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JP2008186022A - Illumination optics - Google Patents

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JP2008186022A
JP2008186022A JP2008036744A JP2008036744A JP2008186022A JP 2008186022 A JP2008186022 A JP 2008186022A JP 2008036744 A JP2008036744 A JP 2008036744A JP 2008036744 A JP2008036744 A JP 2008036744A JP 2008186022 A JP2008186022 A JP 2008186022A
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light
polarization
cylindrical lens
modulation
optical system
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JP2008036744A
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Jun Koide
小出  純
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

【課題】オプティカルインテグレータと偏光変換素子とを有する照明光学系の光転送効率を向上させる。
【解決手段】照明光学系1は、複数のレンズを含むレンズアレイ206,207を用いて、光源200からの照明光束の分割を行うオプティカルインテグレータと、レンズアレイの複数のレンズに対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイ、各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第1および第2の偏光光のうち前記第1の偏光光の偏光方向を回転させる複数の1/2波長板を有する偏光変換素子208と、を有する。
【選択図】図3
To improve the light transfer efficiency of an illumination optical system having an optical integrator and a polarization conversion element.
An illumination optical system 1 has an optical integrator that divides an illumination light beam from a light source 200 using lens arrays 206 and 207 including a plurality of lenses, and a multistage configuration corresponding to the plurality of lenses of the lens array. A polarization beam splitter array having a plurality of polarization beam splitters, and a plurality of first and second polarization lights separated by each polarization beam splitter and whose polarization directions are orthogonal to each other, that rotate the polarization direction of the first polarization light. And a polarization conversion element 208 having a half-wave plate.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、投射型画像表示装置に用いられる照明光学系および投射表示光学系に関するものである。   The present invention relates to an illumination optical system and a projection display optical system used in a projection type image display apparatus.

従来、プロジェクタ型ディスプレイ(投射型画像表示装置)は、一般に、液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスパネルを光変調素子としてスイッチングに利用して、光の透過と遮断または偏向を制御して選択された光パターンをスクリーンに投射することで、スクリーン上に映像を表示する。   Conventionally, a projector-type display (projection-type image display device) is generally selected by using a liquid crystal display panel or a micromirror array device panel as a light modulation element for switching, and controlling transmission and blocking or deflection of light. By projecting a light pattern onto the screen, an image is displayed on the screen.

光変調素子に液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスパネルを用いたプロジェクタにおいては、光源からの光を高効率で利用することと、スクリーン上での照度むらを低減することが重要となる。   In a projector using a liquid crystal display panel or a micromirror array device panel as a light modulation element, it is important to use light from a light source with high efficiency and to reduce illuminance unevenness on a screen.

改善手段としては、2枚の2次元配列されたレンズアレイから構成されるオプティカルインテグレータが知られている。オプティカルインテグレータは、光源からの光束を第1レンズアレイによって複数の光束に分割し、第2レンズアレイによりこれらの光束を拡大しながら光変調素子の表示領域に重畳結像させるものである(特許文献1参照)。   As an improvement means, an optical integrator composed of two two-dimensionally arranged lens arrays is known. The optical integrator divides a light beam from a light source into a plurality of light beams by a first lens array, and superimposes these light beams on a display area of a light modulation element while enlarging these light beams by a second lens array (Patent Literature). 1).

この方法によれば、分割後の照度むらが小さい光束を重畳するため均一性の高い照射光が得られ、スクリーン上での照度むらが大幅に改善される。また、第1レンズアレイの各開口を光変調素子の表示領域と相似の矩形とすれば、分割後の光束は表示領域にもれなく照射されるため、照射光の効率が向上し、光源からの光の利用効率を向上する。   According to this method, a light beam with small illuminance unevenness after division is superimposed, so that highly uniform irradiation light can be obtained, and the illuminance unevenness on the screen is greatly improved. Further, if each aperture of the first lens array is a rectangle similar to the display area of the light modulation element, the divided luminous flux is emitted to the display area without any problem, so that the efficiency of the irradiation light is improved and the light from the light source is improved. Improve usage efficiency.

また、他の改善手段としては、光源からの光をカライドスコープに導光し、光線のベクトルをミキシングすることによって、カライドスコープの光出射端面での光強度分布を均一化させ、この像を結像レンズによって光変調素子として用いているマイクロミラーアレイデバイスに共役結像させるものがある。   As another improvement means, light from the light source is guided to the kaleidoscope, and the light vector is mixed to make the light intensity distribution uniform at the light emitting end face of the kaleidoscope. Is imaged in a conjugate manner on a micromirror array device using an image forming lens as a light modulation element.

カライドスコープを用いる場合には、自然放射の光源からの光を、直線偏光状態に変換する手段を用いると、光学系が複雑になるため、一般的には実施されていない。   In the case of using a kaleidoscope, the use of means for converting light from a naturally radiating light source into a linearly polarized state makes the optical system complicated, and thus is not generally implemented.

この方法においても、均一性の高い照射光が得られ、スクリーン上での照度むらが大幅に改善される。   Also in this method, highly uniform irradiation light can be obtained, and illuminance unevenness on the screen can be greatly improved.

但し、2枚のレンズアレイからなるオプティカルインテグレータやカライドスコープを用いた光強度分布の均一化方法を用いる場合、光変調素子を照明する光束が大きな収束角を有する。このため、光変調パネルが反射型液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスの場合、照明光を導く光路を形成するための空間的な制限があり、TIR(全反射チルト)プリズムで導く場合には全反射最小角の制限がある。また、偏光ビームスプリッタで導く場合には、S波の反射率の入射角度依存性による制限が生じてしまうため、光変調素子への照明光束は平行光束に近いことが望まれる。   However, when a method for equalizing the light intensity distribution using an optical integrator or a kaleidoscope composed of two lens arrays is used, the light beam that illuminates the light modulation element has a large convergence angle. For this reason, when the light modulation panel is a reflective liquid crystal display panel or a micromirror array device, there is a spatial limitation for forming an optical path for guiding illumination light. When the light modulation panel is guided by a TIR (total reflection tilt) prism, There is a limit on the minimum reflection angle. In addition, when the light beam is guided by a polarizing beam splitter, the S-wave reflectivity is limited by the incident angle dependency, and therefore, it is desirable that the illumination light beam to the light modulation element is close to a parallel light beam.

さらに、光変調素子が透過型液晶表示パネルであり、この透過型液晶表示パネルによってレッド、グリーン、ブルーの三原色の光の変調を行う場合、変調光をダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムで合成する際、変調光が平行光束から逸脱するほどダイクロイック膜での反射・透過波長領域のカット波長が変化し、色のにごりや、投射画像の位置による色再現性の偏差が発生する。   Further, when the light modulation element is a transmissive liquid crystal display panel and the transmissive liquid crystal display panel modulates light of the three primary colors red, green, and blue, the modulation is performed when the modulated light is synthesized by a dichroic mirror or a dichroic prism. As the light deviates from the parallel light flux, the cut wavelength in the reflection / transmission wavelength region of the dichroic film changes, resulting in color blur and deviation in color reproducibility depending on the position of the projected image.

また、光変調素子が、透過型、反射型に限らず、ツイステッドネマティック液晶(TNLC)である場合、この液晶表示パネルへの照明光束の入射角がパネルの法線方向から傾くほど、また一般的には液晶表示パネル面内で各辺方向から傾くほど、液晶表示パネルを通過することによる理想的な光波長の位相差である、0またはπからのずれが大きく生じてしまう。したがって、光変調のコントラストが低下してしまう。   Further, when the light modulation element is not limited to a transmission type or a reflection type, but is a twisted nematic liquid crystal (TNLC), the more the incident angle of the illumination light beam to the liquid crystal display panel is inclined from the normal direction of the panel, the more general In the liquid crystal display panel surface, as it is tilted from each side direction, a deviation from 0 or π, which is an ideal optical wavelength phase difference caused by passing through the liquid crystal display panel, is generated. Therefore, the contrast of light modulation is reduced.

そこで、本出願人は、概ね(若干の発散および収束成分を含む)テレセントリックな照明光束で被照明面を照明する照明光学系であって、被照明面の法線方向に対する入射光線の偏差角によって変化する照明光の被照明面での強度分布が被照明面における互いに直交する2軸方向のそれぞれでピーク値の半値となる角度幅の比が、2:1以上のアスペクト比を有し、照明光束の進行方向に略直交する断面上での第1の軸方向について、光束の分割および再合成操作を行うオプティカルインテグレータと、上記断面上での第1の軸方向に対して直交する第2の軸方向について、光強度分布の変換操作を行う光強度変換手段とを設けた照明光学系を提案している。   Accordingly, the applicant of the present invention is an illumination optical system that illuminates the illuminated surface with a telecentric illumination light beam (including a slight divergence and convergence component), and is based on the deviation angle of the incident light beam with respect to the normal direction of the illuminated surface. The ratio of the angular width at which the intensity distribution of the changing illumination light on the surface to be illuminated becomes a half value of the peak value in each of the biaxial directions orthogonal to each other on the surface to be illuminated has an aspect ratio of 2: 1 or more. An optical integrator that performs splitting and recombination of the light beam in a first axial direction on a cross section that is substantially orthogonal to the traveling direction of the light beam, and a second that is orthogonal to the first axial direction on the cross section. Proposed is an illumination optical system provided with light intensity conversion means for performing a light intensity distribution conversion operation in the axial direction.

これにより、光源からの光を高効率に利用し、照度の均一性が高い照明光束が得られる照明光学系を実現することを可能にし、この照明光学系を投射表示光学系の照明部として用いることにより、濃淡コントラストの高い投射画像が得られる。
特開平11−64848号公報
Accordingly, it is possible to realize an illumination optical system that uses light from the light source with high efficiency and obtains an illumination light beam with high illuminance uniformity, and this illumination optical system is used as an illumination unit of the projection display optical system. As a result, a projected image with high contrast can be obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-64848

しかしながら、上記照明光学系において、光源ランプからの入力光束のダイバージェンスが大きい場合には、光源からの光の利用効率が低下してしまう場合が生じてしまう。   However, in the illumination optical system, when the divergence of the input light beam from the light source lamp is large, the utilization efficiency of the light from the light source may be reduced.

現在製品化されているフルカラーの投射型表示装置は、色分解再合成光学系の色分離方向を投射画像の横方向に設定しているのが一般的である。これは、横長である装置の形態がビデオ関連機器としては扱い易いことによる。そこで、画像コンテンツ信号において、表示画像はNTSC系統の横4縦3の画像表示比率、またはMUSE系統の横16縦9の画像比率となるため、光変調パネルの長辺方向がフルカラー表示するための色分離再合成方向と必然的に一致している。   Generally, full-color projection display devices that are currently commercialized have the color separation direction of the color separation / resynthesis optical system set in the horizontal direction of the projected image. This is because the horizontally long apparatus is easy to handle as a video-related device. Therefore, in the image content signal, the display image has an image display ratio of horizontal 4 vertical 3 of the NTSC system or an image ratio of horizontal 16 vertical 9 of the MUSE system, so that the long side direction of the light modulation panel is displayed in full color. The color separation and recombination direction necessarily coincides.

つまり、波長帯域分離膜(ダイクロイックミラー等)や偏光ビームスプリッタの光束分離方向は、光変調パネルの長辺方向となる。   That is, the light beam separation direction of the wavelength band separation film (dichroic mirror or the like) or the polarization beam splitter is the long side direction of the light modulation panel.

したがって、波長帯域分離膜や偏光ビームスプリッタへの光入射角の角度偏差による光分離精度劣化を防ぐためには、光変調パネルへの照明光束の光入射角は色分離再合成方向つまり光変調パネルの長辺方向において小さく設定することが必要となる。   Therefore, in order to prevent deterioration of the light separation accuracy due to the angle deviation of the light incident angle to the wavelength band separation film or the polarizing beam splitter, the light incident angle of the illumination light flux to the light modulation panel is the color separation recombination direction, that is, the light modulation panel. It is necessary to set a small value in the long side direction.

したがって、上記本出願人の提案に係る照明光学系おけるオプティカルインテグレート方向は、光変調パネルの短辺方向としている。   Therefore, the optical integration direction in the illumination optical system according to the proposal of the applicant is the short side direction of the light modulation panel.

