JP2000305170A - 照明装置及び投影装置 - Google Patents
照明装置及び投影装置Info
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- JP2000305170A JP2000305170A JP2000041068A JP2000041068A JP2000305170A JP 2000305170 A JP2000305170 A JP 2000305170A JP 2000041068 A JP2000041068 A JP 2000041068A JP 2000041068 A JP2000041068 A JP 2000041068A JP 2000305170 A JP2000305170 A JP 2000305170A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表示素子を均一に照明することができる照明
装置を得ること。 【解決手段】 ランプユニット1,2からの光束で該手
段側から順に配置した第1レンズアレイ3と第2レンズ
アレイ4、そしてレンズ系RLによって矩形状の表示素
子7を照明する照明装置において、表示素子の有効範囲
の長辺方向の長さをDpx、短辺方向の長さをDpy、
該第2レンズアレイを構成する個々のレンズの焦点距離
をff2、該レンズ系の焦点距離をfrとし、レンズ系
の無限遠物体に対する該長辺方向の横収差の幅をδx、
該短辺方向の横収差の幅をδyとしたときに、該第1レ
ンズアレイの個々のレンズの長辺方向の長さをDfx、
短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×ff2/fr Dfy>(Dpy+δy)×ff2/fr の条件を満足するようにしたこと。
装置を得ること。 【解決手段】 ランプユニット1,2からの光束で該手
段側から順に配置した第1レンズアレイ3と第2レンズ
アレイ4、そしてレンズ系RLによって矩形状の表示素
子7を照明する照明装置において、表示素子の有効範囲
の長辺方向の長さをDpx、短辺方向の長さをDpy、
該第2レンズアレイを構成する個々のレンズの焦点距離
をff2、該レンズ系の焦点距離をfrとし、レンズ系
の無限遠物体に対する該長辺方向の横収差の幅をδx、
該短辺方向の横収差の幅をδyとしたときに、該第1レ
ンズアレイの個々のレンズの長辺方向の長さをDfx、
短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×ff2/fr Dfy>(Dpy+δy)×ff2/fr の条件を満足するようにしたこと。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置及び投影
装置に関し、特にスクリーンや壁などの投影面にて照度
ムラが少ない照明を実現することができる、例えば単板
式や3板式の液晶プロジェクターに好適なものである。
装置に関し、特にスクリーンや壁などの投影面にて照度
ムラが少ない照明を実現することができる、例えば単板
式や3板式の液晶プロジェクターに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、液晶表示素子(液晶パネル、
液晶ライトバルブとも言う)等の表示素子が形成する画
像をスクリーン等の表示面上に拡大投影するプロジェク
ターについての技術が種々提案されている。
液晶ライトバルブとも言う)等の表示素子が形成する画
像をスクリーン等の表示面上に拡大投影するプロジェク
ターについての技術が種々提案されている。
【0003】液晶プロジェクターは、液晶表示素子を照
明系からの光束により照明し、液晶ライトバルブで変調
されて素子を透過した画像情報を有する光を投影レンズ
によりスクリーン上に拡大投影するものである。このと
き、液晶表示素子上での照明光の光量分布を均一にする
手段として、例えば米国特許5,098,184号公報
では図12に示すような相前後する2つのレンズアレイ
を組み合わせたインテグレーターが用いられていた。
明系からの光束により照明し、液晶ライトバルブで変調
されて素子を透過した画像情報を有する光を投影レンズ
によりスクリーン上に拡大投影するものである。このと
き、液晶表示素子上での照明光の光量分布を均一にする
手段として、例えば米国特許5,098,184号公報
では図12に示すような相前後する2つのレンズアレイ
を組み合わせたインテグレーターが用いられていた。
【0004】図12において、101は白色光源、10
2はミラーとレンズを組み合わせた集光レンズ系、10
3は複数のレンズから構成される第1のレンズアレイ、
104は複数のレンズから構成される第2のレンズアレ
イ、105は集光レンズ、106はコンデンサーレン
ズ、107は液晶パネル、108は投射レンズである。
このような照明系においては、第1のレンズアレイ10
3において集光レンズ系102からの光束を複数の光束
に分割し、その分割された複数の光束を第2のレンズア
レイと、集光レンズ105とコンデンサーレンズ106
からなるリレーレンズ系とにより液晶パネル107上に
重ね合わせることにより、液晶パネル107上にほぼ均
一な照明領域を生成している。この照明領域の形状は、
第1のレンズアレイ103の個々のレンズの形状と相似
となるので、通常は第1のレンズアレイ103の個々の
レンズの外形形状を液晶パネル107と相似の矩形形状
とし、照明領域が液晶パネルに重なるように構成してい
る。
2はミラーとレンズを組み合わせた集光レンズ系、10
3は複数のレンズから構成される第1のレンズアレイ、
104は複数のレンズから構成される第2のレンズアレ
イ、105は集光レンズ、106はコンデンサーレン
ズ、107は液晶パネル、108は投射レンズである。
このような照明系においては、第1のレンズアレイ10
3において集光レンズ系102からの光束を複数の光束
に分割し、その分割された複数の光束を第2のレンズア
レイと、集光レンズ105とコンデンサーレンズ106
からなるリレーレンズ系とにより液晶パネル107上に
重ね合わせることにより、液晶パネル107上にほぼ均
一な照明領域を生成している。この照明領域の形状は、
第1のレンズアレイ103の個々のレンズの形状と相似
となるので、通常は第1のレンズアレイ103の個々の
レンズの外形形状を液晶パネル107と相似の矩形形状
とし、照明領域が液晶パネルに重なるように構成してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図12の照明系におい
て、第1のフライアイ103の大きさをDf1、液晶パ
ネル107の大きさをD1、第2のレンズアレイ104
の個々のレンズの焦点距離をff2、集光レンズ105
の焦点距離をfi、集光レンズ105からの光束に対す
るコンデンサーレンズ106の作用する倍率をMcとす
ると、 Df1=D1/Mc×ff2/fi=D1×ff2/fr…(a1) となるように構成されている。また fr=Mc×fi で、リレーレンズ系の合成焦点距離である。また、図1
2に示す照明系においては集光レンズ、コンデンサーレ
ンズは、それぞれ正の屈折力のレンズであり、これらを
不図示の色分解系をはさんで間隔をあけて構成するとこ
のリレーレンズ系において発生する像面湾曲を良好に補
正することが難しく、光学系の周辺において横収差が発
生する。このとき、前記式(a1)のような構成におい
ては、リレーレンズ系に残存する横収差により照明領域
で重なり合う光束にズレが発生し、照明領域のエッジの
部分に照明ムラが生じてしまう問題がある。
て、第1のフライアイ103の大きさをDf1、液晶パ
ネル107の大きさをD1、第2のレンズアレイ104
の個々のレンズの焦点距離をff2、集光レンズ105
の焦点距離をfi、集光レンズ105からの光束に対す
るコンデンサーレンズ106の作用する倍率をMcとす
ると、 Df1=D1/Mc×ff2/fi=D1×ff2/fr…(a1) となるように構成されている。また fr=Mc×fi で、リレーレンズ系の合成焦点距離である。また、図1
2に示す照明系においては集光レンズ、コンデンサーレ
ンズは、それぞれ正の屈折力のレンズであり、これらを
不図示の色分解系をはさんで間隔をあけて構成するとこ
のリレーレンズ系において発生する像面湾曲を良好に補
