。偏光分離プリズム９に関し、偏光分離面１１の法線と照明光束の中心軸０によって規定される面が第１平面（第１断面、ｙｚ平面）であり、図２に示す断面である。この第１平面と平行で中心軸０と直交する方向をｙ軸方向とする。ｙ軸と中心軸０の両方に直交する方向をｘ軸方向とする。前記照明光束の中心軸０をｚ軸方向とする。ｘ軸方向と中心軸０を含む面は第２平面（第２断面）である。図１は、実施例１のｘｚ断面（第２平面、第２断面）における構成図であり、図２はｙｚ断面（第１断面）における構成図である。パネル１０が長方形状のときは、ｘ軸方向が長辺方向、ｙ軸方向が短辺方向である。
【００１２】
光学素子４は、入射面側がｘｚ断面において負の屈折力を有したシリンドリカルレンズ等の第２光学手段４ａより成り、出射面側が第１フライアイレンズ４ｂより成っている。このように、第２光学手段４ａと第１フライアイレンズ４ｂを一体化することで、部品点数を減らし、製造を容易にしている。出射面側の光束分割部用の第１フライアイレンズ４ｂは、複数のレンズセルが２次元的に平面上に配置されて構成されている。第２のフライアイレンズ（光束分割手段）５は、入射面側がｙｚ断面において負の屈折力を有したシリンドリカルレンズより成っている。そして出射面側が光束分割手段として複数のレンズセルが２次元的に平面上に配置されて構成されている。
【００１３】
図３は、楕円リフレクター２の開口部２ａと正レンズ３の光軸方向の距離Ｌに対する、パネル１０面上での明るさ及びコントラストの関係の説明図である。図３において点線が明るさ、実線がコントラストを示している。図３に示すように、距離Ｌを変化させたとき、明るさは所定位置で最大となり、コントラストは距離Ｌを大きくするほど高くなる。パネル１０面上のコントラストの変化について説明する。楕円リフレクター２の開口部２ａと正レンズ３との距離Ｌを大きくするほど、光学素子４に入射する光束径が小さくなっていくために、パネル１０に入射する光の角度範囲が狭まっていく。このため、偏光分離手段９の偏光分離膜１１に入射する光について、偏光分離膜１１に対する光線入射角範囲が狭まるため、偏光分離特性が高まり、画像のコントラスト特性が改善できる。
【００１４】
次に、パネル１０面上の明るさ変化について説明する。まず、楕円リフレクター２のパネル１０側に正レンズ３を設けていることの光学作用について説明する。図４は、光源手段１から発せられた光で、正レンズ３の出射前後の光線の広がり角度を説明した図である。光源手段１の発光部１ａのＺ軸方向（光軸方向）のパネル１０側の先端部と楕円リフレクター２の根元側先端部からの光の成す広がり角度において説明する。楕円リフレクター２の発光部から遠い側（図のＡ）で反射する光について、正レンズ３の入射前の広がり角度をθ１、正レンズ３の出射後の広がり角度をθ１’とする。このとき、正レンズ３の正の屈折力と正レンズ３に入射する光線高さの関係から、
θ１＞ θ１’
である。同様に、楕円リフレクター２の発光部１ａに近い側（図のＢ）で反射する光について、正レンズ３の入射前の広がり角度をθ２、正レンズ３の出射後の広がり角度をθ２’とする。このとき、
θ２＞θ２’
である。このため、楕円リフレクター２の出射側に正レンズ３を設けることにより、第１及び第２のフライアイレンズ４ｂ、５に入射する光線角度範囲が狭まるため、偏光変換素子６近傍での光量損失が少なくなる。
【００１５】
次に楕円リフレクター２と正レンズ３との距離Ｌとパネル１０面上の明るさとの関係について説明する。光源手段１の発光部１ａのＺ軸方向のパネル１０側の先端部と楕円リフレクター２の根元側先端部からの光の成す角度について説明する。図４の広がり角度θ１’、θ２’は、正レンズ３の正の屈折力と正レンズ３に入射する光線高さの関係から、距離Ｌを大きくしたときに、共に小さくなる。このため、距離Ｌを大きくしていくと、パネル１０面上での明るさは上昇する。一方、距離Ｌを大きくしすぎた場合は、逆にパネル１０上の明るさは低下してくる。
【００１６】