ここで、光源ランプからの光利用効率に不利な問題が生じてしまう。つまりオプティカルインテグレート方向が光変調パネルの短辺方向となるため、多段偏光ビームスプリッタと1/2波長位相差板で主に構成されるPS変換素子と呼ばれる偏光変換素子の多段構成方向が光変調素子の短辺方向となるため、通常、光変調パネルの長辺方向に配される光源、偏光変換素子に配される多段スリットマスクの配列も光変調パネルの短辺方向となる。したがって、ダイバージェンスを有した光源からの光が多段スリットマスクによって遮られる量が増加し、照明光学系の光転送効率が減少してしまうこととなる。   Here, a disadvantageous problem arises in the light use efficiency from the light source lamp. In other words, since the optical integration direction is the short side direction of the light modulation panel, the multi-stage configuration direction of the polarization conversion element called a PS conversion element mainly composed of a multi-stage polarization beam splitter and a half-wave retardation plate is the light modulation element. Therefore, the arrangement of the light source arranged in the long side direction of the light modulation panel and the multi-stage slit mask arranged in the polarization conversion element is also usually the short side direction of the light modulation panel. Therefore, the amount of light from the light source having divergence blocked by the multi-stage slit mask increases, and the light transfer efficiency of the illumination optical system decreases.

上記の課題を解決するために、本発明の照明光学系は、複数のレンズを含むレンズアレイを用いて、光源からの照明光束の分割を行うオプティカルインテグレータと、レンズアレイの複数のレンズに対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイ、各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第1および第2の偏光光のうち前記第1の偏光光の偏光方向を回転させる複数の1/2波長板を有する偏光変換素子と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the illumination optical system of the present invention is compatible with an optical integrator that divides an illumination light beam from a light source using a lens array including a plurality of lenses, and a plurality of lenses of the lens array. A polarization beam splitter array having a plurality of polarization beam splitters in a multi-stage configuration, and a polarization direction of the first polarization light among the first and second polarization lights separated by each polarization beam splitter and orthogonal to each other. And a polarization conversion element having a plurality of half-wave plates to be rotated.

以上説明したように、本発明によれば、照明光束の分割方向での被照明面への入射角度が小さくなる照明光学系において、光源として直流駆動型放電ガス励起発光管を用いることにより、該照明光束が入射する偏光分離(合成)素子や空間光変調素子等の偏光分離(合成)特性が向上するという上記照明光学系の特徴を保ちながら、偏光変換素子に向かう光束の強度分布の拡がりを抑えることができ、該偏光変換素子に設けられたマスクにて遮蔽される光量(つまりは光量落ち)を少なくすることができる。したがって、偏光変換素子を用いた本照明光学系の光転送効率を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, in the illumination optical system in which the incident angle on the surface to be illuminated in the split direction of the illumination light beam is reduced, by using a DC-driven discharge gas excitation arc tube as a light source, While maintaining the characteristics of the above-mentioned illumination optical system that the polarization separation (combination) characteristics such as the polarization separation (combination) element and spatial light modulation element on which the illumination light beam is incident are improved, the intensity distribution of the light beam toward the polarization conversion element is expanded. It is possible to suppress the amount of light shielded by the mask provided in the polarization conversion element (that is, a drop in the amount of light). Therefore, the light transfer efficiency of the present illumination optical system using the polarization conversion element can be improved.

そして、このような照明光学系を投射表示光学系又は投射型画像表示装置に用いることにより、光源での発光光量を増加させることなく投射画像の明るさを向上させ、かつ高いコントラストを得ることができる。   Then, by using such an illumination optical system for a projection display optical system or a projection type image display device, it is possible to improve the brightness of the projected image and increase the contrast without increasing the amount of light emitted from the light source. it can.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1には、本発明の第1実施例である照明光学系の構成を示している。図1において、200は光源としての直流駆動型のガス励起ランプであり、高圧水銀ランプやメタルハライドランプまたはクセノンランプ等が用いられる。光源ランプ(直流駆動型放電ガス励起発光管)200はパラボリック反射ミラー201と組み合せられて概ね平行な可視光ビームを生成する。   FIG. 1 shows the configuration of an illumination optical system that is a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 200 denotes a DC-driven gas excitation lamp as a light source, and a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, or the like is used. A light source lamp (DC-driven discharge gas excitation arc tube) 200 is combined with a parabolic reflecting mirror 201 to generate a substantially parallel visible light beam.

光源ランプ200は、得られる平行ビームをなるべくダイバージェンス(発散角)の少ない質の高いコリメート光束にするために、ガスの電子励起領域を限定するよう放電ギャップは極力狭く設計されている。そして、両電極間に直流バイアスがかけられ、陰極電極側に高輝度の点光源を発生させる。   The light source lamp 200 is designed so that the discharge gap is as narrow as possible so as to limit the electron excitation region of the gas in order to make the obtained parallel beam as high quality collimated light beam as possible with as little divergence (divergence angle) as possible. Then, a direct current bias is applied between both electrodes, and a high-luminance point light source is generated on the cathode electrode side.

この光源ランプ200とパラボリック反射ミラー201からなるランプユニットから放射された光束のうち可視光外の紫外線は、紫外線カットフィルター202によってカットされる。   Of the luminous flux radiated from the lamp unit composed of the light source lamp 200 and the parabolic reflection mirror 201, ultraviolet light outside visible light is cut by the ultraviolet cut filter 202.

紫外線は、レンズの材料となる光学ガラスや光学薄膜を励起したり劣化させることも長期的には発生するが、特に光変調パネルに液晶素子を用いる場合には、有機材料である液晶ポリマーや液晶分子配列のためのポリマー液晶配向膜が紫外線によって分解変質するので、これを防止するのが主な目的である。   Ultraviolet rays can also excite and degrade optical glass and optical thin films that are used as lens materials in the long term. Especially when liquid crystal elements are used in light modulation panels, liquid crystal polymers and liquid crystals that are organic materials are used. The main purpose is to prevent the polymer liquid crystal alignment film for molecular alignment from being decomposed and altered by ultraviolet rays.

紫外線カットフィルター202を通過した可視光光束は、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206に入射する。第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206は、図中の垂直方向においてのみ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズを有し、入射する光束を該シリンドリカルレンズの個数分に分割し、個々に焦線を結ばせる。その後、各分割光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ209によって再び所定幅に設定された平行光束に変換される。   The visible light beam that has passed through the ultraviolet cut filter 202 is incident on the first cylindrical lens array homogenizer 206. The first cylindrical lens array homogenizer 206 has a plurality of cylindrical lenses having refractive power only in the vertical direction in the figure, and divides the incident light flux into the number of the cylindrical lenses, and individually connects the focal lines. Thereafter, each split light beam is converted into a parallel light beam set to a predetermined width again by the cylindrical condenser lens 209.

ここで、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206とシリンドリカルコンデンサーレンズ209の主平面間隔は、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206の焦点距離とシリンドリカルコンデンサーレンズ209の焦点距離の和に設定されている。これにより、光束は上記のように平行光束に再変換される。   Here, the main plane interval between the first cylindrical lens array homogenizer 206 and the cylindrical condenser lens 209 is set to the sum of the focal length of the first cylindrical lens array homogenizer 206 and the focal length of the cylindrical condenser lens 209. Thereby, the light flux is reconverted into a parallel light flux as described above.

さらに、シリンドリカルコンデンサーレンズ209は、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206の光軸線が各アレイの光軸線に対して偏心しているため、シリンドリカルコンデンサーレンズ209の焦線の位置で、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206の各アレイの通過した光束を重ね合わせる。これにより、オプティカルインテグレート操作がなされる。そして、第1シリンドリカルコンデンサーレンズ209の焦線の位置が光変調パネル212の変調面となる。   Further, since the optical axis of the first cylindrical lens array homogenizer 206 is decentered with respect to the optical axis of each array, the cylindrical condenser lens 209 has a first cylindrical lens array homogenizer 206 at the position of the focal line of the cylindrical condenser lens 209. The light beams passed through each array are superimposed. Thereby, an optical integration operation is performed. The position of the focal line of the first cylindrical condenser lens 209 becomes the modulation surface of the light modulation panel 212.

第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206を通過した光束は、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207を通過する。この第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207の焦線の位置は、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206の各シリンドリカルレンズの瞳位置に設定されている。第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207とシリンドリカルコンデンサーレンズ209のタンデムレンズ構成で、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206の各シリンドリカルレンズの瞳と光変調パネル212の変調面とが光学的に共役関係とされている。このため、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206の各シリンドリカルレンズの瞳は、図中の垂直方向において光変調パネル212の変調面に結像される。   The light beam that has passed through the first cylindrical lens array homogenizer 206 passes through the second cylindrical lens array homogenizer 207. The position of the focal line of the second cylindrical lens array homogenizer 207 is set to the pupil position of each cylindrical lens of the first cylindrical lens array homogenizer 206. With the tandem lens configuration of the second cylindrical lens array homogenizer 207 and the cylindrical condenser lens 209, the pupil of each cylindrical lens of the first cylindrical lens array homogenizer 206 and the modulation surface of the light modulation panel 212 are optically conjugate. . Therefore, the pupils of the respective cylindrical lenses of the first cylindrical lens array homogenizer 206 are imaged on the modulation surface of the light modulation panel 212 in the vertical direction in the drawing.

光源ランプ200とパラボリック反射ミラー201からなるランプユニットから放射された光束は完全な平行光とはならず、ダイバージェンスを有している。このため、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207は、このダイバージェンス分の光束広がりを修正するために、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206の各シリンドリカルレンズの瞳を通過した光束を確実に光変調パネル212の変調面に導く。   The light beam emitted from the lamp unit composed of the light source lamp 200 and the parabolic reflection mirror 201 is not completely parallel light but has divergence. Therefore, the second cylindrical lens array homogenizer 207 reliably modulates the light beams that have passed through the pupils of the respective cylindrical lenses of the first cylindrical lens array homogenizer 206 in order to correct the spread of the light flux for this divergence. Lead to the surface.

第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207を通過した光束は、偏光変換素子208に入射する。偏光変換素子208は、一般に液晶プロジェクタで用いられているPS変換素子と呼ばれるものと同様であり、ランプユニットから放射した光を、偏光ビームスプリッタを重ね合わせたアレイで、片側、たとえば図中の垂直方向に平行な偏光成分のみに変換するものである。   The light beam that has passed through the second cylindrical lens array homogenizer 207 enters the polarization conversion element 208. The polarization conversion element 208 is similar to what is generally called a PS conversion element used in a liquid crystal projector, and is an array in which light emitted from a lamp unit is superimposed on a polarization beam splitter. It converts only to the polarization component parallel to the direction.

(偏光変換素子208について)
図2には、偏光変換素子208を模式的に示している。偏光変換素子208は、入射光軸に対して45°傾いた偏光分離膜208bを有する偏光ビームスプリッタが第1及び第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206,207の各シリンドリカルレンズに対応するよう垂直方向に多段(複数)配置された偏光ビームスプリッタアレイ208aと、上記複数の偏光ビームスプリッタのうち垂直方向に1段おきの偏光ビームスプリッタの出射面に設けられた半波長位相差板(1/2波長板)208cと、該半波長位相差板208cが設けられた偏光ビームスプリッタの入射面を覆い、半波長位相差板208cが設けられていない偏光ビームスプリッタの入射面に対応するスリット状開口部を有する多段スリットマスク(以下、単にマスクという)208dとから構成されている。
(About the polarization conversion element 208)
FIG. 2 schematically shows the polarization conversion element 208. The polarization conversion element 208 has multiple stages in the vertical direction so that a polarization beam splitter having a polarization separation film 208b inclined by 45 ° with respect to the incident optical axis corresponds to each cylindrical lens of the first and second cylindrical lens array homogenizers 206 and 207. (Multiple) arranged polarizing beam splitter array 208a and half-wave retardation plate (1/2 wavelength plate) provided on the exit surface of the polarizing beam splitter every other stage in the vertical direction among the plurality of polarizing beam splitters 208c and a multistage having a slit-like opening corresponding to the incident surface of the polarizing beam splitter not provided with the half-wave retardation plate 208c, covering the incident surface of the polarizing beam splitter provided with the half-wave retardation plate 208c. And a slit mask (hereinafter simply referred to as a mask) 208d.