正することが難しく、光学系の周辺において横収差が発
生する。このとき、前記式(a1)のような構成におい
ては、リレーレンズ系に残存する横収差により照明領域
で重なり合う光束にズレが発生し、照明領域のエッジの
部分に照明ムラが生じてしまう問題がある。
【0006】本発明の目的は、被照射面を従来より均一
に照明することができる照明装置と投影装置とを提供す
ることにある。
に照明することができる照明装置と投影装置とを提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、光源
からの光束で該光源側から順に配置した第1レンズアレ
イと第2レンズアレイ、そして集光光学系を介して矩形
状の被照射面を照明する照明装置において、該被照射面
の長辺方向の長さをDpx、短辺方向の長さをDpy、
該第2レンズアレイを構成する個々のレンズの焦点距離
をff2、該光学系の焦点距離をfrとし、該光学系の
無限遠物体に対する前記長辺方向の横収差の幅をδx、
前記短辺方向の横収差の幅をδyとしたときに、該第1
レンズアレイの個々のレンズの長辺方向の長さをDf
x、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×ff2/fr Dfy>(Dpy+δy)×ff2/fr の条件を満足することを特徴とする照明装置である。
からの光束で該光源側から順に配置した第1レンズアレ
イと第2レンズアレイ、そして集光光学系を介して矩形
状の被照射面を照明する照明装置において、該被照射面
の長辺方向の長さをDpx、短辺方向の長さをDpy、
該第2レンズアレイを構成する個々のレンズの焦点距離
をff2、該光学系の焦点距離をfrとし、該光学系の
無限遠物体に対する前記長辺方向の横収差の幅をδx、
前記短辺方向の横収差の幅をδyとしたときに、該第1
レンズアレイの個々のレンズの長辺方向の長さをDf
x、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×ff2/fr Dfy>(Dpy+δy)×ff2/fr の条件を満足することを特徴とする照明装置である。
【0008】請求項2の発明は、光源からの光束で該光
源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズア
レイ、そして集光光学系を介して矩形状の被照射面を照
明する照明装置において、該被照射面の長辺方向の長さ
をDpx、短辺方向の長さをDpy、該第1レンズアレ
イから該第2レンズアレイと該集光光学系の合成系の前
記光源側の主点位置までの距離をL1、前記合成系の前
記被照射面側の主点位置から前記被照射面までの距離を
L2としたとき、 Sr=L2/L1 とし、前記集光光学系の無限遠物体に対する前記長辺方
向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδ
yとしたときに、該第1レンズアレイの個々のレンズの
長辺方向の長さをDfx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×Sr Dfy>(Dpy+δy)×Sr の条件を満足することを特徴とする照明装置である。
源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズア
レイ、そして集光光学系を介して矩形状の被照射面を照
明する照明装置において、該被照射面の長辺方向の長さ
をDpx、短辺方向の長さをDpy、該第1レンズアレ
イから該第2レンズアレイと該集光光学系の合成系の前
記光源側の主点位置までの距離をL1、前記合成系の前
記被照射面側の主点位置から前記被照射面までの距離を
L2としたとき、 Sr=L2/L1 とし、前記集光光学系の無限遠物体に対する前記長辺方
向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδ
yとしたときに、該第1レンズアレイの個々のレンズの
長辺方向の長さをDfx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×Sr Dfy>(Dpy+δy)×Sr の条件を満足することを特徴とする照明装置である。
【0009】請求項3の発明は、光源からの光束で該光
源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズア
レイ、そして集光光学系を介して矩形状の被照射面を照
明する照明装置において、該被照射面の長辺方向の長さ
をDpx、短辺方向の長さをDpy、該第2レンズアレ
イを構成する個々のレンズの焦点距離をff2、該光学
系の焦点距離をfrとし、該光学系の無限遠物体に対す
る前記長辺方向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横
収差の幅をδyとし、前記光学系の入射瞳における規格
化された強度分布をEp、前記第1レンズアレイを構成
する個々のレンズのうち前記長辺方向に端から数えて第
i番目のレンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳
に入射したときの該光線の横収差量をδxi、該第1レ
ンズアレイを構成する個々のレンズのうち短辺方向の第
i番目のレンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳
に入射したときの該光線の横収差量をδyj、δxi,
δyjを計算した瞳位置での瞳の強度をEpi、Epj
としたとき、重みづけされた横収差の幅の平均が
源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズア
レイ、そして集光光学系を介して矩形状の被照射面を照
明する照明装置において、該被照射面の長辺方向の長さ
をDpx、短辺方向の長さをDpy、該第2レンズアレ
イを構成する個々のレンズの焦点距離をff2、該光学
系の焦点距離をfrとし、該光学系の無限遠物体に対す
る前記長辺方向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横
収差の幅をδyとし、前記光学系の入射瞳における規格
化された強度分布をEp、前記第1レンズアレイを構成
する個々のレンズのうち前記長辺方向に端から数えて第
i番目のレンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳
に入射したときの該光線の横収差量をδxi、該第1レ
ンズアレイを構成する個々のレンズのうち短辺方向の第
i番目のレンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳
に入射したときの該光線の横収差量をδyj、δxi,
δyjを計算した瞳位置での瞳の強度をEpi、Epj
としたとき、重みづけされた横収差の幅の平均が
【0010】
【外5】 で求められる時、前記第1レンズアレイの個々のレンズ
の長辺方向の長さをDfx、該個々のレンズの短辺方向
の長さをDfyが
の長辺方向の長さをDfx、該個々のレンズの短辺方向
の長さをDfyが
【0011】
【外6】 の条件を満足することを特徴とする照明装置である。
【0012】請求項4の発明は、光源からの光束で該光
源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズア
レイ、そして集光光学系を介して矩形状の被照射面を照
明する照明装置において、該被照射面の長辺方向の長さ
をDpx、短辺方向の長さをDpy、該第1レンズアレ
イから該第2レンズアレイと前記集光光学系の合成系の
前記光源側の主点位置までの距離をL1、前記合成系の
前記被照射面側の主点位置から前記被照射面までの距離
をL2としたとき、 Sr=L2/L1 とし、前記集光光学系の無限遠物体に対する前記長辺方
向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδ
yとし、前記集光光学系の入射瞳における規格化された
強度分布をEp、該第1レンズアレイを構成する個々の
レンズのうち前記長辺方向に端から数えて第i番目のレ
ンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射した
ときの該光線の横収差量をδxi、該第1レンズアレイ
