特許 7035667 照明光学系ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-07

(45)【発行日】2022-03-15

(54)【発明の名称】照明光学系ユニット

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20220308BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20220308BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20220308BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20220308BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 D

H04N5/74 Z

H04N9/31 500

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018050260

(22)【出願日】2018-03-16

(65)【公開番号】P2019159287

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2021-02-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】中山 裕俊

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼野 洋平

(72)【発明者】

【氏名】中村 果澄

【審査官】川俣 郁子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９８２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９５０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４２４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３３３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２５８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０８３２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７１７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２０６４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３１８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１５１１８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０４５８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２４０６７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ２１／００－２１／１０

２１／１２－２１／１３

２１／１３４－２１／３０

３３／００－３３／１６

Ｈ０４Ｎ５／６６－５／７４

９／１２－９／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像表示装置の画像表示素子を照明する照明光学系ユニットであって、
光源と、
前記光源からの光を、入射端面から入射した光の均一性を高めた光を出射端面から出射する光ミキシング素子へ導く光源光学系と、
前記光ミキシング素子の前記出射端面から出射した光を前記画像表示素子へ導く照明光学系と、を有し、
前記光源光学系は、
前記光源から出射された第１の波長を持つ第１の光束の少なくとも一部を、第２の波長を持つ第２の光束に変換する波長変換部材と、
前記第１の光束の光路と前記第２の光束の光路とを合成する光路合成手段と、
前記光路合成手段により合成された前記第１の光束および前記第２の光束を前記光ミキシング素子の前記入射端面に導く光学素子と、を有し、
前記光ミキシング素子は、互いに向かい合う反射面を有し、
前記向かい合う反射面は、前記光ミキシング素子の前記入射端面および前記出射端面と交わる平面を第１の平面としたとき、前記第１の平面と該向かい合う反射面とのそれぞれの交線同士の入射端面側の距離をＡ、出射端面側の距離をＢと距離としたとき、Ａ＜Ｂを満足する反射面であり、
前記光ミキシング素子の、前記入射端面および前記出射端面と交わる第１の平面での断面において、前記第１の光束の光源像の大きさをＬ１、前記第２の光束の光源像の大きさをＬ２としたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする照明光学系ユニット。
Ａ＞Ｌ１＞Ｌ２
ただし、光源像の大きさＬ１およびＬ２は、前記第１の平面において光の強度分布を１で規格化したとき、規格化強度が１／２になる２点間を結んだ距離とする。

【請求項2】

請求項１に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光ミキシング素子の入射端面の面積をＳＡ、前記光ミキシング素子の出射端面の面積をＳＢとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする照明光学系ユニット。
ＳＡ＜ＳＢ

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光ミキシング素子の入射端面と出射端面とは、平面形状が等しいことを特徴とする照明光学系ユニット。

【請求項4】

請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光ミキシング素子の入射端面のアスペクト比は、前記画像表示素子のアスペクト比よりも前記光源の発光領域のアスペクト比に近く、前記光ミキシング素子の出射端面のアスペクト比は、前記光源の発光領域のアスペクト比よりも前記画像表示素子のアスペクト比に近いことを特徴とする照明光学系ユニット。

【請求項5】

請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記画像表示素子は、二次元的に配列した複数の微小ミラーを有し、前記微小ミラーが傾くことでＯＮ状態とＯＦＦ状態を作り出し、前記ＯＮ状態の光が投影面に導かれ、画像の表示を可能とし、前記ＯＮ状態の微小ミラーの傾斜角度をθとし、前記出射端面から出射される前記光の出射全角をθ２ｏｕｔとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする照明光学系ユニット。
θ≧１２度
θ２ｏｕｔ／θ＜５．５
ただし、傾斜角度θは、前記画像表示素子の鉛直方向の軸に対する各微小ミラーの鉛直方向の軸の角度とし、
出射全角θ２ｏｕｔは、前記出射端面から出射される前記光の角度強度分布を１で規格化したとき、規格化強度が１／ｅ^２になるときの出射全角とする。

【請求項6】

請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光源から出射された第１の波長を持つ第１の光束は、偏光分離素子を透過または反射した後、波長変換部材に照射されて、第２の波長を持つ第２の光束を生成し、
前記第２の光束は、前記偏光分離素子を反射または透過した後、前記光源光学系を構成する光学素子により前記光ミキシング素子の前記入射端面に集光することを特徴とする照明光学系ユニット。

【請求項7】

請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光源から出射された第１の波長を持つ第１の光束は、波長分離素子を透過または反射した後、波長変換部材に照射されて、第２の波長を持つ第２の光束を生成し、
前記第２の光束は、前記波長分離素子を反射または透過した後、前記光源光学系を構成する光学素子により前記光ミキシング素子の入射端面に集光することを特徴とする照明光学系ユニット。

【請求項8】

請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光源は、固体光源を備えることを特徴とする照明光学系ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明光学系ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、画像表示装置であるプロジェクタの光源として、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられてきた。しかし、放電ランプでは、寿命が短い、瞬時点灯が難しい、及び色再現範囲が狭い等の課題があった。そこで、放電ランプに代わる光源として、ＬＤ（Laser Diode）又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの固体光源を用いたプロジェクタが提案されてきている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

ＬＤを光源として用いたプロジェクタは、青色の光を発するＬＤからなるＬＤアレイと蛍光ホイールとカラーホイールを用いてＲ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の３色の光を作り出す光学系を備えるのが一般的である。この一般的な光学系は、青色の光を発するＬＤからなるＬＤアレイから出射された青色の光を励起光とし、蛍光ホイール上に照射された青色の光を蛍光に変換する。光学系は、青色の光と蛍光それぞれがカラーホイールを透過し、時分割的にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の３色の光を作り出す。光学系で生成された光は、光ミキシング素子の入射端面に入射し、光ミキシング素子の出射端面から出射する。光ミキシング素子の出射端面から出射した光は、照明光学系により画像形成素子に照明される。画像形成素子で変調された光は、投射光学系により投影面であるスクリーンに投影される。