図2の紙面に平行な方向を偏光方向とするP偏光成分は偏光分離膜208bを透過し、図2の紙面に垂直な方向を偏光方向とするS偏光成分は偏光分離膜208bで反射して、直下の偏光ビームスプリッタの偏光分離膜208bで再度反射する。これにより、S偏光成分の光路は偏光ビームスプリッタアレイ208aのピッチ分だけ下側にシフトする。   The P-polarized light component whose polarization direction is parallel to the paper surface of FIG. 2 is transmitted through the polarization separation film 208b, and the S-polarized light component whose polarization direction is perpendicular to the paper surface of FIG. 2 is reflected by the polarization separation film 208b. The light is reflected again by the polarization separation film 208b of the polarization beam splitter immediately below. As a result, the optical path of the S-polarized component is shifted downward by the pitch of the polarization beam splitter array 208a.

そして、偏光ビームスプリッタから射出したS偏光成分は、半波長位相差板208cでパイの位相差が付与されることでその偏光方向が90度変換されてP偏光として偏光変換素子208を出射する。こうして、偏光変換素子208を通過した光束はすべて偏光ビームスプリッタ-に対してP偏光の直線偏光となる。すなわち紙面に平行な電磁波振動ベクトルを有する偏波として放出される。   The S-polarized component emitted from the polarization beam splitter is given a pi phase difference by the half-wave retardation plate 208c, so that the polarization direction is converted by 90 degrees and emitted from the polarization conversion element 208 as P-polarized light. Thus, all the light beams that have passed through the polarization conversion element 208 become P-polarized linearly polarized light with respect to the polarization beam splitter. That is, it is emitted as a polarized wave having an electromagnetic wave vibration vector parallel to the paper surface.

ここで、偏光分離膜208bを透過したP偏光が半波長位相差板208cに入射すると、その偏光方向が90°回転されてS偏光が偏光変換素子208から出射してしまうことになる。このため、偏光ビームスプリッタにおける半波長位相差板208cに対向する入射面には、光束の入射を遮るマスク208dが設けられ、マスク208d間に形成されたスリットからのみ光束が入射する。   Here, when the P-polarized light transmitted through the polarization separation film 208b is incident on the half-wave retardation plate 208c, the polarization direction is rotated by 90 °, and the S-polarized light is emitted from the polarization conversion element 208. For this reason, a mask 208d that blocks the incidence of the light beam is provided on the incident surface of the polarizing beam splitter that faces the half-wave retardation plate 208c, and the light beam is incident only from the slit formed between the masks 208d.

図1において、偏光変換素子208を通過した光束は、第1シリンドリカルレンズ205に入射する。第1シリンドリカルレンズ205は、図中の水平方向においてのみ屈折力を有するもので、光束の進行方向にもう1つ配置されている第2シリンドリカルレンズ210と対になってビームコンプレッサを形成している。したがって、第1シリンドリカルレンズ205に入射する光束は、図中の水平方向においては圧縮され、基本的にはアフォーカル状態で光変調パネル212に導かれる。   In FIG. 1, the light beam that has passed through the polarization conversion element 208 is incident on the first cylindrical lens 205. The first cylindrical lens 205 has a refractive power only in the horizontal direction in the figure, and forms a beam compressor by pairing with the second cylindrical lens 210 arranged in the traveling direction of the light beam. . Therefore, the light beam incident on the first cylindrical lens 205 is compressed in the horizontal direction in the drawing and is basically guided to the light modulation panel 212 in an afocal state.

但し、本実施例においては、ビームコンプレッサに瞳ディストーション収差を所定量だけ意図的に持たせており、この瞳ディストーション収差によって光変調パネル212の変調面の光強度分布を均一または任意の分布に制御している。このビームコンプレッサによる瞳ディストーション収差の作用については、図5を用いて後述する。   However, in this embodiment, a predetermined amount of pupil distortion aberration is intentionally given to the beam compressor, and the light intensity distribution on the modulation surface of the light modulation panel 212 is controlled to be uniform or arbitrary distribution by this pupil distortion aberration. is doing. The action of pupil distortion aberration by this beam compressor will be described later with reference to FIG.

第1シリンドリカルレンズ205を通過した光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ209に入射し、上述したようにこのシリンドリカルコンデンサーレンズ209によって、シリンドリカルコンデンサーレンズ209の焦線位置にある光変調パネル212の変調面に図中の垂直方向で重ね合わされてインテグレートされる。   The light beam that has passed through the first cylindrical lens 205 is incident on the cylindrical condenser lens 209, and as described above, the cylindrical condenser lens 209 causes the light beam to pass through the modulation surface of the light modulation panel 212 at the focal line position of the cylindrical condenser lens 209 in the drawing. Are superimposed and integrated in the vertical direction.

シリンドリカルコンデンサーレンズ209を通過した光束は、第2シリンドリカルレンズ210に入射する。上述したように、第2シリンドリカルレンズ210は図中の水平方向のみに屈折力を有するもので、第1シリンドリカルレンズ205と対になってビームコンプレッサを形成している。これにより、図中の水平方向において光束が圧縮され、アフォーカル状態で光変調パネル212に導かれる。   The light beam that has passed through the cylindrical condenser lens 209 is incident on the second cylindrical lens 210. As described above, the second cylindrical lens 210 has a refractive power only in the horizontal direction in the figure, and forms a beam compressor paired with the first cylindrical lens 205. As a result, the light beam is compressed in the horizontal direction in the figure and guided to the light modulation panel 212 in an afocal state.

さらに、この第2シリンドリカルレンズ210によって、第1シリンドリカルレンズ205の瞳と光変調パネル212の変調面とが概ね光学的な共役関係(ビームコンプレッサに収差を意図的に持たせているために光学的共役関係は精度的に粗くなる)に配置されている。このため、第1シリンドリカルレンズ205の瞳は、図中の水平方向において光変調パネル212の変調面に結像される。   Further, by the second cylindrical lens 210, the pupil of the first cylindrical lens 205 and the modulation surface of the light modulation panel 212 are substantially in an optical conjugate relationship (because the beam compressor intentionally has an aberration so that it is optical). The conjugate relationship is coarsely accurate). Therefore, the pupil of the first cylindrical lens 205 is imaged on the modulation surface of the light modulation panel 212 in the horizontal direction in the figure.

第2シリンドリカルレンズ210は、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207の役割と同様に、光源ランプ200とパラボリック反射ミラー201からなるランプユニットから放射された光束のダイバージェンス分の光束広がりを修正して、第1シリンドリカルレンズ205の瞳を通過した光束を確実に光変調パネル212の変調面に導くために配置されている。   Similar to the role of the second cylindrical lens array homogenizer 207, the second cylindrical lens 210 corrects the divergence of the light flux emitted from the lamp unit including the light source lamp 200 and the parabolic reflection mirror 201 by the divergence. It is arranged to reliably guide the light beam that has passed through the pupil of the cylindrical lens 205 to the modulation surface of the light modulation panel 212.

シリンドリカルレンズ210を通過した光束は、ダミー偏光ビームスプリッタ211に入射する。このダミーはダイクロイックプリズム又はミラーとしてもかまわない。但し、ダミーが偏光ビームスプリッタの場合でも、ダイクロイックプリズムの場合でも、光束の偏向方向は図中の水平方向に設定する。   The light beam that has passed through the cylindrical lens 210 enters the dummy polarizing beam splitter 211. This dummy may be a dichroic prism or a mirror. However, regardless of whether the dummy is a polarizing beam splitter or a dichroic prism, the deflection direction of the light beam is set in the horizontal direction in the figure.

以上のように、本実施例の照明光学系を通過した光束は、光変調パネル212に導かれる。本実施例の照明特性については後述する。   As described above, the light beam that has passed through the illumination optical system of this embodiment is guided to the light modulation panel 212. The illumination characteristics of this embodiment will be described later.

(光源ランプ〈直流駆動型放電ガス励起発光管〉200について)
次に、ランプユニットから射出し、偏光変換素子208に入射する光束の様子について図3を用いて説明する。
(About the light source lamp <DC-driven discharge gas excitation arc tube> 200)
Next, the state of the light beam emitted from the lamp unit and incident on the polarization conversion element 208 will be described with reference to FIG.

図3(A)には、光源ランプ200およびパラボリック反射ミラー201からなるランプユニットと、偏光変換素子208に設けられたマスク208dとを示すとともに、これらランプユニットおよびマスク208dの間に配置された第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206を簡略化して示している。なお、紫外線カットフィルター202と第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザーは図示を省略している。   FIG. 3A shows a lamp unit including the light source lamp 200 and the parabolic reflection mirror 201, and a mask 208d provided on the polarization conversion element 208, and a second unit disposed between the lamp unit and the mask 208d. A simplified cylindrical lens array homogenizer 206 is shown. The ultraviolet cut filter 202 and the second cylindrical lens array homogenizer are not shown.

光源ランプ200は、陰極電極200aの放電端がパラボリック反射ミラー201の焦点に位置するように配置され、陽極電極200bの放電端は陰極電極200aの放電端から前方に所定の放電ギャップ分離れて配置されている。   The light source lamp 200 is disposed such that the discharge end of the cathode electrode 200a is positioned at the focal point of the parabolic reflection mirror 201, and the discharge end of the anode electrode 200b is disposed forwardly from the discharge end of the cathode electrode 200a by a predetermined discharge gap. Has been.

この光源ランプ200に直流バイアスを印加すると、電極200a側から電子放出によってガスが励起され、陰極電極200aの放電端付近に高輝度の発光領域200cが発生する。また、両電極200a,200b間には、低輝度の発光領域200dが形成される。   When a DC bias is applied to the light source lamp 200, the gas is excited by electron emission from the electrode 200a side, and a high-luminance light emitting region 200c is generated near the discharge end of the cathode electrode 200a. A low-luminance light emitting region 200d is formed between the electrodes 200a and 200b.

発光領域200cから斜め後方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー201のうち光源ランプ200に近い部分で反射し、発散角θa2をもって拡がりながら第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206に向かう。そして、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206を射出した光束は、収束しながらマスク208d間のスリットから偏光変換素子208に入射する。   Light emitted obliquely rearward from the light emitting region 200c is reflected by a portion of the parabolic reflection mirror 201 close to the light source lamp 200, and travels toward the first cylindrical lens array homogenizer 206 while spreading with a divergence angle θa2. The light beam emitted from the first cylindrical lens array homogenizer 206 enters the polarization conversion element 208 through the slit between the masks 208d while being converged.

また、発光領域200cから斜め前方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー201のうち光源ランプ200から離れた部分で反射し、発散角θa1をもって拡がりながら、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206を介して偏光変換素子208に向かう。   Further, light emitted obliquely forward from the light emitting region 200c is reflected by a portion of the parabolic reflection mirror 201 away from the light source lamp 200, and spreads with a divergence angle θa1, via the first cylindrical lens array homogenizer 206. It goes to the polarization conversion element 208.

なお、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206からその焦点距離fの位置に偏光変換素子208のマスク208d間のスリット開口が配置されている。   A slit opening between the mask 208d of the polarization conversion element 208 is disposed at a position of the focal length f from the first cylindrical lens array homogenizer 206.

図4(A)には、図3(A)に示した照明光学系に交流駆動型の光源ランプ250を用いた場合の偏光変換素子208に入射する光束の様子を示している。   FIG. 4A shows a state of a light beam incident on the polarization conversion element 208 when an AC drive type light source lamp 250 is used in the illumination optical system shown in FIG.

光源ランプ250は、電極250aの放電端と電極250bの放電端との間にパラボリック反射ミラー201の焦点が位置するように配置されている。 光源ランプ250に交流バイアスを印加すると、両電極250a,250b間でガスが励起され、電極250aの放電端付近と電極250bの放電端付近とに2つの高輝度の発光領域250c1,250c2が発生する。また、両電極250a,250b間には、低輝度の発光領域250dが形成される。   The light source lamp 250 is disposed so that the focal point of the parabolic reflection mirror 201 is positioned between the discharge end of the electrode 250a and the discharge end of the electrode 250b. When an AC bias is applied to the light source lamp 250, gas is excited between the electrodes 250a and 250b, and two high-luminance light emitting regions 250c1 and 250c2 are generated near the discharge end of the electrode 250a and near the discharge end of the electrode 250b. . A low-luminance light emitting region 250d is formed between the electrodes 250a and 250b.

2つの発光領域250c1,250c2から斜め後方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー201のうち光源ランプ250に近い部分で反射し、発散角θb2をもって拡がりながら第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206に向かう。そして、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206を射出した光束は、収束しながらマスク208d間のスリットから偏光変換素子208に入射する。   Light emitted obliquely backward from the two light emitting regions 250c1 and 250c2 is reflected by a portion of the parabolic reflection mirror 201 close to the light source lamp 250, and travels toward the first cylindrical lens array homogenizer 206 while spreading with a divergence angle θb2. The light beam emitted from the first cylindrical lens array homogenizer 206 enters the polarization conversion element 208 through the slit between the masks 208d while being converged.