を構成する個々のレンズのうち短辺方向の第i番目のレ
ンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射した
ときの該光線の横収差量をδyj、δxi,δyjを計
算した瞳位置での瞳の強度をEpi、Epjとしたと
き、重みづけされた横収差の幅の平均が
源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズア
レイ、そして集光光学系を介して矩形状の被照射面を照
明する照明装置において、該被照射面の長辺方向の長さ
をDpx、短辺方向の長さをDpy、該第1レンズアレ
イから該第2レンズアレイと前記集光光学系の合成系の
前記光源側の主点位置までの距離をL1、前記合成系の
前記被照射面側の主点位置から前記被照射面までの距離
をL2としたとき、 Sr=L2/L1 とし、前記集光光学系の無限遠物体に対する前記長辺方
向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδ
yとし、前記集光光学系の入射瞳における規格化された
強度分布をEp、該第1レンズアレイを構成する個々の
レンズのうち前記長辺方向に端から数えて第i番目のレ
ンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射した
ときの該光線の横収差量をδxi、該第1レンズアレイ
を構成する個々のレンズのうち短辺方向の第i番目のレ
ンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射した
ときの該光線の横収差量をδyj、δxi,δyjを計
算した瞳位置での瞳の強度をEpi、Epjとしたと
き、重みづけされた横収差の幅の平均が
【0013】
【外7】 で求められる時、該第1レンズアレイの個々のレンズ
の、長辺方向の長さをDfx、該個々のレンズの短辺方
向の長さをDfyを
の、長辺方向の長さをDfx、該個々のレンズの短辺方
向の長さをDfyを
【0014】
【外8】 の条件を満足することを特徴とする照明装置である。
【0015】請求項5の発明は、複数の光束を被照明面
上で重ね合せて照明する照明装置において、前記各光束
による照明領域のズレによる照明ムラの部分が前記被照
明面(有効範囲)の外側にできることを特徴とする照明
装置である。前記複数の光束は、光源からの光を分けて
複数の2次光源(像)を形成し、これらの2次光源から
得る手法があり、これらの2次光源を作るには、フライ
アイレンズ群や光パイプ(ロッド型インテグレーター)
とレンズの系が必要である。
上で重ね合せて照明する照明装置において、前記各光束
による照明領域のズレによる照明ムラの部分が前記被照
明面(有効範囲)の外側にできることを特徴とする照明
装置である。前記複数の光束は、光源からの光を分けて
複数の2次光源(像)を形成し、これらの2次光源から
得る手法があり、これらの2次光源を作るには、フライ
アイレンズ群や光パイプ(ロッド型インテグレーター)
とレンズの系が必要である。
【0016】請求項6の発明は、光源からの光束で、該
光源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズ
アレイ、集光光学系を用いて被照明面を照明する照明装
置において、前記集光光学系の横収差のために発生する
前記第1及び第2レンズアレイからの複数の光束による
照明領域のズレによる照明ムラの部分が前記被照明面
(有効範囲)の外側にできることを特徴とする照明装置
である。
光源側から順に配置した第1レンズアレイと第2レンズ
アレイ、集光光学系を用いて被照明面を照明する照明装
置において、前記集光光学系の横収差のために発生する
前記第1及び第2レンズアレイからの複数の光束による
照明領域のズレによる照明ムラの部分が前記被照明面
(有効範囲)の外側にできることを特徴とする照明装置
である。
【0017】請求項7の発明は、請求項1から6のいず
れか1項記載の照明装置を用いて表示素子を照明し、該
表示素子が形成する画像を投影光学系によって投影する
ことを特徴とする投影装置である。
れか1項記載の照明装置を用いて表示素子を照明し、該
表示素子が形成する画像を投影光学系によって投影する
ことを特徴とする投影装置である。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明の照明光学系を単板
式の液晶プロジェクターに適用した本発明のの実施形態
1の要部概略図である。この単板式液晶プロジェクター
は照明光学系によって単板の液晶表示素子7を照明する
ことによって表子7により画像(光)を形成し、投影レ
ンズ8によって該画像をスクリーン又は壁上に拡大投影
する。
式の液晶プロジェクターに適用した本発明のの実施形態
1の要部概略図である。この単板式液晶プロジェクター
は照明光学系によって単板の液晶表示素子7を照明する
ことによって表子7により画像(光)を形成し、投影レ
ンズ8によって該画像をスクリーン又は壁上に拡大投影
する。
【0019】図中、1は白色光を放射するメタルハライ
ドランプ等の光源、2は光源1からの光束を効率よく反
射する回転楕円面や放物面等の凹の反射面を有するリフ
レクターである。図示しているリフレクター2は、それ
が放物面鏡であるので光源1からの光束を反射して平行
光に変換し、この平行光を第1レンズアレイ3に入射さ
せる。第1レンズアレイ3は正の屈折力の複数のレンズ
を有している。4は第2レンズアレイであり、このレン
ズアレイ4の個々のレンズは第1レンズアレイ3の個々
のレンズに1:1対応した正の屈折力を有するレンズで
ある。第1、第2レンズアレイは、個々のレンズの正面
形状が表示素子7の被照明エリアと相似であるレンズア
レイ板(フライアイレンズ)である。第2レンズアレイ
4上には第1レンズアレイ3によって複数の2次光源
(光源像)が形成されている。
ドランプ等の光源、2は光源1からの光束を効率よく反
射する回転楕円面や放物面等の凹の反射面を有するリフ
レクターである。図示しているリフレクター2は、それ
が放物面鏡であるので光源1からの光束を反射して平行
光に変換し、この平行光を第1レンズアレイ3に入射さ
せる。第1レンズアレイ3は正の屈折力の複数のレンズ
を有している。4は第2レンズアレイであり、このレン
ズアレイ4の個々のレンズは第1レンズアレイ3の個々
のレンズに1:1対応した正の屈折力を有するレンズで
ある。第1、第2レンズアレイは、個々のレンズの正面
形状が表示素子7の被照明エリアと相似であるレンズア
レイ板(フライアイレンズ)である。第2レンズアレイ
4上には第1レンズアレイ3によって複数の2次光源
(光源像)が形成されている。
【0020】5は集光レンズであり、正の屈折力を有し
ている。6はコンデンサーレンズであり、照明光を液晶
表示素子7を介して投射レンズ8の入射瞳(開口絞り)
に集光している。集光レンズ5とコンデンサーレンズ6
はリレーレンズ系(レンズ系)RLを構成している。7
はツイストネマチックタイプの液晶パネルより成る液晶
表示素子(画像表示素子)である。投射レンズ8は正の
屈折力を有し、表示素子7が形成した画像をスクリーン
又は壁S上に拡大投影している。
ている。6はコンデンサーレンズであり、照明光を液晶
表示素子7を介して投射レンズ8の入射瞳(開口絞り)
に集光している。集光レンズ5とコンデンサーレンズ6
はリレーレンズ系(レンズ系)RLを構成している。7
はツイストネマチックタイプの液晶パネルより成る液晶
表示素子(画像表示素子)である。投射レンズ8は正の
屈折力を有し、表示素子7が形成した画像をスクリーン
又は壁S上に拡大投影している。
【0021】本実施形態において、第2レンズアレイ4
は第1レンズアレイ3の後側焦点位置に置かれ且つ第1
レンズアレイ3は、第2レンズアレイ4の前側焦点位置
に置かれているので、第1レンズアレイ3で集光される
光束は第2レンズアレイ4の近傍に結像し、従って上記
複数の2次光源となる複数の光源像ができ、且つ第2レ
ンズアレイ4の光出射側はテレセントリックな状態にな
っている。
は第1レンズアレイ3の後側焦点位置に置かれ且つ第1
レンズアレイ3は、第2レンズアレイ4の前側焦点位置
に置かれているので、第1レンズアレイ3で集光される
光束は第2レンズアレイ4の近傍に結像し、従って上記
複数の2次光源となる複数の光源像ができ、且つ第2レ