図５及び図６は、光源手段１の発光部１ａのＺ軸方向のパネル１０側の先端部と楕円リフレクター２の根元側先端部からの光の、第２光学手段４ａを透過した後の光線角度の広がり（図の角度α、角度α’）の説明図である。図５は、楕円リフレクター２の開口部２ａと正レンズ３の距離Ｌが大きいときの図である。このとき、光源手段１の発光部１ａのＺ軸方向（光軸ＯＬａ方向）のパネル１０側の先端部から発せられた光は、楕円リフレクター２で反射された後、正レンズ３で屈折し、図の点Ｃで光軸を横切り、第２光学手段４ａに入射する。第２光学手段４ａは、負の屈折力を有しているため、第２光学手段４ａに入射する前に光軸ＯＬａを跨いだ光線Ｌｃは屈折角度が大きくなる。このため、光源手段１の発光部１ａのＺ軸方向のパネル１０側の先端部と楕円リフレクター２の根元側先端部からの光の成す角度は、第２光学手段４ａ（光学素子４）の出射後において大きくなる。このため、図１、図２に示す偏光変換素子６近傍での光量損失が大きくなる。
【００１７】
図６は、距離Ｌが小さいときの説明図である。このとき光束は正レンズ３の光入射側で光軸を跨がない。このため、光源手段１の発光部１ａのＺ軸方向のパネル１０側の先端部と楕円リフレクター２の根元側先端部からの光の、第２光学手段４ａ（光学素子４）を透過した後の光線角度の広がり角α’は、図５の広がり角αよりも小さくなる。従って、図５のときよりも明るさが向上する。光源手段１から発せられ楕円リフレクター２と正レンズ３で屈折した光が光軸ＯＬａを跨ぐか、跨がないかは、次のとおりである。光源手段１からの光が、楕円リフレクター２と正レンズ３によって集光される光軸方向の位置よりも、第２光学手段４ａが光源手段１側か、パネル１０側か、に位置することに相当する。したがって、明るさの低下を防ぐためには、光源手段１から光軸ＯＬａに対し垂直方向に発せられた光が、楕円リフレクター２と正レンズ３によって集光される光軸方向の位置よりも、第２光学手段４ａが光源手段１側に配置されることが必要である。
【００１８】
上記明るさ変化についての光学作用は、パネル１０と共役関係にある第２光学手段４ａ面上における輝度分布から説明できる。第２光学手段４ａの入射面位置での輝度分布の断面図を、図７に示す。図７の曲線１から曲線３への変化は、距離Ｌの小さい状態から大きい状態への変化を示している。横軸はｘ方向（光軸ＯＬａの直交する方向）の光軸ＯＬａからの距離、縦軸は輝度である。楕円リフレクター２の開口部２ａと正レンズ３の距離Ｌが大きい場合（図の点線３の場合）は、光源手段１からの光線が第２光学手段４ａに入射する前に光軸を横切る。このため、第２光学手段４ａの入射面での輝度分布は、中央部の輝度が高くなる。一方、距離Ｌが小さい場合は、楕円リフレクター２の根元における発光管を通すために設けた穴部が、正レンズ３の光軸ＯＬａ上にあるため、光源手段１からの光で、楕円リフレクター２の光軸近傍で反射する成分がない。このため、第２光学手段４ａの入射面での光軸近傍の光線成分はわずかである。このため、距離Ｌが小さいときの第２光学手段４ａの入射面での輝度分布は、中央部の輝度が低くなる（図の一点破線１）。また、この輝度分布の距離Ｌを変化させても変化しない分布の箇所（図中、ａ、ｂ）は、図７に示すように、光源手段１の発光部１ａから正レンズ３の光軸ＯＬａに垂直な方向に出射した光が作る分布である。
【００１９】
図８は、光源手段１から正レンズ３の光軸ＯＬａに対し垂直方向に出射した光束の楕円リフレクター（曲面反射面）２での反射光路の説明図である。図８に示すように、発光部１ａからｙ方向に出射した光が楕円リフレクター２と反射する位置（反射点）をＤとする。反射点Ｄよりも光軸ＯＬａ側では、距離Ｌが変化して大きくなると、光源手段１からの光で、正レンズ３を出射した光が、第２光学手段４ａに入射する前に、光軸ＯＬａを跨いでしまう。このため、輝度分布が変化する。楕円リフレクター２の位置Ｄよりも光軸ＯＬａよりも上側で反射する光は、光軸ＯＬａから遠く、また、楕円リフレクター２の上側で反射する光のほうが下側で反射する光よりも光線出射角度の範囲が狭まる。このため、楕円リフレクター２と正レンズ３の距離Ｌの影響をほとんど受けない輝度分布となる。楕円リフレクター２のうち楕円リフレクター２の反射点Ｄよりも光軸ＯＬａから遠い領域に入射し、反射した光束による第２光学手段４ａの入射面における輝度の最大値と最小値をＥａ、Ｅｂとする。楕円リフレクター２のうち、楕円リフレクター２の反射点Ｄよりも光軸に近い領域に入射し反射した光束による第２光学手段４ａの入射面における輝度の最大値と最小値をＩａ、Ｉｂとする。このとき、