なお、図4(A)においても、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206からその焦点距離fの位置に偏光変換素子208のマスク208d間のスリット開口が配置されている。   In FIG. 4A as well, a slit opening between the mask 208d of the polarization conversion element 208 is arranged at the position of the focal length f from the first cylindrical lens array homogenizer 206.

また、2つの発光領域250c1,250c2から斜め前方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー201のうち光源ランプ250から離れた部分で反射し、発散角θb1をもって拡がりながら、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206を介して偏光変換素子208に向かう。   In addition, the light emitted obliquely forward from the two light emitting regions 250c1 and 250c2 is reflected by a portion of the parabolic reflection mirror 201 away from the light source lamp 250, and spreads with a divergence angle θb1, while the first cylindrical lens array homogenizer. It goes to the polarization conversion element 208 via 206.

ここで、図3(A)および図4(A)において、
θa1<θb1
θa2<θb2
の関係がある。
Here, in FIGS. 3A and 4A,
θa1 <θb1
θa2 <θb2
There is a relationship.

図4(B)には、交流駆動型ガス励起ランプである光源ランプ250を用いた場合における、マスク208d間のスリットに向かう光束を示している。光源ランプ250が2点の高輝度発光部分を形成しているため、該光束の強度分布は、図に示すようにスリットの周辺が最も高いものとなる。しかし、光束の発散角θb1,θb2が比較的大きいため、スリットに向かう光束のうちマスク208dによってけられる範囲が大きい。このため、マスク208dが設けられていることによる光量落ちが大きくなる。   FIG. 4B shows a light beam traveling toward the slit between the masks 208d when the light source lamp 250 which is an AC drive type gas excitation lamp is used. Since the light source lamp 250 forms two high-luminance light emitting portions, the intensity distribution of the luminous flux is the highest around the slit as shown in the figure. However, since the divergence angles θb1 and θb2 of the light flux are relatively large, the range of the light flux directed to the slit by the mask 208d is large. For this reason, the light amount drop due to the provision of the mask 208d becomes large.

これに対して、図3(B)には、直流駆動型放電ガス励起発光管である光源ランプ200を用いた本実施例の場合における、マスク208d間のスリットに向かう光束を示している。光源ランプ200が1点の高輝度発光部分を形成しているため、該光束の強度分布は、図に示すようにスリットの略中心が最も高く、周辺に向かって低いものとなる。つまり、該光束の光強度分布の拡がりが図4(B)に比べて抑えられている。   On the other hand, FIG. 3B shows a light beam traveling toward the slit between the masks 208d in the case of the present embodiment using the light source lamp 200 which is a direct current drive type discharge gas excitation arc tube. Since the light source lamp 200 forms one high-luminance light-emitting portion, the intensity distribution of the luminous flux is the highest at the approximate center of the slit and lower toward the periphery as shown in the figure. That is, the spread of the light intensity distribution of the luminous flux is suppressed as compared with FIG.

しかも、光束の発散角θa1,θa2がそれぞれ,交流駆動型の光源ランプ250を用いた図4(A)に示す場合の発散角θb1,θb2よりも小さいために、スリットに向かう光束のうちマスク208dによってけられる範囲は小さい。   Moreover, since the divergence angles θa1 and θa2 of the light beams are smaller than the divergence angles θb1 and θb2 in the case shown in FIG. 4A using the AC drive type light source lamp 250, the mask 208d out of the light beams toward the slit. The range given by is small.

つまり、もともとマスク208dによってけられる光束範囲が小さい上に、そのけられる範囲の光強度が低いために、マスク208dが設けられていることによる光量落ちを交流駆動型放電ガス励起発光管を用いる場合に比べてきわめて少なく抑えることができる。   In other words, when the range of light flux produced by the mask 208d is small and the light intensity within that range is low, the drop in the amount of light due to the provision of the mask 208d is used when using an AC drive type discharge gas excitation arc tube. It can be suppressed to a very small amount compared to.

このように、光源として直流駆動型放電ガス励起発光管を用いることにより、交流駆動型放電ガス励起発光管を用いる場合に比べて偏光変換素子208に入射する時点での光量落ちを少なくすることができ、偏光変換素子208を用いた照明光学系の光転送効率を向上させることができる。つまり、光源ランプ200からの光を高効率に利用することができる。   In this way, by using a DC-driven discharge gas excitation arc tube as a light source, the light quantity drop at the point of incidence on the polarization conversion element 208 can be reduced compared to the case where an AC drive discharge gas excitation arc tube is used. In addition, the light transfer efficiency of the illumination optical system using the polarization conversion element 208 can be improved. That is, the light from the light source lamp 200 can be used with high efficiency.

(オプティカルインテグレータについて)
次に、上記照明光学系に用いられているオプティカルインテグレータについて、図5を用いて説明する。
(About optical integrator)
Next, an optical integrator used in the illumination optical system will be described with reference to FIG.

図5中に配置されている各オプティクスにおいて、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306は図1の第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206に相当する。また、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307は、図1の第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207に相当する。   In each of the optics arranged in FIG. 5, the first cylindrical lens array homogenizer 306 corresponds to the first cylindrical lens array homogenizer 206 in FIG. The second cylindrical lens array homogenizer 307 corresponds to the second cylindrical lens array homogenizer 207 in FIG.

さらに、シリンドリカルコンデンサーレンズ309は、図1のシリンドリカルコンデンサーレンズ209に相当する。   Furthermore, the cylindrical condenser lens 309 corresponds to the cylindrical condenser lens 209 of FIG.

これら、第1および第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306,307とシリンドリカルコンデンサーレンズ309によってオプティカルインテグレータが構成される。   The first and second cylindrical lens array homogenizers 306 and 307 and the cylindrical condenser lens 309 constitute an optical integrator.

なお、図5中の光変調パネル312は、図1では光変調パネル212に相当する。   The light modulation panel 312 in FIG. 5 corresponds to the light modulation panel 212 in FIG.

第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306に導かれ、オプティカルインテグレート方向に略コリメートされた、図5に矢印で示す光束は、各シリンドリカルレンズの瞳によって図中の縦方向に分割され、各焦線上に集光する。第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の焦線の位置は、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307の瞳位置の近傍にあり、矢印で示される入射光束が完全にコリメート光である理想的な光束である場合に、この光束が第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307によってほとんど屈折力を受けないように配されている。   The light beam indicated by the arrow in FIG. 5 guided to the first cylindrical lens array homogenizer 306 and substantially collimated in the optical integration direction is divided in the vertical direction in the figure by the pupil of each cylindrical lens, and is condensed on each focal line. To do. The position of the focal line of the first cylindrical lens array homogenizer 306 is near the pupil position of the second cylindrical lens array homogenizer 307, and the incident light beam indicated by the arrow is an ideal light beam that is completely collimated light. The luminous flux is arranged so that it hardly receives refractive power by the second cylindrical lens array homogenizer 307.

第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307を通過した各光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ309に導かれる。各光束の光軸はシリンドリカルコンデンサーレンズ309の光軸からシフトしているため、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各シリンドリカルレンズの瞳によって分割された各光束の光軸はシリンドリカルコンデンサーレンズ309の焦線の位置にて集合することとなる。   Each light beam that has passed through the second cylindrical lens array homogenizer 307 is guided to a cylindrical condenser lens 309. Since the optical axis of each light beam is shifted from the optical axis of the cylindrical condenser lens 309, the optical axis of each light beam divided by the pupil of each cylindrical lens of the first cylindrical lens array homogenizer 306 is the focal line of the cylindrical condenser lens 309. It will gather at the position of.

また、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306とシリンドリカルコンデンサーレンズ309の主平面距離は、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の焦点距離とシリンドリカルコンデンサーレンズ309の焦点距離の和の距離に設定されているので、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各シリンドリカルレンズの瞳によって分割された各光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ309を通過することで、図の断面方向に対して平行光となる。   The main plane distance between the first cylindrical lens array homogenizer 306 and the cylindrical condenser lens 309 is set to the sum of the focal length of the first cylindrical lens array homogenizer 306 and the focal length of the cylindrical condenser lens 309. Each light beam divided by the pupil of each cylindrical lens of the one cylindrical lens array homogenizer 306 passes through the cylindrical condenser lens 309, and becomes parallel light with respect to the cross-sectional direction in the figure.

また、平行光の幅は、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の焦点距離に対するシリンドリカルコンデンサーレンズ309の焦点距離の比で拡大されるよう設定されている。   The width of the parallel light is set so as to be enlarged by the ratio of the focal length of the cylindrical condenser lens 309 to the focal length of the first cylindrical lens array homogenizer 306.

一方、光変調パネル312の光変調面は、シリンドリカルコンデンサーレンズ309の焦線の位置に配置されている。これにより、光変調パネル312の変調面でオプティカルインテグレート操作が行われ、照明光学系に入射した光束は、入射時の光強度分布に関わらず、略均一な光強度分布に変換されて光変調パネル312の変調面に照射される。   On the other hand, the light modulation surface of the light modulation panel 312 is disposed at the focal line position of the cylindrical condenser lens 309. As a result, an optical integration operation is performed on the modulation surface of the light modulation panel 312, and the light beam incident on the illumination optical system is converted into a substantially uniform light intensity distribution regardless of the light intensity distribution at the time of incidence. The modulation surface 312 is irradiated.

次に、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307の機能について説明する。図5に矢印で示される入射光束は完全にコリメートされたものではない。特に、レーザではなく、ガス励起発光の光源ランプ200を用いている本実施例においては、励起発光領域は小さくても0.1mmオーダーの有限領域を有しているため、コリメートレンズやパラボリック反射ミラーを用いても、完全なコリメートビームを得ることは不可能であり、上記入射光束にはダイバージェンス(発散角)が必ず含まれる。   Next, the function of the second cylindrical lens array homogenizer 307 will be described. The incident light beam indicated by the arrow in FIG. 5 is not completely collimated. In particular, in the present embodiment using the gas excitation light source lamp 200 instead of the laser, the excitation light emission region has a finite region of the order of 0.1 mm even if it is small. Therefore, a collimator lens or a parabolic reflection mirror is used. Even if is used, it is impossible to obtain a complete collimated beam, and the incident light beam always includes divergence (divergence angle).

このダイバージェンス誤差による光変調パネル312の照明領域の外形ボケを補正するために、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307が設けられている。   A second cylindrical lens array homogenizer 307 is provided in order to correct the outline blur of the illumination area of the light modulation panel 312 due to the divergence error.

図5を用いて説明すると、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各シリンドリカルレンズの瞳で分割された光束は、その瞳の全域からダイバージェンス成分を有しているため、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各シリンドリカルレンズの瞳像を、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307とシリンドリカルコンデンサーレンズ309の再合成系によって、光変調パネル312の変調面に投影結像させている。   Referring to FIG. 5, since the light beam divided by the pupils of the respective cylindrical lenses of the first cylindrical lens array homogenizer 306 has a divergence component from the entire area of the pupils, the first cylindrical lens array homogenizer 306 has the divergence component. The pupil image of each cylindrical lens is projected and formed on the modulation surface of the light modulation panel 312 by the re-synthesis system of the second cylindrical lens array homogenizer 307 and the cylindrical condenser lens 309.

第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307の各シリンドリカルレンズの光入射側の焦線の位置は、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各シリンドリカルレンズの瞳位置に設定されている。第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各シリンドリカルレンズの瞳で分割された光束のダイバージェンス成分は、図5中に細かい点線で示されており、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各シリンドリカルレンズの瞳で分割された光束は、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー307を通過することで図中の断面方向において平行光に変換され、さらにシリンドリカルコンデンサーレンズ309によってこのシリンドリカルコンデンサーレンズ309の焦線面に集光する。   The position of the focal line on the light incident side of each cylindrical lens of the second cylindrical lens array homogenizer 307 is set to the pupil position of each cylindrical lens of the first cylindrical lens array homogenizer 306. The divergence component of the light beam divided by the pupils of the respective cylindrical lenses of the first cylindrical lens array homogenizer 306 is indicated by fine dotted lines in FIG. The light flux that has passed through the second cylindrical lens array homogenizer 307 is converted into parallel light in the cross-sectional direction in the figure, and is further condensed by the cylindrical condenser lens 309 onto the focal plane of the cylindrical condenser lens 309.