ンズアレイ4の光出射側はテレセントリックな状態にな
っている。
【0022】今、液晶表示素子7の長辺方向の長さをD
px、短辺方向の長さをDpy、第2レンズアレイ4を
構成する各レンズの焦点距離をff2、リレーレンズ系
(集光レンズ5とコンデンサーレンズ6)RLの焦点距
離をfrとする。第2レンズアレイ4とリレーレンズ系
RLによる結像倍率Mrはそれぞれの焦点距離を用いて
Mr=ff2/frと示すことができ、リレーレンズ系
RLの無限遠物体に対する液晶表示素子7の長辺方向の
横収差の幅をδx、短辺方向の横収差の幅をδyとした
ときに、第1レンズアレイ3の個々のレンズの長辺方向
の長さをDfx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×ff2/fr=(Dpx+δx)×Mr…(1) Dfy>(Dpy+δy)×ff2/fr=(Dpy+δy)×Mr…(2) の条件を満足するように構成している。
px、短辺方向の長さをDpy、第2レンズアレイ4を
構成する各レンズの焦点距離をff2、リレーレンズ系
(集光レンズ5とコンデンサーレンズ6)RLの焦点距
離をfrとする。第2レンズアレイ4とリレーレンズ系
RLによる結像倍率Mrはそれぞれの焦点距離を用いて
Mr=ff2/frと示すことができ、リレーレンズ系
RLの無限遠物体に対する液晶表示素子7の長辺方向の
横収差の幅をδx、短辺方向の横収差の幅をδyとした
ときに、第1レンズアレイ3の個々のレンズの長辺方向
の長さをDfx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×ff2/fr=(Dpx+δx)×Mr…(1) Dfy>(Dpy+δy)×ff2/fr=(Dpy+δy)×Mr…(2) の条件を満足するように構成している。
【0023】これにより、リレーレンズ系RLの横収差
で発生する照明領域のズレによる照明ムラの部分が液晶
表示素子7の有効範囲(画像表示範囲)の外側にでき表
示素子7の有効範囲を均一に照明することができる。ス
クリーン上には良質の画像を表示することを可能として
いる。
で発生する照明領域のズレによる照明ムラの部分が液晶
表示素子7の有効範囲(画像表示範囲)の外側にでき表
示素子7の有効範囲を均一に照明することができる。ス
クリーン上には良質の画像を表示することを可能として
いる。
【0024】尚、条件式(1),(2)の上限値は下限
値の1.15倍、更に好ましくは1.1倍とするのが良
い。以下の各条件式における上限値も同様である。
値の1.15倍、更に好ましくは1.1倍とするのが良
い。以下の各条件式における上限値も同様である。
【0025】又、本実施形態では、液晶表示素子7上の
被照射面の長辺方向の長さをDpx、短辺方向の長さを
Dpy、第1レンズアレイ3のレンズ面から第2レンズ
アレイ4とリレーレンズ系の合成系の光源1側の主点位
置までの距離をL1、第2レンズアレイ4とリレーレン
ズ系RLの合成系の液晶表示素子7側の主点位置から液
晶表示素子7上の被照射面までの距離をL2としたと
き、 Sr=L2/L1 とし、該リレーレンズ系RLの無限遠物体に対する液晶
表示素子7の長辺方向の横収差の幅をδx、液晶表示素
子7の短辺方向の横収差の幅をδyとしたときに、該第
1レンズアレイ3の個々のレンズの長辺方向の長さをD
fx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×Sr …(3) Dfy>(Dpy+δy)×Sr …(4) の条件を満足するようにしている。
被照射面の長辺方向の長さをDpx、短辺方向の長さを
Dpy、第1レンズアレイ3のレンズ面から第2レンズ
アレイ4とリレーレンズ系の合成系の光源1側の主点位
置までの距離をL1、第2レンズアレイ4とリレーレン
ズ系RLの合成系の液晶表示素子7側の主点位置から液
晶表示素子7上の被照射面までの距離をL2としたと
き、 Sr=L2/L1 とし、該リレーレンズ系RLの無限遠物体に対する液晶
表示素子7の長辺方向の横収差の幅をδx、液晶表示素
子7の短辺方向の横収差の幅をδyとしたときに、該第
1レンズアレイ3の個々のレンズの長辺方向の長さをD
fx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×Sr …(3) Dfy>(Dpy+δy)×Sr …(4) の条件を満足するようにしている。
【0026】これにより、リレーレンズ系RLの横収差
で発生する照明領域のズレによる照明ムラの部分が液晶
表示素子7の有効範囲(画像表示範囲)の外側にでき表
示素子7の有効範囲を均一に照明することができる。ス
クリーン上には良質の画像を表示することを可能として
いる。ここで、リレーレンズ系RLによる横収差は、液
晶パネル7の長辺、短辺のエッジ上で発生する横収差を
長辺方向、短辺方向の成分に分けて考えたときの最大値
をとるのが望ましい。
で発生する照明領域のズレによる照明ムラの部分が液晶
表示素子7の有効範囲(画像表示範囲)の外側にでき表
示素子7の有効範囲を均一に照明することができる。ス
クリーン上には良質の画像を表示することを可能として
いる。ここで、リレーレンズ系RLによる横収差は、液
晶パネル7の長辺、短辺のエッジ上で発生する横収差を
長辺方向、短辺方向の成分に分けて考えたときの最大値
をとるのが望ましい。
【0027】又、有効範囲の外側の照明エリアが広くな
ると液晶表示素子7を透過する画像を形成する光の光量
が減少するので、光量をある程度確保しつつ実用上問題
とならない照度分布を表示素子7上に得るためには、リ
レーレンズ系RLの入射瞳における規格化された光強度
分布をEp、第1レンズアレイ3を構成する個々のレン
ズのうち長辺方向の端から数えて第i番目のレンズの中
心を通る光線がリレーレンズ系RLの入射瞳に入射した
ときの光線の横収差量をδxi、第1レンズアレイ3を
構成する個々のレンズのうち短辺方向の端から数えて第
i番目のレンズの中心を通る光線がリレーレンズ系RL
の入射瞳に入射したときの該光線の横収差量をδyj、
δxi,δyjを計算した瞳位置での瞳の(光の)強度
をEpi、Epjとしたとき、
ると液晶表示素子7を透過する画像を形成する光の光量
が減少するので、光量をある程度確保しつつ実用上問題
とならない照度分布を表示素子7上に得るためには、リ
レーレンズ系RLの入射瞳における規格化された光強度
分布をEp、第1レンズアレイ3を構成する個々のレン
ズのうち長辺方向の端から数えて第i番目のレンズの中
心を通る光線がリレーレンズ系RLの入射瞳に入射した
ときの光線の横収差量をδxi、第1レンズアレイ3を
構成する個々のレンズのうち短辺方向の端から数えて第
i番目のレンズの中心を通る光線がリレーレンズ系RL
の入射瞳に入射したときの該光線の横収差量をδyj、
δxi,δyjを計算した瞳位置での瞳の(光の)強度
をEpi、Epjとしたとき、
【0028】
【外9】 で求められる重みづけされた横収差の幅平均を用いて、
【0029】
【外10】 の条件を満足するように構成するのが良い。尚、図10
には第1レンズアレイ3の複数のレンズ3aとリレーレ
ンズ系の入射瞳に設定したxy座標上の位置(i,j)
での横収差量δxi,δyjとの関係を示している。
には第1レンズアレイ3の複数のレンズ3aとリレーレ
ンズ系の入射瞳に設定したxy座標上の位置(i,j)
での横収差量δxi,δyjとの関係を示している。
【0030】又、第1レンズアレイ3が第2レンズアレ
イ4の前側焦点位置からずれた位置におかれ、第2レン
ズアレイ4の光射出側がテレセントリックな状態でない
構成の場合は、第2レンズアレイ4のレンズとリレーレ
ンズ系RLが同一の光軸上にあるとして求められる表示
素子7に関する結像倍率Mr’を用いて、同様に、 Dfx>(Dpx+δx)×Mr’…(11) Dfy>(Dpy+δy)×Mr’…(12) 又は、
イ4の前側焦点位置からずれた位置におかれ、第2レン
ズアレイ4の光射出側がテレセントリックな状態でない
構成の場合は、第2レンズアレイ4のレンズとリレーレ
ンズ系RLが同一の光軸上にあるとして求められる表示
素子7に関する結像倍率Mr’を用いて、同様に、 Dfx>(Dpx+δx)×Mr’…(11) Dfy>(Dpy+δy)×Mr’…(12) 又は、
【0031】
【外11】 という条件を満たすように構成すれば良い。