０＜（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｅａ−Ｅｂ）＜０．５・・・（１）
なる条件を満足するようにしている。条件式（１）の上限又は下限を超えるときは、輝度分布の中央部が局所的に低くなる、又は、局所的に高くなるため、前述した光線作用の説明から、明るさが低下してしまうので良くない。
【００２０】
次に本実施例における正レンズ３の光学作用効果を、実施例との比較から説明する。本実施例では、正レンズ３を設けることで、楕円リフレクター２の出射後の光束の光束幅を狭められるため、正レンズ３を有さない構成に対して、明るさの点について有利である。楕円リフレクター２から第２光学手段４ａまでの距離Ｌを長くすれば、光束の光束幅を狭め、コントラストを高めることができる。しかしながらこの場合、発光部１ａの光軸方向の先端部から発せられる光が光軸を跨いでしまい、光量損失が大きくなってしまう。そこで、本実施例では、正レンズ３と楕円リフレクター２の開口部２ａの距離Ｌを適切に設定することで、コントラストを改善するとともに、明るさの低下を抑えている。
【００２１】
［実施例２］
図９及び図１０は、本発明の実施例２のＸＺ断面とＹＺ断面の構成図である。実施例２は実施例１に比べて光学素子１２と第２のフライアイレンズ１３の構成が異なっているだけである。１は光源手段、２は光源手段１からの光を反射して集光する第１光学手段としての楕円リフレクター、３は正レンズ、１２は光学素子であり、負の屈折力を有する第２光学手段１２ａ及び光束分割手段としての第１のフライアイレンズ１２ｂを有している。１３は第２のフライアイレンズである。６は偏光変換素子、７は第１のコンデンサーレンズ、８は第２のコンデンサーレンズ、９は偏光分離プリズム、１０はパネルである。光学素子１２は、フライアイレンズセルの曲率中心の偏心によって負の屈折力を持たせた第２光学手段１２ａと光束分割手段としての第１のフライアイレンズ１２ｂを一体化している。また、第２のフライアイレンズ１３も光学素子１２と同様である。第１、第２のフライアイレンズ１２ｂ、１３は、それぞれにおいて複数のレンズセルが２次元的に配置されて構成されている。
【００２２】
図１１は光学素子１２の斜視図、図１２は第２フライアイレンズ１３の斜視図を示している。光学素子１２を構成する第１フライアイレンズ１２ｂはｘ方向に関して、各セルの曲率中心位置が外側に偏心している。第２フライアイレンズ１３はｙ方向に関して、各セルの曲率中心位置が外側に偏心している。図９は、本発明の実施例２の光学素子１２のｘｚ断面における光路図を示している。図１０は本発明の実施例２のｙｚ断面における光路を示している。実施例１とほぼ同等の光学作用であるが、本実施例では、第１フライアイレンズ１２ｂの光束分割手段と負の屈折力を有する第２光学手段１２ａが、同一面であるため、その箇所での光路図のみ異なる。第１、第２フライアイレンズ１２ｂ、１３の光学作用について説明する。図９、図１０に示すように光源手段１から発せられ、楕円リフレクター２で反射した光は正レンズ３に入射し、正レンズ３に入射した光は、収束光となり、光学素子１２に入射する。図１３は、第１フライアイレンズ１２ｂの光学作用の説明図である。
【００２３】