【0004】

近年、ＬＤを光源として用いたプロジェクタの高輝度化が求められており、光源から出射された光を、効率よくスクリーンに導く光学系が求められている。特許文献１の記載のプロジェクタの光学系は、光源から出射された光を光ミキシング素子に入射する光路において、効率を向上するための工夫がなされている。この特許文献１に記載の光学系は、光源から出射され、拡散部材で拡散された光を効率よく取り込むために、光ミキシング素子の入射端面を出射端面よりも大きくしている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１に示された光学系は、光ミキシング素子の入射端面を出射端面よりも大きくすることで、光ミキシング素子に入射する光の取り込み効率を向上できるが、出射端面から出射される光の出射角が大きくなる。このために、特許文献１に示された光学系は、光ミキシング素子よりも後段の光路で光のケラレが発生し、光学系全体では効率が落ちてしまう可能性があった。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ケラレの発生を抑制して、光学系全体の効率を向上することができる照明光学系ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画像表示装置の画像表示素子を照明する照明光学系ユニットであって、光源と、前記光源からの光を、入射端面から入射した光の均一性を高めた光を出射端面から出射する光ミキシング素子へ導く光源光学系と、前記光ミキシング素子の前記出射端面から出射した光を前記画像表示素子へ導く照明光学系と、を有し、前記光源光学系は、前記光源から出射された第１の波長を持つ第１の光束の少なくとも一部を、第２の波長を持つ第２の光束に変換する波長変換部材と、前記第１の光束の光路と前記第２の光束の光路とを合成する光路合成手段と、前記光路合成手段により合成された前記第１の光束および前記第２の光束を前記光ミキシング素子の前記入射端面に導く光学素子と、を有し、前記光ミキシング素子は、互いに向かい合う反射面を有し、前記向かい合う反射面は、前記光ミキシング素子の前記入射端面および前記出射端面と交わる平面を第１の平面としたとき、前記第１の平面と該向かい合う反射面とのそれぞれの交線同士の入射端面側の距離をＡ、出射端面側の距離をＢと距離としたとき、Ａ＜Ｂを満足する反射面であり、前記光ミキシング素子の、前記入射端面および前記出射端面と交わる第１の平面での断面において、前記第１の光束の光源像の大きさをＬ１、前記第２の光束の光源像の大きさをＬ２としたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする。Ａ＞Ｌ１＞Ｌ２、ただし、光源像の大きさＬ１およびＬ２は、第１の平面において光の強度分布を１で規格化したとき、規格化強度が１／２になる２点間を結んだ距離とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、ケラレの発生を抑制して、光学系全体で効率を向上することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態１に係る照明光学系ユニットを備える画像表示装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。

【図3】図３は、図１中のＩＩＩ部を拡大して示す画像表示装置の画像表示素子の要部を示す図である。

【図4】図４は、図２に示された照明光学系ユニットの蛍光ホイールの正面図である。

【図5】図５は、図２に示された照明光学系ユニットのカラーホイールの正面図である。

【図6】図６は、図２に示された照明光学系ユニットの光ミキシング素子を示す図である。

【図7】図７は、図６に示された光ミキシング素子の入射端面における第１の光束の光源像を示す平面図である。

【図8】図８は、図６に示された光ミキシング素子の入射端面における第２の光束の光源像を示す平面図である。

【図9】図９は、図７に示された光源像の光の強度分布を示す図である。

【図10】図１０は、図７に示された光源像の光の強度分布を示す図である。

【図11】図１１は、図６に示された光ミキシング素子の入射端面における第１の光束及び第２の光束の光源像を示す平面図である。

【図12】図１２は、図１に示された画像表示装置の画像表示素子の画像形成領域を示す図である。

【図13】図１３は、図２に示された照明光学系ユニットの光源の発光領域を示す図である。

【図14】図１４は、図２に示された照明光学系ユニットの照明光学系の構成例を示す図である。

【図15】図１５は、図２に示された照明光学系ユニットの光ミキシング素子の出射端面から出射される光の角度強度分布を示す図である。

【図16】図１６は、実施形態１に係る照明光学系ユニットの要部の動作を示す図である。

【図17】図１７は、実施形態２に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。

【図18】図１８は、実施形態３に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。

【図19】図１９は、実施形態４に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。

【図20】図２０は、実施形態５に係る画像表示装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照して、照明光学系ユニットの実施形態を詳細に説明する。
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る照明光学系ユニットを備える画像表示装置の構成例を示す図である。図２は、実施形態１に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。図３は、図１中のＩＩＩ部を拡大して示す画像表示装置の画像表示素子の要部を示す図である。図４は、図２に示された照明光学系ユニットの蛍光ホイールの正面図である。図５は、図２に示された照明光学系ユニットのカラーホイールの正面図である。

【0011】

図１及び図２に示す実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、画像表示素子２０１により生成された画像を拡大して、投影面３００に投射する画像表示装置２００を構成する。画像表示装置２００は、図１に示すように、照明光学系ユニット１と、画像表示素子２０１と、投射光学系ユニット２１０とを備える。なお、投影面３００は、白色のスクリーンの表面、白色の内壁面又は白色板の表面などである。

【0012】

実施形態１では、画像表示素子２０１は、直線であるＸ１方向に沿う長手方向と、Ｘ３方向に交差（実施形態１では、直交）するＹ１方向に沿う短手方向とを備えた矩形形状をしている。実施形態では、画像表示素子２０１は、図３に示す微小ミラー２０２をＸ１方向とＹ１方向とに沿って二次元的に配列した表示素子の一種であるＤＭＤ（Digital Mirror Device）を備える。画像表示素子２０１は、画像データに基づいてＤＭＤの各微小ミラー２０２を時分割駆動することで照明光学系ユニット１からの各色の光１００を画像データ通りの画像を形成するように反射させる。画像表示素子２０１は、照明光学系ユニット１からの光１００を変調して、画像データに応じた画像を生成する。なお、実施形態１では、画像表示素子２０１は、ＤＭＤを備えるが、本発明では、ＤＭＤの代わりに、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：透過型液晶）又はＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon：反射型液晶）を備えても良い。

