JPH10115871A

JPH10115871A - 画像投射装置

Info

Publication number: JPH10115871A
Application number: JP8270691A
Authority: JP
Inventors: Osamu Koyama; 理小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06
Also published as: US6260974B1

Abstract

(57)【要約】【課題】スクリーンの隅々まで明るく高コントラスト
な画像を得ること。【解決手段】光源1の像をインテグレータ５の前側端
面5−1上に形成し、インテグレータ５の内部反射作用に
よりその後側端面5−2で均一な光強度分布を形成するよ
うにし、後側端面5−2を液晶表示パネル１０、１１、１
２上に結像すると共に前側端面5−1を投影レンズ１４の
開口絞り１３の位置に結像する。インテグレータ５は、
テーパ角を有しており、前側端面よりも後側端面の方が
大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶パネル等の光変
調装置が生成する画像をスクリーン等の表示面に拡大投
射する画像投射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、反射型液晶装置を用いた液晶プロ
ジェクター用の光学系としては特開平６−２６５８４２
が提案されている。この光学系はシュリーレン光学系と
呼ばれる。従来の光学系を図１２を用いて説明する。

【０００３】図１２において、光源１から発せられた光
は放物面リフレクタ２（放物面鏡）により略平行光とさ
れ、ミラー３で反射後、集光レンズ４を介して投影レン
ズ１４の開口絞り１３の位置に配置されている反射鏡７
の近傍に光源像を形成する。反射鏡７で反射された光束
は、平凸レンズ８へむかって射出され、平凸レンズ８で
平行光となり、クロスダイクロイックプリズム９にて
Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光束に分解され、各色（波長域）の
光束が対応する反射型液晶表示パネル１０、１１、１２
を照明する。

【０００４】反射型液晶パネル１０、１１、１２で変調
された各色の光束は、画像情報を持つ反射光として再び
クロスダイクロイックプリズム９にて色合成され、平凸
レンズ８で集光され、開口絞り１３の開口を通過し、投
影レンズ１４を介してスクリーン１５上に投影される。

【０００５】液晶パネル１０、１１、１２は、例えば、
高分子分散型の液晶が封入されていて、白レベルを表示
する時には透明になり入射光束を正反射し、黒レベルを
表示する時には入射光束を散乱させるように、電界によ
り液晶分子の方向を制御する。液晶パネル１０、１１、
１２で反射され、クロスダイクロプリズム９で色合成さ
れた光束は、平凸レンズ８により投影レンズ１４の開口
絞り１３近傍に集光される。液晶で反射された光束は大
部分が開口絞り１３の開口を通過し、投影レンズ１４を
経てスクリーン１５上で白レベルを表示するが、液晶で
散乱された光束は全体のごく一部が開口絞り１３の開口
を通過するだけなのでスクリーン１５上で黒レベルを表
示する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、光源の色ムラや輝度ムラがスクリーン上で発生
してしまうという問題があった。また、リフレクタで結
像された光源像が回転対称形をしているため、矩形の液
晶パネルを照明した場合に光量ロスが多く、スクリーン
上での輝度が低下するという問題点があった。

【０００７】しかしながら、この問題点を解決するため
にインテグレータを導入することが考えられるが、イン
テグレーターを単純に配置するだけでは、投影レンズ１
４の開口絞り１３の開口部に形成される光源像が大きく
なってしまい、白レベルを表示する際に開口絞り１３の
開口を透過する光量が低下してしまう。また、光量の低
下を防止するために、絞り開口を大きくするとコントラ
ストが低下してしまう。このように、スクリーン上の色
ムラや輝度ムラを緩和するのに有効なインテグレータ
は、シュリーレン光学系との相性が悪かった。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点を解決し、ス
クリーン上の色ムラや輝度ムラを緩和し、スクリーンの
隅々まで明るく高コントラストな画像が得られる画像投
射装置を提供することにある。又、本発明では改良され
た照明装置も提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の画像投射装置の一形態は、第１の端面と第
２の端面と該第１及び第２の端面間を結ぶ反射面とを有
し光束が前記第１端面に入射してその少なくとも一部が
前記反射面により反射されて前記第２の端面から出射す
るように構成した光学手段と、前記第２の端面から出射
した光束を変調する反射型光変調装置と、前記反射型光
変調装置の像をスクリーンに投影する投影手段とを有す
る画像投射装置であって、前記光学手段の前記第１の端
面に光源又は光源像を供給し、前記光学手段の前記第１
の端面位置と前記投影光学系の絞り位置を共役関係と
し、前記光学手段の前記第２の端面位置と前記反射型光
変調装置の位置を共役関係としたことを特徴とする。

【００１０】又、本発明の画像投射装置の他の形態は、
光源と、該光源からの光束を集光して光源像を形成する
集光手段と、第１の端面と第２の端面と該第１及び第２
の端面間を結ぶ反射面とを有し前記光源からの光束が前
記第１端面から入射してその少なくとも一部が前記反射
面により反射されて前記第２の端面から出射するように
構成した光学手段と、前記光学手段の前記第２の端面か
らの光束を偏向して反射型光変調装置に導く光束偏向手
段と、前記反射型光変調装置の像をスクリーンに投影す
るための投影レンズと、前記反射型光変調装置で変調さ
れた光束を該投影レンズの絞り位置に集光させる集光レ
ンズとを有し、前記光束偏向手段を前記投影レンズの絞
り位置近傍に配置した画像投射装置であって、前記光学
手段の前記第１の端面を前記光源像の形成位置に配置
し、前記光学手段の前記第１の端面位置と前記光束偏向
手段の位置を共役関係とし、前記光束偏向手段の位置と
前記投影レンズの絞り位置を共役関係とし、前記光学手
段の前記第２の端面位置と前記反射型光変調装置の位置
を共役関係とすることを特徴とする。

【００１１】又、本発明に画像投射装置の他の形態は、
第１の端面と第２の端面と該第１及び第２の端面間を結
ぶ反射面とを有し光束が前記第１の端面に入射してその
少なくとも一部が前記反射面により反射されて前記第２
の端面から出射するように構成した光学手段と、前記第
２の端面から出射した光束を変調する光変調装置と、前
記光変調装置の像をスクリーン等の表示面に投影する投
影手段とを有する画像投射装置であって、前記光学手段
の前記第１及び第２の端面の大きさを互いに異ならし
め、前記光学手段の前記第１の端面に光源又は光源像を
供給し、前記光学手段の前記第１の端面位置と前記投影
光学系の絞り位置を共役関係とし、前記光学手段の前記
第２の端面位置と前記反射型光変調装置の位置を共役関
係としたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の照明装置は、第１の端面と
第２の端面と該第１及び第２の端面間を結ぶ反射面とを
有し光束が前記第１の端面に入射してその少なくとも一
部が前記反射面により反射されて前記第２の端面から出
射するように構成した光学手段とを有し、前記第２の端
面から出射した光束により被照明面を照明する照明装置
において、前記光学手段の前記第１及び第２の端面の大
きさを互いに異ならしめ、前記光学手段の前記第１の端
面に光源又は光源像を供給し、前記光学手段の前記第２
の端面位置と前記反射型光変調装置の位置を共役関係と
したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を示す
概略図である。図１において、メタルハライドランプや
キセノンランプ等の光源１から発せられた光は放物面リ
フレクタ２により略平行光とされ、ミラー３で反射後、
集光レンズ４を介してインテグレータ５の前側端面（第
１の端面）位置に光源像を形成する。インテグレータ５
に入射した光束は、一部はインテグレータを透過し、残
りの一部は内部の反射面で１回から数回反射して後側端
面（第２の端面）から出射する。

【００１４】図２は本発明の第１実施例のインテグレー
タ５に好適なガラスロッドの形状を示したものである。
ガラスロッドの外形は、四角錐の頂部を底部に平行に切
り落とした６面体形状である。ガラスロッドは光束が入
射する前側端面5-1と光束が出射する後側端面5-2を有
し、後側端面5-２の面積は前側端面5-1よりも大きく、
両端面5-1、5-2をテーパ状の４つの側面にて繋いでい
る。

【００１５】図２では、４つの側面はいずれも光軸に対
して非平行でありテーパ角を有しているが、例えば４つ
の側面のうちの２つが光軸に対して平行な平行面であっ
ても良い。両端面5-1、5-2と４つの側面はいずれも光学
的に滑らかになるように研磨され、テーパ角は４つの側
面で光束が全反射されるような角度が選択されている。
ガラスロッドに入射した光束の内、前側端面5-1に対し
垂直入射に近い状態で入射したものはガラスロッドを全
反射せずに透過し、前側端面5-1に対し斜入射したもの
はガラスロッド内部で4つの側面で１回から数回全反射
され、後側端面5-2より出射される。

【００１６】この時放物面リフレクタ２と集光レンズ４
には、放物面リフレクタ２の焦点距離をＦ３、集光レン
ズ４の焦点距離をＦ４とする時、４≦Ｆ４／Ｆ３≦１０
（但し、Ｆ３は前記放物面リフレクタの底面から前記焦
点までの距離。）を満たすものを用いるのが良い。なぜ
ならば、インテグレータ５の前側端面位置5-1に小さな
光源像を形成することが出来るからである。

【００１７】図３は本発明の第１の実施例のインテグレ
ータ５に好適なカレイドスコープの形状を表したもので
ある。カレイドスコープの外形は、ガラスロッドと同じ
く四角錐の頂部を底部に平行に切り落とした６面体形状
である。カレイドスコープは光束が入射する前側端面5-
1と光束が出射する後側端面5-2を有し、両端面をテーパ
状の４つの側面にて繋いでいる。

【００１８】図３では４つの側面はいずれも光軸に対し
て非平行でありテーパ角を有しているが、例えば４つの
側面のうちの２つは光軸に対して平行な平行面であって
も良い。４つの側面はいずれもミラー面を内側に向けた
台形状の平板ミラーで、それらを各辺が一致するように
組み立てられている。前側端面５-１と後側端面５-２を
繋ぐ内部空間は中空である。カレイドスコープに入射し
た光束の内、前側端面5-1に対し垂直入射に近い状態で
入射したものはカレイドスコープ内部で反射せずに透過
し、前側端面5-1に対し斜入射したものはカレイドスコ
ープの４つの側面のミラー面で１回から数回全反射さ
れ、後側端面5-2より出射される。

