照明光学系统和投影型显示装置

摘要

本发明的照明光学系统包括光源和分割重叠装置，光源把预定光学装置的光入射面作为照明区域来照明，而分割重叠装置把从光源射出的光束分割成多个分光束，同时把多个分光束大致重叠在照明区域上。分割重叠装置包括光束缩小装置，该光束缩小装置具有远焦光学系统的功能，将入射光束转换成带有比入射光束的光束宽度窄的光束宽度的射出光束，并减小对重叠在照明区域的多个分光束照明区域的入射角。因此，在包括集成光学系统的照明系统中，在不明显增加光源和照明区域之间的光路的情况下，减小了对照明区域的入射角。

权利要求

1.一种照明光学系统，为了把预定光学装置的光入射面作为照明区域进行照明，将从光源射出的光束分割成多个分光束，同时将该多个分光束大致重叠在所述照明区域上，该照明光学系统包括：光束缩小装置，采用远焦光学系统将入射光束转换成具有比该入射光束的光束宽度窄的光束宽度的射出光束、并同时将所述射出光束的角度维持于与所述入射光束的角度相同，所述光束缩小装置具有用以实现所述远焦光学系统的聚焦元件和使光平行化的元件。

2.如权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，所述照明光学系统包括：

光源，射出大致平行的光束，和

分割重叠装置，将从所述光源射出的光束分割成多个分光束，同时将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，所述光束缩小装置包含在所述分割重叠装置中。

3.如权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一光束分割装置，具有第一透镜阵列和所述聚焦元件，所述第一透镜阵列具有将所述大致平行光束分割成多个分光束的多个小透镜，第二光束分割装置，具有第二透镜阵列和把所述光平行化的元件，所述第二透镜阵列具有与第一透镜阵列对应的多个小透镜，和重叠装置，把从所述第二光束分割装置射出的所述多个分光束重叠在所述照明区域上。

4.如权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一光束分割装置和第二光束分割装置，

所述第一光束分割装置具有第一透镜阵列，所述聚焦元件，和通过所述第二光束分割装置将从该第一光束分割装置射出的多个分光束重叠在所述照明区域上的元件，所述第一透镜阵列具有将所述大致平行光束分割成多个分光束的多个小透镜，所述第二光束分割装置具有第二透镜阵列和把所述光平行化元件，所述第二透镜阵列具有与第一透镜阵列对应的多个小透镜。

5.如权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，将所述光束缩小装置设置在从所述光源至所述第一光束分割装置射出面的光路上。

6.如权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，将所述光束缩小装置设置在从所述第二光束分割装置的入射面至所述重叠装置的射出面的光路上。

7.如权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，将所述光束缩小装置设置在从所述重叠装置的入射面至所述照明区域的光路上。

8.如权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，所述照明光学系统包括：光源，带有作为第一光学元件的具有所述聚焦元件的反射镜，并射出聚束光束，和分割重叠装置，将所述聚束光束分割成多个分光束，同时将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，在所述分割重叠装置中包括平行化所述光的元件。

9.如权利要求1至权利要求8中任何一项所述的照明光学系统，其特征在于，该照明光学系统还包括：偏振光发生装置，在所述照明光学系统的任一的位置上，将有随机偏振方向的光束转换成偏振方向一致的一种偏振光束，并射出该偏振光束，所述偏振光发生装置包括将入射光束分离成偏振方向相互不同的两种偏振光束的偏振光分离装置，和偏振光转换装置，把由所述偏振光分离装置得到的一个偏振光束的偏振方向进行偏振光转换，以便与另一个偏振光束的偏振方向相同，利用由所述偏振光发生装置得到的所述偏振方向一致的一种偏振光束照明所述照明区域。

10.一种投影型显示装置，该投影型显示装置投影并显示图象，该投影型显示装置包括：照明光学系统，把从光源射出的光束分割成多个分光束，同时把该多个分光束大致重叠在预定的照明区域上，光调制装置，有作为所述照明区域的光入射面，按照图象信息调制来自所述照明光学系统的入射光，和投影光学系统，把用所述光调制装置得到的调制光束投射在投影面上，所述照明光学系统包括光束缩小装置，该光束缩小装置采用远焦光学系统把入射光束转换成具有比该入射光束宽度窄的光束宽度的射出光束、并同时将所述射出光束的角度维持于与所述入射光束的角度相同，所述光束缩小装置具有用以实现所述远焦光学系统的聚焦元件和将光平行化的元件。

11.如权利要求10所述的投影型显示装置，其特征在于，所述照明光学系统包括：射出大致平行光束的光源，和

分割重叠装置，把从所述光源射出的光束分割成多个分光束，同时把所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，所述光束缩小装置包含在所述分割重叠装置中。

12.如权利要求11所述的投影型显示装置，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一光束分割装置，具有第一透镜阵列和所述聚焦元件，所述第一透镜阵列具有用以将所述大致平行的光束分割成多个分光束的多个小透镜，第二光束分割装置，具有第二透镜阵列和把所述光平行化的元件，所述第二透镜阵列具有与第一透镜阵列对应的多个小透镜，和重叠装置，把从所述第二光束分割装置射出的所述多个分光束重叠在所述照明区域上。

13.如权利要求11所述的投影型显示装置，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一光束分割装置和第二光束分割装置，

所述第一光束分割装置具有第一透镜阵列，所述聚焦元件，和通过所述第二光束分割装置将从该第一光束分割装置射出的多个分光束重叠在所述照明区域上的元件，所述第一透镜阵列具有用以将所述大致平行光束分割成多个分光束的多个小透镜，所述第二光束分割装置具有第二透镜阵列和把所述光平行化的元件，所述第二透镜阵列具有与所述第一透镜阵列对应的多个小透镜。

14.如权利要求11所述的投影型显示装置，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，将所述光束缩小装置设置在从所述光源至所述第一光束分割装置射出面的光路上。

15.如权利要求11所述的投影型显示装置，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，将所述光束缩小装置设置在从所述第二光束分割装置的入射面至所述重叠装置的射出面的光路上。

16.如权利要求11所述的投影型显示装置，其特征在于，所述分割重叠装置包括：第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，将所述光束缩小装置设置在从所述重叠装置的入射面至所述照明区域的光路上。

17.如权利要求10所述的投影型显示装置，其特征在于，所述照明光学系统包括：光源，带有作为第一光学元件的具有所述聚焦元件的反射镜，并射出聚束光束，和分割重叠装置，将所述聚束光束分割成多个分光束，同时将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，所述分割重叠装置包括平行化所述光的元件。

18.如权利要求10至权利要求17中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于，该投影型显示装置还包括：偏振光发生装置，在所述照明光学系统的任一位置上，将有随机偏振方向的光束转换成偏振方向一致的一种偏振光束，并射出该偏振光束，所述偏振光发生装置包括将入射光束分离成偏振方向相互不同的两种偏振光束的偏振光分离装置，和偏振光转换装置，把由所述偏振光分离装置得到的一个偏振光束的偏振方向进行偏振光转换，以便与另一个偏振光束的偏振方向相同，利用由所述偏振光发生装置得到的所述偏振方向一致的一种偏振光束照明所述照明区域。

19.如权利要求10至权利要求17中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于，该投影型显示装置还包括：颜色光分离装置，将来自所述照明光学系统的射出光至少分离成两种颜色的颜色光束，多个所述光调制装置，分别调制由所述颜色光分离装置分离的各颜色光束，和颜色光合成装置，合成由各个所述光调制装置调制后的各颜色的调制光束，通过所述投影光学系统投影利用所述颜色光合成装置得到的合成光束。