図１３を用いて、正レンズ３を出射した光のうち第１フライアイレンズ１２ｂにおけるセル２１の中心部Ａに入射する光線Ｌ０について説明する。光線Ｌ０は、該セルの曲率中心Ｐが点線Ｏ１上にあり、セル２１中心部Ａに対してｘ軸方向に外側へ偏心している。この偏心によって、光学素子１２の出射後の光はｘｚ断面において照明系の光軸Ｏに略平行な光線Ｌ１となる。同様にして、第２フライアイレンズ１３についても、第２フライアイレンズ１３を透過後、ｙｚ断面において照明系の光軸Ｏに略平行な光線となる。したがって、第１、第２フライアイレンズ１２ｂ、１３は楕円リフレクター２からの収束光を光軸に対する平行光にするため、それぞれ、ｘ方向及びｙ方向に負の屈折力を有した光束分割手段として作用する。本実施例においても、楕円リフレクター２と正レンズ３の距離Ｌに関し、条件式（１）を満足するようにしている。これにより、実施例１で述べたと同様の効果を得ている。
【００２４】
［実施例３］
図１４及び図１５は、本発明の実施例３のＸＺ断面図とＹＺ断面図である。本実施例は実施例１に比べて第１光学手段２を放物リフレクター（放物面鏡）２０と第１の正レンズ２１より構成した点が異なっているだけである。１は光源手段、２０は放物リフレクターである。２１は正の屈折力の正レンズ、３は正レンズ、４は光学素子であり、負の屈折力を有する第２光学手段４ａと光束分割手段としての第１のフライアイレンズ４ｂを有している。５は第２のフライアイレンズ、６は偏光変換素子、７は第１のコンデンサーレンズ、８は第２のコンデンサーレンズである。９は偏光分離プリズム、１０はパネルである。放物リフレクター２０と、正レンズ２１以外の構成は、実施例２と同一である。本実施例では、実施例１における楕円リフレクター２の替わりに、放物リフレクター２０と正レンズ２１を用いており、これにより光源手段１からの光を反射して集光し、正レンズ３に入射させている。光源手段１から発せられた光は、放物リフレクター２０によって反射され、平行光となり、正レンズ２１に入射する。正レンズ２１に入射した光は、収束光となり、正レンズ３に入射し、屈折して光学素子４に入射する。それ以降の光学作用は実施例１と同様である。本実施例では、第１の正レンズ２１と正レンズ３との距離Ｌに関し、条件式（１）を満足するようにしている。これにより、実施例１で述べたと同様の効果を得ている。本実施例において放物リフレクター２０の代わりに楕円リフレクターを用いても良い。
【００２５】
［実施例４］
図１６及び図１７は、本発明の実施例４のＸＺ断面図とＹＺ断面図である。本実施例は実施例１に比べて光学素子２３と第２のフライアイレンズ２４の構成が異なっているだけである。１は光源手段、２は光源手段１からの光を反射して集光する第１光学手段としての楕円リフレクターである。３は正レンズ、２３は光学素子であり、負の屈折力を有する第２光学手段２３ａと光束分割手段としての第１のフライアイレンズ２３ｂを有している。２４は第２のフライアイレンズ、６は偏光変換素子、７は第１のコンデンサーレンズ、８は第２のコンデンサーレンズ、９は偏光分離プリズム、１０はパネルである。第１フライアイレンズ２３ｂと第２フライアイレンズ２４以外の構成は実施例１と同一である。光学素子２３は、入射面が負の屈折力を有した球面形状の第２光学手段２３ａと、出射面が光束を分割する複数の微小レンズから成る第１フライアイレンズ２３ｂより成っている。第２フライアイレンズ２４は、平板状のフライアイレンズより成っている。
【００２６】
本実施例では、楕円リフレクター２と正レンズ３の距離Ｌに関し、条件式（１）を満足するようにしている。これにより、実施例１で述べたと同様の効果を得ている。また、本実施例では、ｘ方向とｙ方向でパネル１０への入射角度を同一にしたまま小さくすることができるので、偏光分離手段６を用いない透過型液晶パネルを用いた構成についても有効である。また、実施例１から４においては、パネル１０として単板式の構成図を用いて説明したが、勿論、パネル３枚構成としても良い。また、各実施例において第１の光学手段は、楕円リフレクターと正の屈折力のレンズから構成しても良い。以上のように各実施例によれば、明るさとコントラストを同時に改善できる液晶プロジェクターなどに好適な照明光学系が得られる。
【符号の説明】
【００２７】
１光源手段、１ａ発光部、２第１光学手段、３正レンズ、４光学素子、４ａ第２光学手段、４ｂ第１フライアイレンズ、５第２フライアイレンズ、６偏光変換素子、７第１のコンデンサーレンズ、８第２のコンデンサーレンズ、９偏光分離プリズム、１０画像表示素子、Ｐｒ投射光学系、ＯＬａ光軸