【0032】更に、液晶表示素子7がリレーレンズ系R
Lによる無限遠物体に関する近軸像点位置から光軸方向
にずれた位置に置かれている場合は、第1レンズアレイ
3が第2レンズアレイ4の光射出側がテレセントリック
な状態になっていれば、上記近軸像点位置に相当するリ
レーレンズ系RLの後側焦点位置からの液晶表示素子7
の光軸方向のズレ量をσとしたときに、 Dfx>(Dpx+δx)×ff2/(fr−σ) =(Dpx+δx)×fr/(fr−σ)×Mr’…(15) Dfy>(Dpy+δy)×ff2/(fr−σ) =(Dpy+δy)×fr/(fr−σ)×Mr’…(16) 又は、
Lによる無限遠物体に関する近軸像点位置から光軸方向
にずれた位置に置かれている場合は、第1レンズアレイ
3が第2レンズアレイ4の光射出側がテレセントリック
な状態になっていれば、上記近軸像点位置に相当するリ
レーレンズ系RLの後側焦点位置からの液晶表示素子7
の光軸方向のズレ量をσとしたときに、 Dfx>(Dpx+δx)×ff2/(fr−σ) =(Dpx+δx)×fr/(fr−σ)×Mr’…(15) Dfy>(Dpy+δy)×ff2/(fr−σ) =(Dpy+δy)×fr/(fr−σ)×Mr’…(16) 又は、
【0033】
【外12】 を満足していれば良い。
【0034】第1レンズアレイ3の結像に関し、第2レ
ンズアレイ4の光出射側がテレセントリックな状態にな
っていないときには第2レンズアレイ4を含めた光学系
における液晶表示素子7側の主点位置から近軸像点位置
までの距離をhrとして、 Dfx>(Dpx+δx)×fr/(hr−σ)×Mr”…(19) Dfy>(Dpy+δy)×fr/(hr−σ)×Mr”…(20) 又は、
ンズアレイ4の光出射側がテレセントリックな状態にな
っていないときには第2レンズアレイ4を含めた光学系
における液晶表示素子7側の主点位置から近軸像点位置
までの距離をhrとして、 Dfx>(Dpx+δx)×fr/(hr−σ)×Mr”…(19) Dfy>(Dpy+δy)×fr/(hr−σ)×Mr”…(20) 又は、
【0035】
【外13】 を満足していれば良い。ここで、Mr’は、第2レンズ
アレイ4のレンズとリレーレンズ系RLが同一の光軸上
にあるとして求められる表示素子7に関する結像倍率で
あり、 Mr’=fr/(fr−σ)×Mr” …(23) 又は、 Mr’=fr/(hr−σ)×Mr” …(24) とおけば、表示素子7を近軸像点位置に置いた場合と同
じ形式で表すことができる。
アレイ4のレンズとリレーレンズ系RLが同一の光軸上
にあるとして求められる表示素子7に関する結像倍率で
あり、 Mr’=fr/(fr−σ)×Mr” …(23) 又は、 Mr’=fr/(hr−σ)×Mr” …(24) とおけば、表示素子7を近軸像点位置に置いた場合と同
じ形式で表すことができる。
【0036】次に本実施形態1の照明光学系の数値実施
例(レンズデータ)を表−1に示す。
例(レンズデータ)を表−1に示す。
【0037】
【表1】
【0038】表−1において、rは各光学素子の曲率半
径で、第1,第2レンズアレイ3,4においてはそれぞ
れを構成する個々のレンズ31,41の曲率半径で、d
は各光学素子の光軸o上の面間隔で、第1,第2レンズ
アレイ3,4においてはそれぞれを構成する個々のレン
ズ31,41の頂点と次の面の間隔で、nは各光学素子
の材質の屈折率である。
径で、第1,第2レンズアレイ3,4においてはそれぞ
れを構成する個々のレンズ31,41の曲率半径で、d
は各光学素子の光軸o上の面間隔で、第1,第2レンズ
アレイ3,4においてはそれぞれを構成する個々のレン
ズ31,41の頂点と次の面の間隔で、nは各光学素子
の材質の屈折率である。
【0039】リフレクター2及び集光レンズ5の非球面
形状は光軸oの方向をZ、光軸に垂直な方向をhとした
とき、以下の式(25)で表すことができ、表−1中の
kはこの式(25)中のパラメータである。
形状は光軸oの方向をZ、光軸に垂直な方向をhとした
とき、以下の式(25)で表すことができ、表−1中の
kはこの式(25)中のパラメータである。
【0040】
【外14】
【0041】本数値実施例の集光レンズ5とコンデンサ
ーレンズ6から成るリレーレンズ系RLの無限遠物体に
対する液晶表示素子の横方向(x方向)と縦方向(y方
向)とについての横収差の収差図を図2に示す。それぞ
れの像高の位置は、図3に示す液晶表示素子7上におい
て、光軸上I0、縦方向エッジI1、横方向のエッジI
2、対角のエッジI3である。ここで、縦方向エッジI
1、横方向のエッジI2、対角のエッジI3での横方
向、縦方向の横収差量をそれぞれδ2x,δ3x,δ1
y,δ3yとしたとき、 δ2x=0.422mm δ3x=0.661mm δ1y=0.157mm δ3y=0.538mm であり、横方向、縦方向の最大値をδx,δyとする
と、 δx=0.661mm δy=0.538mm となる。ここで、第2レンズアレイ4を構成するレンズ
41の焦点距離ff2、リレーレンズ系RLの焦点距離
frはレンズデーターより、 ff2=48.3mm fr=168.9mm と求められ、液晶表示素子の対角長が1.3インチで、
縦横のアスペクト比が3:4とすると、液晶表示素子の
横の長さDpx、縦の長さDpyはそれぞれ、 Dpx=26.41mm Dpy=19.82mm となる。これらのデーターから、第1レンズアレイ3の
大きさは、横の長さをDfx,Dfyとすると、式
(1),(2)より、 Dfx>7.74mm Dfy>5.82mm と設定している。
ーレンズ6から成るリレーレンズ系RLの無限遠物体に
対する液晶表示素子の横方向(x方向)と縦方向(y方
向)とについての横収差の収差図を図2に示す。それぞ
れの像高の位置は、図3に示す液晶表示素子7上におい
て、光軸上I0、縦方向エッジI1、横方向のエッジI
2、対角のエッジI3である。ここで、縦方向エッジI
1、横方向のエッジI2、対角のエッジI3での横方
向、縦方向の横収差量をそれぞれδ2x,δ3x,δ1
y,δ3yとしたとき、 δ2x=0.422mm δ3x=0.661mm δ1y=0.157mm δ3y=0.538mm であり、横方向、縦方向の最大値をδx,δyとする
と、 δx=0.661mm δy=0.538mm となる。ここで、第2レンズアレイ4を構成するレンズ
41の焦点距離ff2、リレーレンズ系RLの焦点距離
frはレンズデーターより、 ff2=48.3mm fr=168.9mm と求められ、液晶表示素子の対角長が1.3インチで、
縦横のアスペクト比が3:4とすると、液晶表示素子の
横の長さDpx、縦の長さDpyはそれぞれ、 Dpx=26.41mm Dpy=19.82mm となる。これらのデーターから、第1レンズアレイ3の
大きさは、横の長さをDfx,Dfyとすると、式
(1),(2)より、 Dfx>7.74mm Dfy>5.82mm と設定している。
【0042】図4は本発明の実施形態2の要部概略図で
液晶プロジェクターを示している。本実施形態2は図1
の実施形態1に比べて、集光レンズ5を2つのレンズよ
り構成し非球面を用いていない点が異なっているだけで
あり、その他の構成は同じである。本実施形態の数値実
施例におけるレンズデーターを表−2に示す。
液晶プロジェクターを示している。本実施形態2は図1
の実施形態1に比べて、集光レンズ5を2つのレンズよ
り構成し非球面を用いていない点が異なっているだけで
あり、その他の構成は同じである。本実施形態の数値実
施例におけるレンズデーターを表−2に示す。
【0043】
【表2】
【0044】本数値実施例の集光レンズとコンデンサー
レンズから成るリレーレンズ系RLの無限遠物体に対す
る液晶表示素子の横方向(x方向)と縦方向(y方向)
とについての横収差の収差図を図5に示す。ここで、リ
レーレンズ系RLの横収差量をリレーレンズ系RLの入
射瞳での光強度分布を考慮して式(7),(8)から計
算する。リレーレンズ系RLの入射瞳は集光レンズ1の
光入射面であり、入射瞳での光強度分布は集光レンズ1
の光入射面での強度分布となる。集光レンズ1の実際の
入射強度分布は、第1レンズアレイ3で集光された光束
に基づいて図6のような強度分布(実線)になる。横収
差は瞳に関してなめらかに連続であるので、入射瞳での
実際の光強度分布をなめらかに近似した曲線(図6の破