【0013】

投射光学系ユニット２１０は、照明光学系ユニット１の光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射された光１００が照射されること等で画像表示素子２０１により生成された画像を拡大して投影面３００に投射するユニットである。投射光学系ユニット２１０は、複数のレンズ、絞りなどの光学素子２３１により構成されている。なお、実施形態１において、画像を形成するために用いられない光は、ＤＭＤの微小ミラー２０２の時分割駆動によりＯＦＦ光板に照射され、投影面３００へは投射されない。また、本発明は、投射光学系ユニット２１０として、屈折光学系のみから構成される光学系、屈折光学系と反射光学系を組み合わせた光学系、反射光学系のみから構成される光学系などを用いることができる。

【0014】

また、実施形態１の画像表示装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭ等に格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、画像表示装置２００及び照明光学系ユニット１の動作を制御する。

【0015】

図１及び図２に示す照明光学系ユニット１は、画像表示装置２００に光１００を照射して、画像表示装置２００を照明するユニットである。照明光学系ユニット１は、光源１０から出射された光１００である第１の光束１０１を励起光とし、第１の光束１０１を蛍光ホイール２２上に塗布された波長変換部材２３に照射し、波長変換部材２３から緑の波長を含む光１００である第２の光束１０２を生成する。

【0016】

照明光学系ユニット１は、光源１０と、第１の光束１０１と第２の光束１０２を光ミキシング素子３０至近の光学素子２１を用いて光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光する光源光学系２０とを備える光学系である。また、照明光学系ユニット１は、光ミキシング素子３０と、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射された光１００を画像表示素子２０１に照明する照明光学系４０とを備える光学系でもある。

【0017】

励起光である第１の光束１０１は、４５５ｎｍ近辺の波長の光の強度が最も強い青色帯域の光である。即ち、第１の光束１０１は、第１の波長である４５５ｎｍ近辺の波長を持つ光である。波長変換部材２３から出射される第２の光束１０２は、５５０ｎｍ近辺の波長の光の強度が最も強い緑の波長を含む光である。即ち、第２の光束１０２は、第２の波長である５５０ｎｍ近辺の波長を持つ光である。なお、本発明では、上記光束１０１，１０２の波長は、これらに限定されるものではなく、広く適用されるものである。すなわち、第１の光束１０１は、青色帯域の光に限定されるものではなく、紫外帯域の光であっても良い。また、波長変換部材２３から出射される第２の光束１０２は、緑色帯域の光を含んでいればよく、黄色として出射される光であっても良い。また、第１の光束１０１は、例えば、Ｐ偏光をしている。

【0018】

（光源）
実施形態１では、光源１０は、光１００である第１の光束１０１を出射するＬＤ（Laser Diode）又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの固体光源１１を複数備える。実施形態１では、光源１０は、Ｘ１方向に対応するＸ２方向と、Ｘ２方向に交差（実施形態１では、直交）しかつＹ１方向に対応するＹ２方向とに沿って、間隔をあけて複数の固体光源１１を並べている。即ち、実施形態１では、光源１０は、固体光源１１を２次元アレイ状に配置している。なお、実施形態１では、光源１０は、固体光源１１を２次元アレイ状に配置しているが、本発明では、白色光を生成する高圧水銀ランプなどの種々の光源でも良い。

【0019】

（光源光学系）
光源光学系２０は、光源１０からの光１００を光ミキシング素子３０へ導くものである。光源光学系２０は、複数の光学素子２１と、蛍光ホイール２２と、波長変換部材２３とを備える。実施形態１では、光源光学系２０は、光源１０が出射した第１の光束１０１を光学素子２１である両凸レンズ２１１と両凹レンズ２１２とに順に透過させて平行光に形成して、光学素子２１である偏光分離素子（以下、偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter：ＰＢＳ）と呼ぶ）２１３に照射する。

【0020】

実施形態１において、偏光ビームスプリッタ２１３の膜特性は、Ｐ偏光である第１の光束１０１を透過し、Ｐ偏光以外の偏光（Ｓ偏光及び非偏光）の光１００を反射する特性を持つ。実施形態１では、第１の光束１０１は、Ｐ偏光をしているために、偏光ビームスプリッタ２１３を透過する。光源光学系２０は、偏光ビームスプリッタ２１３を透過した第１の光束１０１を光学素子２１である１／４波長板２１４に透過し、第１の光束１０１を１／４波長板２１４の透過後に円偏光に変換する。光源光学系２０は、円偏光に変換された第１の光束１０１を光学素子２１であるレンズ２１５に透過して蛍光ホイール２２上に集光する。

【0021】

蛍光ホイール２２は、光１００を反射するものであり、実施形態１では円板状に形成されて、軸心回りに回転される。蛍光ホイール２２は、図４に示すように、波長変換部材２３が塗布されて設けられた第１セグメント２２１と、波長変換部材２３が塗布されていない第２セグメント２２２とを有する。蛍光ホイール２２は、第１セグメント２２１と第２セグメント２２２とを周方向に配置している。波長変換部材２３は、光源１０から出射された第１の波長を持つ第１の光束１０１の少なくとも一部を第２の波長を持つ第２の光束１０２に変換するものである。なお、蛍光ホイール２２は、第１、第２セグメント２２１，２２２に分けず、波長変換効率を例えば波長変換部材２３の膜厚により調整した波長変換部材２３を全周にわたって塗布し、第１の光束１０１の一部を第２の波長を持つ第２の光束１０２に変換し、一部を第１の波長のまま波長変換部材２３の下に設けられた反射部材により反射するような構成としてもよい。

【0022】

光源光学系２０は、円偏光に変換された第１の光束１０１を蛍光ホイール２２の第１セグメント２２１と第２セグメント２２２とに照射する。第１セグメント２２１に照射された第１の光束１０１は、波長変換が行われて、第２の光束１０２に波長変換され、非偏光で反射される。第２セグメント２２２に照射された第１の光束１０１は、波長変換が行われることなく、反射され、逆まわりの円偏光となり、再度１／４波長板２１４を透過した後、Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光の第１の光束１０１と非偏光の第２の光束１０２は、偏光ビームスプリッタ２１３で反射され、光学素子２１であるレンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光される。このように、光源光学系２０は、緑の波長を含む第２の光束１０２の生成方法及び光路を規定することで、光利用効率を向上させることができる。なお、レンズ２１１，２１２，２１５，２１６、１／４波長板２１４及び偏光ビームスプリッタ２１３は、蛍光ホイール２２により反射された第１の光束１０１の光路と第２の光束１０２の光路とを合成する光路合成手段２４を構成している。