说明书

照明光学系统和投影型显示装置

技术领域

[0001] 本发明涉及在把从光源射出的光束分割成多个分光束后重叠在同一照明区域上的照明光学系统。此外，本发明涉及使用该照明光学系统可形成均匀明亮投影图象的投影型显示装置。

背景技术

[0002] 在投影型显示装置中，使用称为‘光阀’的光调制装置，按照要显示的图象信息调制照射在光调制装置的照明光，将该调制光束投射到屏幕上，实现图象显示。作为该光调制装置，通常使用液晶板。但是，利用投影型显示装置显示的图象均匀明亮才令人满意，所以就要求从装入该装置中的照明装置(照明光学系统)射出的照明光的光利用效率高。作为提高照明光的光利用效率的技术，可考虑将多个微透镜配置在液晶板的光入射面上，以便与液晶板的每1个象素对应的方法。

[0003] 图15是表示在液晶板的光入射面侧配置微透镜的情况下，入射到液晶板的光束的说明图。再有，图15表示由液晶板1000和多个微透镜1110构成的微透镜阵列1100的大致剖面。液晶板1000在称为‘黑底’的遮光层1020上有围成方格状的结构。而且，将微透镜阵列1100配置在液晶板的入射面侧，以便液晶板1000的一个象素的液晶层1010的中心与一个微透镜1110的光轴大致一致。如图15(A)所示，与微透镜1110的光轴大致平行地入射的光束由微透镜1110聚焦后穿过液晶层1010。其结果，如果构成微透镜1110，那么就可以利用可能被遮光层1020遮挡的光束。因此，通过使用微透镜，可以提高光的利用效率。

[0004] 另一方面，如图15(B)所示，与微透镜1110的光轴倾斜地入射的光束也由微透镜1110聚焦，但不能穿过液晶层1010，产生会被遮光层1020遮挡的光束。其结果，因使用微透镜，反而会使光的利用效率变差。相对于光轴的光束角度(入射角)越大，这种现象就越显著。

[0005] 如果减小对液晶板的光的入射角，那么可减轻上述问题，提高光的利用效率。此外，即使在不使用微透镜的情况下，由于对液晶板以外的其他光学元件(例如，为了将从液晶板射出的调制光束投影在屏幕上的投影透镜)的入射角也变小，所以在该光学元件中的光的利用效率提高，可以提高整个投影型显示装置的光的利用效率。

[0006] 要想对照明区域的入射角变小，可以增大从光源至照明区域的光路长度(特别是从处于照明区域之前的光学元件至光源的光路长度)。但是，由于这会增大照明光学系统的尺寸，所以不宜采用。

[0007] 在集成光学系统中将光源的光束分割成多个分光束，然后可以用多个分光束重叠照明区域进行照明。因此，在包括集成光学系统的照明光学系统中，不大大地增大光路长度，就难以减小对照明区域的入射角。

[0008] 为了解决以往技术中的上述问题，本发明的目的在于提供在包括集成光学系统的照明光学系统中，不过大地增加从光源至照明区域的光路长度，就可减小照明区域的入射角的技术。

[0009] 发明的公开

[0010] 为了解决上述问题，本发明的照明光学系统为了把预定的光学装置的光入射面作为照明区域进行照明，将从光源射出的光束分割成多个分光束，同时使该多个分光束大致重叠在所述照明区域上，其特征在于，该照明光学系统包括：

[0011] 光束缩小装置，具有将入射光束转换成具有比该入射光束的光束宽度窄的射出光束的远焦光学系统的功能，

[0012] 所述光束缩小装置具有实现所述远焦光学系统的聚焦功能和使光平行化的功能。

[0013] 利用有远焦光学系统功能的光束缩小装置，可缩小从上述照明光学系统射出的光束的光束宽度。因此，不会过大地增加从光源至照明区域的光路长度，就可减小照射照明区域的光束的入射角。一般来说，入射到光学元件的光束入射角小的一方其光学元件中的光的利用效率高。因此，如果使用本发明的照明光学系统，那么可以提高光的利用效率。

[0014] 在本发明的照明光学系统中，包括：

[0015] 光源，射出大致平行的光束，和

[0016] 分割重叠装置，将从所述光源射出的光束分割成多个分光束，同时把所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，

[0017] 所述光束缩小装置可以包含在所述分割重叠装置中。

[0018] 在上述结构中，由于也利用分割重叠装置将从光源射出的大致平行的光束转换成其光束宽度被整体缩小的多个分光束，同时重叠在照明区域上，所以可以减小对各分光束照明区域的入射角。由此，可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。

[0019] 此外，在上述照明光学系统中，所述分割重叠装置可以包括：

[0020] 第一光束分割装置，具有第一透镜阵列功能和所述聚焦功能，所述第一透镜阵列具有将所述大致平行的光束分割成多个分光束的多个小透镜，

[0021] 第二光束分割装置，具有第二透镜阵列的功能和将所述光平行化的功能，所述第二透镜阵列具有与第一微透镜阵列对应的多个小透镜，和

[0022] 重叠装置，将从所述第二光束分割装置射出的所述多个分光束重叠在所述照明区域上。

[0023] 在上述照明光学系统中，如果构成上述那样的分割重叠装置，那么可以利用光束缩小装置缩小从第二光束分割装置射出的作为多个分光束整体的光束宽度。由此，由于可以减小对重叠在照明区域上的各分光束照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。此外，可以使从第二光束分割装置至重叠装置的各结构元件小型化。

[0024] 再有，所述第一光束分割装置作为独立的光学元件，可以配置分别形成的所述第一透镜阵列和具有所述聚焦功能的第一光学元件。此外，所述第一透镜阵列的功能和所述聚焦功能可以是光学上一体地构成的光学元件。其中，‘光学上一体地构成’是指各光学元件相互粘接，具有多个功能的一个光学元件。通过用粘接剂粘接各光学元件或一体形成，可以构成光学上一体的结构。此外，所述第一光束分割装置也可以由同时具有第一透镜阵列功能和所述聚焦功能的多个偏心透镜构成的偏心透镜阵列来形成。

[0025] 而且，所述第二光束分割装置也可以配有作为独立的光学元件分别形成的所述第二透镜阵列和具有使所述光平行化的功能的第二光学元件。此外，可以是将所述第二透镜阵列的功能和使所述光平行化的功能在光学上一体地构成的光学元件。此外，所述第二光束分割装置也可以是带有多个偏心透镜的偏心透镜阵列。

[0026] 如上所述，第一光束分割装置、第二光束分割装置可以有用各自光学元件构成的各功能，同时可以在光学上一体地构成，而通过光学上一体地构成，可以防止在各光学元件的界面上产生的光的损失，提高光的利用效率。此外，可以减少照明光学系统的结构元件。

[0027] 在上述照明光学系统中，所述分割重叠装置包括：

[0028] 第一光束分割装置和第二光束分割装置，

[0029] 所述第一光束分割装置具有第一透镜阵列的功能、所述聚焦功能和通过所述第二光束分割装置将从该第一光束分割装置射出的多个分光束重叠在所述照明区域上的功能，所述第一透镜阵列具有将所述大致平行的光束分割成多个分光束的多个小透镜。

[0030] 所述第二光束分割装置具有第二透镜阵列的功能和将所述光平行化的功能，所述第二透镜阵列具有与所述第一透镜阵列对应的多个小透镜。

[0031] 而使像上述那样构成分割重叠装置，也可以利用光束缩小装置缩小从第一光束分割装置射出的光束宽度。由此，由于可以减小对重叠在照明区域上各分光束的照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。此外，由于在第一光束分割装置中有作为重叠装置的功能，所以不必单独配置重叠装置，可以减少照明光学系统的构成元件。