【００１９】図２及び図３で示したインテグレータは後
述する別の実施例にも使用できる。

【００２０】図１に戻り、インテグレータ５からの光束
は凸レンズ６に入射し、凸レンズ６は入射光束により反
射鏡７の近傍に光源１の像を形成する。反射鏡７は投影
レンズ１４の開口絞りの位置に配置されている図４に凸レンズ６が形成する光源像のスポットダイアグ
ラムの一例を示す。光源像は、インテグレータ５内部を
反射せずに透過又は１回から数回反射されるので、スポ
ットダイアグラムは図４に示すような複数の小さな光源
像の集合体となる。例えば、図４の例では、図面縦方向
には最大１回の反射の結果が図面横方向には最大２回の
反射の結果が現れており、３ｘ５のマトリクス状の光源
像が生じている。

【００２１】反射回数により光源像の大きさが決められ
るので、これは本発明の中で重要なパラメータとなる。

【００２２】再び図１に戻り、インテグレータ５からの
光束は、反射鏡７で反射されて平凸レンズ８に入射し、
平凸レンズ８により略平行光とされて、クロスダイクロ
イックプリズム９に入射し、クロスダイクロイックプリ
ズム９によりＲ、Ｇ、Ｂの３色（の光束）に分解され
る。３色の光束は各々の対応する色（波長帯域）用の光
変調装置である反射型液晶表示パネル１０、１１、１２
を照明する。反射型液晶表示パネル１０、１１、１２
は、高分子分散型液晶を用いた液晶パネルであり、画像
信号に応じて画素毎に入射光を散乱したり散乱しなかっ
たりといった光変調を行なうことにより画像情報を形成
する。後述する別の実施例の液晶表示パネルも同様の構
成、機能を有するが、必要に応じて、別のタイプの液晶
表示パネルを使用することも可能である。

【００２３】本実施例の光学系で重要なことは、インテ
グレータ５の後側端面5-2が凸レンズ６と平凸レンズ８
とにより、液晶表示パネル１０、１１、１２上にに結像
されることである。インテグレータ５の後側端面5-2に
おいては、インテグレータ５内部を反射せずに透過した
光束と１回から数回反射された光束が重なり合う為に、
光源の色ムラや輝度ムラが無くってほぼ一様な光強度分
布になっている。従って、この後側端面5-2を凸レンズ
６と平凸レンズ８とにより液晶表示パネル１０、１１、
１２の表示面と共役関係とすれば、液晶パネル表示パネ
ル１０、１１、１２の表示面で色ムラや輝度ムラが軽減
され、その結果スクリーン１５上に表示される画像の色
ムラや輝度ムラが軽減される。また、インテグレータ５
の後側端面5-2の形状を各液晶パネル１０、１１、１２
の表示面とほぼ相似な矩形としてインテグレータ５の後
側端面5-2を適当な倍率で液晶パネル１０、１１、１２
上に結像することにより、液晶パネル１０、１１、１２
を効率良く照明している。

【００２４】尚、図1ではレンズ4とレンズ6とレンズ8が
夫々一枚のレンズであるが、これらのレンズ系を夫々複
数枚のレンズにより構成しても構わない。後述する実施
例の各レンズも同様である。従って、本願で「凸レン
ズ」と述べているのは正の屈折力を有するレンズ系のこ
とである。

【００２５】反射型液晶表示パネル１０、１１、１２で
画像信号に応じて変調された各色の反射光は、再びクロ
スダイクロイックプリズム９に入射して色合成された後
に平凸レンズ８により集光され、少なくとも一部の光束
が開口絞り１３の開口部を通過し、投影レンズ１４を介
してスクリーン１５上に投影される。この時絞り１３の
開口部には、各反射型液晶表示パネル１０、１１、１２
で正反射した光により図４の光源像と相似形な光源像が
形成される。これは、光源1とインテグレータ５の前側
端面5-2と反射鏡７と開口絞り１３が互いに共役な位置
にあるからである。投影レンズ１４と集光レンズ8より
成る光学系は液晶表示パネル側がテレセントリックな系
である。

【００２６】凸レンズ６および平凸レンズ８（往復で２
回通過）によりインテグレータ５の前側入射端面5-2は
開口絞り１３の開口部上に縮小結像されている。この際
の倍率（縮小）は本実施例の光学系において表示画像の
コントラストを決定する重要なパラメータとなる。なぜ
ならば、小さな光源像を形成することができれば、開口
絞り１３の開口部が小さくても白レベル表示時に多くの
光量を通過させてしかも黒レベル表示時にはほんの僅か
な散乱光しか通過させないようにすることができるから
である。

【００２７】本実施例の光学系について更に図５を用い
て詳細に説明する。

【００２８】図５は、分かり易いように、図１の光学系
を透過系に変換したものである。図５は反射型液晶表示
パネルの代わりに透過型液晶表示パネルを用いた実施例
でもある。

【００２９】図５において、光源１から発せられた光
は、放物面リフレクタ２により略平行光とされ、不図示
のミラーで反射後、集光レンズ４を介してインテグレー
タ５の前側端面位置５-１に光源１の像を形成する。イ
ンテグレータ５に入射した光束の内、一部の光はインテ
グレータ５内を反射しないで透過して残りの光は内部で
１回から数回反射して後側端面５-２から出射する。

【００３０】インテグレータ５からの光束は凸レンズ６
に入射し、凸レンズ6はこの光束により、反射型の場合
には投影レンズ１４の開口絞り１３の位置に配置されて
いる、不図示の反射鏡７近傍に光源像Ａを形成する。反
射鏡7により反射された光束は、平凸レンズ８と不図示
のクロスダイクロイックプリズムを経て、不図示の液晶
表示パネルを照明する。インテグレータ５の後側端面5-
2は、前述のように凸レンズ６と平凸レンズ８により、
液晶表示パネル面上に像Ｂとして結像される。

【００３１】反射型液晶表示パネルの場合は展開図を考
え平凸レンズ８’は平凸レンズ８と同じレンズである。
透過型液晶表示パネルの場合は、パネル前面（光入射
側）に平凸レンズ８、背面（光出射側）に平凸レンズ
８’が配置される。液晶表示パネルからの画像信号に応
じて変調された光の内の液晶で散乱されずに反射又は透
過した光は、平凸レンズ８’により集光されて光源像
Ａ’を形成した後、開口絞り１３の開口部を通過し、投
影レンズ１８を介してスクリーン１９上に像Ｂ’として
投影される。

【００３２】本光学系は、図５に示すように、光源１と
インテグレータ５の前側端面５-１と反射鏡７が配置さ
れる位置（光源像Ａ）及び投影レンズ１４の開口絞りの
位置１３（光源像Ａ’）が共役関係となっている。この
際、光源像Ａはインテグレータ５の前側端面5-1を縮小
結像（横倍率β1）したものとするのが好ましい。これ
は、反射鏡７を配置しやすくするためである。また、光
源像Ａ’も光源像Ａを縮小結像（横倍率β2）したもの
とするのが好ましい。なぜならば、前述のように光源像
Ａ’の寸法が表示画像のコントラストを決定するので、
光源像Ａ’を形成する時の結像倍率によってコントラス
トが決まるからである。

【００３３】従って、好ましくは、光源像Ａ’はインテ
グレータ５の前側端面5-1を縮小結像（横倍率β3）した
ものであるべきであり、β3＝β2・β1であるから、イ
ンテグレータ５の前側端面5-1の長辺と短辺を各々Ｌ1、
Ｌ2、インテグレータ５による長辺方向の反射回数をｎ
1、短辺方向の反射回数をｎ2とし、各色（波長域）の光
束に対する開口絞りの開口部（径）のインテグレータ５
長辺方向長さをＤ1、インテグレータ５短辺方向長さを
Ｄ2とすれば、長辺方向と短辺方向についてＤ1≦β3・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 ……〔11〕Ｄ2≦β3・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 ……〔12〕が成立すると良い。

【００３４】上式中で（２ｎ1＋１）・Ｌ1は、インテグ
レータ5の前側端面5-1を含む平面に形成される光源像
（実像と虚像から成る）の大きさを表す。反射回数がｎ
1＝２ならば、光源像はＬ1の５倍の大きさとなり、それ
に光学系の横倍率β3を乗じた値が光源像Ａ’の大きさ
となる。この値を各色（波長帯域）の光束に対する開口
絞り１３の開口部（径）のインテグレータ５長辺方向の
長さＤ1と同じにすれば、最大のコントラストと明るさ
が得られる。また、この値がＤ1の２.５倍よりも小さけ
れば、コントラストの低下量が最大の場合の約８割以上
と比較的小さくて済むことを実験により確認した。イン
テグレータ５短辺方向についても同様である。

【００３５】また本光学系は、図５に示すように、イン
テグレータ５の後側端面5-2と液晶表示パネル面（像
Ｂ）およびスクリーン（光源像Ｂ’）が共役関係となっ
ている。インテグレータ５の後側端面5-2から凸レンズ
６の前側主平面Ｈまでの光学的距離をｄ1、凸レンズ６
の後側主平面Ｈ’から凸レンズ８まで（レンズの前側主
平面までであり、平凸レンズの場合は凸面の頂点にな
る。）の光学的距離をｄ2、凸レンズ８から（レンズ８
の後側主平面からであり、平凸レンズの場合はレンズバ
ック＋レンズ厚／レンズ屈折率）液晶表示パネル面まで
の距離をｄ3とすれば、ｄ3＝〔ｆ'・ｄ2−ｆ'・ｄ1・ｆ／（ｄ1−ｆ）〕／〔ｄ2−ｆ'−ｄ1・ｆ／（ｄ1−ｆ）〕 ……〔13〕但し、ｆ：凸レンズ６の焦点距離、ｆ'：凸レンズ８の
焦点距離の関係が成り立っている。

【００３６】また、凸レンズ６と凸レンズ８より成る系
の横倍率β4は、 β4＝ｆ・ｄ3／〔ｄ2・（ｄ1−ｆ）−ｄ1・ｆ〕 ……〔14〕となり、インテグレータ５の後側端面5-2の長辺と短辺
の各々の長さをＬ3、Ｌ4、液晶表示パネルの長辺と短辺
の各々の長さをｌ1、ｌ2、とすれば、ｌ1＜β4・Ｌ3 かつｌ2＜β4・Ｌ4 ……〔15〕が成り立っている。特に横倍率β4は１以上１.２以下で
あることが望ましい。

【００３７】本インテグレータ５の前側端面及び後側端
面は、〔11〕〜〔15〕式の条件が成立する端面形状を有
し且つ各端面が上記共役関係が成立する位置に配置され
ていることを特徴とする。