【0023】

また、実施形態１では、光源光学系２０は、レンズ２１６と光ミキシング素子３０との間に、第１の光束１０１と第２の光束１０２とを有する光１００をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｙ（黄色）及びＢ（青色）の光１００に時分割するカラーホイール２５を備えている。カラーホイール２５は、光１００を透過するものである。カラーホイール２５は、図５に示すように、透過する光１００から赤色の光１００を取り出す第１セグメント２５１と、緑色の光１００を取り出す第２セグメント２５２と、黄色の光１００を取り出す第３セグメント２５３と、青色の光１００を取り出す第４セグメント２５４とを有する。カラーホイール２５は、第１セグメント２５１と第２セグメント２５２と第３セグメント２５３と第４セグメント２５４とを周方向に配置している。

【0024】

カラーホイール２５は、第１の光束１０１が透過する際、青色の光１００を取り出し、緑の波長を含む第２の光束１０２が透過する際、緑色の光１００、赤色の光１００、及び黄色の光１００を取り出すことが可能である。なお、実施形態１では、光源光学系２０は、光１００から青色の光１００、緑色の光１００、赤色の光１００、及び黄色の光１００の全てを取り出すためにカラーホイール２５を備えるが、本発明は、光から青色の光１００、緑色の光１００、赤色の光１００、及び黄色の光１００の全てを取り出す必要がない場合には、カラーホイール２５を設けなくても良い。

【0025】

光源光学系２０から出射された第１の光束１０１と第２の光束１０２とを有する光１００は、レンズ２１６により、光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光される。このために、レンズ２１６は、光路合成手段２４により合成された第１の光束１０１および第２の光束１０２を光ミキシング素子３０の入射端面３１に導くものである。前述した構成の光源光学系２０では、光源１０から出射された第１の波長を持つ第１の光束１０１は、偏光ビームスプリッタ２１３を透過した後、波長変換部材２３に照射されて、第２の波長を持つ第２の光束１０２を生成する。生成された第２の光束１０２は、偏光ビームスプリッタ２１３を反射した後、レンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光する。

【0026】

（光ミキシング素子）
図６（ａ）は、図２に示された照明光学系ユニットの光ミキシング素子を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）中のＶＩｂ－ＶＩｂ線に沿う断面図である。図７は、図６に示された光ミキシング素子の入射端面における第１の光束の光源像を示す平面図である。図８は、図６に示された光ミキシング素子の入射端面における第２の光束の光源像を示す平面図である。図９は、図７に示された光源像の光の強度分布を示す図である。図１０は、図７に示された光源像の光の強度分布を示す図である。図１１は、図６に示された光ミキシング素子の入射端面における第１の光束及び第２の光束の光源像を示す平面図である。

【0027】

光ミキシング素子３０は、入射端面３１から入射した光１００の照度分布の均一性を入射前の照度分布の均一性よりも高めた光１００を出射端面３２から出射する光学素子である。実施形態１では、光ミキシング素子３０として、公知のライトトンネルを用いているが、本発明は、光ミキシング素子３０として、ライトトンネルに限定されるものではなく、ロッドインテグレータやライトパイプなどを用いてもよい。

【0028】

実施形態１では、光ミキシング素子３０は、レンズ２１６と対向する入射端面３１と、照明光学系４０と対向する出射端面３２それぞれの平面形状が、少なくとも４つの頂点を結ぶ線分で形成された矩形状である。入射端面３１と出射端面３２は、互いに平行に配置され、かつそれぞれ矩形状に形成されて、互いに平面形状が等しい。また、入射端面３１と出射端面３２の長手方向は、Ｘ１方向に対応するＸ３方向と平行であり、入射端面３１と出射端面３２の短手方向は、Ｙ１方向に対応するＹ３方向と平行である。

【0029】

また、光ミキシング素子３０は、入射端面３１の面積をＳＡとし、出射端面３２の面積をＳＢとしたとき、以下の条件式１を満足する。
ＳＡ＜ＳＢ・・・式１

【0030】

光ミキシング素子３０の入射端面３１と出射端面３２とに連なる外側面は、光ミキシング素子３０内を透過する光１００を反射する反射面３３である。実施形態１では、光ミキシング素子３０は、反射面３３を四枚備えている。光ミキシング素子３０は、入射端面３１から出射端面３２に向かうにしたがってＸ３方向及びＹ３方向の幅が断続的に増加する四角錐台状に形成されて、反射面３３間の距離が入射端面３１から出射端面３２に向かうにしたがって徐々に広がっている。なお、実施形態１では、光ミキシング素子３０は、四角錐台状に形成されているが、本発明では、少なくとも一部分に反射面３３を有するのであれば、円錐台、四角形以外の多角形錐台状等の他の種々の形状に形成されても良い。

【0031】

また、光ミキシング素子３０は、光ミキシング素子３０の入射端面３１および出射端面３２と交わる図６（ａ）中に二点鎖線で示す平面３４での断面において、互いに向かい合う２つの反射面３３を有する。平面３４を第１の平面３４としたとき、第１の平面３４と向かい合う反射面３３それぞれとの交線（以下、符号３３－１及び３３－２と記す）同士の、入射端面３１側の距離をＡとし、第１の平面３４と反射面３３のそれぞれとの交線３３－１，３３－２同士の、出射端面３２における距離をＢとする（図６（ｂ）に示す）。また、入射端面３１における光源１０からの光１００の光源像１００Ａ（図７び図８に示す）の大きさをＬ０とすると、光ミキシング素子３０は、以下の条件式２、３を満足する。
Ａ＜Ｂ・・・式２ およびＬ０＜Ａ・・・式３

【0032】

ただし、光源像１００Ａの大きさＬ０は、第１の平面３４と交わる断面において、光１００の強度分布を１で規格したとき、規格化後の強度が１／２になる２点ＹＡ１，ＹＡ２間を結んだ距離である。図９及び図１０に示す規格化後の光源像１００Ａの強度分布は、光１００の最大強度を１と示し、最大強度となる位置以外の光１００の強度を１よりも小さい値で示している。また、図９及び図１０に示す光源像１００Ａの強度分布は、最大強度となる位置から離れるのにしたがって光１００の強度が徐々に低下している。光源像１００Ａの大きさＬ０は、図９及び図１０に示す光源像１００Ａの強度分布において、１／２になる２点ＹＡ１，ＹＡ２間の距離である。