線)で考えても良く、この近似した分布を使って横収差
量を計算する。式(5),(6)より各像高での横収差
量は、 δ2x=0.676mm δ3x=0.791mm δ1y=0.545mm δ3y=0.746mm であり、横方向、縦方向の最大値をδx,δyとする
と、 δx=0.791mm δy=0.746mm となる。ここで、第2レンズアレイ4を構成するレンズ
41の焦点距離ff2、リレーレンズ系RLの焦点距離
frはレンズデーターより、 ff2=48.3mm fr=168.9mm と求められ、液晶表示素子の対角長が1.3インチで、
縦横のアスペクト比が3:4とすると、液晶表示素子の
横の長さDpx、縦の長さDpyはそれぞれ、 Dpx=26.41mm Dpy=19.82mm となる。これらのデーターから、第1レンズアレイ3を
構成するレンズ31の大きさは、横の長さをDfx,D
fyとすると、式(7),(8)から、 Dfx>7.78mm Dfy>5.88mm と設定している。
レンズから成るリレーレンズ系RLの無限遠物体に対す
る液晶表示素子の横方向(x方向)と縦方向(y方向)
とについての横収差の収差図を図5に示す。ここで、リ
レーレンズ系RLの横収差量をリレーレンズ系RLの入
射瞳での光強度分布を考慮して式(7),(8)から計
算する。リレーレンズ系RLの入射瞳は集光レンズ1の
光入射面であり、入射瞳での光強度分布は集光レンズ1
の光入射面での強度分布となる。集光レンズ1の実際の
入射強度分布は、第1レンズアレイ3で集光された光束
に基づいて図6のような強度分布(実線)になる。横収
差は瞳に関してなめらかに連続であるので、入射瞳での
実際の光強度分布をなめらかに近似した曲線(図6の破
線)で考えても良く、この近似した分布を使って横収差
量を計算する。式(5),(6)より各像高での横収差
量は、 δ2x=0.676mm δ3x=0.791mm δ1y=0.545mm δ3y=0.746mm であり、横方向、縦方向の最大値をδx,δyとする
と、 δx=0.791mm δy=0.746mm となる。ここで、第2レンズアレイ4を構成するレンズ
41の焦点距離ff2、リレーレンズ系RLの焦点距離
frはレンズデーターより、 ff2=48.3mm fr=168.9mm と求められ、液晶表示素子の対角長が1.3インチで、
縦横のアスペクト比が3:4とすると、液晶表示素子の
横の長さDpx、縦の長さDpyはそれぞれ、 Dpx=26.41mm Dpy=19.82mm となる。これらのデーターから、第1レンズアレイ3を
構成するレンズ31の大きさは、横の長さをDfx,D
fyとすると、式(7),(8)から、 Dfx>7.78mm Dfy>5.88mm と設定している。
【0045】図7は本発明の実施形態3の要部概略図
で、液晶プロジェクターを示している。本実施形態3
は、図1の実施形態1に比べて、液晶表示素子の位置を
リレーレンズ系の近軸像点位置から光源側に変位させて
ある点が異なっているだけであり、その他の構成は同じ
である。次に本実施形態3の数値実施例におけるレンズ
データーを表−3に示す。
で、液晶プロジェクターを示している。本実施形態3
は、図1の実施形態1に比べて、液晶表示素子の位置を
リレーレンズ系の近軸像点位置から光源側に変位させて
ある点が異なっているだけであり、その他の構成は同じ
である。次に本実施形態3の数値実施例におけるレンズ
データーを表−3に示す。
【0046】
【表3】
【0047】この実施例では光源側に4.61mmだけ
液晶表示素子を光軸方向へ変位させることにより、画面
周辺部の横収差を小さくすることができる。この位置で
の液晶表示素子上において、光軸上I0、縦方向エッジ
I1、横方向のエッジI2、対角のエッジI3の横収差
は図8のようになる。ここで縦方向エッジI1、横方向
のエッジI2、対角のエッジI3での横方向、縦方向の
横収差量をそれぞれδ2x,δ3x,δ1y,δ3yと
したとき、 δ2x=1.924mm δ3x=2.175mm δ1y=1.604mm δ3y=2.042mm であり、横方向、縦方向の最大値をδx,δyとする
と、 δx=2.175mm δy=2.042mm となる。ここで、第2レンズアレイ4を構成するレンズ
41の焦点距離ff2、リレーレンズ系RLの焦点距離
frはレンズデーターより、 ff2=48.3mm fr=177.6mm と求められ、液晶表示素子の対角長が1.3インチで、
縦横のアスペクト比が3:4とすると、液晶表示素子の
横の長さDpx、縦の長さDpyはそれぞれ、 Dpx=26.41mm Dpy=19.82mm となる。これらのデーターから、第1レンズアレイ3を
構成するレンズ31の大きさは、横の長さをDfx,D
fyとすると、式(15),(16)から、 Dfx>7.98mm Dfy>6.10mm と設定している。
液晶表示素子を光軸方向へ変位させることにより、画面
周辺部の横収差を小さくすることができる。この位置で
の液晶表示素子上において、光軸上I0、縦方向エッジ
I1、横方向のエッジI2、対角のエッジI3の横収差
は図8のようになる。ここで縦方向エッジI1、横方向
のエッジI2、対角のエッジI3での横方向、縦方向の
横収差量をそれぞれδ2x,δ3x,δ1y,δ3yと
したとき、 δ2x=1.924mm δ3x=2.175mm δ1y=1.604mm δ3y=2.042mm であり、横方向、縦方向の最大値をδx,δyとする
と、 δx=2.175mm δy=2.042mm となる。ここで、第2レンズアレイ4を構成するレンズ
41の焦点距離ff2、リレーレンズ系RLの焦点距離
frはレンズデーターより、 ff2=48.3mm fr=177.6mm と求められ、液晶表示素子の対角長が1.3インチで、
縦横のアスペクト比が3:4とすると、液晶表示素子の
横の長さDpx、縦の長さDpyはそれぞれ、 Dpx=26.41mm Dpy=19.82mm となる。これらのデーターから、第1レンズアレイ3を
構成するレンズ31の大きさは、横の長さをDfx,D
fyとすると、式(15),(16)から、 Dfx>7.98mm Dfy>6.10mm と設定している。
【0048】図9は本発明の実施形態4の要部概略図で
ある。図9は本発明を3板式のカラー液晶プロジェクタ
ーに適用した場合を示している。
ある。図9は本発明を3板式のカラー液晶プロジェクタ
ーに適用した場合を示している。
【0049】図中、1は白色光を放射するメタルハライ
ドランプ等の光源、2は光源1からの光束を効率よく反
射する回転楕円面や放物面等の凹の反射面を有するリフ
レクターである。図示しているリフレクター2は、それ
が放物面鏡であるので、光源1からの光束を反射して平
行光に変換し、この平行光を第1レンズアレイ3に入射
させる。第1レンズアレイ3は正の屈折力の複数のレン
ズを有している。4は第2レンズアレイであり、このレ
ンズアレイ4の個々のレンズは、第1レンズアレイ3の
個々のレンズに1:1に対応した正の屈折力を有するレ
ンズである。第1、第2レンズアレイは個々のレンズの
正面形状が表示素子Pの被照明領域に相似であるレンズ
アレイ板(フライアイレンズ)である。
ドランプ等の光源、2は光源1からの光束を効率よく反
射する回転楕円面や放物面等の凹の反射面を有するリフ
レクターである。図示しているリフレクター2は、それ
が放物面鏡であるので、光源1からの光束を反射して平
行光に変換し、この平行光を第1レンズアレイ3に入射
させる。第1レンズアレイ3は正の屈折力の複数のレン
ズを有している。4は第2レンズアレイであり、このレ
ンズアレイ4の個々のレンズは、第1レンズアレイ3の
個々のレンズに1:1に対応した正の屈折力を有するレ
ンズである。第1、第2レンズアレイは個々のレンズの
正面形状が表示素子Pの被照明領域に相似であるレンズ
アレイ板(フライアイレンズ)である。
【0050】51は偏光変換素子アレイであり、図11
に示す構成を有し、偏光変換素子毎に入射する無偏光
(ランダム偏光)の光を特定の方向に偏光した直線偏光
光に変換している。各偏光変換素子から射出する直線偏
光光の偏光方向は、図11が示す通り、互いに一致して
いる。5は集光レンズであり、正の屈折力を有してい
る。M1〜M4はミラーである。
に示す構成を有し、偏光変換素子毎に入射する無偏光
(ランダム偏光)の光を特定の方向に偏光した直線偏光
光に変換している。各偏光変換素子から射出する直線偏