【００３８】本発明の光学系は、インテグレータをシュ
リーレン光学系に適用して、スクリーン上の画像のコン
トラスト、明るさ及び照明範囲を同時に好ましい状態で
きる構成を有する。具体的にはインテグレータの前側端
面に形成される光源像は、長辺＊短辺＝｛β3・（２ｎ1＋１）・Ｌ1｝＊｛ β3・
（２ｎ2＋１）・Ｌ2｝の大きさで投影レンズの開口絞りの位置に結像され、イ
ンテグレータの後側端面は長辺＊短辺＝｛β4・Ｌ3｝＊｛β4・Ｌ4｝の大きさで液晶表示パネルの面を照明する。尚、β3、
β4、ｎ1、ｎ2、Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4は前述した通りの
意味を有し、＊は掛け算「×」の意味を有する。

【００３９】スクリーン上の明るさを確保する為には、
Ｌ１＊Ｌ２を放物面リフレクタと集光レンズ或いは楕円
面リフレクタにより結像する光源像とほぼ同程度の大き
さ（面積）にすることが望ましい。前述したように、表
示画像のコントラストを上げる為には光源像を小さくす
る必要があり、例えば上記実施例のようにリフレクタに
放物面リフレクタを用いる場合には、放物面リフレクタ
の焦点距離Ｆ３と集光レンズの焦点距離Ｆ４の比Ｆ４／
Ｆ３が４−１０程度の比較的小さな比の結像光学系が好
適である。一方、後述する別の実施例のようにリフレク
タに楕円面リフレクタを用いる場合には、その第1焦点
距離Ｆ１と第2焦点距離Ｆ２の比Ｆ２／Ｆ１が４−１０
程度の比較的小さな比のリフレクタが好適である。

【００４０】又、インテグレータ内での光束の互いに直
交する方向に関する反射回数ｎ1、ｎ2も投影レンズの開
口絞りでの光源像Ａ'の大きさを決める重要なパラメー
タである。一般に反射回数を多くとれば多くとるほど液
晶表示パネルに対して光強度分布が均一な照明を行なえ
るが、シュリーレン光学系においては光源像Ａ'に対す
る大きさの制限から、反射回数に最適値（範囲）が存在
する。最適値は前記〔11〕、〔12〕式（又は後記の〔2
1〕、〔22〕式や〔31〕、〔32〕式）を満たすように選
択され、通常、最大反射回数はｎ1＝１−４回、ｎ2＝１
−４回に設定される。最大反射回数はインテグレータに
入射する光束の入射角度とインテグレータの反射面のテ
ーパ角と（或いはＬ１＊Ｌ２やＬ３＊Ｌ４の大きさ）や
インテグレータ長（インテグレータの光軸方向の長さ）
によって決まる。インテグレータ長は図５、図６、図
７、図１１等に示す共役関係が満足されるように決め
る。又、最大反射回数を制限する為に、テーパ角はリフ
レクタからの入射光束の光軸に対する傾き角が反射によ
って減少するような角度を選択する。従って、本インテ
グレータの端面形状は、特開平７−９８４７９のように
Ｌ１＝Ｌ３、Ｌ２＝Ｌ４の単純なロッド構造ではなく、
図2と図3に示したようにＬ１≠Ｌ３及び／又はＬ２≠Ｌ
４の構造を有することになる。シュリレーン光学系では
楕円面リフレクタや放物面リフレクタ＆集光レンズによ
り結像される光源像はコントラストを向上させる為に液
晶表示パネルの長辺の長さｌ１、短辺の長さｌ２よりも
小さく選択され且つテーパ角は上述の角度である必要が
あるので、本インテグレータの端面形状はＬ１＜Ｌ３及
び／又はＬ２＜Ｌ４が望ましく、特にＬ１＜Ｌ３且つＬ
２＜Ｌ４が望ましい。尚、Ｌ１＝Ｌ２（正方形）でもＬ
１≠Ｌ２（長方形）でも良い。

【００４１】本光学系では、Ｌ１＜Ｌ３又はＬ２＜Ｌ
４、あるいはＬ１＜Ｌ３且つＬ２＜Ｌ４となるインテグ
レータを上述のような放物面リフレクタと凸レンズ、或
いは後述の楕円リフレクタとの組み合わせで使用するこ
とにより、投影レンズ開口絞り位置での光源像Ａ’の大
きさを小さく抑えてスクリーン上でのコントラストを向
上させると同時に、スクリーン上での明るさや一様性も
損なうことがない。もし、従来例の陽に、Ｌ１＝Ｌ３且
つＬ２＝Ｌ４であれば、液晶表示パネルの照明領域を確
保するためには、Ｌ３＊Ｌ４は相応の大きさが必要とな
るので、Ｌ１やＬ２は必然的に大きくなってしまう。そ
して、一様な照明を得るためにインテグレータ内での反
射回数を相応にとると、投影レンズ絞り開口位置での光
源像Ａ’は大きくなってしまい、スクリーン上のコント
ラストと明るさが両立しない。また、両者を両立させる
ために、インテグレータ内での反射回数が相応以下に限
られれば、一様な照明は得られない。

【００４２】また、インテグレータ前側端面を投影レン
ズの開口絞り位置に結像する光学系とインテグレータ後
側端面を液晶表示パネル位置に結像する光学系は、大部
分を共有するので、横倍率β３（縮小系が望ましい）と
β４（拡大系が望ましい）の間に大きな差を持たせるた
めには、高価で複雑な光学系が必要となる。本発明の構
成では、Ｌ１＜Ｌ３もしくはＬ２＜Ｌ４、あるいはＬ１
＜Ｌ３かつＬ２＜Ｌ４となるので、横倍率β３とβ４の
関係には冗長性があり、簡単で安価な光学系を使用する
ことが出来る。

【００４３】本光学系の特徴であるＬ１＜Ｌ３又はＬ２
＜Ｌ４、或いはＬ１＜Ｌ３且つＬ２＜Ｌ４のインテグレ
ータ形状は、シュリーレン光学系にインテグレータを適
用し、スクリーン上で明るく、輝度ムラ、色ムラの少な
い高コントラストな投影画像を得るために好適な構成と
いえる。

【００４４】本発明の別の実施例について図6を用いて
説明する。

【００４５】図６も、図５と同様に、分かり易いよう
に、反射型表示パネルを用いた光学系を透過系に変換し
たものである。図６は反射型液晶パネルの代わりに透過
型液晶パネルを用いた実施例でもある。

【００４６】図６において、光源1は楕円面リフレクタ
２’（楕円境）の第1焦点に置かれており、光源１から
発せられた光は、楕円面リフレクタ２’により反射され
てインテグレータ５の前側端面５-１の位置（楕円面リ
フレクタ２’の第2焦点位置）に光源１の像を形成す
る。インテグレータ５に入射した光束の内、一部の光は
インテグレータ５内を反射しないで透過して残りの光は
内部で１回から数回反射して後側端面５-２から出射す
る。この時楕円リフレクタ２’には、第１焦点距離Ｆ１
（光源〜リフレクタの底面）と第２焦点距離Ｆ２（光源
像〜リフレクタの底面）の比、Ｆ２／Ｆ１が４〜１０程
度の比較的小さなものが好適である。なぜならば、イン
テグレータ５の前側端面位置5-1に小さな光源像を形成
することが出来るからである。

【００４７】インテグレータ５からの光束は凸レンズ６
に入射し、凸レンズ6はこの光束により−反射型の場合
には投影レンズ１４の開口絞り１３の位置に配置されて
いる−不図示の反射鏡７近傍に光源像Ａを形成する。反
射鏡7により反射された光束は、平凸レンズ８と不図示
のクロスダイクロイックプリズムを経て、不図示の液晶
表示パネルを照明する。インテグレータ５の後側端面5-
2は、前述のように凸レンズ６と平凸レンズ８により、
液晶表示パネル面上に像Ｂとして結像される。

【００４８】反射型液晶表示パネルの場合は展開図を考
え平凸レンズ８’は平凸レンズ８と同じレンズである。
透過型液晶表示パネルの場合は、パネル前面（光入射
側）に平凸レンズ８、背面（光出射側）に平凸レンズ
８’が配置される。液晶表示パネルからの画像信号に応
じて変調された光の内の液晶で散乱されずに反射又は透
過した光は、平凸レンズ８’により集光されて光源像
Ａ’を形成した後、開口絞り１３の開口部を通過し、投
影レンズ１８を介してスクリーン１９上に像Ｂ’として
投影される。

【００４９】本光学系は、図６に示すように、光源１と
インテグレータ５の前側端面５-１と反射鏡７が配置さ
れる位置（光源像Ａ）及び投影レンズ１４の開口絞りの
位置１３（光源像Ａ’）が共役関係となっている。この
際、光源像Ａはインテグレータ５の前側端面5-1を縮小
結像（横倍率β1）したものとするのが好ましい。これ
は、反射鏡７を配置しやすくするためである。また、光
源像Ａ’も光源像Ａを縮小結像（横倍率β2）したもの
とするのが好ましい。なぜならば、前述のように光源像
Ａ‘の大きさが表示画像のコントラストを決定するの
で、光源像Ａ’を形成する時の結像倍率によってコント
ラストが決まるからである。

【００５０】従って、好ましくは、光源像Ａ’はインテ
グレータ５の前側端面5-1を縮小結像（横倍率β3）した
ものであるべきであり、β3＝β2・β1であるから、イ
ンテグレータ５の前側端面5-1の長辺と短辺を各々Ｌ1、
Ｌ2、インテグレータ５による長辺方向の反射回数をｎ
1、短辺方向の反射回数をｎ2とし、各色（波長帯域）の
光束に対する開口絞りの開口部（径）のインテグレータ
５長辺方向長さをＤ1、インテグレータ５短辺方向長さ
をＤ2とすれば、長辺方向と短辺方向についてＤ1≦β3・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 ……〔21〕Ｄ2≦β3・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 ……〔22〕が成立すると良い。

【００５１】上式中で（２ｎ1＋１）・Ｌ1は、インテグ
レータ5の前側端面5-1を含む平面に形成される光源像
（実像と虚像から成る）の大きさを表す。反射回数がｎ
1＝２ならば、光源像はＬ1の５倍の大きさとなり、それ
に光学系の横倍率β3を乗じた値が光源像Ａ’の大きさ
となる。この値を各色（波長帯域）の光束に対する開口
絞り１３の開口部（径）の長辺方向の長さＤ1と同じに
すれば、最大のコントラストと明るさが得られる。ま
た、この値がＤ1の２.５倍よりも小さければ、コントラ
ストの低下量が最大の場合の約８割以上と比較的小さく
て済むことを実験により確認した。短辺方向についても
同様である。

