JP2000321573A - 照明装置及びそれを用いた投影装置 - Google Patents
照明装置及びそれを用いた投影装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光源からの光束の有効利用を図りつつ被照射
面を効果的に照明することができる照明装置及び投影装
置を得ること。 【解決手段】 発光体と、該発光体からの放射光を集光
する集光手段と、複数の第１レンズを２次元状に配列
し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第１
レンズアレイと、該第１レンズアレイの複数の第１レン
ズと対をなす複数の第２レンズを２次元状に配列した第
２レンズアレイを含み、かつ該第１レンズアレイからの
該複数の光束の各々を被照明領域上に照射する光学系と
を有し、該集光手段と該複数の第１レンズの個々のレン
ズで構成される複数の系は、互いに該発光体を結像する
ときの結像倍率を略等しくしていること。
面を効果的に照明することができる照明装置及び投影装
置を得ること。 【解決手段】 発光体と、該発光体からの放射光を集光
する集光手段と、複数の第１レンズを２次元状に配列
し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第１
レンズアレイと、該第１レンズアレイの複数の第１レン
ズと対をなす複数の第２レンズを２次元状に配列した第
２レンズアレイを含み、かつ該第１レンズアレイからの
該複数の光束の各々を被照明領域上に照射する光学系と
を有し、該集光手段と該複数の第１レンズの個々のレン
ズで構成される複数の系は、互いに該発光体を結像する
ときの結像倍率を略等しくしていること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置及びそれ
を用いた投影装置に関し、主に液晶パネルを照明する用
途に用いる照明装置（照明光学装置）、ならびに当該照
明光学装置により液晶パネルを照明し、液晶パネル上の
光学像をスクリーン上に拡大投影する投影装置（投射型
表示装置）に関する。
を用いた投影装置に関し、主に液晶パネルを照明する用
途に用いる照明装置（照明光学装置）、ならびに当該照
明光学装置により液晶パネルを照明し、液晶パネル上の
光学像をスクリーン上に拡大投影する投影装置（投射型
表示装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、液晶パネル等をスクリーン上
に拡大投影するための投射型表示装置は、液晶パネル等
が矩形の形状をしているため、矩形の照明エリアを均一
に照明することと、照明するための光源からのエネルギ
ー損失を少なくその照明エリアに導くことが重要であ
る。
に拡大投影するための投射型表示装置は、液晶パネル等
が矩形の形状をしているため、矩形の照明エリアを均一
に照明することと、照明するための光源からのエネルギ
ー損失を少なくその照明エリアに導くことが重要であ
る。
【０００３】このような投射型表示装置には、液晶パネ
ル上の光学像を強力な光で照明する照明光学装置が必要
であり、その性能は投写画像の画質を大きく左右する。
具体的に、高効率で色再現性に優れ、明るさと色の均一
性の良好な照明光学装置が要望される。
ル上の光学像を強力な光で照明する照明光学装置が必要
であり、その性能は投写画像の画質を大きく左右する。
具体的に、高効率で色再現性に優れ、明るさと色の均一
性の良好な照明光学装置が要望される。
【０００４】従来より用いられている照明光学装置の一
例として、凹面鏡式の照明光学装置がある。図８にこの
ような照明光学装置の構成例を示す。図８の照明光学装
置は主に、ランプ１０１と凹面鏡１０２から構成され
る。凹面鏡１０２は放物面鏡であり、発光体１０３の放
射する光の大部分を集光し、光軸１０４に平行に近い照
明光１０５を形成して、被照明領域１０６を照明する。
光源として、例えば、ランプ１０１にはメタルハライド
ランプが用いられる。他にキセノンランプ、ハロゲンラ
ンプ等が用いられる。又、凹面鏡１０２には、他に楕円
面鏡等が用いられる。
例として、凹面鏡式の照明光学装置がある。図８にこの