【0033】

なお、図６は、入射端面３１の平面視においてＹ３方向と平行な第１の平面３４を示している。このために、距離Ａは、光ミキシング素子３０の入射端面３１における反射面３３間の最短距離であり、距離Ｂは、光ミキシング素子３０の入射端面３１における反射面３３間の最短距離である。図６は、入射端面３１の平面視においてＹ３方向と平行な平面３４を示しているが、本発明は、第１の平面３４は、Ｙ３方向と平行なものに限定されない。

【0034】

また、光ミキシング素子３０の入射端面３１および出射端面３２と交わる第１の平面３４と交わる断面において、第１の光束１０１の光源像１０１Ａの大きさをＬ１（図９に示す）とし、第２の光束１０２の光源像１０２Ａの大きさをＬ２（図１０に示す）とする。照明光学系ユニット１は、図１１に示すように、以下の条件式４を満足するように、光路合成手段２４の各光学素子２１が設計されている。
Ｌ１＞Ｌ２・・・式４

【0035】

このように、照明光学系ユニット１は、光ミキシング素子３０の入射端面３１に形成される第２の光束１０２の光源像１０２Ａの大きさＬ２は、光ミキシング素子３０の入射端面３１に形成される第１の光束１０１の光源像１０１Ａの大きさＬ１よりも小さい。なお、実施形態１では、照明光学系ユニット１は、条件式４を満足するように、光路合成手段２４の各光学素子２１が設計されているが、本発明は、カラーホイール２５の第４セグメント２５４に拡散板が設置されて、条件式４を満足しても良い。ただし、光源像１０１Ａ，１０２Ａの大きさＬ１，Ｌ２は、光源像１００Ａの大きさＬ０と同様に、第１の平面３４と交わる断面において、第１の光束１０１及び第２の光束１０２の強度分布を１で規格したとき、規格化後の強度が１／２になる２点ＹＡ１，ＹＡ２間を結んだ距離である。なお、図９及び図１０の横軸は、入射端面３１上のＹ３方向の位置を示している。

【0036】

図１２は、図１に示された画像表示装置の画像表示素子の画像形成領域を示す図である。図１３は、図２に示された照明光学系ユニットの光源の発光領域を示す図である。

【0037】

また、光ミキシング素子３０の入射端面３１のアスペクト比は、画像表示素子２０１の図１２に示す画像形成領域２０３のアスペクト比よりも光源１０の図１３に示す発光領域１２のアスペクト比に近い。光ミキシング素子３０の出射端面３２のアスペクト比は、光源１０の発光領域１２のアスペクト比よりも画像表示素子２０１の画像形成領域２０３のアスペクト比に近い。なお、光ミキシング素子３０の入射端面３１及び出射端面３２のアスペクト比は、入射端面３１及び出射端面３２それぞれのＸ３方向の寸法とＹ３方向の寸法との比である。光源１０の発光領域１２のアスペクト比は、光源１０の発光領域１２のＸ２方向の寸法とＹ２方向の寸法との比である。画像表示素子２０１の画像形成領域２０３のアスペクト比は、画像形成領域２０３のＸ１方向の寸法とＹ１方向の寸法との比である。

【0038】

ここで、光源１０の発光領域１２の定義を述べる。実施形態１において、光源１０は、第１の波長を持つ第１の光束１０１を発する固体光源１１が２次元アレイ状に配置されている。光源１０の発光領域１２は、光源１０から出射される光１００を集光するために必要な最多数の光学素子２１で共有される軸を光軸とし、光軸から最も離れた固体光源１１の発光点を４隅とするように囲まれた領域である。実施形態１では、光源１０の発光領域１２のアスペクト比が４：３であり、画像表示素子２０１の画像形成領域２０３のアスペクト比が１６：９である。実施形態１では、光ミキシング素子３０の入射端面３１のアスペクト比は、１６：９よりも４：３に近く、光ミキシング素子３０の出射端面３２のアスペクト比は、４：３よりも１６：９に近い。

【0039】

なお、実施形態１では、光源１０の発光領域１２のアスペクト比が４：３であり、画像表示素子２０１の画像形成領域２０３のアスペクト比が１６：９であるが、アスペクト比は、これらに限定されずに、本発明は、様々なアスペクト比に適用される。

【0040】

（照明光学系）
図１４は、図２に示された照明光学系ユニットの照明光学系の構成例を示す図である。図１５は、図２に示された照明光学系ユニットの光ミキシング素子の出射端面から出射される光の角度強度分布を示す図である。照明光学系４０は、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射した光１００を画像表示素子２０１に導くものである。照明光学系４０は、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射された光１００を画像表示素子２０１に照明するものでもある。

【0041】

照明光学系４０は、図１４に示すように、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射された光１００を透過する照明用レンズ４１と、照明用レンズ４１を透過した光１００を反射する平面ミラー４２と、平面ミラー４２が反射した光１００を画像表示素子２０１に集光する曲面ミラー４３を備えている。実施形態１において、照明光学系４０は、図１に示す光学素子を用いているが、本発明は、照明に必要な構成であれば、照明光学系４０は、図１４に示す構成に限定されるものではない。

【0042】

また、図１に示された画像表示装置２００の画像表示素子２０１は、図３に示す二次元的に配列した複数の微小ミラー２０２を有し、微小ミラー２０２が傾くことでＯＮ状態とＯＦＦ状態とを作り出す。画像表示素子２０１は、ＯＮ状態の光１００を投射光学系ユニット２１０に向けて反射し、ＯＮ状態の光１００を投影面３００に導いて、画像の表示を可能とする。

【0043】

ここで、ＯＮ状態の微小ミラー２０２の傾斜角度をθ（図３に示す）とし、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される光１００である第２の光束１０２の出射全角をθ２ｏｕｔとしたとき、以下の条件式５及び６を満足する。
θ≧１２度・・・式５
θ２ｏｕｔ／θ＜５．５・・・式６