【００５２】また本光学系は、図６に示すように、イン
テグレータ５の後側端面5-2と液晶表示パネル面（像
Ｂ）およびスクリーン（光源像Ｂ’）が共役関係となっ
ている。インテグレータ５の後側端面5-2から凸レンズ
６の前側主平面Ｈまでの光学的距離をｄ1、凸レンズ６
の後側主平面Ｈ’から凸レンズ８まで（レンズの前側主
平面までであり、平凸レンズの場合は凸面の頂点にな
る。）の光学的距離をｄ2、凸レンズ８から（レンズ８
の後側主平面からであり、平凸レンズの場合はレンズバ
ック＋レンズ厚／レンズ屈折率）液晶表示パネル面まで
の距離をｄ3とすれば、ｄ3＝〔ｆ'・ｄ2−ｆ'・ｄ1・ｆ／（ｄ1−ｆ）〕／〔ｄ2−ｆ'−ｄ1・ｆ／（ｄ1−ｆ）〕 ……〔23〕但し、ｆ：凸レンズ６の焦点距離、ｆ'：凸レンズ８の
焦点距離の関係が成り立っている。

【００５３】また、凸レンズ６と凸レンズ８より成る系
の横倍率β4は、 β4＝ｆ・ｄ3／〔ｄ2・（ｄ1−ｆ）−ｄ1・ｆ〕 ……〔24〕となり、インテグレータ５の後側端面5-2の長辺と短辺
の各々の長さをＬ3、Ｌ4、液晶表示パネルの長辺と短辺
の各々の長さをｌ1、ｌ2、とすれば、ｌ1＜β4・Ｌ3 かつｌ2＜β4・Ｌ4 ……〔25〕が成り立っている。特に横倍率β4は１以上１.２以下で
あることが望ましい。

【００５４】本インテグレータ５の前側端面及び後側端
面は、〔21〕〜〔25〕式の条件が成立する端面形状を有
し且つ各端面が上記共役関係が成立する位置に配置され
ていることを特徴とする。

【００５５】本発明の別の実施例について図７を用いて
説明する。

【００５６】図７も、図６と同様に、分かり易いよう
に、反射型表示パネルを用いた光学系を透過系に変換し
たものである。図7は透過型液晶パネルを用いた実施例
でもある。

【００５７】本実施例は、凸レンズ６を２つの凸レンズ
6-1と6-2とに分割して配置しており、色分解光学素子１
６をその間に有する。他は図６と同様である。

【００５８】図７において、光源1は楕円面リフレクタ
２’（楕円境）の第1焦点に置かれており、光源１から
発せられた光は、楕円面リフレクタ２’により反射され
てインテグレータ５の前側端面５-１の位置（楕円面リ
フレクタ２’の第2焦点位置）に光源１の像を形成す
る。インテグレータ５に入射した光束の内、一部の光は
インテグレータ５内を反射しないで透過して残りの光は
内部で１回から数回反射して後側端面５-２から出射す
る。この時楕円リフレクタ２’には、第１焦点距離Ｆ１
（光源〜リフレクタの底面）と第２焦点距離Ｆ２（光源
像〜リフレクタの底面）の比、Ｆ２／Ｆ１が４〜１０程
度の比較的小さなものが好適である。なぜならば、イン
テグレータ５の前側端面位置5-1に小さな光源像を形成
することが出来るからである。

【００５９】インテグレータ５からの光束は凸レンズ6-
1、6-2に順次入射し、凸レンズ6-1、6-2はこの光束によ
り−反射型の場合には投影レンズ１４の開口絞り１３の
位置に配置されている−反射鏡７近傍に光源像Ａを形成
する。インテグレータ５の前側端面５-１の位置は、凸
レンズ6-1の前側焦点の位置と一致しており、インテグ
レータ５からの光束は凸レンズ6-１により略平行光とな
り、色分解素子１６に入射する。色分解素子１６は、光
源1からの白色光をＲ、Ｇ、Ｂの各色（波長帯域）に分
割する働きをする。

【００６０】図８に、色分解素子１６の一例である透過
型回折格子16-1を示す。透過型回折格子16-1は、特公昭
６１−４５２１０号記載の階段型の色分解回折格子であ
り、素子に入射した白色光は、０次、±１次の回折光に
透過分離される。この３つの透過回折光が夫々Ｒ、Ｇ、
Ｂの各色（波長帯域）に相当する。

【００６１】図９に、色分解素子１６の他の例である反
射型回折格子16-2を示す。反射型回折格子16-2は、特開
平３−１８１２６９号記載の階段型の色分解回折格子で
あり、素子に入射した白色光は、０次、±１次の回折光
に反射分離される。この３つの反射回折光がＲ、Ｇ、Ｂ
の各色（波長帯域）に相当する。反射型回折格子１６-
２は、反射で光路の偏向が発生するが、図７において
は、反射の光路を展開して透過系に変換して表してあ
る。

【００６２】図１０に、色分解素子の他の例である３枚
のダイクロイックミラー16-3B、16-3R、16-3Gより成る
系を示す。ダイクロイックミラー16-3Bは青Ｂの波長帯
域の光束を反射して緑や赤の波長帯域の光束を透過する
分光特性を有し、ダイクロイックミラー16-3Rは赤Ｒの
波長帯域の光束を反射して緑Ｇの波長帯域の光束を透過
する分光特性を有し、ダイクロイックミラー16-3Gは緑
の波長帯域の光束を反射する分光特性を有する。ダイク
ロイックミラー16-3Gの代わりに通常のミラーを用いる
こともできる。

【００６３】ダイクロイックミラー16-3B、16-3R、16-3
Gは互いに傾けられて配置されているので、各ミラーか
らの反射光はＲ、Ｇ、Ｂの各波長帯域の光束に分離され
る。ダイクロイックミラー16-3B、16-3R、16-3Gでは、
反射で光路の偏向が発生するが、図７においては、反射
の光路を展開して透過系に変換して表してある。

【００６４】図８、９の色分解回折格子や図１０のダイ
クロイックミラー系は光束入射角度依存性が大きな分光
特性を有するので、これらの色分解素子の分光特性の光
束入射角度依存性は液晶表示パネルを照明する時の色ム
ラや輝度ムラの原因となる。そこで本実施例では、イン
テグレータ５の前側端面5-1の位置を凸レンズ6-1の前側
焦点位置と一致させることにより、インテグレータ５か
らの光束を略平行光として色分解素子１６に入射させて
いる。

【００６５】図７に戻り、色分解素子１６からのＲ、
Ｇ、Ｂの各波長帯域の光束は凸レンズ6-2に入射し、凸
レンズ6-2はこれらの光束により−反射型の場合には投
影レンズ１４の開口絞り１３の位置に配置されている−
反射鏡７の近傍に光源の像Ａを形成する。以下、簡単の
為に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長帯域の光束の内の１つに着目
して光学系の説明を行なう。例えば、色分解素子16-1を
用いた場合の０次回折光であるＧ光束は、平凸レンズ８
を経て液晶パネル１０を照明する。

【００６６】インテグレータ５の後側端面5-2は、前述
のように、凸レンズ6-1、6-2と平凸レンズ８により液晶
表示パネル１０面上に像Ｂとして結像される。液晶表示
パネル１０で画像信号に応じて変調された光の内の液晶
で散乱されなかった反射光又は透過光は、平凸レンズ
８’により集光されて光源像Ａ’を形成した後、開口絞
り１３の開口部を通過し、投影レンズ１４を介してスク
リーン１５上に像Ｂ’として投影される。

【００６７】本光学系は、図７に示すように、光源１と
インテグレータ５の前側端面5-1と反射鏡７の位置（光
源像Ａ位置）及び投影レンズ１４の開口絞り１３の位置
（光源像Ａ’位置）が共役関係となっている。

【００６８】本光学系では、光源像Ａがインテグレータ
５の前側端面5-1を縮小結像（横倍率β1）したものであ
ることが好ましい。これは、反射鏡７を配置し易くする
ためである。又、光源像Ａ’が光源像Ａを縮小結像（横
倍率β2）したものであることが好ましい。なぜなら
ば、前述のように光源像Ａ’の大きさが表示画像のコン
トラストを決定するので、光源像Ａ’を形成する時の結
像倍率によってコントラストが決まるからである。

【００６９】従って、好ましくは、光源像Ａ’はインテ
グレータ５の前側端面5-1を縮小結像（横倍率β3）した
ものであるべきであり、本光学系は、β1＝ｆ2／ｆ1、
β3＝β2・β1、ｆ1を凸レンズ6-1の焦点距離、ｆ2を凸
レンズ6-2の焦点距離、インテグレータ５の前側端面5-1
の長辺方向と短辺方向の長さを各々Ｌ1、Ｌ2、インテグ
レータ５による長辺方向の反射回数をｎ1、短辺方向の
反射回数をｎ2とし、各波長帯域の光束の開口絞りの
（径）のインテグレータ５長辺方向の長さをＤ1、イン
テグレータ５短辺方向をの長さをＤ2とすれば、各辺方
向について、図６の実施例の条件〔21〕、〔22〕と同様
の関係が成り立っている。

【００７０】又、本光学系は、図７に示すように、イン
テグレータ５の後側端面5-2と液晶表示パネル面（像
Ｂ）とスクリーン（光源像Ｂ’）が共役関係となってい
る。図6の実施例の条件〔23〕式を本実施例に適用する
ため、凸レンズ6-1、6-2の合成系を考える。簡単の為に
凸レンズ6-1、6-2は夫々薄肉レンズとして扱うことに
し、合成系の焦点距離をｆとすると、以下の式が成り立
つ。

【００７１】ｆ＝ｆ1・ｆ2／（ｆ1+ｆ2−ｄ） Δ1＝ｄ・ｆ1／（ｆ1+ｆ2−ｄ） Δ2＝ｄ・ｆ2／（ｆ1+ｆ2−ｄ）ここで、Δ1は、凸レンズ6-1から合成系の前側主平面Ｈ
までの光学的距離、Δ2は、凸レンズ6-2から合成系の後
側主平面Ｈ’までの光学的距離である。又、ｄは凸レン
ズ6-1と凸レンズ6-2間の光学的距離である。

【００７２】インテグレータ５の後側端面5-2から合成
系の前側主平面Ｈまでの光学的距離をｄ1、合成系の後
側主平面Ｈ’から凸レンズ８までの光学的距離をｄ2、
凸レンズ８から液晶表示パネル１０面までの距離をｄ3
とすれば、以下の式が成り立つ。

【００７３】ｄ1＝δ1＋Δ1 ｄ2＝Δ2＋δ2 ここで、δ1はインテグレータ５の後側端面5-2から凸レ
ンズ6-1までの光学的距離、δ2は、凸レンズ6-2から凸
レンズ８の前側主平面までの光学的距離である。