[0032] 再有，所述第一光束分割装置也可以包括作为独立光学元件分别形成的所述第一透镜阵列，有所述聚焦功能的第一光学元件，通过所述第二光束分割装置将从该第一光束分割装置射出的多个分光束重叠在所述照明区域上的重叠透镜。此外，也可以有将所述第一透镜阵列的功能、所述聚焦功能和通过所述第二光束分割装置将从该第一光束分割装置射出的多个分光束重叠在所述照明区域上的功能在光学上一体构成的光学元件。所述第一光束分割装置可以是带有多个偏心透镜的偏心透镜阵列。

[0033] 而且，所述第二光束分割装置可以配有作为独立光学元件分别形成的所述第二透镜阵列和具有将所述光平行化的功能的第二光学元件。此外，也可以有将所述第二透镜阵列的功能和将所述光平行化的功能在光学上一体构成的光学元件。所述第二光束分割装置可以是带有多个偏心透镜的偏心透镜阵列。

[0034] 如上所述，第一光束分割装置、第二光束分割装置可以有用各自光学元件构成的各功能，同时可以在光学上一体地构成，而通过光学上一体地构成，可以防止在各光学元件的界面上产生的光的损失，提高光的利用效率。此外，可以减少照明光学系统的结构元件。

[0035] 此外，在上述照明光学系统中，所述分割重叠装置包括：

[0036] 第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和

[0037] 重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，

[0038] 所述光束缩小装置也可以设置在从所述光源至所述第一光束分割装置射出面的光路上。

[0039] 再有，带有所述聚焦功能的第一光学元件设置在所述光源与所述第一光束分割装置的中间的位置上，

[0040] 将所述光平行化的功能也可以包含在所述第一光束分割装置中。

[0041] 在上述这样构成的分割重叠装置中，可利用光束缩小装置缩小从光源射出的光束的宽度，和缩小从第一光束分割装置射出的作为多个分光束整体的光束的宽度。由此，由于可以减小对重叠在照明区域上各分光束照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。此外，可以把从第一光束分割装置至重叠装置的各结构元件小型化。

[0042] 其中，所述第一光束分割装置也可以是包括将所述光平行化功能的一个光学元件。所述第一光束分割装置可以是带有多个偏心透镜的偏心透镜阵列。如果这样，那么可以防止在各光学元件的界面上产生的光的损失，提高光的利用效率。此外，可以减少照明光学系统的结构元件。

[0043] 此外，在上述照明光学系统中，所述分割重叠装置包括：

[0044] 第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和

[0045] 重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，

[0046] 所述光束缩小装置可以设置在从所述第二光束分割装置的入射面至所述重叠装置的射出面的光路上。

[0047] 再有，所述聚焦功能可以包含在所述第二光束分割装置中，

[0048] 将所述光平行化的功能可以包含在所述重叠装置中。

[0049] 上述那样构成分割重叠装置，也可利用在从第二光束分割装置的入射面至重叠装置射出面的光路上配置的光束缩小装置，缩小从第一光束分割装置射出的多个分光束作为从重叠装置射出的多个分光束整体的光束宽度。由此，由于可以减小对重叠在照明区域上的各分光束的照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。

[0050] 其中，所述第一光束分割装置也可以是包括所述聚焦功能的一个光学元件。此外，所述重叠装置也可以是包括将所述光平行化功能的一个光学元件。如果这样，那么可以防止在各光学元件的界面上产生的光的损失，提高光的利用效率。此外，可以减少照明光学系统的结构元件。

[0051] 此外，在上述照明光学系统中，所述分割重叠装置包括：

[0052] 第一和第二光束分割装置，将从所述光源射出的大致平行的光束分割成多个分光束，和

[0053] 重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，

[0054] 所述光束缩小装置也可以设置在从所述重叠装置的入射面至所述照明区域的光路上。

[0055] 再有，所述聚焦功能可以包含在所述重叠装置中，

[0056] 可以把带有将所述光平行化功能的第二光学元件设置在所述重叠装置和所述照明区域的中间位置上。

[0057] 在上述那样构成的分割重叠装置中，也可利用在从重叠装置的入射面至照明区域的光路上配置的光束缩小装置，缩小使从重叠装置射出的多个分光束作为从重叠装置射出的多个分光束整体的光束宽度。由此，由于可以减小对重叠在照明区域上的各分光束的照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。

[0058] 其中，所述重叠装置也可以是包括所述聚焦功能的一个光学元件。如果这样，那么可以防止在各光学元件的界面上产生的光的损失，提高光的利用效率。此外，可以减少照明光学系统的结构元件。

[0059] 在本发明的照明光学系统中，包括：

[0060] 光源，有作为带有所述聚焦功能的第一光学元件的反射镜，射出聚束的光束，和[0061] 分割重叠装置，将所述聚束光束分割成多个分光束，同时将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，

[0062] 将所述光平行化的功能也可以包含在所述分割重叠装置中。

[0063] 上述结构中，也利用分割重叠装置将从光源射出的聚束光束转换成整体缩小其光束宽度的多个分光束，同时重叠在照明区域上。由此，由于可以减小对各分光束照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。

[0064] 在上述照明光学系统中，所述分割重叠装置包括：

[0065] 第一和第二光束分割装置，将所述聚束光束分割成多个分光束，和[0066] 重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，

[0067] 将所述光平行化的功能也可以包含在所述第一光束分割装置中。

[0068] 如果象上述那样构成分割重叠装置，那么利用光源的反射镜和通过将光平行化功能的光束缩小装置，可以缩小从第一光束分割装置射出的作为多个分光束整体的光束宽度。由此，由于可以减小对重叠在照明区域上的各分光束的照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。此外，可以小型化从第一光束分割装置至重叠装置的各结构元件。

[0069] 再有，所述第一光束分割装置也可以是包括将所述光平行化功能的一个光学元件。所述第一光束分割装置也可以由带有多个偏心透镜的偏心透镜阵列构成。如果这样，那么可以防止在各光学元件的界面上产生的光的损失，提高光的利用效率。此外，可以减少照明光学系统的结构元件。

[0070] 此外，在上述照明光学系统中，所述分割重叠装置包括：

[0071] 第一和第二光束分割装置，将所述聚束光束分割成多个分光束，和[0072] 重叠装置，将所述多个分光束大致重叠在所述照明区域上，

[0073] 将所述光平行化的功能也可以包含在所述第二光束分割装置中。

[0074] 在上述那样构成分割重叠装置中，可利用光源的反射镜和有使光平行化功能的光束缩小装置，缩小从第二光束分割装置射出的作为多个分光束整体的光束宽度。由此，由于可以减小对重叠在照明区域上的各分光束的照明区域的入射角，所以可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。此外，可以使从第二光束分割装置至重叠装置的各结构元件小型化。

[0075] 再有，所述第二光束分割装置也可以是包括将所述光平行化功能的一个光学元件。所述第二光束分割装置也可以是带有多个偏心透镜的偏心透镜阵列。如果这样，那么可以防止在各光学元件的界面上产生的光的损失，提高光的利用效率。此外，可以减少照明光学系统的结构元件。