【0044】

ここで、ＯＮ状態の微小ミラー２０２の傾斜角度θの定義を述べる。傾斜角度θは、図３に示すように、画像表示素子２０１において、画像表示素子２０１の鉛直方向の軸である光軸２０１Ａに対する各微小ミラー２０２の鉛直方向の軸である光軸２０２Ａの角度で定義される。

【0045】

次に、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される第２の光束１０２の出射全角θ２ｏｕｔの定義を述べる。出射全角θ２ｏｕｔは、図１５に示すように、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される第２の光束１０２の角度強度分布を１で規格化したとき、規格化強度が１／ｅ^２になるときの出射全角で定義される。図１５に示す規格化後の出射端面３２から出射される第２の光束１０２の角度強度分布は、第２の光束１０２の最大強度を１と示し、第２の光束の最大強度となる角度以外の強度を１よりも小さく示している。また、図１５に示す第２の光束１０２の強度分布は、最大強度となる角度よりも大きく又は小さくなるのにしたがって強度が徐々に低下している。出射全角θ２ｏｕｔは、図１５に示す第２の光束１０２の強度分布において、１／ｅ^２になる２つの向きθ１，θ２間の角度である。なお、図１５の横軸の角度は、出射端面３２に対する角度を示している。

【0046】

実施形態１では、照明光学系ユニット１は、例えば、ＯＮ状態の微小ミラー２０２の傾斜角度θが１２度以上である場合、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される第２の光束１０２の出射全角θ２ｏｕｔが６６度以下でなければならない。照明光学系ユニット１は、出射全角θ２ｏｕｔが６６度より大きいと、光ミキシング素子３０よりも後段の光路である、照明光学系４０や投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレを抑制することはできない。

【0047】

前述した構成の照明光学系ユニット１は、前述した構成の光ミキシング素子３０を備えているので、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される光１００である第２の光束１０２の出射全角θ２ｏｕｔは、図１６に示すように、光ミキシング素子３０の入射端面３１に入射する第２の光束１０２の入射角θ２ｉｎよりも小さくなる。なお、図１６は、実施形態１に係る照明光学系ユニットの要部の動作を示す図である。図１６は、光ミキシング素子３０の代わりに従来の光ミキシング素子を備える場合の第２の光束１０２の光路を点線で示し、実施形態１に係る構成の光ミキシング素子３０を備える場合の第２の光束１０２の光路を実線で示し、第１の光束１０１を省略している。実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される第１の光束１０１の出射全角は、光ミキシング素子３０の入射端面３１に入射する第１の光束１０１の入射角よりも小さくなる。

【0048】

実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、前述した構成の光ミキシング素子３０を備えることで、図１６中に点線で示す場合よりも、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される光束１０１，１０２の幅を狭くできる。このため、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、照明光学系４０や投射光学系ユニット２１０、及び投射光学系ユニット２１０内の光学素子２３１の一つである絞りでの光１００のケラレを抑制できる。従って、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、緑の波長を含む光１００、及び緑の波長と異なるスペクトルを示す光１００について、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される光１００の出射角を小さくすることができることで、照明光学系４０や投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレを抑制し、光利用効率を向上させることができる。

【0049】

実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、前述した条件式２及び３を満足するので、光源像１００Ａの大きさＬ０を距離Ａと距離Ｂとの双方よりも小さくすることにより、光ミキシング素子３０の入射端面３１での緑の波長を含む光１００のケラレを抑制することができる。また、照明光学系ユニット１は、前述した条件式２を満たすので、光ミキシング素子３０を出射端面３２に向かうにしたがって徐々に大きくなるテーパー形状にすることにより、光ミキシング素子３０の出射端面３２から射出される光１００である第２の光束１０２の出射全角θ２ｏｕｔを小さくすることができる。その結果、照明光学系ユニット１は、照明光学系４０及び投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレの発生を抑制し、光学系全体の光利用効率を向上させることができる。

【0050】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、入射端面３１での緑の波長を含む光１００のケラレを抑制することができるので、後段の光学系の設計の自由度をあげることができる。

【0051】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、緑の波長を含む第２の光束１０２の光源像１０２Ａの大きさＬ２を、光ミキシング素子３０の入射端面３１における反射面３３間の最短距離である距離Ａよりも小さくしている。照明光学系ユニット１は、光ミキシング素子３０の入射端面３１での光１００のケラレを抑制し、かつ光ミキシング素子３０を上記のようなテーパー形状にすることにより、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される光１００の角度を小さくできるため、照明光学系４０や投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレを抑制し、光利用効率を向上させることができる。

【0052】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、前述した条件式１を満足するので、光ミキシング素子３０を出射端面３２に向かうにしたがって徐々に大きくすることができる。このために、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、出射全角θ２ｏｕｔを小さくすることができる。その結果、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、照明光学系４０及び投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレの発生を抑制し、光学系全体の光利用効率を向上させることができる。

【0053】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、入射端面３１と出射端面３２とは平面形状が等しいので、光ミキシング素子３０内での損失を抑制することができる。

【0054】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、入射端面３１のアスペクト比が光源１０の発光領域１２のアスペクト比に近く、出射端面のアスペクト比が画像表示素子２０１のアスペクト比に近いので、光学系全体での光１００のケラレを抑制し、光利用効率を向上できる。

【0055】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、光源光学系２０が波長変換部材２３と光路合成手段２４とレンズ２１６とを備えているので、第１の光束１０１と第２の光束１０２とを合成して、光ミキシング素子３０の入射端面３１に入射することができる。

【0056】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、前述した条件式４を満足するので、緑の波長を含む第２の光束１０２の光源像１０２Ａの大きさＬ２を、光ミキシング素子３０の入射端面３１の距離Ａよりも極めて小さくすることができる。その結果、照明光学系ユニット１は、光ミキシング素子３０の入射端面３１での光１００のケラレを抑制し、光利用効率を向上させることができる。

【0057】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、前述した条件式５及び５を満足するので、照明光学系４０や投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレを抑制し、光利用効率を向上させることができる。

【0058】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、光源１０から出射された第１の波長を持つ第１の光束１０１から第２の波長を持つ第２の光束１０２を生成し、生成された第２の光束１０２を光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光するので、光利用効率を向上させることができる。