つまり、第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー306の各アレイの瞳像は、光変調パネル312の変調面にオプティカルインテグレートされた状態で重ね合わさって結像する。このことにより、光変調パネル312の変調面は、図5の断面方向において、エッジの鋭く立った光強度分布で照明される。   That is, the pupil image of each array of the first cylindrical lens array homogenizer 306 is superimposed on the modulation surface of the light modulation panel 312 in an optically integrated state to form an image. As a result, the modulation surface of the light modulation panel 312 is illuminated with a light intensity distribution with sharp edges in the cross-sectional direction of FIG.

(光強度分布変換のためのオプティクスについて)
次に、上記実施例の照明光学系に組み込まれている光強度分布を変換するオプティクスについて、図6を用いて説明する。
(Optics for light intensity distribution conversion)
Next, optics for converting a light intensity distribution incorporated in the illumination optical system of the above embodiment will be described with reference to FIG.

図6中の各オプティクスにおいて、第1シリンドリカルレンズ405は図1の第1シリンドリカルレンズ205に相当し、第2シリンドリカルレンズ410は図1の第2シリンドリカルレンズ210に相当する。なお、光変調パネル412は図1の光変調パネル212に相当する。   In each optics in FIG. 6, the first cylindrical lens 405 corresponds to the first cylindrical lens 205 in FIG. 1, and the second cylindrical lens 410 corresponds to the second cylindrical lens 210 in FIG. The light modulation panel 412 corresponds to the light modulation panel 212 of FIG.

略コリメートされた、図6に矢印で示す光束は第1シリンドリカルレンズ405に入射する。この第1シリンドリカルレンズ405と次に配されている第2シリンドリカルレンズ410とで、アフォーカルな凸凸ペアのビームコンプレッサが形成されており、ビームコンプレス倍率は入射光束の幅が光変調パネル412の有効幅にほぼ一致するように設定されている。   The substantially collimated light beam indicated by the arrow in FIG. 6 is incident on the first cylindrical lens 405. The first cylindrical lens 405 and the second cylindrical lens 410 disposed next form an afocal convex-convex pair of beam compressors, and the beam compression magnification is such that the width of the incident light beam is the light modulation panel 412. It is set to almost match the effective width of.

第1シリンドリカルレンズ405と第2シリンドリカルレンズ410の主平面間隔は、第1シリンドリカルレンズ405の焦点距離と第2シリンドリカルレンズ405の焦点距離の和の距離に設定されている。このため、図6中の紙面断面において、略平行光として入射した光束はコンプレス倍率の逆数分だけ角倍率が与えられた略平行光で射出し、光変調パネル412に照射される。   The main plane distance between the first cylindrical lens 405 and the second cylindrical lens 410 is set to the sum of the focal length of the first cylindrical lens 405 and the focal length of the second cylindrical lens 405. For this reason, in the cross section of FIG. 6, a light beam incident as substantially parallel light is emitted as substantially parallel light having an angular magnification corresponding to the reciprocal of the compression magnification, and is applied to the light modulation panel 412.

一方、第2シリンドリカルレンズ410はまた別の機能をも有している。図6中に矢印で示した入射光束は完全にコリメートされたものではない。特にレーザではなく、ガス励起発光の光源ランプ200を用いている本実施例においては、励起発光領域は小さくても0.1mmオーダーの有限領域を有しているため、コリメートレンズやパラボリック反射ミラーを用いても、完全なコリメートビームを得ることは不可能で、上記入射光束にはダイバージェンス(発散角)が必ず含まれる。   On the other hand, the second cylindrical lens 410 also has another function. The incident light beam indicated by the arrow in FIG. 6 is not completely collimated. In particular, in this embodiment using a gas excitation light source lamp 200 instead of a laser, the excitation light emission region has a finite region of the order of 0.1 mm even if it is small. Therefore, a collimating lens or a parabolic reflection mirror is used. Even if it is used, it is impossible to obtain a complete collimated beam, and the incident light beam always includes divergence (divergence angle).

このダイバージェンス誤差による光変調パネル412の照明領域の外形ボケを補正する機能を第2シリンドリカルレンズ410は有する。   The second cylindrical lens 410 has a function of correcting the outline blur of the illumination area of the light modulation panel 412 due to the divergence error.

第1シリンドリカルレンズ405は、その瞳の全域からダイバージェンス成分を有している光束を通過させるため、この第1シリンドリカルレンズ405の瞳像を第2シリンドリカルレンズ410によって、光変調パネル412の変調面に投影結像させている。   The first cylindrical lens 405 allows the light beam having the divergence component to pass through from the entire area of the pupil, so that the pupil image of the first cylindrical lens 405 is applied to the modulation surface of the light modulation panel 412 by the second cylindrical lens 410. Projection is formed.

第2シリンドリカルレンズ410の光入射側の結像共役線の位置は第1シリンドリカルレンズ405の瞳位置に、第2シリンドリカルレンズ410の光射出側の結像共役線の位置は光変調パネル412の変調面に設定されている。第1シリンドリカルレンズ405の瞳光束のダイバージェンス成分は、図6中に細かい点線で示され、第1シリンドリカルレンズ405の瞳で分割された各光束は第2シリンドリカルレンズ410を通過することで図中断面方向において光変調パネル412の変調面に集光する。つまり、第2シリンドリカルレンズ410の瞳像が光変調パネル412の変調面に転送結像される。   The position of the imaging conjugate line on the light incident side of the second cylindrical lens 410 is the pupil position of the first cylindrical lens 405, and the position of the imaging conjugate line on the light exit side of the second cylindrical lens 410 is the modulation of the light modulation panel 412. Is set on the surface. The divergence component of the pupil light beam of the first cylindrical lens 405 is indicated by a fine dotted line in FIG. 6, and each light beam divided by the pupil of the first cylindrical lens 405 passes through the second cylindrical lens 410 so that a cross section in the figure. The light is condensed on the modulation surface of the light modulation panel 412 in the direction. That is, the pupil image of the second cylindrical lens 410 is transferred and formed on the modulation surface of the light modulation panel 412.

さらに、第1シリンドリカルレンズ405と第2シリンドリカルレンズ410で構成されるビームコンプレッサは、アフォーカル光学系であり、このビームコンプレッサによる瞳転送の収差として、アフォーカルでの球面収差とも称される、瞳ディストーション収差が意図的に付与されている。第1シリンドリカルレンズ405と第2シリンドリカルレンズ410のシリンドリカル面の曲率は小さく、光軸からずれるにつれて収差が付与されるように設計されている。図6中に粗い点線で示すように、光軸近傍の光線は、第2シリンドリカルレンズ410を通過した後、図6の紙面断面において、若干の発散光束に変換される。   Further, the beam compressor composed of the first cylindrical lens 405 and the second cylindrical lens 410 is an afocal optical system, and the pupil transfer aberration by the beam compressor is also referred to as spherical aberration at afocal. Distortion aberration is intentionally added. The curvatures of the cylindrical surfaces of the first cylindrical lens 405 and the second cylindrical lens 410 are small, and are designed so that aberrations are given as they deviate from the optical axis. As shown by a rough dotted line in FIG. 6, the light beam in the vicinity of the optical axis passes through the second cylindrical lens 410 and is then converted into a slightly divergent light beam in the cross section of FIG.

一方、光軸から離れた瞳外側の光線は、第2シリンドリカルレンズ410を通過した後、図6の紙面断面において、若干の収束光束に変換されている。このように発散収束の変化が滑らかに連続的に付与されているため、図6の紙面断面における光変調パネル412の変調面において、中央部の光線密度が薄くなり、端部の光線密度が濃くなり、光変調パネル412の変調面を照明する光強度分布は、ガス励起光源とパラボリック反射ミラーからなるランプユニットからの矢印で示される入射光束の光強度分布に、上述した光線密度分布がかけ合わされた分布となる。   On the other hand, the light beam outside the pupil away from the optical axis passes through the second cylindrical lens 410 and is converted into a slightly convergent light beam in the cross section of FIG. In this way, since the change in divergence and convergence is applied smoothly and continuously, the light density at the center portion becomes light and the light density at the end portion becomes high on the modulation surface of the light modulation panel 412 in the cross section of FIG. Thus, the light intensity distribution for illuminating the modulation surface of the light modulation panel 412 is obtained by multiplying the light intensity distribution of the incident light beam indicated by the arrow from the lamp unit composed of the gas excitation light source and the parabolic reflection mirror by the light density distribution described above. Distribution.

ここで、光変調パネルが、この光強度変換オプティクスと図5で説明したオプティカルインテグレータとの組み合わせによって、どのような光強度分布で照明されるかを図7および図8を用いて説明する。   Here, it will be described with reference to FIGS. 7 and 8 what light intensity distribution the light modulation panel is illuminated by the combination of the light intensity conversion optics and the optical integrator described with reference to FIG.

図7および図8には、本実施例の照明光学系による光変調パネル上での光強度分布の形成プロセスを示している。図7(a)および図8(a)は、光源ランプ200とパラボリック反射ミラー201からなるランプユニットから放射された光束の断面プロファイルを示しており、図7(a)においては明るい部分ほど光強度が高いことを示している。また、図8(a)において、実線のグラフは図7(a)における縦(Y)方向(矩形の光変調パネルの短辺方向)の中心(0mm)における横(X)方向断面での光強度分布を、点線のグラフは図7(a)における横(X)方向(光変調パネルの長辺方向)の中心(0mm)における縦(Y)方向断面での光強度分布をそれぞれ示している。   7 and 8 show a process for forming a light intensity distribution on the light modulation panel by the illumination optical system of this embodiment. FIGS. 7A and 8A show cross-sectional profiles of light beams emitted from the lamp unit including the light source lamp 200 and the parabolic reflection mirror 201. In FIG. Is high. Further, in FIG. 8A, a solid line graph indicates light in a cross section in the horizontal (X) direction at the center (0 mm) in the vertical (Y) direction (the short side direction of the rectangular light modulation panel) in FIG. The intensity distribution and the dotted line graph respectively show the light intensity distribution in the cross section in the longitudinal (Y) direction at the center (0 mm) in the horizontal (X) direction (long side direction of the light modulation panel) in FIG. .

図7(a)および図8(a)に示す光束の光強度分布は、図7(a)にて横線で区切られた領域ごとにオプティカルインテグレータによって分割積分され、図7(b)に示す、上述したビームコンプレッサーの瞳ディストーション収差による光変調パネルの変調面での光線密度分布が、光強度変換オプティクスの方向にかけ合わされて、図7(c)および図8(c)に示す光変調パネルの変調面での光強度分布が得られる。   The light intensity distribution of the light beam shown in FIGS. 7A and 8A is divided and integrated by an optical integrator for each region divided by a horizontal line in FIG. 7A, and is shown in FIG. The light density distribution on the modulation surface of the light modulation panel due to the pupil distortion aberration of the beam compressor described above is multiplied in the direction of the light intensity conversion optics to modulate the light modulation panel shown in FIGS. 7 (c) and 8 (c). A light intensity distribution on the surface can be obtained.

図7(c)および図8(c)から分かるように、光変調パネルの変調面に入射する照明光束の光強度分布は、強度が高く、かつほぼフラット(均一)な分布となっている。   As can be seen from FIGS. 7C and 8C, the light intensity distribution of the illumination light beam incident on the modulation surface of the light modulation panel has a high intensity and a substantially flat (uniform) distribution.

ただし、当然のことながら、ビームコンプレッサの瞳ディストーション収差を所定値に設計することによって、光変調パネルの変調面での光線密度分布は目的に合わせてかえることが可能である。したがって、光変調パネルの変調面に入射する照明光束の光強度分布は、光強度変換オプティクスの作用する方向に対して、意図的に所定の分布を持たせることができるものである。   However, as a matter of course, the light beam density distribution on the modulation surface of the light modulation panel can be changed according to the purpose by designing the pupil distortion aberration of the beam compressor to a predetermined value. Therefore, the light intensity distribution of the illumination light beam incident on the modulation surface of the light modulation panel can intentionally have a predetermined distribution in the direction in which the light intensity conversion optics acts.

次に、以上説明してきた照明光学系によって得られる特性について、図9および図10を用いて説明する。   Next, characteristics obtained by the illumination optical system described above will be described with reference to FIGS.