[0076] 此外，在上述各照明光学系统中，还包括：

[0077] 偏振光发生装置，在所述照明光学系统中的任一个位置上，把带有随机偏振方向的光束转换成偏振方向一致的一种偏振光光束，并射出这种偏振光光束，

[0078] 所述偏振光发生装置包括将入射光束分离成偏振方向相互不同的两种偏振光束的偏振光分离装置，和

[0079] 将由所述偏振光分离装置获得的一个偏振光束的偏振方向进行偏振光转换，以便与另一个偏振光束的偏振方向相同的偏振光转换装置，

[0080] 利用由所述偏振光发生装置得到的所述偏振方向一致的一种偏振光束，可以照明所述照明区域。

[0081] 按照上述结构，由于可以仅使用偏振方向大致一致的一种偏振光束作为照明光，所以如下所述，在将该照明装置组装在投影型显示装置等中的情况下，可以提高光的利用效率。

[0082] 本发明的上述各照明光学系统可以作为投影型显示装置的照明光学系统使用。作为投影型显示装置，可以包括：

[0083] 本发明的上述各照明光学系统，

[0084] 光调制装置，按照图象信息调制从所述照明光学系统的射出光，和[0085] 投影光学系统，把用所述光调制装置得到的调制光束投影在投影面上。

[0086] 如上所述，由于使照明处于照明区域的光调制装置的光束入射角变小，所以本发明的照明光学系统可以提高从照明光学系统射出的光的利用效率。因此，在组装了本发明的照明光学系统的投影型显示装置等中，可以提高投影图象的亮度。

[0087] 再有，由于本发明的照明光学系统带有集成光学系统，所以即使在从光源射出的光束在光束的剖面内在其光强度分布上有大的偏差情况下，由于可以按均匀的亮度得到没有亮度和颜色不均匀的照明光，所以在整个投影面上可以按均匀的亮度得到没有亮度和颜色不均匀的投影图象。

[0088] 而且，在本发明的照明光学系统中，在配有如上所述的带有偏振光分离装置和偏振光转换装置的偏振光发生装置的情况下，可以获得以下效果。

[0089] 作为光调制装置使用的液晶板中，由于利用偏振光板等偏振光选择装置吸收显示中不要的偏振方向不同的偏振光束的光束，所以光的利用效率极大地下降。此外，作为偏振光选择装置，在使用偏振光板的情况下，由于因光的吸收造成的偏振光板温度明显上升，所以必须有冷却偏振光板的庞大冷却装置。但是，如果配置偏振光发生装置，那么可以将从光源射出的偏振方向随机的光束转换成带有作为整体大致一种偏振方向的偏振光束，可以只把偏振方向大致一致的一种偏振光束作为光调制装置中可利用的照明光来使用。因此，可以利用从光源射出的光束的大部分，可以得到十分明亮的投影图象。此外，由于在照明光中基本不包含显示上不需要的偏振方向不同的偏振光束，所以偏振光板中的光吸收少，可以抑制偏振光板的温度上升，可以实现冷却装置的简化。

[0090] 再有，上述投影型显示装置还包括：

[0091] 颜色光分离装置，将从照明光学系统射出的光至少分离成两种颜色的颜色光束，和

[0092] 颜色光合成装置，把用分别调制由所述颜色光分离装置分离的各颜色光束的多个所述光调制装置和被各个所述光调制装置调制后的各颜色的调制光束进行合成，[0093] 通过所述投影光学系统，可以投影由所述颜色光合成装置得到的合成光束。

[0094] 如果上述那样构成投影型显示装置，那么可以投影显示十分明亮均匀没有不均匀的彩色图象。

[0095] 附图的简单说明

[0096] 图1是本发明第一实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。

[0097] 图2是表示第一透镜阵列30外观的斜视图。

[0098] 图3是表示第一透镜阵列30和聚焦透镜60的其它结构以及第二透镜阵列40和发散透镜70的其他结构的说明图。

[0099] 图4是表示第一实施例的照明光学系统变形例的示意结构图。

[0100] 图5是表示远焦光学系统的其它结构的说明图。

[0101] 图6是把照明光学系统100作为偏振光照明光学系统情况下的主要部分的平面示意结构图。

[0102] 图7是表示偏振光发生元件180结构的说明图。

[0103] 图8是本发明第三实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。

[0104] 图9是本发明第四实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。

[0105] 图10是本发明第五实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。

[0106] 图11是本发明第六实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。

[0107] 图12是本发明第七实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。

[0108] 图13是本发明第八实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。

[0109] 图14是使用本发明的照明光学系统的投影型显示装置的主要部分的平面示意结构图。

[0110] 图15是表示在液晶板的光入射面侧配置微透镜的情况下，入射到液晶板光束的说明图。

[0111] 实施发明的优选实施例

[0112] 以下，参照附图说明本发明的各实施例。再有，在以下各实施例中，把无特别限定的相互垂直的三个方向方便地作为x轴方向(横方向)、y轴方向(纵方向)、z轴方向(与光轴平行的方向)。

[0113] A.第一实施例：

[0114] 图1是本发明第一实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。该照明光学系统100包括射出大致平行的光束的光源20、第一透镜阵列30、聚焦透镜60、发散透镜70、第二透镜阵列40和重叠透镜50。各结构元件沿系统光轴100LC顺序配置。照明光学系统100是均匀照明照明区域80的集成光学系统。

[0115] 光源20有作为射出放射状光线的放射光源的光源灯22，和把从光源灯22射出的放射光作为大致平行的光线束射出的凹面镜24。作为凹面镜24，最好使用抛物面镜。

[0116] 在这些结构元件内，通过第一透镜阵列30、第二透镜阵列40和重叠透镜50可实现集成光学系统的功能。第一和第二透镜阵列30、40具有作为本发明中光束分割装置的功能。其中，第一透镜阵列30有把从光源20射出的光分割成多个分光束，同时把各分光束聚焦在各第二透镜阵列40附近的功能。此外，第二透镜阵列40有将从第一透镜阵列30的各小透镜31射出的光照射在照明区域80上的功能。重叠透镜50有把具有与系统光轴平行的中心轴的多个分光束重叠在照明区域80上的功能。

[0117] 图2是表示第一透镜阵列30外观的斜视图。第一透镜阵列30有把带有大致矩形形状轮廓的小透镜31排列成M行N列的矩阵状的结构。再有，图2示出M＝6、N＝4的实例。第二透镜阵列40(图1)有把小透镜排列成M行N列的矩阵状的结构，以便与第一透镜阵列30的小透镜31对应。但是，如下所述，第二透镜阵列40比第一透镜阵列30小。

[0118] 第一透镜阵列30的各小透镜31把从光源20(图1)射出的光束分割成多个(即M×N个)分光束，并把各分光束聚焦在第二透镜阵列40的附近。通常，可设定从z方向观察各小透镜31的外形形状，以便构成与照明区域80中实际照射光的区域形状大致相似的形状。例如，作为照明区域，假设液晶板，如果图象显示区域的纵横比(横与纵的尺寸比例)为4∶3，那么将小透镜30的纵横比也设定为4∶3。

[0119] 在第一透镜阵列30和第二透镜阵列40之间配置的聚焦透镜60和发散透镜70有转换成带有比入射光束的光束宽度窄的光束宽度的射出光束的远焦光学系统结构。这些透镜60、70与本发明中的光束缩小装置相当。由于聚焦透镜60和发散透镜70构成远焦光学系统，所以来自发散透镜70的输出光束的角度与聚焦透镜60的入射光束的角度相同，仅缩小了光束宽度。从发散透镜70射出的分光束SL穿过第二透镜阵列40，利用重叠透镜50对照明区域80进行照明。再有，穿过第二透镜阵列40最外侧的小透镜41的分光束SL在照射照明区域80时的中心光路的入射角为θ1。