ような照明光学装置の構成例を示す。図８の照明光学装
置は主に、ランプ１０１と凹面鏡１０２から構成され
る。凹面鏡１０２は放物面鏡であり、発光体１０３の放
射する光の大部分を集光し、光軸１０４に平行に近い照
明光１０５を形成して、被照明領域１０６を照明する。
光源として、例えば、ランプ１０１にはメタルハライド
ランプが用いられる。他にキセノンランプ、ハロゲンラ
ンプ等が用いられる。又、凹面鏡１０２には、他に楕円
面鏡等が用いられる。
【０００５】このような凹面鏡式の照明光学装置は、凹
面鏡１０２の集光効率が高い利点がある反面、光軸１０
４近傍の光束密度が高く、被照明領域１０６の明るさむ
らが比較的大きい。そこで、照明光の明るさ均一性を改
善する方法としてレンズアレイを用いたインテグレータ
と呼ばれる構成が知られており、例えば、特公昭43-508
9号公報、特開平3-111806号公報、特開平5-346557号公
報がある。図９に、このような照明光学装置の構成例を
示す。
面鏡１０２の集光効率が高い利点がある反面、光軸１０
４近傍の光束密度が高く、被照明領域１０６の明るさむ
らが比較的大きい。そこで、照明光の明るさ均一性を改
善する方法としてレンズアレイを用いたインテグレータ
と呼ばれる構成が知られており、例えば、特公昭43-508
9号公報、特開平3-111806号公報、特開平5-346557号公
報がある。図９に、このような照明光学装置の構成例を
示す。
【０００６】図９に示す照明光学装置は、図８に示した
凹面鏡式の照明光学装置に第１レンズアレイ板１２１、
第２レンズアレイ板１２２、そして、第３レンズ１２３
を付加した構成より成っている。第１レンズアレイ板１
２１は、複数の第１レンズ１２４を２次元状に配列して
構成する。第２レンズアレイ板１２２も同様に、複数の
第２レンズ１２５を２次元状に配列して構成する。第１
レンズアレイ板１２１は、凹面鏡１０２から出射する明
るさむらの大きな単一光束を、第１レンズ１２４と同数
の部分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさむら
は、分割前の単一光束に比較して小さい。各部分光束
は、第２レンズアレイ板１２２により被照明領域１０６
まで有効に伝達され、第３レンズ１２３との合成系がこ
れを重畳させるので、明るさ均一性の高い照明を実現で
きる。
凹面鏡式の照明光学装置に第１レンズアレイ板１２１、
第２レンズアレイ板１２２、そして、第３レンズ１２３
を付加した構成より成っている。第１レンズアレイ板１
２１は、複数の第１レンズ１２４を２次元状に配列して
構成する。第２レンズアレイ板１２２も同様に、複数の
第２レンズ１２５を２次元状に配列して構成する。第１
レンズアレイ板１２１は、凹面鏡１０２から出射する明
るさむらの大きな単一光束を、第１レンズ１２４と同数
の部分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさむら
は、分割前の単一光束に比較して小さい。各部分光束
は、第２レンズアレイ板１２２により被照明領域１０６
まで有効に伝達され、第３レンズ１２３との合成系がこ
れを重畳させるので、明るさ均一性の高い照明を実現で
きる。
【０００７】上記照明装置は、明るさ均一性の高い照明
を実現できるが、ランダムな偏光光束を照明光として用
いている。そのため、液晶パネル等の照明光学装置とし
て用いた場合、利用される光束は特定の偏光方向の光束
だけであるので、光の利用率は大幅に低下し、明るい照
明系は実現できない。
を実現できるが、ランダムな偏光光束を照明光として用
いている。そのため、液晶パネル等の照明光学装置とし
て用いた場合、利用される光束は特定の偏光方向の光束
だけであるので、光の利用率は大幅に低下し、明るい照
明系は実現できない。
【０００８】この問題を解決した構成として、照明光学
装置内に偏光変換素子を用いた照明系が、例えば、特開
平9-311297号公報等で開示されている。図１０にこのよ
うな照明光学装置の構成例を示す。この構成は、第２レ
ンズアレイ１２２から出射されたランダムな偏光方向を
持つ光束を、図１１に示すように偏光分離面１２６Ａ、