【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照明面を照明する照明光学系であって、光源手段から出射した光束を収斂光として出射する、曲面反射面を含む第１光学手段と、該第１光学手段から出射した光束を集光する正レンズと、該正レンズから出射した光束の集光状態を変える負の屈折力の第２光学手段と、該第２光学手段から出射した光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、該光束分割手段から出射した光束の偏光方向を揃えて出射する偏光変換素子と、該偏光変換手段から出射した光束を被照射面に導光する集光手段と、を有し、該第２光学手段は、該光源手段から出射した光束が該第１光学手段と該正レンズにより集光される集光点よりも、光軸方向において該光源手段側に配置されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
被照明面を照明する照明光学系であって、光源手段から出射した光束を収斂光として出射する、曲面反射面を含む第１光学手段と、該第１光学手段から出射した光束を集光する正レンズと、該正レンズから出射した光束の集光状態を変える負の屈折力の第２光学手段と、該第２光学手段から出射した光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、該光束分割手段から出射した光束の偏光方向を揃えて出射する偏光変換素子と、該偏光変換手段から出射した光束を被照射面に導光する集光手段と、を有し、該正レンズは、該第１光学手段により集光される光束が光軸を横切る位置よりも該光源手段側に配置されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
前記光源手段から出射した光束は、光軸と垂直方向に出射した光束であることを特徴とする請求項２の照明光学系。
【請求項４】
前記光源手段から前記正レンズの光軸に対し垂直方向に出射した光束の前記曲面反射面での反射点をＤとし、該曲面反射面のうち該曲面反射面の反射点Ｄよりも光軸から遠い領域に入射し、反射した光束による前記第２光学手段の入射面における輝度の最大値と最小値をＥａ、Ｅｂ、該曲面反射面のうち、該曲面反射面の反射点Ｄよりも光軸に近い領域に入射し反射した光束による該第２光学手段の入射面における輝度の最大値と最小値をＩａ、Ｉｂとするとき、
０＜（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｅａ−Ｅｂ）＜０．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１、２又は３の照明光学系。
【請求項５】
前記第１光学手段は、楕円リフレクターより成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の照明光学系。
【請求項６】
前記第１光学手段は、放物リフレクターと正の屈折力の正レンズから成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の照明光学系。
【請求項７】
前記第２光学手段と前記光束分割手段は、一体化された光学素子より成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の照明光学系。
【請求項８】
前記光束分割手段の光出射側に複数のレンズセルより成るフライアイレンズが配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項の照明光学系。
【請求項９】
画像表示素子と、前記画像表示素子を照明する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学系と、前記画像表示素子の画像を投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。

【図６】