[0120] 另一方面，图1的虚线表示在没有远焦光学系统情况下使用的第二透镜阵列40’、重叠透镜50’和穿过这些透镜的分光束SL’的光路。该第二透镜阵列40’与第一透镜阵列30大小相同。再有，为了在图中容易观察，第二透镜阵列40’和重叠透镜50’在z轴方向上稍微错开地图示，而实际上第二透镜阵列40和重叠透镜50配置在相同的z方向位置上。
此时，从第一透镜阵列30最外侧的小透镜31射出的分光束SL’在照射照明区域80时的中心光路的入射角为θ2。

[0121] 如在以往例中的说明，在照明区域80的照射侧面配置微透镜那样的光学元件的情况下，对微透镜的入射角尽可能小的一方能提高光的利用效率。一般来说，为了减小照明光学系统(集成光学系统)中对照明区域的光束入射角，可以通过增大从照明光学系统至照明区域的距离来实现。但是，按照该方法，会导致装置的大型化。此外，会导致因照明光学系统的光路变长造成的光的损失。在本实施例中，由于利用由聚焦透镜60和发散透镜70构成的远焦光学系统，缩小了整个光束的光束宽度，所以即使在从第二透镜阵列40至照明区域80的距离与从第二透镜阵列40’至照明区域80的距离相等的情况下，入射角θ1也比入射角θ2小。因此，在使用将照明区域80作为光入射面的光学元件的情况下，与以往的照明光学系统相比，不会导致装置的大型化，可以提高有效地照射照明区域的光的效率。此外，由于缩小了从远焦光学系统射出的整个光束的光束宽度，所以具有使在远焦光学系统还靠后的后级配置的光学元件小型化的优点。

[0122] 图3是表示第一实施例中的第一透镜阵列30和聚焦透镜60的其它结构以及第二透镜阵列40和发散透镜70的其它结构的说明图。在图1中，分别配置第一透镜阵列30和聚焦透镜60，但也可以将它们在光学上一体化。就是说，通过用粘接剂粘接图3(A-1)所示的作为独立的光学元件分别形成的第一透镜阵列30和聚焦透镜60，可以在光学上一体化，此外，也可以一体形成合并具有这些功能的一个光学元件。例如，在一体形成第一透镜阵列30和聚焦透镜60的情况下，如图3(A-2)所示，可以形成具有合并第一透镜阵列30和聚焦透镜60的功能的偏心透镜阵列30a。如图3(A-1)、(A-2)所示，如果在光学上一体化第一透镜阵列30和聚焦透镜60，那么可以降低在各光学元件的界面上产生的光损失，可以进一步提高光利用效率。再有，第一透镜阵列30和聚焦透镜60的前后配置关系及透镜的方向(凸面朝向光源侧或朝向照明区域侧)可以与图1和图3(A-1)、(A-2)所示的相反。

[0123] 此外，在图1中，也分别配置第二透镜阵列40和发散透镜70，同样也可以将它们在光学上一体化。就是说，可以通过用粘接剂粘接在光学上一体化图3(B-1)所示的作为独立光学元件分别形成的第二透镜阵列40和发散透镜70，此外，也可以一体形成合并有这些功能的一个光学元件。例如，在一体形成第二透镜阵列40和发散透镜70的情况下，如图3(B-2)所示，可以形成合并有第二透镜阵列40和发散透镜70的功能的偏心透镜阵列40a。
如图3(B-1)、(B-2)所示，如果在光学上一体化第二透镜阵列40和发散透镜70，那么可以降低在各光学元件界面上产生的光损失，进一步提高光利用效率。再有，第二透镜阵列40和发散透镜70的前后配置关系及透镜的方向(凸面、凹面朝向光源侧或朝向照明区域侧)可以与图1和图3(B-1)、(B-2)所示的方向相反。

[0124] 图4是表示作为第一实施例的照明光学系统变形例的示意性结构图。该照明光学系统100A把照明光学系统100(图1)的聚焦透镜60和第一透镜阵列30的顺序进行交换，同时把各自透镜的凸面方向反向配置。此外，把第二透镜阵列40和发散透镜70换成偏心透镜阵列40a，同时把透镜的凸面朝向光的入射面侧配置。再有，第一透镜阵列30和聚焦透镜60可以与图3(A-1)一样用粘接剂粘接，也可以一体成形。

[0125] 该照明光学系统100A与照明光学系统100同样，由于不过大地增加从光源至照明区域的光路长度就可以减小对照明区域的入射角，所以可以提高有效照射照明区域的光效率。特别是照明光学系统100A利用聚焦透镜60可把从光源20射出的光作为入射到偏心透镜阵列40a的聚焦光(图中的虚线)，把从该聚焦透镜60射出的聚焦光用第一透镜阵列30分割成多个分光束。由此，与第一实施例的从第一透镜阵列30至第二透镜阵列40的距离相比，可以缩短从第一透镜阵列30至偏心透镜阵列40a的距离。此外，与从照明光学系统100的光源20射出并入射到第二透镜阵列40的光的效率相比，可以提高从光源20射出并入射到偏心透镜阵列40a的光的效率。

[0126] 在图1所示的第一实施例中，使用聚焦透镜60和发散透镜70构成远焦光学系统，但使用其它种类的光学元件也可以构成远焦光学系统。图5是表示远焦光学系统另一结构的说明图。图5中，利用焦点距离比较长的凸透镜60’和焦点距离比较短的凸透镜70’构成远焦光学系统。

[0127] 再有，如上所述，使相邻配置的透镜之间的前后关系相反，同时在光学上一体化的变形例可同样用于后面论述的其它实施例。此外，图5所示的远焦光学系统也可以用于其它实施例。

[0128] B.第二实施例：

[0129] 图1所示的本发明第一照明光学系统可以是利用一种偏振光束的偏振光照明光学系统。图6是把照明光学系统100作为偏振光照明光学系统情况下的主要部分的平面示意结构图。本例的照明光学系统200与图1所示的照明光学系统100有大致相同的结构。不同之处在于，在第二透镜阵列40和重叠透镜50之间配有偏振光发生元件180。以下，为了容易说明，图中所示的光束在未特别限定下仅表示其中心光路。

[0130] 在第二实施例的照明光学系统200中，在从光源20射出的光束用第一透镜阵列30分割成多个分光束后，利用聚焦透镜60和发散透镜70，缩小整体光束的光束宽度，并从第二透镜阵列40射出。而且，从第二透镜阵列40射出的多个分光束由后面所述的偏振光发生元件180将随机的偏振光束转换成偏振方向一致的大致一种类的偏振光束。偏振方向大致一致的多个分光束由重叠透镜50重叠在照明区域80上。因此，与上述照明光学系统
100一样，可以减小照明照明区域80的照明光的入射角。其中，这样配置光源20、第一透镜阵列30、聚焦透镜60、发散透镜70和第二透镜阵列40，以便它们的光轴20LC相对于系统光轴200LC处于仅距一定距离DP在x轴方向上平行移动的状态。再有，距离DP如下所述。

[0131] 图7是表示偏振光发生元件180结构的说明图。图7(A)是偏振光发生元件180的斜视图。该偏振光发生元件180包括遮光板120，偏振分色镜阵列140和选择相位差板160。偏振分色镜阵列140有各自剖面为平行四边形的柱状的多个透光性板材143相互粘接的形状。在透光性板材143的界面上，交替形成偏振光分离膜144和反射膜145。再有，该偏振分色镜阵列140通过粘接形成这些膜的多片玻璃板，按预定的角度斜向切断来制成，以便交替地配置偏振光分离膜144和反射膜145。偏振光分离膜144为介质多层膜，此外，可以用介质多层膜或铝膜形成反射膜145。