反射面１２６Ｃ、λ／２位相差板１２６Ｂから成る偏光
変換素子１２６により特定の偏光方向を有する光束に変
換した後、液晶パネル等の被照射領域を照明するため、
偏光面の揃った明るく均一性の高い照明を実現してい
る。
装置内に偏光変換素子を用いた照明系が、例えば、特開
平9-311297号公報等で開示されている。図１０にこのよ
うな照明光学装置の構成例を示す。この構成は、第２レ
ンズアレイ１２２から出射されたランダムな偏光方向を
持つ光束を、図１１に示すように偏光分離面１２６Ａ、
反射面１２６Ｃ、λ／２位相差板１２６Ｂから成る偏光
変換素子１２６により特定の偏光方向を有する光束に変
換した後、液晶パネル等の被照射領域を照明するため、
偏光面の揃った明るく均一性の高い照明を実現してい
る。
【０００９】図１１に示す偏光変換光学素子１２６の構
成の詳細については、例えば特開平10-39136号公報等で
開示されている。図１１は、第２レンズアレイ１２２を
構成する複数のレンズ１２５のうちの１つのレンズとそ
れに対応する偏光変換光学素子１２６の主要部を拡大し
て示したものである。
成の詳細については、例えば特開平10-39136号公報等で
開示されている。図１１は、第２レンズアレイ１２２を
構成する複数のレンズ１２５のうちの１つのレンズとそ
れに対応する偏光変換光学素子１２６の主要部を拡大し
て示したものである。
【００１０】偏光変換素子１２６は積層構造を有する光
学素子であり、図に示したようにレンズアレイ１２２の
各レンズより射出した光線が入射するように、レンズア
レイを構成する各レンズの周期に合わせた構成となって
いる。
学素子であり、図に示したようにレンズアレイ１２２の
各レンズより射出した光線が入射するように、レンズア
レイを構成する各レンズの周期に合わせた構成となって
いる。
【００１１】Ｒ１１は偏光変換光学素子１２６に入射す
る光線を示したものである。偏光分離面１２６Ａは光の
偏光成分を分離するための手段であり、薄膜等により形
成されている。偏光分離面１２６Ａは、例えば、偏光成
分のうちＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射するよ
うな構成となっている。Ｒ１１は光源１より発光した光
であり、ランダムな偏光成分を有している。光Ｒ１１の
中のＰ偏光成分は偏光分離面１２６Ａを透過し、λ／２
位相の波長板１２６Ｂに入射する。波長板１２６Ｂは光
の偏光方向を９０°回転させるような波長板であるた
め、波長板１２６Ｂより射出する光線は９０°偏波面が
回転する。偏光分離面１２６Ａで反射されたＳ偏光成分
は反射面１２６Ｃで反射され図に示したように、偏光分
離面１２６Ａを透過した光線Ｒ１Ｐと異なった位置に光
Ｒ１Ｓとして出射する。光Ｒ１Ｐは前述したように、波
長板１２６Ｂにより偏波面を回転させられるため、射出
光束としては、偏光方向が揃っていることになる。この
ため、光の利用効率が高くなる。
る光線を示したものである。偏光分離面１２６Ａは光の
偏光成分を分離するための手段であり、薄膜等により形
成されている。偏光分離面１２６Ａは、例えば、偏光成
分のうちＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射するよ
うな構成となっている。Ｒ１１は光源１より発光した光
であり、ランダムな偏光成分を有している。光Ｒ１１の
中のＰ偏光成分は偏光分離面１２６Ａを透過し、λ／２
位相の波長板１２６Ｂに入射する。波長板１２６Ｂは光
の偏光方向を９０°回転させるような波長板であるた
め、波長板１２６Ｂより射出する光線は９０°偏波面が
回転する。偏光分離面１２６Ａで反射されたＳ偏光成分
は反射面１２６Ｃで反射され図に示したように、偏光分
離面１２６Ａを透過した光線Ｒ１Ｐと異なった位置に光
Ｒ１Ｓとして出射する。光Ｒ１Ｐは前述したように、波
長板１２６Ｂにより偏波面を回転させられるため、射出
光束としては、偏光方向が揃っていることになる。この
ため、光の利用効率が高くなる。
【００１２】図１０は、図９の光学系中の第２のレンズ
アレイ１２２の射出側に偏光変換光学素子１２６を配置
したインテグレータ光学系の配置概要を示したものであ