図10は、従来の2次元フライアイレンズアレイのペアによりオプティカルインテグレート操作された照明光束の光変調パネルの変調面等の被照明面への光線入射角度分布を示している。図10(a)において、外周が方位角360度方向で、放射軸が被照明面の法線(垂直入射軸)に対する仰角を示している。この図の場合、外周が20度の仰角で示されている。また、図10(b),(c)はそれぞれ、図10(a)におけるB−B断面およびC−C断面での光強度分布を示している。   FIG. 10 shows a light beam incident angle distribution on an illuminated surface such as a modulation surface of a light modulation panel of an illumination light beam optically integrated by a pair of conventional two-dimensional fly-eye lens arrays. In FIG. 10A, the outer periphery is in the direction of the azimuth angle of 360 degrees, and the radiation axis indicates the elevation angle with respect to the normal line (vertical incident axis) of the illuminated surface. In this figure, the outer periphery is shown with an elevation angle of 20 degrees. FIGS. 10B and 10C show the light intensity distributions at the BB and CC sections in FIG. 10A, respectively.

一方、図9は本実施例の照明光学系によって得られる照明光束の光変調パネルの変調面等の被照明面への光線入射角度分布を示している。図9(a)において、外周が方位角360度方向で、放射軸が被照明面のへの光線入射角度分布を示している。この図の場合、外周が20度の仰角で示されている。また、図9(b),(c)はそれぞれ、図9(a)におけるB−B断面およびC−C断面での光強度分布を示している。   On the other hand, FIG. 9 shows a light incident angle distribution of an illumination light beam obtained by the illumination optical system of the present embodiment on a surface to be illuminated such as a modulation surface of a light modulation panel. In FIG. 9A, the outer periphery is the azimuth angle of 360 degrees, and the radiation axis indicates the light beam incident angle distribution on the illuminated surface. In this figure, the outer periphery is shown with an elevation angle of 20 degrees. FIGS. 9B and 9C show the light intensity distributions along the BB and CC sections in FIG. 9A, respectively.

図9(a)と図10(a)との比較から分かるように、被照明面に対して照射される光束は、被照明面において略均一な光強度分布が両者共に得られるが、光束の入射角度特性においては大きな違いが生じる。   As can be seen from a comparison between FIG. 9A and FIG. 10A, the light beam applied to the illuminated surface has a substantially uniform light intensity distribution on the illuminated surface. There is a big difference in incident angle characteristics.

すなわち、図10(a)に示すように、2次元フライアイレンズアレイのペアによりオプティカルインテグレート操作された照明光束は、被照明面に対して方位角的に2軸対称な光線分布となる。   That is, as shown in FIG. 10A, an illumination light beam that has been optically integrated by a pair of two-dimensional fly-eye lens arrays has a light beam distribution that is biaxially symmetric with respect to the surface to be illuminated.

これに対し、本実施例の場合、図9(a)に示すように、図中の縦方向のオプティカルインテグレート方向(B−B方向)においては同様の仰角を有するが、光強度変換オプティクスの作用する方向(C−C方向)においては、オプティカルインテグレートによる光束の重ね合わせ操作を伴わないため、ランプユニットから放射された光束のダイバージェンス角度に対して、ビームコンプレッサのコンプレス倍率による角倍率に依存する仰角を有することとなる。したがって、被照明面へ光線入射角度は、光強度変換オプティクスの作用する方向において非常に小さく抑えることが可能となる。   On the other hand, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 9A, the vertical elevation of the optical integration direction (BB direction) in the figure has the same elevation angle, but the action of the light intensity conversion optics. In the direction (C-C direction), since there is no superimposing operation of the light beam by the optical integration, the divergence angle of the light beam emitted from the lamp unit depends on the angular magnification by the compression magnification of the beam compressor. It will have an elevation angle. Therefore, the light incident angle on the surface to be illuminated can be kept very small in the direction in which the light intensity conversion optics acts.

具体的には、被照明面の法線方向に対する入射光線の偏差角によって変化する照明光の被照明面での強度分布について、被照明面における互いに直交する2軸(B−B軸およびC−C軸)方向のそれぞれでピーク値Pの半値(1/2P)となる角度幅の比α:βが、2:1以上のアスペクト比を有する。   Specifically, with respect to the intensity distribution on the illuminated surface of the illumination light that changes depending on the deviation angle of the incident light with respect to the normal direction of the illuminated surface, two axes (BB axis and C−) that are orthogonal to each other on the illuminated surface. The ratio α: β of the angular width that is a half value (1 / 2P) of the peak value P in each of the (C axis) directions has an aspect ratio of 2: 1 or more.

より詳細には、B−B軸におけるピーク値の半値となる角度幅が、C−C軸におけるピーク値の半値となる角度幅の2倍以上である。また、B−B軸方向におけるピーク値の半値となる角度幅の最大値が、C−C軸方向におけるピーク値の半値となる角度幅の最大値の2倍以上であるようにしてもよい。   More specifically, the angle width that is the half value of the peak value on the BB axis is twice or more the angle width that is the half value of the peak value on the CC axis. Further, the maximum value of the angular width that is a half value of the peak value in the BB axis direction may be twice or more the maximum value of the angular width that is the half value of the peak value in the CC axis direction.

以下、このような特性によって、この照明光学系を用いた投射型画像表示装置の性能がどのような影響(利点)を受けるかについて説明する。   Hereinafter, the influence (advantage) of the performance of the projection type image display apparatus using the illumination optical system due to such characteristics will be described.

図11には、本発明の第2実施例である投射型画像表示装置の全光学系を示している。   FIG. 11 shows the entire optical system of the projection type image display apparatus according to the second embodiment of the present invention.

この図において、1は上記第1実施例で説明した照明光学系を模式的に示したものである。なお、照明光学系1内の左側の図は、右側に示した照明光学系1を矢印D方向から見た図である。   In this figure, 1 schematically shows the illumination optical system described in the first embodiment. In addition, the figure on the left side in the illumination optical system 1 is the figure which looked at the illumination optical system 1 shown on the right side from the arrow D direction.

2R,2G,2Bはそれぞれ、レッド用、グリーン用およびブルー用の反射型液晶変調パネル(以下、液晶変調パネルという)である。3は光変調パネルドライバであり、不図示のパーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオ、DVDプレーヤ等の画像情報供給装置からの外部ビデオ入力信号を液晶変調パネル2R,2G,2Bを駆動するための駆動信号に変換する。液晶変調パネル2R,2G,2Bは入力された駆動信号に応じた原画を液晶により形成し、液晶変調パネル2R,2G,2Bに入射した照明光束を反射するとともに変調する。   2R, 2G, and 2B are red, green, and blue reflective liquid crystal modulation panels (hereinafter referred to as liquid crystal modulation panels), respectively. An optical modulation panel driver 3 converts an external video input signal from an image information supply device such as a personal computer, a television, a video, a DVD player (not shown) into a drive signal for driving the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B. Convert. The liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B form an original image corresponding to the input drive signal with liquid crystals, and reflect and modulate the illumination light beam incident on the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B.

照明光学系1からの図の紙面に垂直な方向に偏光した直線偏光としての照明光は、マゼンタ色光成分を反射し、グリーン色光成分を透過するマゼンタ分離ダイクロイックミラー30によってまずマゼンタ色光成分が反射される。   Illumination light as linearly polarized light polarized in the direction perpendicular to the paper surface of the drawing from the illumination optical system 1 reflects the magenta color light component, and the magenta color light component is first reflected by the magenta separation dichroic mirror 30 that transmits the green color light component. The

反射されたマゼンタ色光成分は、ブルー色光の偏光にπの位相差を与えるブルークロスカラー偏光子34に入射する。これにより、図の紙面に平行な方向に偏光した直線偏光であるブルー色光成分と、紙面に垂直な方向に偏光した直線偏光であるレッド色光成分とが生成される。   The reflected magenta color light component is incident on a blue cross color polarizer 34 that gives a phase difference of π to the polarization of blue light. As a result, a blue light component that is linearly polarized light polarized in a direction parallel to the paper surface of the figure and a red light component that is linearly polarized light polarized in a direction perpendicular to the paper surface are generated.

これらブルー色光成分とレッド色光成分は、偏光ビームスプリッタ33に入射し、P偏光であるブルー色光成分は偏光分離膜を透過してブルー用液晶変調パネル2Bに導かれる。また、S偏光であるレッド色光成分は偏光分離膜で反射してレッド用液晶変調パネル2Rに導かれる。   The blue light component and the red light component are incident on the polarization beam splitter 33, and the blue light component which is P-polarized light is transmitted through the polarization separation film and guided to the blue liquid crystal modulation panel 2B. Further, the red light component which is S-polarized light is reflected by the polarization separation film and guided to the red liquid crystal modulation panel 2R.

一方、マゼンタ分離ダイクロイックミラー30を透過したグリーン色光成分は、光路長を補正するためのダミーガラス36を通過して偏光ビームスプリッタ31に入射する。   On the other hand, the green light component transmitted through the magenta separation dichroic mirror 30 passes through the dummy glass 36 for correcting the optical path length and enters the polarization beam splitter 31.

偏光ビームスプリッタ31に入射したS偏光であるグリーン色光成分は、偏光ビームスプリッタ31の偏光分離膜で反射して、グリーン用液晶変調パネル2Gに導かれる。   The green light component that is S-polarized light incident on the polarization beam splitter 31 is reflected by the polarization separation film of the polarization beam splitter 31 and guided to the green liquid crystal modulation panel 2G.

こうして各液晶変調パネル2R,2G,2Bは、対応する色光成分で照明される。   Thus, the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, 2B are illuminated with the corresponding color light components.

各液晶変調パネル2R,2G,2Bに入射した各色照明光(図の紙面に垂直な方向に偏光した直線偏光)は、各液晶変調パネル2R,2G,2Bに配列された画素の変調状態に応じて偏光の位相差が付与される。   Each color illumination light incident on each liquid crystal modulation panel 2R, 2G, 2B (linearly polarized light polarized in a direction perpendicular to the paper surface of the figure) depends on the modulation state of the pixels arranged on each liquid crystal modulation panel 2R, 2G, 2B. Thus, a phase difference of polarization is given.

各液晶変調パネル2R,2G,2Bから射出した変調光のうち照明光と同じ方向の偏光成分は、照明光路とは逆の順番で光路を辿ってランプユニット側に戻り、照明光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する成分に関しては以下のようにして投射レンズ4に至る。   Of the modulated light emitted from each of the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B, the polarization component in the same direction as the illumination light follows the optical path in the reverse order to the illumination optical path and returns to the lamp unit side in the polarization direction of the illumination light. On the other hand, the component having the orthogonal polarization direction reaches the projection lens 4 as follows.

すなわち、レッド用液晶変調パネル2Rによる変調光は、偏光方向が図の紙面に平行なP偏光となり、偏光ビームスプリッタ33の偏光分離膜を透過する。次に、レッド色の偏光にπの位相差を与えるレッドクロスカラー偏光子35を通過して、図の紙面に垂直な方向に偏光している直線偏光としてのレッド色光成分に変換される。   That is, the modulated light from the red liquid crystal modulation panel 2R becomes P-polarized light whose polarization direction is parallel to the drawing sheet, and passes through the polarization separation film of the polarization beam splitter 33. Next, the light passes through a red cross color polarizer 35 that gives a phase difference of π to red polarized light, and is converted into a red light component as linearly polarized light that is polarized in a direction perpendicular to the drawing sheet.

そして、S偏光となったレッド色光成分は、偏光ビームスプリッタ32に入射し、偏光分離膜で反射して投射レンズ4に向かう。   The red light component that has become S-polarized light enters the polarization beam splitter 32, is reflected by the polarization separation film, and travels toward the projection lens 4.

また、ブルー用液晶変調パネル2Bによる変調光は、偏光方向が図の紙面に垂直なS偏光となり、偏光ビームスプリッタ33の偏光分離膜で反射して、レッドクロスカラー偏光子35をこの偏光子35の作用を受けずに透過して、偏光ビームスプリッタ32に入射する。   Further, the modulated light by the blue liquid crystal modulation panel 2B becomes S-polarized light whose polarization direction is perpendicular to the paper surface of the drawing, and is reflected by the polarization separation film of the polarization beam splitter 33, and the red cross color polarizer 35 is converted into this polarizer 35. The light is transmitted without being affected by the light beam and enters the polarization beam splitter 32.

S偏光であるブルー色光成分は、偏光ビームスプリッタ32の偏光分離膜で反射して、投射レンズ4の方向に向かう。   The blue light component that is S-polarized light is reflected by the polarization separation film of the polarization beam splitter 32 and travels toward the projection lens 4.