[0132] 如图所示，遮光板120有把多个遮光面122和多个开口面123排列成条纹状的结构。入射到遮光板120的遮光面122的光束被遮住，而入射到开口面123的光束原样通过遮光板120。因此，遮光板120有按照遮光板120上的位置控制穿过光束的功能，遮光面122和开口面123的排列方法可这样设定，以便从第二透镜阵列40射出的分光束仅入射到偏振分色镜阵列140的偏振光分离膜144，而不入射到反射膜145。就是说，把偏振光板120的各个开口面123的中心和偏振分色镜阵列140的偏振光分离膜144的中心大致一致地配置，此外，把开口面123的开口横向宽度(X方向的开口宽度)按与偏振光分离膜144的x方向宽度WP大致相等来设定。其结果，因预先被遮光板120的遮光面122遮挡，基本上没有不经偏振光分离膜144直接入射到反射膜145的分光束，而通过遮光板120的开口面123的光束基本上全部都仅入射到偏振光分离膜144上。作为遮光光板120，可以如本例那样使用在平板状的透明体(例如，玻璃板)上局部形成遮光性膜(例如，铬膜、铝膜和介质多层膜)的遮光板，或使用在例如铝板那样的遮光性的平板上设置开口部分的遮光板等。

[0133] 图7(B)是表示偏振光发生元件的功能的说明图。从第二透镜阵列40射出的光束的主光线(中心光路)与系统光轴200LC大致平行地通过遮光板120的开口面123，由偏振光分离膜144分离成s偏振光和p偏振光。P偏振光原样穿过偏振光分离膜144。另一方面，s偏振光被s偏振光的偏振光分离膜144反射，而且被反射膜145反射，按与原样通过偏振光分离膜144的p偏振光大致平行的状态射出。在通过选择相位差板160的偏振光分离膜144的光输出面部分形成λ/2相位差层162，在用反射膜145反射的光输出面部分有未形成λ/2相位差层的开口层163。因此，穿过偏振光分离膜144的p偏振光由λ/2相位差层146转换成s偏振光射出。其结果，入射到偏振光发生元件180的随机偏振光束基本上被转换成s偏振光射出。不言而喻，通过仅在用反射膜145反射的光射出面部分形成选择相位差板160的λ/2相位差层162，也可以把大部分的光束转换成p偏振光射出。

[0134] 再有，从图7(B)可知，从偏振光发生元件180射出的两个s偏振光的中心(两个s偏振光的中央)比入射的随机偏振光束(s偏振光+p偏振光)的中心偏向x方向。该偏移量与λ/2相位差层162的宽度WP(即偏振光分离膜144的x方向宽度)的一半相等。因此，如图6所示，把光源20的光轴20LC设定在与偏振光发生元件180之后的系统光轴200LC偏离等于WP/2的距离DP的位置上。

[0135] 如果归纳第二实施例的照明光学系统200的功能，那么由第一透镜阵列30、第二透镜阵列40和重叠透镜50构成集成光学系统，被第一透镜阵列30分割的多个分光束由重叠透镜50重叠在照明区域80上。与此同时，由聚焦透镜60和发散透镜70构成远焦光学系统，可缩小入射到第二透镜阵列40的光束的光束宽度。而且，利用偏振光发生元件180，把随机的偏振光束的分光束转换成偏振方向大致一致的偏振光束。其中，在偏振分光镜阵列140的入射侧配置遮光板120，由于构成仅在偏振光分离膜144上入射分光束的结构，所以基本没有经反射膜145入射到偏振光分离膜144的分光束，从偏振光发生元件180射出的偏振光束的种类大致被限定为一种。因此，照明区域80大致用一种类的偏振光束均匀地照明。再有，在从光源20射出的光束的平行性良好的情况下，可以省略第二透镜阵列40和遮光板120。

[0136] 如以上说明，按照第二实施例的照明光学系统200，与上述照明光学系统100同样，可以减小照明照明区域80的照明光的入射角。因此，在使用把照明区域80作为光入射面的光学元件的情况下，与以往的照明光学系统相比，不会导致装置的大型化，可以提高光的利用效率。此外，由于可缩小从远焦光学系统射出的光束整体的光束宽度，所以可以把与远焦光学系统相比配置在后级的光学元件小型化。

[0137] 除此之外，在第二实施例的照明光学系统200中可以获得以下效果。就是说，利用偏振光发生元件180把从光源20射出的随机偏振光束转换成大致一种偏振光束，同时利用其偏振方向一致的光束均匀照明照明区域80。此外，由于在偏振光束的发生过程中几乎不产生光损失，所以从光源射出的光几乎全部导入照明区域80。因此，具有光的利用效率极高的特征。而且，由于在偏振光发生元件180中配置遮光板120，所以在照明照明区域80的偏振光束中，基本上不会混入偏振方向不同的其它偏振光束。因此，如液晶装置那样，作为使用偏振光束照明进行显示的调制装置的光学系统，在使用本发明的偏振照明光学系统的情况下，存在可以不需要以往那样在调制装置的照明光入射侧配置的偏振光板的情况。此外，即使在象以往那样必须有偏振光板的情况下，由于偏振光板中的光吸收量非常少，所以可以抑制偏振光板和调制装置的发热，可以把抑制以往偏振光板发热所必需的冷却装置小型且简化。

[0138] 再有，如果把图1所示的第一实施例与图6所示的第二实施例进行比较可知，无论不包括偏振光发生元件的照明光学系统，还是包括偏振光发生元件的照明光学系统，除偏振光转换元件以外，具有大致相同的结构。这在以下示出的其它实施例中也是如此。

[0139] 再有，在第二实施例中，如图3(A-1)、(A-2)所示，也可以把聚焦透镜60与第一透镜阵列30在光学上一体化。此外，如图3(B-1)、(B-2)所示，也可以把发散透镜70与第二透镜阵列40在光学上一体化。而且，也可以把从发散透镜70至重叠透镜50的各光学元件全部在光学上一体化。

[0140] C.第三实施例：

[0141] 图8是本发明第三实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。该照明光学系统300包括射出大致平行光束的光源320，聚焦透镜360，发散透镜370，第一透镜阵列330，第二透镜阵列340，偏振光发生元件380和重叠透镜350。沿系统光轴300LC顺序配置各结构元件。该照明光学系统300的特征在于把构成远焦光学系统的聚焦透镜360和发散透镜370配置在光源320和第一透镜阵列330之间。构成第一透镜阵列330、第二透镜阵列
340、偏振光发生元件380、重叠透镜350，以便与用远焦光学系统缩小的光束宽度相对应。
此外，由于这些光学元件的功能与上述照明光学系统100和200中的第一透镜阵列30、第二透镜阵列40、偏振光发生元件180、重叠透镜50相同，所以省略其说明。

[0142] 在第三实施例的照明光学系统300中，首先利用聚焦透镜360和发散透镜370缩小从光源320射出的大致平行光束的光束宽度。由此，可以将配置在远焦光学系统(聚焦透镜360和发散透镜370)后级上的各光学元件小型化，同时可以减小照明照明区域80的照明光的入射角。

[0143] 再有，发散透镜370也可以直接配置在第一透镜阵列370之后。此外，在第三实施例中，发散透镜370和第一透镜阵列330也可以在光学上一体化。而且，也可以把从第二透镜阵列340至重叠透镜50的各光学元件全部在光学上一体化。