【００７４】又、以下の式も成り立つ。ｄ3＝〔ｆ'・ｄ2−ｆ'・ｄ1・ｆ／（ｄ1−ｆ）〕／〔ｄ2−ｆ'−ｄ1・ｆ／（ｄ1 −ｆ）〕 ……〔23'〕ここで、ｆは合成系の焦点距離、ｆ'は凸レンズ８の焦
点距離である。

【００７５】又、横倍率β4は、以下の式で表わされ
る。

【００７６】 β4＝ｆ・ｄ3／〔ｄ2・（ｄ1−ｆ）−ｄ1・ｆ〕 ……〔24'〕ここでも、ｆは合成系の焦点距離、ｆ'は凸レンズ８の
焦点距離である。

【００７７】本光学系は、インテグレータ５の後側端面
5-2の長辺と短辺の長さを各々Ｌ3、Ｌ4、液晶パネルの
長辺と短辺の長さを各々ｌ1、ｌ2、とする時、ｌ1＜β4・Ｌ3 且つｌ2＜β4・Ｌ4 ……〔25〕が成り立つ。特に横倍率β4は１以上１.２以下であるこ
とが望ましい。

【００７８】本インテグレータ５は、〔21〕、〔22〕、
〔23'〕、〔24'〕及び〔25〕式の条件が成立する端面形
状を有し、各端面が上記共役関係が成立する位置に配置
されていることを特徴とする。そして、凸レンズ6-1と
凸レンズ6-2を、インテグレータ５の前側端面5-1と反射
鏡７の位置が共役関係になるようにし、且つ色分解素子
１６を略平行光束が得られる凸レンズ6-1と凸レンズ6-2
の間に配置することを特徴とすることにより、液晶表示
パネルに対して色ムラや輝度ムラの無い又は軽減された
一様な照明を行なっている。

【００７９】本発明の別の実施例について、図１１を用
いて説明する。

【００８０】図１１も、図６と同様に、分かり易いよう
に反射型パネルを用いた光学系を透過系に変換したもの
である。図１１は透過型液晶表示パネルを用いた実施例
でもある。

【００８１】本実施例は、凸レンズ６の前に凸レンズ１
７を配置し、凸レンズ１７によりインテグレータ５の前
側端面5-１を光源像Ａ”として縮小結像し、インテグレ
ータ５の後側端面5-2を像Ｂ”として拡大結像したもの
である。他の構成は図６と同様である。

【００８２】図１１において、光源１から発せられた光
は楕円面リフレクタ２’により反射及び集光されてイン
テグレータ５の前側端面位置5-1に光源像を形成する。
インテグレータ５に入射した光束の内、一部の光はイン
テグレータ５を内部で反射せずに透過し、残りの光は内
部で１回から数回反射し、後側端面5-2から出射する。

【００８３】インテグレータ５からの光束は、凸レンズ
１７により集光されて、凸レンズ６の前側に、インテグ
レータ５の前側端面5-1（光源像）の中間像Ａ”と、イ
ンテグレータ５の後側端面5-2の中間像Ｂ”を形成す
る。これにより、凸レンズ６とインテグレータ５の前側
端面5-1及び後側端面5-2の関係に冗長性ができる。図６
の実施例では大きなインテグレータ５を用いていたが、
本実施例では、インテグレータが小型でも、適当な凸レ
ンズ１７を用いることにより光源像Ａや光源像Ａ’を小
さく結像でき、従って表示画像のコントラストを向上さ
せることが出来る。又、インテグレータ５の後側端面5-
2を十分な大きさで液晶表示パネル１０上に結像させ、
液晶パネルを照明することができる。凸レンズ１７によ
り、インテグレータ５の前側端面5-1を光源像Ａ”とし
て縮小結像し、後側側端面５−２を像Ｂ”として拡大結
像することいより、インテグレータ５を小型化し低コス
ト化している。

【００８４】光源１の中間像は光源像Ａとして結像さ
れ、平凸レンズ８を経て液晶表示パネル１０を照明す
る。インテグレータ５の後側端面5-2の中間像Ｂ”は、
前述のように凸レンズ６と平凸レンズ８により液晶表示
パネル１０面上に像Ｂとして結像される。液晶表示パネ
ル１０で画像信号に応じて変調された光の内の液晶で散
乱されなかった反射光又は透過光は、平凸レンズ８’に
より光源像Ａ’として集光され、開口絞り１３の開口部
を通過し、投影レンズ１８を介してスクリーン１９上に
像Ｂ’として投影される。

【００８５】本光学系は、図１１に示すように、光源１
位置とインテグレータ５の前側端面5-1位置と光源の中
間像Ａ”位置と反射鏡７が配置される位置（光源像Ａ）
および投影レンズ１４の開口絞り１３の位置（光源像
Ａ’）が共役関係となっている。

【００８６】光源像Ａ’はインテグレータ５の前側端面
5-1の縮小結像（横倍率β3）となっており、凸レンズ１
７による中間像Ａ”の結像倍率をβ’とすれば、β3＝
β’・β2・β1である。インテグレータ５の前側端面5-
1の長辺と短辺の各々の長さをＬ1、Ｌ2、インテグレー
タ５の内部での光束の長辺方向の反射回数をｎ1、短辺
方向の反射回数をｎ2とし、各波長帯域の光束の開口絞
りの（径の）インテグレータ５長辺方向の長さをＤ1、
インテグレータ５短辺方向の長さをＤ2とすれば、長辺
及び短辺の各方向について、前記〔21〕、〔22〕式が図
６の実施例と同様に成立している。

【００８７】又、本光学系は、図１１に示すように、イ
ンテグレータ５の後側端面5−2とその中間像Ｂ”と液晶
表示パネル面（像Ｂ）及びスクリーン１５（光源像
Ｂ’）が共役関係となっている。インテグレータ５の後
側端面5−2の中間像Ｂ”から凸レンズ６の前側主平面Ｈ
までの光学的距離をｄ1、凸レンズ６の後側主平面Ｈ’
から凸レンズ８までの光学的距離をｄ2、凸レンズ８か
ら液晶面１０までの距離をｄ3とすれば、図６の実施例
と同様に、前記〔23〕式が成り立っている。又、凸レン
ズ６、８の合成系の横倍率β4は図6の実施例と同様に前
記〔24〕式で表され、前記〔25〕式の関係も成り立って
いる。また〔25〕式において、β4が１以上１.２以下で
あることが望ましい。

【００８８】本インテグレータも、前記〔21〕〜〔25〕
式の条件が成立する端面形状を有し、各端面が上記共役
関係が成立する位置に配置されていることを特徴とす
る。又、凸レンズ系１７を付加することにより、インテ
グレータ５を小型化し、低コスト化できる特徴とする。

【００８９】

【発明の効果】以上、本発明によれば、光源に起因する
色ムラや輝度ムラがスクリーン上で発生してしまうとい
う問題を解決することができる。

【００９０】又、インテグレータを用いた光学系によ
り、矩形の液晶パネルを効率良く照明することができ、
スクリーン上での輝度が低下するという問題点を解決
し、スクリーンの隅々まで均一に明るい画像（表示画
像）が得られる画像投射装置を実現することができる。

【００９１】又、インテグレータを用いた光学系によ
り、投影レンズの開口絞りの位置に結像される光源像を
小さくすることができ、表示画像のコントラストと明る
さの双方を向上させることができる。

【００９２】又、インテグレータを用いた光学系によ
り、入射角度依存性が大きな色分解素子等を容易に導入
することができる。

【００９３】又、インテグレータを小型化し低コスト化
できる光学系を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す概略図である。

【図２】インテグレータの一例を示す図である。

【図３】インテグレータの他の例を示す図である。

【図４】インテグレータを介して得られる光源像のスポ
ットダイアグラムである。

【図５】第1実施例の光学系の説明図である。

【図６】本発明の第２の実施例の光学系の説明図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施例の光学系の説明図であ
る。