さらに、グリーン用液晶変調パネル2Gによる変調光は、偏光方向が図の紙面に平行なP偏光となり、偏光ビームスプリッタ31の偏光分離膜を透過して、光路長を補正するためのダミーガラス37を透過し、偏光ビームスプリッタ32に入射する。P偏光であるグリーン色光成分は、偏光ビームスプリッタ32の偏光分離膜を透過して、投射レンズ4の方向に向かう。   Further, the modulated light from the green liquid crystal modulation panel 2G becomes P-polarized light whose polarization direction is parallel to the paper surface of the drawing, passes through the polarization separation film of the polarization beam splitter 31, and passes through the dummy glass 37 for correcting the optical path length. The light passes through and enters the polarization beam splitter 32. The green light component that is P-polarized light passes through the polarization separation film of the polarization beam splitter 32 and travels toward the projection lens 4.

なお、液晶変調パネル2R,2G,2Bは、各パネルの所定の画素が相対的に精度良く光拡散スクリーン5上で重なるように調整又はメカ的若しくは電気的に補償されている。   The liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B are adjusted or mechanically or electrically compensated so that predetermined pixels of each panel overlap on the light diffusion screen 5 with relatively high accuracy.

偏光ビームスプリッタ32によって合成された各色光成分は、投射レンズ4の入射瞳によって捕らえられる。各液晶変調パネル2Gの変調面と光拡散スクリーン5の拡散面とは、投射レンズ4によって光学的に共役に関係付けられている。このため、偏光ビームスプリッタ32によって合成された各色光成分は、光拡散スクリーン5に転送され、これによりビデオ信号に対応する画像が光拡散スクリーン5に投射表示される。   Each color light component synthesized by the polarization beam splitter 32 is captured by the entrance pupil of the projection lens 4. The modulation surface of each liquid crystal modulation panel 2G and the diffusion surface of the light diffusion screen 5 are optically conjugate with each other by the projection lens 4. For this reason, the respective color light components synthesized by the polarization beam splitter 32 are transferred to the light diffusion screen 5, whereby an image corresponding to the video signal is projected and displayed on the light diffusion screen 5.

ここで、液晶変調パネル2R,2G,2Bを照明する光路に用いられているダイクロイックミラー30のダイクロイック膜は、光線の入射角のダイクロイック膜に対して45度からの偏差量が増大していくと、分離波長が鈍角側では短波長側に、鋭角側では長波長側にシフトする特性を持っている。   Here, when the dichroic film of the dichroic mirror 30 used in the optical path for illuminating the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B increases in deviation from 45 degrees with respect to the dichroic film of the incident angle of the light beam. The separation wavelength shifts to the short wavelength side at the obtuse angle side and to the long wavelength side at the acute angle side.

このため、従来の2次元フライアイレンズアレイのペアーによるオプティカルインテグレータを照明光学系に用いると、図10(a)に示したような入射角度分布の光束がダイクロイック膜に入射するため、光線入射角がダイクロイック膜に対して45度からずれるに従い、波長帯域が異なった光束が混在することとなる。   For this reason, when a conventional optical integrator based on a pair of two-dimensional fly-eye lens arrays is used in the illumination optical system, a light beam having an incident angle distribution as shown in FIG. 10A is incident on the dichroic film. However, as the angle shifts from 45 degrees with respect to the dichroic film, light beams having different wavelength bands are mixed.

ここで、光源であるランプユニットが黒体輻射のようななだらかな放射エネルギー波長分布特性を有しているのであれば、ダイクロイック膜に入射する角度が45度に対して対称となるため、平均カット波長は変化しない。しかし、本実施例のように、ガス励起発光を用いた電子励起放射のランプユニットにおいては、放射エネルギー波長分布は、輝線が主体となる波長スペクトル分布を有するため、平均カット波長は重心で変化することとなる。したがって、ダイクロイック膜による色分離が不適切となって、投射画像の色再現性が不自然となる不具合が生じてしまう。   Here, if the lamp unit as the light source has a gentle radiant energy wavelength distribution characteristic such as black body radiation, the angle incident on the dichroic film is symmetric with respect to 45 degrees, so the average cut The wavelength does not change. However, as in this embodiment, in the lamp unit of electron excitation radiation using gas excitation light emission, the radiant energy wavelength distribution has a wavelength spectrum distribution mainly composed of emission lines, so the average cut wavelength changes at the center of gravity. It will be. Therefore, the color separation by the dichroic film becomes inappropriate, and the color reproducibility of the projected image becomes unnatural.

また、液晶変調パネル2R,2G,2Bを照明する光路や、色合成光路に用いられている偏光ビームスプリッタ31,32,33は、マックニール型の一般的な偏光ビームスプリッタであり、ブリュースター角を用いたS偏光とP偏光の偏光分離面を有するため、光線入射角の偏光分離面に対して45度からの偏差量が増大していくと、急激にS偏光とP偏光の分離精度が劣化する。   The polarization beam splitters 31, 32, and 33 used in the optical path for illuminating the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B and the color synthesis optical path are general MacNeille polarization beam splitters and have a Brewster angle. As the deviation amount from 45 degrees with respect to the polarization separation surface of the light incident angle increases, the separation accuracy of S polarization and P polarization suddenly increases. to degrade.

実際に、S偏光とP偏光の分離精度が50対1程度に保てるのは、45度からの偏差量が±3度程度である。このため、従来の2次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いると、図10(a)に示したような入射角度分布の光束が偏光ビームスプリッタ31,32に入射し、また、液晶変調パネル2R,2G,2Bでそれぞれ反射偏光変調を受けてから偏光ビームスプリッタ31,32,33に入射するため、光線入射角の偏光分離面に対して45度からの偏差量が±3度以上になる光束のうちP偏光がある比率で反射し、S偏光がある比率で透過するという不具合が発生する。   Actually, the separation accuracy between the S-polarized light and the P-polarized light can be maintained at about 50 to 1 because the deviation from 45 degrees is about ± 3 degrees. Therefore, when a conventional optical integrator using a pair of two-dimensional fly-eye lens arrays is used, a light beam having an incident angle distribution as shown in FIG. 10A is incident on the polarization beam splitters 31 and 32, and liquid crystal modulation is performed. Since the light is incident on the polarization beam splitters 31, 32, 33 after being subjected to reflection polarization modulation in the panels 2R, 2G, 2B, the amount of deviation from 45 degrees with respect to the polarization separation surface of the light incident angle is ± 3 degrees or more. In this case, the light beam is reflected at a certain ratio and transmitted at a certain ratio.

したがって、反射型液晶表示素子からなる各液晶変調パネル2R,2G,2Bに入射した照明光は、各液晶変調パネル2R,2G,2Bに配列された画素の変調状態に応じて偏光の位相差が付与されるが、各色で黒の表示をするために位相差を変化させない光を各液晶変調パネル2R,2G,2Bが変調しても、偏光ビームスプリッタ31〜33の偏光分離面に対して45度から3度以上傾いた光束においては、S偏光がある比率で透過し、かつP偏光がある比率で反射して、投射レンズ4を介して光拡散スクリーン5に転送されてしまい、黒がグレーとなって照度コントラストが劣化する。   Accordingly, the illumination light incident on each of the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B made of a reflective liquid crystal display element has a polarization phase difference according to the modulation state of the pixels arranged on the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B. Even if each liquid crystal modulation panel 2R, 2G, 2B modulates light that is given but does not change the phase difference in order to display black in each color, it is 45 with respect to the polarization separation surface of the polarization beam splitters 31-33. In a light beam tilted by 3 degrees or more from the angle, it is transmitted at a certain ratio of S-polarized light and reflected at a certain ratio of P-polarized light, and is transferred to the light diffusion screen 5 through the projection lens 4 so that black is gray. As a result, the illuminance contrast deteriorates.

また、各液晶変調パネル2R,2G,2Bの偏光変調特性に関しても、液晶変調パネルとしてツイステッドネマティック液晶を用いている場合には、反射型液晶変調パネルの方位角が斜め45度方向から照明入射される光に対して、偏光位相差変調パネル2R,2G,2Bが精度良く変調できないという特性を根本的に有しているため、略軸対称な方位角から照明を行う従来の2次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いる場合には、液晶の偏光変調が不充分となり、上記偏光ビームスプリッタ31〜33の入射角依存特性の場合と同様に、黒がグレーの表示となり、照度コントラストが劣化する。   In addition, regarding the polarization modulation characteristics of the liquid crystal modulation panels 2R, 2G, and 2B, when twisted nematic liquid crystal is used as the liquid crystal modulation panel, the azimuth angle of the reflective liquid crystal modulation panel is incident from an angle of 45 degrees. Since the polarization phase difference modulation panels 2R, 2G, and 2B are fundamentally characterized by being unable to modulate with high accuracy, the conventional two-dimensional fly-eye lens that performs illumination from a substantially axially symmetric azimuth angle When an optical integrator using a pair of arrays is used, the polarization modulation of the liquid crystal becomes insufficient, and as in the case of the incident angle dependent characteristics of the polarizing beam splitters 31 to 33, black is displayed in gray and the illuminance contrast is deteriorated. To do.

これらの不具合に対して、上記第1実施例にて説明した照明光学系1を用いることによって、図9(a)に示したような入射角度分布の光束が得られるため、ダイクロイックミラー30への入射においては、光線入射角のダイクロイック膜に対して45度からの偏差量が±3〜4度以内程度に収まるため、従来の2次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いた場合に生ずる、ダイクロイック膜による色分離において、平均カット波長が重心で変化することによる不適切な色合成がなされ、投射画像の色再現性が不自然となることがほとんど解消される。   For these problems, the illumination optical system 1 described in the first embodiment can be used to obtain a light beam having an incident angle distribution as shown in FIG. In incidence, the deviation from 45 degrees with respect to the dichroic film at the angle of incidence of light falls within about ± 3 to 4 degrees, which occurs when a conventional optical integrator using a pair of two-dimensional fly-eye lens arrays is used. In the color separation by the dichroic film, inappropriate color synthesis is performed by changing the average cut wavelength at the center of gravity, and it is almost eliminated that the color reproducibility of the projected image becomes unnatural.

また、偏光ビームスプリッタ31〜33への入射においては、光線入射角の偏光分離面に対して45度からの偏差量が±3〜4度以内程度に収まるため、従来の2次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いた場合に生ずる、液晶変調パネルに配された画素の変調状態に応じない偏光波分離エラーによる照度コントラストの劣化がほとんど解消される。   In addition, when the light beam is incident on the polarization beam splitters 31 to 33, the deviation amount from 45 degrees with respect to the polarization separation surface of the light incident angle is within ± 3 to 4 degrees. The deterioration of the illuminance contrast due to the polarization wave separation error that does not depend on the modulation state of the pixels arranged in the liquid crystal modulation panel, which occurs when using the optical integrator of the pair, is almost eliminated.

また、反射型液晶変調パネルの入射角に依存する偏光位相差変調の不具合に関しても、液晶の偏光変調が不充分となる方位角からの照明光束成分がほぼ皆無となるため、照度コントラストの劣化がほとんど解消される。   In addition, regarding the problem of polarization phase difference modulation that depends on the incident angle of the reflective liquid crystal modulation panel, the illumination light flux component from the azimuth angle at which the polarization modulation of the liquid crystal is insufficient is almost eliminated, so that the illuminance contrast deteriorates. Mostly eliminated.

また、本実施例の投射型画像表示装置においては、投射レンズ4に関しての利点も生ずる。すなわち、液晶変調パネルの長辺方向に偏光分離方向を設定したり、波長分離方向を設定したりすることで、投射レンズ4の投射画角が大きくなる方向に、図9(a)に示した横方向の照明角度分布が狭い方向を設定することが可能となるため、投射レンズ4のビネッテイングと呼ばれる開口喰が発生する方向に通過する光束の幅が狭くなる。つまり、投射レンズ4の瞳開口喰による光束のけられを軽減する効果があり、光拡散スクリーン5に投影した画像領域の端部における光量減少を防止して、均一な光強度分布の投射画像を得ることができる。   Further, in the projection type image display apparatus of the present embodiment, an advantage relating to the projection lens 4 also occurs. That is, FIG. 9A shows a direction in which the projection field angle of the projection lens 4 increases by setting the polarization separation direction in the long side direction of the liquid crystal modulation panel or setting the wavelength separation direction. Since it is possible to set a direction in which the illumination angle distribution in the lateral direction is narrow, the width of the light beam passing in the direction in which aperture erosion called vignetting of the projection lens 4 occurs is narrowed. In other words, it has the effect of reducing the flux fluctuation caused by the pupil aperture of the projection lens 4, prevents a decrease in the amount of light at the edge of the image area projected onto the light diffusion screen 5, and produces a projection image with a uniform light intensity distribution. Obtainable.