[0144] D.第四实施例：

[0145] 图9是本发明第四实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。该照明光学系统400包括射出大致平行光束的光源420，第一透镜阵列430，第二透镜阵列440，偏振光发生元件480，重叠透镜450，聚焦透镜460和发散透镜470。沿系统光轴400LC顺序配置各结构元件。该照明光学系统400的特征在于把构成远焦光学系统的聚焦透镜460和发散透镜470配置于重叠透镜450的后级，即重叠透镜450和照明区域80之间。由于将第一透镜阵列430、第二透镜阵列440、偏振光发生元件480、重叠透镜450配置在远焦光学系统的前级，所以各光学元件的大小与光源420的尺寸对应。此外，由于这些光学元件的功能与上述照明光学系统100和200中的第一透镜阵列30、第二透镜阵列40、偏振光发生元件180、重叠透镜50相同，所以省略其说明。

[0146] 在第四实施例的照明光学系统400中，利用聚焦透镜460和发散透镜470的远焦光学系统功能，缩小从重叠透镜450射出的作为多个分光束整体的宽度。再有，在本例中，由于将远焦光学系统射出的多个分光束重叠，并仅照明照明区域80，所以利用远焦光学系统可以缩小可限定整体光束的光束宽度。由此，与上述各实施例相比，可以进一步减小照明光的入射角。

[0147] 再有，在第四实施例中，为了使远焦光学系统的功能明确，把聚焦透镜460和重叠透镜450作为单独的光学元件来说明，但一般将它们在光学上一体化。就是说，可以把聚焦透镜470和重叠透镜450组成一个聚焦透镜。此外，也可以把从第二透镜阵列440至聚焦透镜460的各光学元件全部在光学上一体化。

[0148] E.第五实施例：

[0149] 图10是本发明第五实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。该照明光学系统500包括射出大致平行光束的光源520，第一透镜阵列530，第二透镜阵列540，偏振光发生元件580，聚焦透镜560，发散透镜570和重叠透镜550。沿系统光轴500LC顺序配置各结构元件。该照明光学系统500的特征在于把构成远焦光学系统的聚焦透镜560和发散透镜570配置在重叠透镜550的前级中即重叠透镜550和偏振光转换元件580之间。由于把第一透镜阵列530、第二透镜阵列540、偏振光发生元件580配置在远焦光学系统的前级，所以各光学元件的大小与光源520的尺寸相对应。此外，由于这些光学元件的功能与上述照明光学系统100和200中的第一透镜阵列30、第二透镜阵列40、偏振光发生元件180相同，所以省略其说明。

[0150] 在第五实施例的照明光学系统500中，从聚焦透镜偏振光发生元件580射出的多个分光束通过聚焦透镜560和发散透镜570的远焦光学系统的功能缩小作为多个分光束整体光束的光束宽度。此外，从发散透镜570射出的多个分光束，其主光线大致平行于系统光轴500LC，入射到重叠透镜550，并被重叠在照明区域80上。再有，在第五实施例中，与第四实施例的照明光学系统400一样，由于将远焦光学系统射出的多个分光束重叠，仅照明照明区域80，所以利用远焦光学系统可以缩小可限定整体光束的光束宽度。由此，可以减小重叠透镜550，同时与上述第一至第三实施例相比，可以减小照明光的入射角。

[0151] 再有，第五实施例中的重叠透镜550和发散透镜570可以在光学上一体化。此外，也可以把从第二透镜阵列540至聚焦透镜560的各光学元件全部在光学上一体化。

[0152] F.第六实施例：

[0153] 图11是本发明第六实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。该照明光学系统600包括射出大致平行光束的光源620，第一透镜阵列630，聚焦透镜660，发散透镜670，第二透镜阵列640和偏振光发生元件680。沿系统光轴600LC顺序配置各结构元件。本照明光学系统600的特征在于把构成远焦光学系统的聚焦透镜660和发散透镜670配置在第一透镜阵列630和第二透镜阵列640之间，从而省略重叠透镜。对应于由远焦光学系统缩小的光束宽度构成配置在远焦光学系统后级的各光学元件。再有，由于第一透镜阵列
630、第二透镜阵列640、偏振光发生元件680的各功能与上述照明光学系统100和200中的第一透镜阵列30、第二透镜阵列40、偏振光发生元件180相同，所以省略其说明。

[0154] 聚焦透镜660和发散透镜670有作为远焦光学系统的功能，聚焦透镜660有把用第一透镜阵列630分割的多个分光束重叠在照明区域80上的功能。从第一透镜阵列630射出的多个分光束通过由聚焦透镜660和发散透镜670构成的远焦光学系统功能使多个分光束的作为整体的光束宽度缩小。而且，从发散透镜670射出的多个分光束通过聚焦透镜660的重叠功能经第二透镜阵列640和偏振光发生元件680重叠在照明区域80上。由此，与上述各照明光学系统一样，可以减小照明照明区域80的照明光的入射角。此外，由于从远焦光学系统射出的整体光束的光束宽度被缩小，所以可以将配置在远焦光学系统后级的光学系统小型化。

[0155] 此外，由于使用偏振光发生元件680，所以如在照明光学系统200中说明的那样，可以转换成大致一种偏振光束，同时可以由其偏振方向一致的光束均匀照明照明区域80。但是，为了将入射到偏振光发生元件680的各分光束重叠在照明区域80上，这些分光束的主光线相对于系统光轴600LC倾斜。如果考虑偏振光的发生效率，那么入射到偏振光发生元件680的光束最好使入射光束平行于光轴。因此，在本例中，尽管具有可以省略重叠透镜的优点，但由于在偏振光束的发生过程中产生光损失，所以存在光的利用效率比上述各实施例差的情况。

[0156] 再有，在第六实施例中，聚焦透镜660与第一透镜阵列630在光学上可以一体化。此外，发散透镜670与第二透镜阵列640在光学上也可以一体化。而且，也可以把从发散透镜670至偏振光发生元件680的各光学元件全部在光学上一体化。

[0157] F.第七实施例：

[0158] 图12是本发明第七实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。该照明光学系统700包括光源720，第一透镜阵列730，发散透镜770，第二透镜阵列740，偏振光发生元件780和重叠透镜750。沿系统光轴700LC顺序配置各结构元件。

[0159] 光源720有作为射出放射状光线的放射光源的光源灯722，和反射从光源灯722射出的放射光并聚焦在光源光轴720LC上的预定位置的凹面镜724。作为凹面镜724，可以使用椭圆面镜。

[0160] 本照明光学系统700的特征在于利用光源720的凹面镜724和发散透镜770构成远焦光学系统。构成第二透镜阵列740、偏振光发生元件780、重叠透镜750的结构，以便对应用远焦光学系统缩小的光束宽度。再有，由于第一透镜阵列730、第二透镜阵列740、偏振光发生元件780、重叠透镜750的各功能与上述照明光学系统100和200中的第一透镜阵列30、第二透镜阵列40、偏振光发生元件180、重叠透镜50相同，所以省略其说明。

[0161] 在第七实施例的照明光学系统700中，从光源720射出的光束被聚焦，同时通过第一透镜阵列730将其转换成多个分光束。而且，将多个分光束通过发散透镜770转换成其光束的主光线大致与系统光轴700LC平行的光束。其结果，多个分光束作为整体的光束宽度被缩小，并入射到第二透镜阵列740，经偏振光发生元件780和重叠透镜750对照明区域80进行照明。由此，可以将配置在发散透镜770后级的各光学系统小型化，同时可以减小照明照明区域80的照明光的入射角。

[0162] 再有，在本例中，也可以把发散透镜770与第二透镜阵列740在光学上一体化。而且，也可以把从发散透镜770至重叠透镜750的各光学元件全部在光学上一体化。

[0163] G.第八实施例：

[0164] 图13是本发明第八实施例的照明光学系统主要部分的平面示意结构图。该照明光学系统800包括光源820，发散透镜870，第一透镜阵列830，第二透镜阵列840，偏振光发生元件880和重叠透镜850。沿系统光轴800LC顺序配置各结构元件。