光光の偏光方向は、図11が示す通り、互いに一致して
いる。5は集光レンズであり、正の屈折力を有してい
る。M1〜M4はミラーである。
【0051】52は赤色光透過、緑と青の各色の光反射
のダイクロイックミラー、53は青色光透過、緑色光反
射のダイクロイックミラーである。55は本発明に係る
リレーレンズ系であり、図9の実施形態では、3つのレ
ンズ(レンズ群)G1,G2,G3より成る場合を示し
ている。6はコンデンサーレンズであり、照明光を液晶
表示素子Pr,Pgを介して投影レンズ8の入射瞳に集
光している。集光レンズ5とコンデンサーレンズ6で第
1のリレーレンズ系を構成している。Prは赤専用液晶
表示素子、Pgは緑専用液晶表示素子、Pbは青専用の
液晶表示素子(LCD)である。
のダイクロイックミラー、53は青色光透過、緑色光反
射のダイクロイックミラーである。55は本発明に係る
リレーレンズ系であり、図9の実施形態では、3つのレ
ンズ(レンズ群)G1,G2,G3より成る場合を示し
ている。6はコンデンサーレンズであり、照明光を液晶
表示素子Pr,Pgを介して投影レンズ8の入射瞳に集
光している。集光レンズ5とコンデンサーレンズ6で第
1のリレーレンズ系を構成している。Prは赤専用液晶
表示素子、Pgは緑専用液晶表示素子、Pbは青専用の
液晶表示素子(LCD)である。
【0052】54は色合成手段であり、内部にダイクロ
イック膜54a,54bを有し、3つの液晶表示素子P
r,Pg,Pbからの3色の画像光を合成して光射出面
54cより射出している。8は投影レンズであり、色合
成手段54で合成された液晶表示素子Pr,Pg,Pb
に表示された各色の画像(光)をスクリーンや壁上に拡
大投影している。
イック膜54a,54bを有し、3つの液晶表示素子P
r,Pg,Pbからの3色の画像光を合成して光射出面
54cより射出している。8は投影レンズであり、色合
成手段54で合成された液晶表示素子Pr,Pg,Pb
に表示された各色の画像(光)をスクリーンや壁上に拡
大投影している。
【0053】次に偏光変換素子アレイ51の構成につい
て図11を用いて説明する。偏光変換素子アレイ51の
各偏光変換素子は第2レンズアレイ4の個々のレンズに
対応して設けられており、これら各素子は偏光分離面5
1aと偏光分離面51aで反射したS偏光光の光路を折
り曲げる反射面51bと、偏光分離面51aを透過した
P偏光光の光路に設けた4分の1波長板51cを有して
いる。これによって射出光束の偏光状態を揃えて射出し
ている。
て図11を用いて説明する。偏光変換素子アレイ51の
各偏光変換素子は第2レンズアレイ4の個々のレンズに
対応して設けられており、これら各素子は偏光分離面5
1aと偏光分離面51aで反射したS偏光光の光路を折
り曲げる反射面51bと、偏光分離面51aを透過した
P偏光光の光路に設けた4分の1波長板51cを有して
いる。これによって射出光束の偏光状態を揃えて射出し
ている。
【0054】本実施形態において、赤色光と緑色光と青
色光の各色の照明の光路は、緑色光と赤色光に関しては
同じであるが、青色光に関しては他の2つの色光よりも
照明光路が長いので、第2のリレーレンズ系55を用い
ている。第2のリレーレンズ系55を含む照明系におい
ては、液晶表示素子Pbに関するレンズ5と第2のリレ
ーレンズ系55の倍率を各々Mr1とMr2としたと
き、総合倍率をMr=Mr1×Mr2とし、第2のリレ
ーレンズ系を含めた光学系で発生する横収差量をδ
x’,δy’とすると、これまで述べた方法と同様に第
1レンズアレイ3のレンズ31の大きさDfx’,Df
y’は、 Dfx’>(Dpx+δx’)×Mr Dfy’>(Dpy+δy’)×Mr なる条件を満たしている。このとき液晶表示素子Pr,
Pgに関して設定されるDfx,DfyとDfx’,D
fy’の関係が、Dfx=DfX’,Dfy=Dfy’
であることが望ましいが、Dfx’>Dfx,Dfy’
>Dfyである時には、 Mr’=Dfx/(Dpx+δx’) 又は、 Mr’=Dfy/(Dpy+δy’) から、 Mr2=Mr’/Mr1 となるように第2リレーレンズ系55の倍率を決める。
色光の各色の照明の光路は、緑色光と赤色光に関しては
同じであるが、青色光に関しては他の2つの色光よりも
照明光路が長いので、第2のリレーレンズ系55を用い
ている。第2のリレーレンズ系55を含む照明系におい
ては、液晶表示素子Pbに関するレンズ5と第2のリレ
ーレンズ系55の倍率を各々Mr1とMr2としたと
き、総合倍率をMr=Mr1×Mr2とし、第2のリレ
ーレンズ系を含めた光学系で発生する横収差量をδ
x’,δy’とすると、これまで述べた方法と同様に第
1レンズアレイ3のレンズ31の大きさDfx’,Df
y’は、 Dfx’>(Dpx+δx’)×Mr Dfy’>(Dpy+δy’)×Mr なる条件を満たしている。このとき液晶表示素子Pr,
Pgに関して設定されるDfx,DfyとDfx’,D
fy’の関係が、Dfx=DfX’,Dfy=Dfy’
であることが望ましいが、Dfx’>Dfx,Dfy’
>Dfyである時には、 Mr’=Dfx/(Dpx+δx’) 又は、 Mr’=Dfy/(Dpy+δy’) から、 Mr2=Mr’/Mr1 となるように第2リレーレンズ系55の倍率を決める。
【0055】以上説明したプロジェクターは光変調素子
として液晶表示素子を用いていたが、液晶以外の他の複
屈性物質や、他の構造を用いる光変調素子を表示素子と
して用いるプロジェクターにも、本発明は適用できる。
として液晶表示素子を用いていたが、液晶以外の他の複
屈性物質や、他の構造を用いる光変調素子を表示素子と
して用いるプロジェクターにも、本発明は適用できる。
【0056】上記各均一照明のためのインテグレーター
としては光パイプ(ロッド型インテグレーター)も用い
ることが出来、パイプと凸レンズとで複数の2次光源
(像)が形成できる。
としては光パイプ(ロッド型インテグレーター)も用い
ることが出来、パイプと凸レンズとで複数の2次光源
(像)が形成できる。
【0057】上記各実施形態では照明装置の光学系の横
収差を考慮して照明光の周辺の照度ムラを起こす部分を
表示素子の有効範囲外に出して表示素子の有効範囲を光
強度分布が均一な光で照明することが可能となり、高画
質の画像を投射できる液晶プロジェクターを提供してい
る。
収差を考慮して照明光の周辺の照度ムラを起こす部分を
表示素子の有効範囲外に出して表示素子の有効範囲を光
強度分布が均一な光で照明することが可能となり、高画
質の画像を投射できる液晶プロジェクターを提供してい
る。
【0058】上記各実施形態で色合成手段として用いた
ダイクロイックプリズムの代わりに、2枚のダイクロイ
ックミラーを交差させたものや、色分解手段で用いてい
るような複数のダイクロイックミラーを平行に配したも
のや、日本特許2505758号に示されるような複数
のプリズムを組み合わせたものが使える。
ダイクロイックプリズムの代わりに、2枚のダイクロイ
ックミラーを交差させたものや、色分解手段で用いてい
るような複数のダイクロイックミラーを平行に配したも
のや、日本特許2505758号に示されるような複数
のプリズムを組み合わせたものが使える。
【0059】
【発明の効果】以上、本発明によれば被照明面が均一に
照明できる照明装置、及び、画像表示用の光変調素子を
均一に照明して高品質の画像を投影できる投射装置が得
られる。
照明できる照明装置、及び、画像表示用の光変調素子を
均一に照明して高品質の画像を投影できる投射装置が得
られる。
【図1】本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】図1のリレーレンズ系の収差図
【図3】図1の像面の説明図
【図4】本発明の実施形態2の要部概略図
【図5】図4のリレーレンズ系の収差図
【図6】リレーレンズ系の入射瞳の強度の説明図
【図7】本発明の実施形態3の要部概略図
【図8】図7のリレーレンズ系の収差図
【図9】本発明の実施形態4の要部概略図
【図10】x方向とy方向の収差の説明図
【図11】図9の偏光変換素子アレイの説明図
【図12】従来の投影装置の説明図
1 光源 2 リフレクター 3 第1レンズアレイ 4 第2レンズアレイ 5 集光レンズ 6 コンデンサーレンズ RL リレーレンズ系 7 被照射面(液晶表示素子) 8 投影レンズ S スクリーン 51 偏光変換素子アレイ 52,53 ダイクロイックミラー 54 クロスダイクロプリズム 55 リレーレンズ系 Pr,Pg,Pb 液晶パネル