【図８】第３の実施例に好適な色分解素子の第１の例を
示す図である。

【図９】第３の実施例に好適な色分解素子の第２の例を
示す図である。

【図１０】第３の実施例に好適な色分解素子の第３の例
を示す図である。

【図１１】本発明の第４の実施例の光学系の説明図であ
る。

【図１２】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１光源２放物面鏡２’ 楕円鏡４集光レンズ５インテグレータ６第１の凸レンズ７反射鏡８第２の凸レンズ８’ 第３の凸レンズ１０、１１、１２反射型画像変調装置１３投影レンズの開口絞り１４投影レンズ１５スクリーン１６色分解素子１７凸レンズ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１１月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】図３では４つの側面はいずれも光軸に対し
て非平行でありテーパ角を有しているが、例えば４つの
側面のうちの２つは光軸に対して平行な平行面であって
も良い。４つの側面はいずれもミラー面を内側に向けた
台形状の平板ミラーで、それらを各辺が一致するように
組み立てられている。前側端面５-１と後側端面５-２を
繋ぐ内部空間は中空である。カレイドスコープに入射し
た光束の内、前側端面5-1に対し垂直入射に近い状態で
入射したものはカレイドスコープ内部で反射せずに透過
し、前側端面5-1に対し斜入射したものはカレイドスコ
ープの４つの側面のミラー面で１回から数回反射され、
後側端面5-2より出射される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】従って、好ましくは、光源像Ａ’はインテ
グレータ５の前側端面5-1を縮小結像（横倍率β3）した
ものであるべきであり、β3＝β2・β1であるから、イ
ンテグレータ５の前側端面5-1の液晶表示パネル長辺方
向寸法と短辺方向寸法を各々Ｌ1、Ｌ2、インテグレータ
５による液晶表示パネル長辺方向の反射回数をｎ1、短
辺方向の反射回数をｎ2とし、各色（波長域）の光束に
対する開口絞りの開口部（径）の液晶表示パネル長辺方
向長さをＤ1、液晶表示パネル短辺方向長さをＤ2とすれ
ば、長辺方向と短辺方向についてＤ1≦β3・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 ……〔11〕Ｄ2≦β3・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 ……〔12〕が成立すると良い。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】また、凸レンズ６と凸レンズ８より成る系
の横倍率β4は、 β4＝ｆ・ｄ3／〔ｄ2・（ｄ1−ｆ）−ｄ1・ｆ〕 ……〔14〕となり、インテグレータ５の後側端面5-2の液晶表示パ
ネル長辺方向寸法と短辺方向寸法の各々の長さをＬ3、
Ｌ4、液晶表示パネルの長辺と短辺の各々の長さをｌ1、
ｌ2、とすれば、ｌ1＜β4・Ｌ3 かつｌ2＜β4・Ｌ4 ……〔15〕が成り立っている。特に横倍率β4は１以上１.２以下で
あることが望ましい。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】本光学系では、Ｌ１＜Ｌ３又はＬ２＜Ｌ
４、あるいはＬ１＜Ｌ３且つＬ２＜Ｌ４となるインテグ
レータを上述のような放物面リフレクタと凸レンズ、或
いは後述の楕円リフレクタとの組み合わせで使用するこ
とにより、投影レンズ開口絞り位置での光源像Ａ’の大
きさを小さく抑えてスクリーン上でのコントラストを向
上させると同時に、スクリーン上での明るさや一様性も
損なうことがない。もし、従来例のように、Ｌ１＝Ｌ３
且つＬ２＝Ｌ４であれば、液晶表示パネルの照明領域を
確保するためには、Ｌ３＊Ｌ４は相応の大きさが必要と
なるので、Ｌ１やＬ２は必然的に大きくなってしまう。
そして、一様な照明を得るためにインテグレータ内での
反射回数を相応にとると、投影レンズ絞り開口位置での
光源像Ａ’は大きくなってしまい、スクリーン上のコン
トラストと明るさが両立しない。また、両者を両立させ
るために、インテグレータ内での反射回数が相応以下に
限られれば、一様な照明は得られない。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】従って、好ましくは、光源像Ａ’はインテ
グレータ５の前側端面5-1を縮小結像（横倍率β3）した
ものであるべきであり、β3＝β2・β1であるから、イ
ンテグレータ５の前側端面5-1の液晶表示パネル長辺方
向寸法と短辺方向寸法を各々Ｌ1、Ｌ2、インテグレータ
５による液晶表示パネル長辺方向の反射回数をｎ1、短
辺方向の反射回数をｎ2とし、各色（波長帯域）の光束
に対する開口絞りの開口部（径）の液晶表示パネル長辺
方向長さをＤ1、液晶表示パネル短辺方向長さをＤ2とす
れば、長辺方向と短辺方向についてＤ1≦β3・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 ……〔21〕Ｄ2≦β3・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 ……〔22〕が成立すると良い。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】また、凸レンズ６と凸レンズ８より成る系
の横倍率β4は、 β4＝ｆ・ｄ3／〔ｄ2・（ｄ1−ｆ）−ｄ1・ｆ〕 ……〔24〕となり、インテグレータ５の後側端面5-2の液晶表示パ
ネル長辺方向寸法と短辺方向寸法の各々の長さをＬ3、
Ｌ4、液晶表示パネルの長辺と短辺の各々の長さをｌ1、
ｌ2、とすれば、ｌ1＜β4・Ｌ3 かつｌ2＜β4・Ｌ4 ……〔25〕が成り立っている。特に横倍率β4は１以上１.２以下で
あることが望ましい。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６９】従って、好ましくは、光源像Ａ’はインテ
グレータ５の前側端面5-1を縮小結像（横倍率β3）した
ものであるべきであり、本光学系は、β1＝ｆ2／ｆ1、
β3＝β2・β1、ｆ1を凸レンズ6-1の焦点距離、ｆ2を凸
レンズ6-2の焦点距離、インテグレータ５の前側端面5-1
の液晶表示パネル長辺方向と短辺方向の長さを各々Ｌ
1、Ｌ2、インテグレータ５による液晶表示パネル長辺方
向の反射回数をｎ1、短辺方向の反射回数をｎ2とし、各
波長帯域の光束の開口絞りの（径）の液晶表示パネル長
辺方向の長さをＤ1、液晶表示パネル短辺方向をの長さ
をＤ2とすれば、各辺方向について、図６の実施例の条
件〔21〕、〔22〕と同様の関係が成り立っている。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】本光学系は、インテグレータ５の後側端面
5-2の液晶表示パネル長辺方向と短辺方向の長さを各々
Ｌ3、Ｌ4、液晶パネルの長辺と短辺の長さを各々ｌ1、
ｌ2、とする時、ｌ1＜β4・Ｌ3 且つｌ2＜β4・Ｌ4 ……〔25〕が成り立つ。特に横倍率β4は１以上１.２以下であるこ
とが望ましい。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８６】光源像Ａ’はインテグレータ５の前側端面
5-1の縮小結像（横倍率β3）となっており、凸レンズ１
７による中間像Ａ”の結像倍率をβ’とすれば、β3＝
β’・β2・β1である。インテグレータ５の前側端面5-
1の液晶表示パネル長辺方向と短辺方向の各々の長さを
Ｌ1、Ｌ2、インテグレータ５の内部での光束の液晶表示
パネル長辺方向の反射回数をｎ1、短辺方向の反射回数
をｎ2とし、各波長帯域の光束の開口絞りの（径の）液
晶表示パネル長辺方向の長さをＤ1、液晶表示パネル短
辺方向の長さをＤ2とすれば、長辺及び短辺の各方向に
ついて、前記〔21〕、〔22〕式が図６の実施例と同様に
成立している。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の端面と第２の端面と該第１及び第
２の端面間を結ぶ反射面とを有し光束が前記第１の端面
に入射してその少なくとも一部が前記反射面により反射
されて前記第２の端面から出射するように構成した光学
手段と、前記第２の端面から出射した光束を変調する反
射型光変調装置と、前記反射型光変調装置の像をスクリ
ーン等の表示面に投影する投影手段とを有する画像投射
装置であって、前記光学手段の前記第１の端面に光源又
は光源像を供給し、前記光学手段の前記第１の端面位置
と前記投影光学系の絞り位置を共役関係とし、前記光学
手段の前記第２の端面位置と前記反射型光変調装置の位
置を共役関係としたことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】光源と、該光源からの光束を集光して光
源像を形成する集光手段と、第１の端面と第２の端面と
該第１及び第２の端面間を結ぶ反射面とを有し前記光源
からの光束が前記第１の端面から入射してその少なくと
も一部が前記反射面により反射されて前記第２の端面か
ら出射するように構成した光学手段と、前記光学手段の
前記第２の端面からの光束を偏向して反射型光変調装置
に導く光束偏向手段と、前記反射型光変調装置の像をス
クリーンに投影するための投影レンズと、前記反射型光
変調装置で変調された光束を該投影レンズの絞り位置に
集光させる集光レンズとを有し、前記光束偏向手段を前
記投影レンズの絞り位置近傍に配置した画像投射装置で
あって、前記光学手段の前記第１の端面を前記光源像の
形成位置に配置し、前記光学手段の前記第１の端面位置
と前記光束偏向手段の位置を共役関係とし、前記光束偏
向手段の位置と前記投影レンズの絞り位置を共役関係と
し、前記光学手段の前記第２の端面位置と前記反射型光
変調装置の位置を共役関係とすることを特徴とする画像
投射装置。
【請求項３】前記集光手段は、放物面リフレクタと該
放物面リフレクタからの光を集光する凸レンズとを備
え、前記放物面リフレクタの焦点に前記光源が配置され
ることを特徴とする請求項２の画像投射装置。
【請求項４】前記集光手段は楕円面リフレクタを備
え、前記楕円面リフレクタの第１焦点に前記光源が配置
され、前記楕円面リフレクタの第２焦点に前記光源像が
形成されることを特徴とする請求項２の画像投射装置。
【請求項５】前記楕円面リフレクタの場合、前記楕円
面リフレクタの第１焦点距離をＦ１、第２焦点距離をＦ
２とする時、４≦Ｆ２／Ｆ１≦１０（但し、前記第１焦
点距離Ｆ１は前記楕円面リフレクタの底面から前記第１
焦点までの距離、前記第２焦点距離Ｆ２は前記楕円面リ
フレクタの底面から前記第２焦点までの距離。）を満た
し、前記放物面リフレクターと凸レンズの場合、前記放物面
リフレクタの焦点距離をＦ３、前記凸レンズの焦点距離
をＦ４とする時、４≦Ｆ４／Ｆ３≦１０（但し、Ｆ３は
前記放物面リフレクタの底面から前記焦点までの距
離。）を満たすことを特徴とする請求項３又は４の画像
投射装置。
【請求項６】前記光学手段は６面体のガラスロッドを
備え、前記第１の端面から入射した光束の少なくとも一
部を側面で全反射して前記第２の端面に導くことを特徴