【0059】

また、実施形態１に係る照明光学系ユニット１は、光源１０が固体光源１１を備えるので、光源１０が、エタンデュ（Etendue）の小さい固体光源１１を用いることとなり、光１００のケラレを抑制し、光利用効率を向上させることができる。

【0060】

〔実施形態２〕
図１７は、実施形態２に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。本明細書は、実施形態２において、図１７の実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

【0061】

実施形態２に係る照明光学系ユニット１－２は、偏光ビームスプリッタ２１３－２の膜特性と光源光学系２０－２の各構成要素の配置が異なること以外、実施形態１に係る照明光学系ユニット１と構成が等しい。

【0062】

実施形態２において、偏光ビームスプリッタ２１３－２の膜特性は、Ｐ偏光である第１の光束１０１を反射し、Ｐ偏光以外の偏光（Ｓ偏光及び非偏光）の光１００を透過する特性を持つ。実施形態２では、第１の光束１０１は、Ｐ偏光をしているために、偏光ビームスプリッタ２１３－２により反射される。光源光学系２０－２は、偏光ビームスプリッタ２１３－２を反射した第１の光束１０１を光学素子である１／４波長板２１４に透過し、第１の光束１０１を１／４波長板２１４の透過後に円偏光に変換する。光源光学系２０は、円偏光に変換された第１の光束１０１を蛍光ホイール２２に照射するとともに、光学素子であるレンズ２１５に透過して蛍光ホイール２２上に集光する。

【0063】

光源光学系２０－２は、円偏光に変換された第１の光束１０１を蛍光ホイール２２の第１セグメント２２１と第２セグメント２２２とに照射する。第１セグメント２２１に照射された第１の光束１０１は、波長変換が行われて、第２の光束１０２に波長変換され、非偏光で反射される。第２セグメント２２２に照射された第１の光束１０１は、波長変換が行われることなく、反射され、逆まわりの円偏光となり、再度１／４波長板２１４を透過した後、Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光の第１の光束１０１と非偏光の第２の光束１０２は、偏光ビームスプリッタ２１３－２を透過し、レンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光される。

【0064】

前述した構成の照明光学系ユニット１－２の光源光学系２０－２では、光源１０から出射された第１の波長を持つ第１の光束１０１は、偏光ビームスプリッタ２１３－２を反射した後、波長変換部材２３に照射されて、第２の波長を持つ第２の光束１０２を生成する。生成された第２の光束１０２は、偏光ビームスプリッタ２１３－２を透過した後、レンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光する。

【0065】

実施形態２に係る照明光学系ユニット１－２は、前述した光ミキシング素子３０を備えるので、光ミキシング素子３０の入射端面３１での緑の波長を含む光１００のケラレを抑制することができる。また、照明光学系ユニット１－２は、前述した光ミキシング素子３０を備えるので、光ミキシング素子３０を出射端面３２に向かうにしたがって徐々に大きくなるテーパー形状にすることにより、光ミキシング素子３０の出射端面３２から射出される光１００である第２の光束１０２の出射全角θ２ｏｕｔを小さくすることができる。その結果、照明光学系ユニット１－２は、実施形態１と同様に、照明光学系４０及び投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレの発生を抑制し、光学系全体の光利用効率を向上させることができる。

【0066】

〔実施形態３〕
図１８は、実施形態３に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。本明細書は、実施形態３において、図１８の実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

【0067】

実施形態３に係る照明光学系ユニット１－３は、光源光学系２０－３の構成が異なること以外、実施形態１に係る照明光学系ユニット１と構成が等しい。

【0068】

実施形態３に係る照明光学系ユニット１－３の光源光学系２０－３は、光源１０が出射した第１の光束１０１を光学素子２１である両凸レンズ２１１と両凹レンズ２１２とに順に透過させて平行光に形成して、光学素子２１である波長分離素子（以下、ダイクロイックミラー（Dichroic mirror）と呼ぶ）２１７に照射する。

【0069】

実施形態３において、ダイクロイックミラー２１７の膜特性は、第１の波長を持つ第１の光束１０１を透過し、第１の波長以外の波長の光１００を反射する特性を持つ。実施形態３では、第１の光束１０１は、第１の波長を持つために、ダイクロイックミラー２１７を透過する。光源光学系２０－３は、ダイクロイックミラー２１７を透過した第１の光束１０１を光学素子２１であるレンズ２１５に透過して蛍光ホイール２２上に集光し、蛍光ホイール２２の第１セグメント２２１及び第２セグメント２２２に照射する。

【0070】

実施形態３において、光源光学系２０－３は、蛍光ホイール２２の第１セグメント２２１に照射した第１の光束１０１を第２の光束１０２に波長変換して、反射し、第２セグメント２２２に照射した第１の光束１０１を蛍光ホイール２２に透過する。光源光学系２０－３は、蛍光ホイール２２を透過した第１の光束１０１を、光学素子２１であるレンズ２１８及び平面ミラー２１９により再度ダイクロイックミラー２１７まで導く。

【0071】

光源光学系２０－３は、第１セグメント２２１で反射した第２の光束１０２をダイクロイックミラー２１７で反射し、ダイクロイックミラー２１７まで導いた第１の光束１０１をダイクロイックミラー２１７に透過して、光束１０１，１０２の光路をダイクロイックミラー２１７で合成する。光源光学系２０－３は、ダイクロイックミラー２１７で光路を合成した光束１０１，１０２を、レンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光する。なお、レンズ２１１，２１２，２１５，２１８、平面ミラー２１９及びダイクロイックミラー２１７は、蛍光ホイール２２を透過した第１の光束１０１の光路と第２の光束１０２の光路とを合成する光路合成手段２４を構成している。

【0072】

前述した構成の照明光学系ユニット１－３の光源光学系２０－３では、光源１０から出射された第１の波長を持つ第１の光束１０１は、ダイクロイックミラー２１７を透過した後、波長変換部材２３に照射されて、第２の波長を持つ第２の光束１０２を生成する。生成された第２の光束１０２は、ダイクロイックミラー２１７を反射した後、レンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光する。