Claims (7)
- 【請求項1】 光源からの光束で該光源側から順に配置
した第1レンズアレイと第2レンズアレイ、そして集光
光学系を介して矩形状の被照射面を照明する照明装置に
おいて、該被照射面の長辺方向の長さをDpx、短辺方
向の長さをDpy、該第2レンズアレイを構成する個々
のレンズの焦点距離をff2、該光学系の焦点距離をf
rとし、該光学系の無限遠物体に対する前記長辺方向の
横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδyと
したときに、該第1レンズアレイの個々のレンズの長辺
方向の長さをDfx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×ff2/fr Dfy>(Dpy+δy)×ff2/fr の条件を満足することを特徴とする照明装置。 - 【請求項2】 光源からの光束で該光源側から順に配置
した第1レンズアレイと第2レンズアレイ、そして集光
光学系を介して矩形状の被照射面を照明する照明装置に
おいて、該被照射面の長辺方向の長さをDpx、短辺方
向の長さをDpy、該第1レンズアレイから該第2レン
ズアレイと該集光光学系の合成系の前記光源側の主点位
置までの距離をL1、前記合成系の前記被照射面側の主
点位置から前記被照射面までの距離をL2としたとき、 Sr=L2/L1 とし、前記集光光学系の無限遠物体に対する前記長辺方
向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδ
yとしたときに、該第1レンズアレイの個々のレンズの
長辺方向の長さをDfx、短辺方向の長さをDfyを Dfx>(Dpx+δx)×Sr Dfy>(Dpy+δy)×Sr の条件を満足することを特徴とする照明装置。 - 【請求項3】 光源からの光束で該光源側から順に配置
した第1レンズアレイと第2レンズアレイ、そして集光
光学系を介して矩形状の被照射面を照明する照明装置に
おいて、該被照射面の長辺方向の長さをDpx、短辺方
向の長さをDpy、該第2レンズアレイを構成する個々
のレンズの焦点距離をff2、該光学系の焦点距離をf
rとし、該光学系の無限遠物体に対する前記長辺方向の
横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδyと
し、前記光学系の入射瞳における規格化された強度分布
をEp、前記第1レンズアレイを構成する個々のレンズ
のうち前記長辺方向に端から数えて第i番目のレンズの
中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射したときの
該光線の横収差量をδxi、該第1レンズアレイを構成
する個々のレンズのうち短辺方向の第i番目のレンズの
中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射したときの
該光線の横収差量をδyj、δxi,δyjを計算した
瞳位置での瞳の強度をEpi、Epjとしたとき、重み
づけされた横収差の幅の平均が 【外1】 で求められる時、前記第1レンズアレイの個々のレンズ
の長辺方向の長さをDfx、該個々のレンズの短辺方向
の長さをDfyが 【外2】 の条件を満足することを特徴とする照明装置。 - 【請求項4】 光源からの光束で該光源側から順に配置
した第1レンズアレイと第2レンズアレイ、そして集光
光学系を介して矩形状の被照射面を照明する照明装置に
おいて、該被照射面の長辺方向の長さをDpx、短辺方
向の長さをDpy、該第1レンズアレイから該第2レン
ズアレイと前記集光光学系の合成系の前記光源側の主点
位置までの距離をL1、前記合成系の前記被照射面側の
主点位置から前記被照射面までの距離をL2としたと
き、 Sr=L2/L1 とし、前記集光光学系の無限遠物体に対する前記長辺方
向の横収差の幅をδx、前記短辺方向の横収差の幅をδ
yとし、前記集光光学系の入射瞳における規格化された
強度分布をEp、該第1レンズアレイを構成する個々の
レンズのうち前記長辺方向に端から数えて第i番目のレ
ンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射した
ときの該光線の横収差量をδxi、該第1レンズアレイ
を構成する個々のレンズのうち短辺方向の第i番目のレ
ンズの中心を通る光線が前記集光光学系の瞳に入射した
ときの該光線の横収差量をδyj、δxi,δyjを計
算した瞳位置での瞳の強度をEpi、Epjとしたと
き、重みづけされた横収差の幅の平均が 【外3】 で求められる時、該第1レンズアレイの個々のレンズ
の、長辺方向の長さをDfx、該個々のレンズの短辺方
向の長さをDfyを 【外4】 の条件を満足することを特徴とする照明装置。 - 【請求項5】 複数の光束を被照明面上で重ね合せて照
明する照明装置において、前記各光束による照明領域の
ズレによる照明ムラの部分が前記被照明面(有効範囲)
の外側にできることを特徴とする照明装置。 - 【請求項6】 光源からの光束で、該光源側から順に配
置した第1レンズアレイと第2レンズアレイ、そして集
光光学系を用いて被照明面を照明する照明装置におい
て、前記集光光学系の横収差のために発生する前記第1
及び第2レンズアレイからの複数の光束による照明領域
のズレによる照明ムラの部分が前記被照明面(有効範
囲)の外側にできることを特徴とする照明装置。 - 【請求項7】 請求項1から6のいずれか1項記載の照
明装置を用いて表示素子を照明し、該表示素子が形成す
る画像を投影光学系によって投影することを特徴とする
投影装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041068A JP2000305170A (ja) | 1999-02-19 | 2000-02-18 | 照明装置及び投影装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4115599 | 1999-02-19 | ||
| JP11-41155 | 1999-02-19 | ||
| JP2000041068A JP2000305170A (ja) | 1999-02-19 | 2000-02-18 | 照明装置及び投影装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000305170A true JP2000305170A (ja) | 2000-11-02 |
Family
ID=26380716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000041068A Withdrawn JP2000305170A (ja) | 1999-02-19 | 2000-02-18 | 照明装置及び投影装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000305170A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015201433A (ja) * | 2014-04-01 | 2015-11-12 | キヤノン株式会社 | 照明光学系およびこれを用いた画像投射装置 |
-
2000
- 2000-02-18 JP JP2000041068A patent/JP2000305170A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015201433A (ja) * | 2014-04-01 | 2015-11-12 | キヤノン株式会社 | 照明光学系およびこれを用いた画像投射装置 |
| US10268112B2 (en) | 2014-04-01 | 2019-04-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Illumination optical system and image projection apparatus with the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070501 |