とする請求項１乃至請求項５のいずれかの画像投射装
置。
【請求項７】前記光学手段はミラー面を有する４枚以
上の台形又は矩形の平板ミラーより成るカレイドスコー
プを備え、前記第１の端面から入射した光束の少なくと
も一部を前記ミラー面で反射して前記第２の端面に導く
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかの画
像投射装置。
【請求項８】前記光学手段の前記第１の端面と前記絞
り位置を共役関係とするための光学系は、前記光学手段
の前記第２の端面と前記反射型光変調装置の間に配置し
た第１の凸レンズ系及び第２の凸レンズ系、前記反射型
光変調装置と前記絞り位置の間に配置された第３の凸レ
ンズ系を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７
のいずれかの画像投射装置。
【請求項９】前記光学手段の前記第１の端面と前記光
束偏向手段の位置を共役関係とするための光学系は、前
記光学手段の前記第２の端面と前記光束偏向手段の間に
配置した第１の凸レンズ系を備えることを特徴とする請
求項２乃至７の画像投射装置。
【請求項１０】前記光束偏向手段の位置と前記絞り位
置を共役関係とするための光学系は、前記光束偏向手段
と前記反射型光変調装置の間に配置された第２の凸レン
ズ系を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項７、
又は請求項９のいずれかの画像投射装置。
【請求項１１】前記光学手段の前記第２の端面と前記
画像変調装置を共役関係とする光学系は、前記光学手段
の前記第２の端面と前記反射型光変調装置の間に配置し
た第１の凸レンズ系と第２の凸レンズ系を備えることを
特徴とする請求項１乃至請求項７、請求項９又は１０の
いずれかの画像投射装置。
【請求項１２】前記第１の凸レンズ系と前記第２の凸
レンズ系と前記第３の凸レンズ系を備える光学系は、前
記光学手段の前記第１の端面を前記絞り位置に縮小結像
することを特徴とする請求項８の画像投射装置。
【請求項１３】前記第１の凸レンズ系は前記光学手段
の前記第１の端面を前記光束偏向手段の位置に縮小結像
することを特徴とする請求項９の画像投射装置。
【請求項１４】前記第２の凸レンズ系は前記光束偏向
手段の位置に形成された光源像を前記絞り位置に縮小結
像することを特徴とする請求項１０の画像投射装置。
【請求項１５】前記第１の凸レンズ系と前記第２の凸
レンズ系と前記第３の凸レンズ系を備える光学系は、以
下の条件を満たすように前記光学手段の前記第１の端面
を前記絞り位置に結像することを特徴とする請求項８の
画像投射装置。Ｄ1≦β・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 Ｄ2≦β・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 但し、βは前記第１の凸レンズ系と前記第２の凸レンズ
と前記第３の凸レンズを備える光学系の結像倍率、Ｌ1
は前記第１の端面の前記反射型光変調装置長辺方向の長
さ、Ｌ2は前記第１の端面の前記反射型光変調装置短辺
方向の長さ、ｎ1はガラスロッド又はカレイドスコープ
等の前記光学手段内での前記反射型光変調装置長辺方向
の最大反射回数、ｎ2はガラスロッド又はカレイドスコ
ープ等の前記光学手段内での前記反射型光変調装置短辺
方向の最大反射回数、Ｄ1は前記絞りの開口の前記反射
型光変調装置長辺方向の長さ、Ｄ2は前記絞りの開口の
前記反射型光変調装置短辺方向の長さを示す。
【請求項１６】前記第１の凸レンズ系と前記第２の凸
レンズ系を備える光学系は、以下の条件を満たすように
前記光学手段の前記第１の端面を前記絞り位置に結像す
ることを特徴とする請求項１０の画像投射装置。Ｄ1≦β1・β2・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 Ｄ2≦β1・β2・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 但し、β1は前記第１の凸レンズ系の結像倍率、β2は前
記第２の凸レンズ系の結像倍率、Ｌ1は前記第１の端面
の前記反射型光変調装置長辺方向の長さ、Ｌ2は前記第
１の端面の前記反射型光変調装置短辺方向の長さ、ｎ1
はガラスロッド又はカレイドスコープ等の前記光学手段
内での前記反射型光変調装置長辺方向の最大反射回数、
ｎ2はガラスロッド又はカレイドスコープ等の前記光学
手段内での前記反射型光変調装置短辺方向の最大反射回
数、Ｄ1は前記絞りの開口の前記反射型光変調装置長辺
方向の長さ、Ｄ2は前記絞りの開口の前記反射型光変調
装置短辺方向の長さを示す。
【請求項１７】前記第１の凸レンズ系と前記第２の凸
レンズ系を備える光学系は、以下の条件を満たすように
前記光学手段の前記第２の端面を前記反射型光変調装置
上に結像することを特徴とする請求項８、請求項１０、
請求項１１、請求項１５又は請求項１６の画像投射装
置。ｌ1＜β4・Ｌ3 ｌ2＜β4・Ｌ4 但し、β4は前記第１の凸レンズ系と前記第２の凸レン
ズ系を備え光学系の結像倍率、ｌ1は前記反射型光変調
装置の長辺方向の長さ、ｌ2は前記反射型光変調装置の
短辺方向の長さ、Ｌ3は前記光学手段の前記第２の端面
の前記反射型光変調装置長辺方向の長さ、Ｌ4は前記光
学手段の前記第２の端面の前記反射型光変調装置短辺方
向の長さを示す。
【請求項１８】前記第１の凸レンズ系と前記第２の凸
レンズを備える光学系の結像倍率β4が、１以上で１.２
以下であることを特徴とする請求項１７の画像投射装
置。
【請求項１９】前記第１の凸レンズ系は、凸レンズ系
Ａと凸レンズ系Ｂを備え、前記凸レンズＡの前側焦点に
前記光学手段の前記第２の端面が配置され、前記凸レン
ズ系Ａにより前記第２の端面からの光束を略平行光とす
ることを特徴とする請求項８、請求項１２又は請求項１
５のいずれかの画像投射装置。
【請求項２０】前記凸レンズ系Ａと凸レンズ系Ｂと前
記第２の凸レンズ系と前記第３の凸レンズ系を備える光
学系は、以下の条件をみたすように前記光学手段の前記
第１の端面を前記絞り位置に結像することを特徴とする
請求項１９の画像投射装置。Ｄ1≦β1・β2・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 Ｄ2≦β1・β2・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 但し、β1=ｆ2／ｆ1、ｆ1は前記凸レンズ系Ａの焦点距
離、ｆ2は前記凸レンズ系Ｂの焦点距離、β2は前記第２
の凸レンズ系と前記第３の凸レンズ系を備える光学系の
結像倍率、Ｌ1は前記第１の端面の前記反射型光変調装
置長辺方向の長さ、Ｌ２は前記第１の端面の前記反射型
光変調装置短辺方向の長さ、ｎ1はガラスロッド又はカ
レイドスコープ等の前記光学手段内での前記反射型光変
調装置長辺方向の最大反射回数、ｎ2はガラスロッド又
はカレイドスコープ等の前記光学手段内での前記反射型
光変調装置短辺方向の最大反射回数、Ｄ1は前記絞りの
開口の前記反射型光変調装置長辺方向の長さ、Ｄ2は前
記絞りの開口の前記反射型光変調装置短辺方向の長さを
示す。
【請求項２１】前記第１の凸レンズ系は、凸レンズ系
Ａと凸レンズ系Ｂを備え、前記凸レンズＡの前側焦点に
前記光学手段の前記第１の端面が配置され、前記凸レン
ズ系Ａにより前記第２の端面からの光束を略平行光とす
ることを特徴とする請求項９、請求項１１、請求項１
３、請求項１４又は請求項１６のいずれかの画像投射装
置。
【請求項２２】前記凸レンズ系Ａと前記凸レンズ系Ｂ
と前記第２の凸レンズ系を備える光学系は、以下の条件
を満たすように前記光学手段の前記第１の端面を前記絞
り位置に結像することを特徴とする請求項２１の画像投
射装置。Ｄ1≦β1・β2・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 Ｄ2≦β1・β2・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ２但し、β１＝ｆ2／ｆ1、β1=ｆ2／ｆ1、ｆ1は前記凸レ
ンズ系Ａの焦点距離、ｆ2は前記凸レンズ系Ｂの焦点距
離、β2は前記第２の凸レンズ系の結像倍率、Ｌ1は前記
第１の端面の前記反射型光変調装置長辺方向の長さ、Ｌ
２は前記第１の端面の前記反射型光変調装置短辺方向の
長さ、ｎ1はガラスロッド又はカレイドスコープ等の前
記光学手段内での前記反射型光変調装置長辺方向の最大
反射回数、ｎ2はガラスロッド又はカレイドスコープ等
の前記光学手段内での前記反射型光変調装置短辺方向の
最大反射回数、Ｄ1は前記絞りの開口の前記反射型光変
調装置長辺方向の長さ、Ｄ2は前記絞りの開口の前記反
射型光変調装置短辺方向の長さを示す。
【請求項２３】前記反射型光変調装置を複数個有し、
前記凸レンズ系Ａと前記凸レンズ系Ｂの間に色分解手段
が配置され、該色分解手段からの各色の光束を前記複数
の光変調装置の対応する装置に導くこと特徴とする請求
項１９乃至請求項２２のいずれかの画像投射装置。
【請求項２４】前記色分解手段は透過型の色分解回折
格子を有することを特徴とする請求項２３の画像投射装
置。
【請求項２５】前記色分解手段は反射型の色分解回折
格子を有することを特徴とする請求項２３の画像投射装
置。
【請求項２６】前記色分解手段は複数のダイクロイッ
クミラーを有することを特徴とする請求項２３の画像投
射装置。
【請求項２７】前記ダイクロイックミラーは互いに傾
けてあることを特徴とする請求項２６の画像投射装置。
【請求項２８】前記第１の凸レンズ系は、凸レンズ系
Ａと凸レンズ系Ｂより構成され、前記凸レンズ系Ａは、
前記光学手段の前記第１の端面を第１中間像として縮小
結像すると共に前記光学手段の前記第２の端面を第２中
間像として拡大結像し、前記第１中間像を前記凸レンズ
系Ｂ、前記第２の凸レンズ系及び前記第３の凸レンズ系
を備える光学系を介して前記絞り位置に再結像し、前記
第２の中間像を前記凸レンズ系Ｂと前記第２の凸レンズ
系を備える光学系を介して前記光変調装置上に再結像す
ることを特徴とする請求項８、請求項１２又は請求項１
５のいずれかの画像投射装置。
【請求項２９】前記凸レンズ系Ａと前記凸レンズＢ系
と前記第２の凸レンズ系と前記第３の凸レンズを備える
光学系は、以下の条件を満たすように前記光学手段の前
記第１の端面を前記絞り位置に結像することを特徴とす
る請求項２８の画像投射装置。Ｄ1≦β'・β"・β2・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 Ｄ2≦β'・β"・β2・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ2 但し、β'は前記凸レンズ系Ａの結像倍率、β"は前記凸
レンズ系Ｂの結像倍率、β2は前記第２の凸レンズ系と
前記第３の凸レンズ系を備える光学系の結像倍率、Ｌ1
は前記第１の端面の前記反射型光変調装置長辺方向の長
さ、Ｌ2は前記第１の端面の前記反射型光変調装置短辺
方向の長さ、ｎ1はガラスロッド又は前記カレイドスコ
ープ等の光学手段内での前記反射型光変調装置長辺方向
の最大反射回数、ｎ2はガラスロッド又はカレイドスコ
ープ等の前記光学手段内での前記反射型光変調装置短辺