【0073】

実施形態３に係る照明光学系ユニット１－３は、前述した光ミキシング素子３０を備えるので、光ミキシング素子３０の入射端面３１での緑の波長を含む光１００のケラレを抑制することができる。また、照明光学系ユニット１－３は、前述した光ミキシング素子３０を備えるので、光ミキシング素子３０を出射端面３２に向かうにしたがって徐々に大きくなるテーパー形状にすることにより、光ミキシング素子３０の出射端面３２から射出される光１００である第２の光束１０２の出射全角θ２ｏｕｔを小さくすることができる。その結果、照明光学系ユニット１－３は、実施形態１と同様に、照明光学系４０及び投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレの発生を抑制し、光学系全体の光利用効率を向上させることができる。

【0074】

〔実施形態４〕
図１９は、実施形態４に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。本明細書は、実施形態４において、図１９の実施形態３と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

【0075】

実施形態４に係る照明光学系ユニット１－４は、ダイクロイックミラー２１７－４の膜特性と光源光学系２０－４の各構成要素の配置が異なること以外、実施形態３に係る照明光学系ユニット１－３と構成が等しい。

【0076】

実施形態４に係る照明光学系ユニット１－４の光源光学系２０－４のダイクロイックミラー２１７－４の膜特性は、第１の波長を持つ第１の光束１０１を反射し、第１の波長以外の波長の光１００を透過する特性を持つ。実施形態４では、第１の光束１０１は、第１の波長を持つために、ダイクロイックミラー２１７－４を反射し、ダイクロイックミラー２１７－４を反射した第１の光束１０１をレンズ２１５に透過して蛍光ホイール２２上に集光し、蛍光ホイール２２の第１セグメント２２１及び第２セグメント２２２に照射する。

【0077】

実施形態４において、光源光学系２０－４は、蛍光ホイール２２の第１セグメント２２１に照射した第１の光束１０１を第２の光束１０２に波長変換して、反射し、第２セグメント２２２に照射した第１の光束１０１を蛍光ホイール２２が透過し、レンズ２１８及び平面ミラー２１９により再度ダイクロイックミラー２１７－４まで導く。

【0078】

光源光学系２０は、第１セグメント２２１で反射した第２の光束１０２をダイクロイックミラー２１７－４に透過し、ダイクロイックミラー２１７－４まで導いた第１の光束１０１をダイクロイックミラー２１７－４で反射して、光束１０１，１０２の光路をダイクロイックミラー２１７－４で合成する。光源光学系２０は、ダイクロイックミラー２１７－４で光路を合成した光束１０１，１０２を、レンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光する。

【0079】

前述した構成の照明光学系ユニット１の光源光学系２０では、光源１０から出射された第１の波長を持つ第１の光束１０１は、ダイクロイックミラー２１７－４を反射した後、波長変換部材２３に照射されて、第２の波長を持つ第２の光束１０２を生成する。生成された第２の光束１０２は、ダイクロイックミラー２１７－４を透過した後、レンズ２１６により光ミキシング素子３０の入射端面３１に集光する。

【0080】

実施形態４に係る照明光学系ユニット１－４は、前述した光ミキシング素子３０を備えるので、光ミキシング素子３０の入射端面３１での緑の波長を含む光１００のケラレを抑制することができる。また、照明光学系ユニット１－４は、前述した光ミキシング素子３０を備えるので、光ミキシング素子３０を出射端面３２に向かうにしたがって徐々に大きくなるテーパー形状にすることにより、光ミキシング素子３０の出射端面３２から射出される光１００である第２の光束１０２の出射全角θ２ｏｕｔを小さくすることができる。その結果、照明光学系ユニット１－４は、実施形態１と同様に、照明光学系４０及び投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレの発生を抑制し、光学系全体の光利用効率を向上させることができる。

【0081】

〔実施形態５〕
図２０は、実施形態５に係る画像表示装置の構成例を示す図である。本明細書は、実施形態５において、実施形態１から実施形態４と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

【0082】

実施形態５に係る画像表示装置２００は、図２０に示すように、照明光学系ユニット１と、画像表示素子２０１と、投射光学系ユニット２１０と、電源２２０とを装置本体２２３の内部に備える。なお、図２０は、実施形態１に係る照明光学系ユニット１を備えているが、本発明では、画像表示装置２００は、実施形態２から実施形態４に係る照明光学系ユニット１－２，１－３，１－４のいずれかを備えても良い。

【0083】

実施形態５に係る画像表示装置２００は、照明光学系ユニット１を備えることで、緑の波長を含む光１００について、光源像１００Ａの大きさＬ０を、光ミキシング素子３０の入射端面３１の距離Ａよりも小さくすることにより、光ミキシング素子３０の入射端面３１の光１００のケラレを抑制できる。画像表示装置２００は、光ミキシング素子３０をテーパー形状にすることにより、光ミキシング素子３０の出射端面３２から出射される光１００の出射全角を小さくできるため、照明光学系４０や投射光学系ユニット２１０での光１００のケラレを抑制し、光利用効率を向上させた画像表示装置２００を提供することができる。

【符号の説明】

【0084】

１，１－２，１－３，１－４ 照明光学系ユニット
１０ 光源
１１ 固体光源
１２ 発光領域
２０，２０－２，２０－３，２０－４ 光源光学系
２３ 波長変換部材
２４ 光路合成手段
３０ 光ミキシング素子
３１ 入射端面
３２ 出射端面
３３ 反射面
３３－１，３３－２ 交線
３４ 平面（第１の平面）
１００ 光
１００Ａ 光源像
１０１ 第１の光束
１０１Ａ 光源像
１０２ 第２の光束
１０２Ａ 光源像
２００ 画像表示装置
２０１ 画像表示素子
２０１Ａ 光軸（軸）
２０２ 微小ミラー
２０２Ａ 光軸（軸）
２１３ 偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）
２１３－２ 偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）
２１６ レンズ（光学素子）
２１７ ダイクロイックミラー（波長分離素子）
２１７－４ ダイクロイックミラー（波長分離素子）
３００ 投影面
Ａ 距離
Ｂ 距離
Ｌ０ 大きさ
Ｌ１ 大きさ
Ｌ２ 大きさ
ＳＡ 面積
ＳＢ 面積
ＹＡ１ 点
ＹＡ２ 点
θ 傾斜角度
θ２ｏｕｔ 出射全角

【先行技術文献】

【特許文献】

【0085】

【文献】特開２０１７－０１５９６６号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】