[0165] 光源820与光源620(图12)同样，有作为射出放射状光线的放射光源的光源灯822，和反射从光源灯822射出的放射光并聚焦在光源光轴820LC上的预定位置的凹面镜
824。

[0166] 该照明光学系统800与照明光学系统600(图12)同样，其特征在于，通过光源820的凹面镜824和发散透镜870构成远焦光学系统。构成第一透镜阵列830、第二透镜阵列840、偏振光发生元件880、重叠透镜850的结构，以便对应于用远焦光学系统缩小的光束宽度。再有，由于这些各光学元件的各功能与上述照明光学系统100和200中的第一透镜阵列30、第二透镜阵列40、偏振光发生元件180、重叠透镜50相同，所以省略其说明。

[0167] 在第八实施例的照明光学系统800中，把从光源820射出的聚焦光束通过发散透镜870转换成其光束宽度缩小的大致平行的光束，并入射到第一透镜阵列，经第二透镜阵列840、偏振光发生元件880和重叠透镜850对照明区域80进行照明。由此，可以将配置在发散透镜870后级的光学系统小型化，同时可以减小照明照明区域80的照明光的入射角。

[0168] 再有，在第八实施例中，也可以把发散透镜870与第一透镜阵列830在光学上一体化。此外，也可以把从第二透镜阵列840至重叠透镜850的各光学元件全部在光学上一体化。

[0169] H.第九实施例：

[0170] 图14是使用本发明的照明光学系统的投影型显示装置主要部分的平面示意结构图。该投影型显示装置900采用与作为第二实施例的照明光学系统200基本相同结构的照明光学系统200’。与照明光学系统200的不同点在于，在重叠透镜50的射出侧，配有反射镜90，以便向后述的分色镜912导入从重叠透镜50射出的光束。

[0171] 该投影型显示装置900包括照明光学系统200’，正交分色棱镜912、914，反射镜918、922、924，入射侧透镜930，中继透镜932，三片场透镜940、942、944，三片液晶光阀(液晶板)950、952、954，正交分色棱镜960和投影透镜系统970。

[0172] 如上所述，照明光学系统200’射出偏振方向一致的直线偏振光(在上述例中为s偏振光)的照明光，照明作为照明区域80的液晶光阀950、952、954。再有，在液晶光阀950、952、954的光入射面上，由于一般设有偏振光板，所以把从照明光学系统200’射出的直线偏振光的偏振方向作为可穿过这些偏振光板的偏振方向。如果这样，那么可以高效率利用从照明光学系统200’射出的照明光。

[0173] 两片分色镜912、914具有作为把从照明光学系统射出的照明光(白色光)分离成红、绿、蓝三种颜色光的颜色光分离装置的功能。第一分色镜912使从照明光学系统200’射出的白色光束的红色光成分穿过，同时反射蓝色光成分和绿色光成分。用反射镜918反射穿过第一分色镜912的红色光，经场透镜940到达红光用的液晶光阀950。该场透镜940把从重叠透镜50射出的各分光束转换成相对于其主光线大致平行的光束。设置在其它液晶光阀前的场透镜942、944也如此。在用第一分色镜912反射的蓝色光和绿色光中，由第二分色镜914反射绿色光，经场透镜942到达绿光用的液晶光阀952。另一方面，蓝色光穿过第二分色镜914，穿过配有入射侧透镜930、中继透镜932和反射镜922、924的中继透镜系统，再经场透镜(射出侧透镜)944到达蓝色光用的液晶光阀954。再有，在蓝色光上使用中继透镜系统的原因是由于蓝色光的光路长度比其它颜色光的光路长度长，为了防止光的利用效率下降的缘故。就是说，是为了把入射到入射侧透镜930的分光束原样传送给射出侧透镜944的缘故。

[0174] 三片液晶光阀950、952、954具有依据提供的图象信息(图象信号)，分别调制三色颜色光并形成图象的作为光调制装置的功能。再有，在液晶光阀950、952、954的入射面侧，配有与液晶板的每1个象素对应的图中未示出的微透镜。正交分色棱镜960具有作为合成三色颜色光并形成彩色图象的颜色光合成装置的功能。在正交分色棱镜960中，在四个直角棱镜的界面上大致X字形状地形成反射红光的电介质多层膜和反射蓝光的电介质多层膜。利用这些介质多层膜合成三种颜色光，形成投影彩色图象的合成光。用正交分色棱镜960生成的合成光射向投影透镜系统970的方向。投影透镜系统970具有作为投影光学系统的功能，把用正交分色棱镜960生成的合成光放大投射在投影屏幕900上，从而显示彩色图象。

[0175] 该投影型显示装置900通过使用照明光学系统200’，由于象第二实施例中说明的那样可以减小入射到配置在液晶光阀950、952、954的入射面侧的微透镜的光束的入射角，所以可以高效率聚焦入射到微透镜的光束，可以高效率利用液晶光阀950、952、954。此外，由于可以使入射到配置在照明光学系统200’后级的各透镜，例如场透镜940、942、944和入射侧透镜930、中继透镜932、投影透镜系统970的光束的主光线入射角也变小，所以还可以提高各透镜中光的利用效率。由此，可以实现更明亮均匀无不均情况的投影图象。

[0176] 此外，从照明光学系统200’射出一个偏振光束，例如在S偏振光束中射出偏振方向一致的光束。其结果，由于偏振方向一致的大致一种偏振光束被导入三处液晶光阀950、952、954，因配有这些液晶光阀的偏振光板产生的光吸收非常少，所以光的利用效率提高，可以获得明亮的投影图象。此外，由于因光吸收产生的发热量也非常少，所以可以抑制偏振光板和液晶板的温度上升。

[0177] 此外，作为本投影型显示装置900的照明光学系统，即使用上述其它实施例中的照明光学系统，也可以获得大致相同的效果。

[0178] 再有，本发明并不限于上述实施例和实施形态，在不脱离其要点的范围内可以在各种形态中实施，例如可以有以下的变形。

[0179] (1)虽示出了用上述各实施例说明的照明光学系统使用聚焦透镜和发散透镜两个光学元件构成远焦光学系统，集中配置在光源和第一透镜阵列之间、第一透镜阵列和第二透镜阵列之间等实例，但并不限于此，也可以把远焦光学系统的各结构元件分别配置在照明光学系统中的任一处。只要使从照明光学系统射出的光束入射到照明区域的角度减小就可以。

[0180] (2)在上述第八实施例中，说明了在透过型的投影型显示装置中采用本发明的照明光学系统情况的实例，但本发明也适用于反射型的投影型显示装置。其中，‘透过型’是指液晶光阀等的光调制装置为透过光类型，而‘反射型’是指光调制装置为反射光类型。在反射型的投影型显示装置中，可以将正交分色棱镜作为把白色光分离为红、绿、蓝三色光的颜色光分离装置来使用，同时也可以作为把调制的三色光再次合成向同一方向射出的颜色光合成装置来使用。在反射型的投影型显示装置中采用本发明的情况下，也可以获得与透过型的投影型显示装置大致相同的效果。

[0181] (3)此外，在第八实施例中，举例说明了显示彩色图象的投影型显示装置，但也适用于显示单色图象的投影型显示装置。在这种情况下，也可以获得与上述投影型显示装置同样的效果。

[0182] 工业上的利用可能性

[0183] 本发明这样的照明光学系统可适用于各种投影型显示装置。此外，本发明的投影型显示装置例如可适用于将从计算机输出的图象和从录象机输出的图象投影显示在屏幕上。