方向の最大反射回数、Ｄ1は前記絞りの開口の前記反射
型光変調装置長辺方向の長さ、Ｄ2は前記絞りの開口の
前記反射型光変調装置短辺方向の長さを示す。
【請求項３０】前記第１の凸レンズ系は、凸レンズ系
Ａと凸レンズ系Ｂより構成され、前記凸レンズ系Ａは、
前記光学手段の前記第１の端面を第１中間像として縮小
結像すると共に前記光学手段の前記第２の端面を第２中
間像として拡大結像し、前記第１中間像を前記凸レンズ
系Ｂ、前記第２の凸レンズ系及び前記第３の凸レンズ系
を備える光学系を介して前記絞り位置に再結像し、前記
第２の中間像を前記凸レンズ系Ｂと前記第２の凸レンズ
系を備える光学系を介して前記光変調装置上に再結像す
ることを特徴とする請求項９、請求項１１、請求項１
３、請求項１４又は請求項１６のいずれかの画像投射装
置。
【請求項３１】前記凸レンズ系Ａと前記凸レンズＢ系
と前記第２の凸レンズ系と前記第３の凸レンズを備える
光学系は、以下の条件を満たすように前記光学手段の前
記第１の端面を前記絞り位置に結像することを特徴とす
る請求項３０の画像投射装置。Ｄ1≦β'・β"・β2・（２ｎ1＋１）・Ｌ1≦２.５Ｄ1 Ｄ2≦β'・β"・β2・（２ｎ2＋１）・Ｌ2≦２.５Ｄ２但し、β’は前記凸レンズ系Ａの結像倍率、β"は前記
凸レンズ系Ｂの結像倍率、β2は前記第２の凸レンズ系
の結像倍率、Ｌ1は前記第１の端面の前記反射型光変調
装置長辺方向の長さ、Ｌ2は前記第１の端面の前記反射
型光変調装置短辺方向の長さ、ｎ1はガラスロッド又は
前記カレイドスコープ等の光学手段内での前記反射型光
変調装置長辺方向の最大反射回数、ｎ2はガラスロッド
又はカレイドスコープ等の前記光学手段内での前記反射
型光変調装置短辺方向の最大反射回数、Ｄ1は前記絞り
の開口の前記反射型光変調装置長辺方向の長さ、Ｄ2は
前記絞りの開口の前記反射型光変調装置短辺方向の長さ
を示す。
【請求項３２】前記光学手段の前記第２の端面の面積
は前記光学手段の前記第１の端面の面積よりも大きいこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３１のいずれかの画
像投射装置。
【請求項３３】前記反射型光変調装置は光散乱型液晶
を用いた反射型画像表示素子を備えることを特徴とする
請求項１乃至請求項３２のいずれかの画像投射装置。
【請求項３４】前記光散乱型液晶は高分子分散型液晶
であることを特徴とする請求項３３の画像投射装置。
【請求項３５】前記投影手段、又は前記集光レンズと
前記投影レンズとを備える系は、前記光変調装置側がテ
レセントリックな光学系であることを特徴とする請求項
１乃至請求項３４のいずれかの画像投射装置。
【請求項３６】第１の端面と第２の端面と前記第１及
び第２の端面間を結ぶ反射面とを有し光束が前記第１の
端面に入射してその少なくとも一部が前記反射面により
反射されて前記第２の端面から出射するように構成した
光学手段と、前記第２の端面から出射した光束を変調す
る光変調装置と、前記光変調装置の像をスクリーン等の
表示面に投影する投影手段とを有する画像投射装置であ
って、前記光学手段の前記第１及び第２の端面の大きさ
を互いに異ならしめ、前記光学手段の前記第１の端面に
光源又は光源像を供給し、前記光学手段の前記第１の端
面位置と前記投影光学系の絞り位置を共役関係とし、前
記光学手段の前記第２の端面位置と前記光変調装置の位
置を共役関係としたことを特徴とする画像投射装置。
【請求項３７】光源と、該光源からの光束を前記光学
手段の前記第１の端面又はその近傍に集光して光源像を
形成する集光手段とを有することを特徴とする請求項３
６の画像投射装置。
【請求項３８】前記集光手段は放物面リフレクタと該
放物面リフレクタからの光を集光する凸レンズとを備
え、前記放物面リフレクタの焦点に前記光源が配置され
ることを特徴とする請求項３７の画像投射装置。
【請求項３９】前記放物面リフレクタの焦点距離をＦ
３、前記凸レンズの焦点距離をＦ４とする時、４≦Ｆ４
／Ｆ３≦１０（但し、Ｆ３は前記放物面リフレクタの底
面から前記焦点までの距離。）を満たすことを特徴とす
る請求項３８の画像投射装置。
【請求項４０】前記集光手段は楕円面リフレクタを備
え、前記楕円面リフレクタの第１焦点に前記光源が配置
され、前記楕円面リフレクタの第２焦点に前記光源像が
形成されることを特徴とする請求項３７の画像投射装
置。
【請求項４１】前記楕円面リフレクタの第１焦点距離
をＦ１、第２焦点距離をＦ２とする時、４≦Ｆ２／Ｆ１
≦１０（但し、前記第１焦点距離Ｆ１は前記楕円リフレ
クタの底面から前記第１焦点までの距離、前記第２焦点
距離Ｆ２は前記楕円リフレクタの底面から前記第２焦点
までの距離。）を満たすことを特徴とする請求項４０の
画像投射装置。
【請求項４２】前記光学手段は６面体のガラスロッド
を備え、前記第１の端面から入射した光束の少なくとも
一部を側面で全反射して前記第２の端面に導くことを特
徴とする請求項３６乃至請求項４１のいずれかの画像投
射装置。
【請求項４３】前記光学手段はミラー面を有する４枚
以上の台形又は矩形の平板ミラーより成るカレイドスコ
ープを備え、前記第１の端面から入射した光束の少なく
とも一部を前記ミラー面で反射して前記第２の端面に導
くことを特徴とする請求項３６乃至請求項４１のいずれ
かの画像投射装置。
【請求項４４】前記光変調装置が液晶表示パネルであ
ることを特徴とする請求項３６乃至請求項４３のいずれ
かの画像投射装置。
【請求項４５】前記液晶表示パネルは透過型のパネル
であることを特徴とする請求項４４の画像投射装置。
【請求項４６】前記液晶表示パネルは反射型のパネル
であることを特徴とする請求項４４の画像投射装置。
【請求項４７】前記液晶表示パネルは光散乱型液晶を
用いた示素子を備えることを特徴とする請求項４４乃至
請求項４６のいずれかの画像投射装置。
【請求項４８】前記光散乱型液晶は高分子分散型液晶
であることを特徴とする請求項４７の画像投射装置。
【請求項４９】前記投影手段は、前記光変調装置側が
テレセントリックな光学系であることを特徴とする請求
項３６乃至請求項４８のいずれかの画像投射装置。
【請求項５０】前記光学手段の前記第２の端面の面積
は前記光学手段の前記第１の端面の面積よりも大きいこ
とを特徴とする請求項３６乃至請求項４９のいずれかの
画像投射装置。
【請求項５１】前記光学手段の前記第１及び第２の端
面が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項３６乃
至請求項５０の画像投射装置。Ｌ１＜Ｌ３及び／又はＬ２＜Ｌ４ここで、Ｌ１は前記第１の端面の第１の方向の辺の長
さ、Ｌ２は前記第１の端面の前記第１方向に直交する第
２方向の辺の長さ、Ｌ３は前記第２の端面の前記第１の
方向の辺の長さ、Ｌ４は前記第２の端面の前記第２方向
の辺の長さを示す。
【請求項５２】前記光学手段の前記第１及び第２の端
面が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項３６乃
至請求項５０の画像投射装置。Ｌ１＜Ｌ３及び／又はＬ２＜Ｌ４ここで、Ｌ１は前記第１の端面の長辺の長さ、Ｌ２は前
記第１の端面の短辺の長さ、Ｌ３は前記第２の端面の長
辺の長さ、Ｌ４は前記第２の端面の短辺の長さを示す。
【請求項５３】第１の端面と第２の端面と該第１及び
第２の端面間を結ぶ反射面とを有し光束が前記第１の端
面に入射してその少なくとも一部が前記反射面により反
射されて前記第２の端面から出射するように構成した光
学手段とを有し、前記第２の端面から出射した光束によ
り被照明面を照明する照明装置において、前記光学手段
の前記第１及び第２の端面の大きさを互いに異ならし
め、前記光学手段の前記第１の端面に光源又は光源像を
供給し、前記光学手段の前記第２の端面位置と前記反射
型光変調装置の位置を共役関係としたことを特徴とする
照明装置。
【請求項５４】光源と、該光源からの光束を前記光学
手段の前記第１の端面又はその近傍に集光して光源像を
形成する集光手段とを有することを特徴とする請求項５
３の照明装置。
【請求項５５】前記集光手段は放物面リフレクタと該
放物面リフレクタからの光を集光する凸レンズとを備
え、前記放物面リフレクタの焦点に前記光源が配置され
ることを特徴とする請求項５４の照明装置。
【請求項５６】前記放物面リフレクタの焦点距離をＦ
３、前記凸レンズの焦点距離をＦ４とする時、４≦４／
Ｆ３≦１０（但し、Ｆ３は前記放物面リフレクタの底面
から前記焦点までの距離）を満たすことを特徴とする請
求項５５の照明装置。
【請求項５７】前記集光手段は楕円面リフレクタを備
え、前記楕円面リフレクタの第１焦点に前記光源が配置
され、前記楕円面リフレクタの第２焦点に前記光源像が
形成されることを特徴とする請求項５４の照明装置。
【請求項５８】前記楕円面リフレクタの第１焦点距離
をＦ１、第２焦点距離をＦ２とする時、４≦Ｆ２／Ｆ１
≦１０（但し、前記第１焦点距離Ｆ１は前記楕円リフレ
クタの底面から前記第１焦点までの距離、前記第２焦点
距離Ｆ２は前記楕円リフレクタの底面から前記第２焦点
までの距離）を満たすことを特徴とする請求項５７の照
明装置。
【請求項５９】前記光学手段は６面体のガラスロッド
を備え、前記第１の端面から入射した光束の少なくとも
一部を側面で全反射して前記第２の端面に導くことを特
徴とする請求項５３乃至請求項５８のいずれかの照明装
置。
【請求項６０】前記光学手段はミラー面を有する４枚
以上の台形又は矩形の平板ミラーより成るカレイドスコ
ープを備え、前記第１の端面から入射した光束の少なく
とも一部を前記ミラー面で反射して前記第２の端面に導
くことを特徴とする請求項５３乃至請求項５８のいずれ
かの照明装置。
【請求項６１】投影光学系により投影されるべき被投
影物体を照明することを特徴とする請求項５３乃至請求
項６０のいずれかの照明装置。
【請求項６２】前記投影光学系は、前記照明装置側が
テレセントリックな光学系であることを特徴とする請求
項６１の照明装置。
【請求項６３】前記光学手段の前記第２の端面の面積
は前記光学手段の前記第１の端面の面積よりも大きいこ
とを特徴とする請求項５３乃至請求項６２のいずれかの
照明装置。
【請求項６４】前記光学手段の前記第１及び第２の端
面が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項５３乃
至請求項６２のいずれかの照明装置。Ｌ１＜Ｌ３及び／又はＬ２＜Ｌ４ここで、Ｌ１は前記第１の端面の第１の方向の辺の長
さ、Ｌ２は前記第１の端面の前記第１方向に直交する第
２方向の辺の長さ、Ｌ３は前記第２の端面の前記第１の
方向の辺の長さ、Ｌ４は前記第２の端面の前記第２方向
の辺の長さを示す。
【請求項６５】前記光学手段の前記第１及び第２の端
面が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項３６乃
至請求項６２のいずれかの照明装置。Ｌ１＜Ｌ３及び／又はＬ２＜Ｌ４ここで、Ｌ１は前記第１の端面の長辺の長さ、Ｌ２は前
記第１の端面の短辺の長さ、Ｌ３は前記第２の端面の長
辺の長さ、Ｌ４は前記第２の端面の短辺の長さを示す。
【請求項６６】前記光学手段の前記第１面位置と前記
投影光学系の開口絞り位置を共役にすることを特徴とす
る請求項６１の照明装置。