なお、上記第2実施例では、反射型のスクリーンを用いて画像表示システムを構成したが、スクリーンは反射型であっても透過型であってもよい。特に、所定の拡散性を有するものを用いれば、スクリーン5を直視して画像を認識する投射型画像表示装置として機能するものである。   In the second embodiment, the image display system is configured using a reflective screen. However, the screen may be a reflective type or a transmissive type. In particular, if a device having a predetermined diffusivity is used, it functions as a projection type image display device that directly recognizes an image by looking directly at the screen 5.

また、上記第2実施例にて説明した投射表示光学系の構成は例にすぎず、本発明の照明光学系は、第2実施例以外の投射表示光学系にも適用することができる。   The configuration of the projection display optical system described in the second embodiment is merely an example, and the illumination optical system of the present invention can be applied to projection display optical systems other than the second embodiment.

また、上記の各実施例では、オプティカルインテグレータとして、レンズアレイを用いて光源から概ね平行光束として入射した照明光束の進行方向に略直交する断面上での第1の軸方向(垂直方向)について照明光束の分割および再合成を行う第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー206、第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー207を用い、光源として直流駆動型の放電ガス励起発光管(光源ランプ)200を用いた例について説明したが、本発明は、オプティカルインテグレータとして、光源から概ね平行光束として入射した照明光束の進行方向に略直交する断面上での第1および第2の軸方向(垂直および水平方向)について照明光束の分割および再合成を行う2次元レンズアレイを用い、光源として直流駆動型の放電ガス励起発光管(光源ランプ)200を用いる構成にも適用することができる。   Further, in each of the above embodiments, as an optical integrator, illumination is performed in the first axial direction (vertical direction) on a cross section substantially orthogonal to the traveling direction of the illumination light beam that is incident as a substantially parallel light beam from the light source using the lens array. Although the first cylindrical lens array homogenizer 206 and the second cylindrical lens array homogenizer 207 for splitting and recombining the light beams are used, a DC drive type discharge gas excitation arc tube (light source lamp) 200 is used as a light source. The present invention, as an optical integrator, divides the illumination light beam with respect to the first and second axial directions (vertical and horizontal directions) on the cross section substantially perpendicular to the traveling direction of the illumination light beam that is incident as a substantially parallel light beam from the light source, and Using a two-dimensional lens array for recombination and direct current drive as the light source In the configuration using a discharge gas excitation light-emitting tube (light source lamp) 200 can be applied.

さらに、以上説明した各実施例は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもある。下記の各発明は上記各実施例に様々な変更や改良が加えられて実施されるものでもある。   Furthermore, each Example described above is also an example when each invention shown below is implemented. The following inventions are also implemented by adding various changes and improvements to the above embodiments.

〔発明1〕 光源と、
レンズアレイを用いて、前記光源から概ね平行光束として入射した照明光束の進行方向に直交する2次元断面内での第1の軸方向について該照明光束の分割および再合成を行うオプティカルインテグレータと、
前記レンズアレイの所定レンズ領域に対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイと、前記各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第1および第2の偏光光のうち前記第1の偏光光の偏光方向を略90°回転させる複数の1/2波長板、および前記第2の偏光光の前記各1/2波長位相差板への入射を遮るよう前記偏光ビームスプリッタアレイの入射面のうち複数の領域を覆うマスクを有する偏光変換素子とを有し、
前記光源として、直流駆動型の放電ガス励起発光発光管が用いられていることを特徴とする照明光学系。
[Invention 1] a light source;
An optical integrator that divides and recombines the illumination light beam in a first axial direction in a two-dimensional cross section orthogonal to the traveling direction of the illumination light beam that is incident as a substantially parallel light beam from the light source using a lens array;
A polarizing beam splitter array having a plurality of polarizing beam splitters having a multi-stage configuration corresponding to a predetermined lens region of the lens array, and first and second polarized lights separated by the polarizing beam splitters and having mutually orthogonal polarization directions Among the plurality of half-wave plates that rotate the polarization direction of the first polarized light by approximately 90 °, and the polarized light that blocks the incidence of the second polarized light on the half-wave phase plates. A polarization conversion element having a mask covering a plurality of regions of the incident surface of the beam splitter array,
An illumination optical system characterized in that a direct current drive type discharge gas excitation light emitting tube is used as the light source.

〔発明2〕 前記マスクの開口部を通過する光束が、該開口部内における略中心が周辺よりも高い強度分布を持つことを特徴とする発明1に記載の照明光学系。   [Invention 2] The illumination optical system according to Invention 1, wherein the light beam passing through the opening of the mask has a higher intensity distribution at a substantially center in the opening than in the periphery.

〔発明3〕 略矩形の被照明面を照明し、
前記第1の軸方向が、前記被照明面の短辺方向であることを特徴とする発明1に記載の照明光学系。
[Invention 3] A substantially rectangular surface to be illuminated is illuminated,
The illumination optical system according to claim 1, wherein the first axial direction is a short side direction of the illuminated surface.

〔発明4〕 前記オプティカルインテグレータと、
前記断面上での前記第1の軸方向に対して直交する第2の軸方向について、光強度分布の変換を行う光強度変換手段とを有することを特徴とする発明1から3のいずれかに記載の照明光学系。
[Invention 4] The optical integrator,
The light intensity converting means for converting the light intensity distribution in a second axis direction orthogonal to the first axis direction on the cross section. The illumination optical system described.

〔発明5〕 概ねテレセントリックな照明光束で被照明面を照明し、
前記被照明面の法線方向に対する入射光線の偏差角によって変化する照明光の前記被照明面での強度分布が前記被照明面における互いに直交する2軸方向のそれぞれでピーク値の半値となる角度幅の比が、2:1以上のアスペクト比を有することを特徴とする発明1から4のいずれか1項に記載の照明光学系。
[Invention 5] Illuminate the surface to be illuminated with a substantially telecentric illumination beam,
The angle at which the intensity distribution on the illuminated surface of the illumination light, which varies depending on the deviation angle of the incident light beam with respect to the normal direction of the illuminated surface, is a half value of the peak value in each of two mutually perpendicular directions on the illuminated surface The illumination optical system according to any one of inventions 1 to 4, wherein the width ratio has an aspect ratio of 2: 1 or more.

これにより、発明1の作用効果に加え、光源からの光を高効率に利用し、照度の均一性が高い照明光束が得られる照明光学系を実現することができる。そして、この照明光学系を投射表示光学系に用いることにより、明るくコントラストの高い投射画像が得られる。   Thereby, in addition to the effect of the invention 1, it is possible to realize an illumination optical system that uses light from the light source with high efficiency and obtains an illumination light beam with high uniformity of illuminance. By using this illumination optical system as a projection display optical system, a bright and high-contrast projection image can be obtained.

〔発明6〕 発明1から5のいずれか1項に記載の照明光学系と、
この照明光学系から射出した光束を、2次元配列された画素群により変調する空間光変調素子と、
この空間光変調素子により変調された光束を被投射面に投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射表示光学系。
[Invention 6] The illumination optical system according to any one of Inventions 1 to 5,
A spatial light modulation element that modulates a light beam emitted from the illumination optical system by a two-dimensionally arranged pixel group;
A projection display optical system comprising: a projection lens that projects a light beam modulated by the spatial light modulation element onto a projection surface.

〔発明7〕 発明6に記載の投射表示光学系を備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。   [Invention 7] A projection-type image display device comprising the projection display optical system according to Invention 6.

〔発明8〕 発明7に記載の投射型画像表示装置と、前記被投射面を形成するスクリーンとを有し、前記スクリーンでの所定の指向性を有した拡散反射光又は拡散透過光によって投射画像を観察させることを特徴とする画像表示システム。   [Invention 8] The projection image display device according to Invention 7, and a screen that forms the projection surface, and a projected image by diffuse reflection light or diffuse transmission light having a predetermined directivity on the screen. An image display system characterized by causing the image to be observed.

本発明の第1実施例である照明光学系の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system that is a first embodiment of the present invention. FIG. 上記照明光学系に含まれる偏光変換素子の概略構成図。The schematic block diagram of the polarization conversion element contained in the said illumination optical system. 上記照明光学系の直流駆動型放電ガス励起発光管から偏光変換素子に向かう光束の様子を示した概略図。Schematic which showed the mode of the light beam which goes to the polarization conversion element from the direct current drive type discharge gas excitation light emission tube of the said illumination optical system. 照明光学系において交流駆動型放電ガス励起発光管から偏光変換素子に向かう光束の様子を示した概略図。Schematic which showed the mode of the light beam which goes to a polarization conversion element from an alternating current drive type discharge gas excitation light-emitting tube in an illumination optical system. 上記照明光学系に組み込まれるオプティカルインテグレータの機能を説明する概略図。Schematic explaining the function of the optical integrator incorporated in the said illumination optical system. 上記照明光学系に組み込まれる光強度変換オプティクスの機能を説明する概略図。Schematic explaining the function of the light intensity conversion optics incorporated in the said illumination optical system. 上記照明光学系により略均一な光強度分布を生成する過程を説明する図。The figure explaining the process which produces | generates substantially uniform light intensity distribution by the said illumination optical system. 上記照明光学系により略均一な光強度分布を生成する過程を説明する図。The figure explaining the process which produces | generates substantially uniform light intensity distribution by the said illumination optical system. 上記照明光学系による光変調パネルへの光照射角度分布を示す図。The figure which shows light irradiation angle distribution to the light modulation panel by the said illumination optical system. 従来の2次元オプティカルインテグレータを用いた照明光学系による光変調パネルへの光照射角度分布を示す図。The figure which shows the light irradiation angle distribution to the light modulation panel by the illumination optical system using the conventional two-dimensional optical integrator. 本発明の第2実施例である投射型画像表示装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the projection type image display apparatus which is 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 照明光学系
2,2R,2G,2B 液晶変調パネル
3 光変調パネルドライバ
4 投射レンズ
5 光拡散スクリーン
30 ダイクロイックミラー
31〜33 偏光ビームスプリッタ
34 ブルークロスカラー偏光子
35 レッドクロスカラー偏光子
36,37 ダミーガラス
200 光源ランプ(直流駆動型放電ガス励起発光管)
201 パラボリック反射ミラー
202 紫外線カットフィルター
205,305,405 第1シリンドリカルレンズ
206,306 第1シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー
207,307 第2シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー
208 偏光変換素子
209,309 シリンドリカルコンデンサーレンズ
210,310,410 第2シリンドリカルレンズ
212,312,412 光変調パネル
250 光源ランプ(交流駆動型放電ガス励起発光管)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination optical system 2,2R, 2G, 2B Liquid crystal modulation panel 3 Light modulation panel driver 4 Projection lens 5 Light diffusion screen 30 Dichroic mirror 31-33 Polarization beam splitter 34 Blue cross color polarizer 35 Red cross color polarizer 36, 37 Dummy glass 200 Light source lamp (DC-driven discharge gas excitation arc tube)
201 Parabolic reflection mirror 202 UV cut filter 205, 305, 405 First cylindrical lens 206, 306 First cylindrical lens array homogenizer 207, 307 Second cylindrical lens array homogenizer 208 Polarization conversion element 209, 309 Cylindrical condenser lens 210, 310, 410 Second cylindrical lens 212, 312, 412 Light modulation panel 250 Light source lamp (AC drive type discharge gas excitation arc tube)

Claims (1)

複数のレンズを含むレンズアレイを用いて、光源からの照明光束の分割を行うオプティカルインテグレータと、
前記レンズアレイの前記複数のレンズに対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイ、前記各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第1および第2の偏光光のうち前記第1の偏光光の偏光方向を回転させる複数の1/2波長板を有する偏光変換素子と、
を有することを特徴とする照明光学系。

An optical integrator that divides an illumination light beam from a light source using a lens array including a plurality of lenses;
A polarizing beam splitter array having a plurality of polarizing beam splitters having a multi-stage configuration corresponding to the plurality of lenses of the lens array, and first and second polarized lights separated by the polarizing beam splitters and having mutually orthogonal polarization directions A polarization conversion element having a plurality of half-wave plates for rotating the polarization direction of the first polarized light,
An illumination optical system comprising:

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