り、偏光変換素子１２６以外の光学系についての光学的
配置については図９と同様であるため、説明は省略す
る。
アレイ１２２の射出側に偏光変換光学素子１２６を配置
したインテグレータ光学系の配置概要を示したものであ
り、偏光変換素子１２６以外の光学系についての光学的
配置については図９と同様であるため、説明は省略す
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】図１２は図９において
第２レンズアレイ１２２付近に形成される光源（発光
体）１０３の光源像の概要を示したものである。図１２
は縦８，横６の４８個の第２レンズより成る第２レンズ
アレイの各レンズ１２５に入射する光源像の大きさを１
３５で示している。図に示したように、光軸１０４に近
いほど光源像１３５が拡大し、第２レンズアレイ１２２
の開口よりも光源像が大きくなっていることがわかる。
このため、開口から外れた光が損失となり、光が有効に
利用されていないといった課題を生じている。又、前述
したように、現在インテグレータ光学系に偏光変換光学
系を組み合わせて、さらに光量をあげる試みがされてい
る。
第２レンズアレイ１２２付近に形成される光源（発光
体）１０３の光源像の概要を示したものである。図１２
は縦８，横６の４８個の第２レンズより成る第２レンズ
アレイの各レンズ１２５に入射する光源像の大きさを１
３５で示している。図に示したように、光軸１０４に近
いほど光源像１３５が拡大し、第２レンズアレイ１２２
の開口よりも光源像が大きくなっていることがわかる。
このため、開口から外れた光が損失となり、光が有効に
利用されていないといった課題を生じている。又、前述
したように、現在インテグレータ光学系に偏光変換光学
系を組み合わせて、さらに光量をあげる試みがされてい
る。
【００１４】図１１ではＲ３，Ｒ２は、第１レンズアレ
イ１２１からの光線を示している。前述したように、第
２レンズアレイ１２２付近で光源１０３の実像１３５を
形成している。光束Ｒ２，Ｒ３は第２レンズアレイ１２
２の各レンズ１２５を透過し、偏光変換光学素子１２６
に入射するが、偏光変換光学素子の構成から偏光変換機
能を有しているのは開口部Ａ１となる。つまり、開口部
Ａ１の部分以外の位置に入射する光線（図中点線の光
線）は損失となってしまう。つまり、第２レンズアレイ
１２２の開口よりも偏光変換機能を有する開口部Ａ１の
方が小さくなっていることがわかる。図１３は第２レン
ズアレイ１２２上に形成される光源像の大きさと、第２
レンズアレイ１２２の開口及び偏光変換光学系１２６の
有効部の対応関係を示したものである。１３５は各発光
体１０３の投影像、斜線部は偏光変換光学素子の非有効
部Ａ２を示している。
イ１２１からの光線を示している。前述したように、第
２レンズアレイ１２２付近で光源１０３の実像１３５を
形成している。光束Ｒ２，Ｒ３は第２レンズアレイ１２
２の各レンズ１２５を透過し、偏光変換光学素子１２６
に入射するが、偏光変換光学素子の構成から偏光変換機
能を有しているのは開口部Ａ１となる。つまり、開口部
Ａ１の部分以外の位置に入射する光線（図中点線の光
線）は損失となってしまう。つまり、第２レンズアレイ
１２２の開口よりも偏光変換機能を有する開口部Ａ１の
方が小さくなっていることがわかる。図１３は第２レン
ズアレイ１２２上に形成される光源像の大きさと、第２
レンズアレイ１２２の開口及び偏光変換光学系１２６の
有効部の対応関係を示したものである。１３５は各発光
体１０３の投影像、斜線部は偏光変換光学素子の非有効
部Ａ２を示している。
【００１５】この図１３で示したように、第２インテグ
レータ付近に形成される光源の像は中心付近で大きくな
るため、偏光変換光学系の非有効部に入射する割合が大
きくなり、偏光変換等により全体として光の利用効率は
上がっているものの、第２レンズアレイ上で損失がある
という課題を有する。
レータ付近に形成される光源の像は中心付近で大きくな
るため、偏光変換光学系の非有効部に入射する割合が大
きくなり、偏光変換等により全体として光の利用効率は
上がっているものの、第２レンズアレイ上で損失がある
という課題を有する。
【００１６】図１４を用いて第２レンズアレイ１２２上
で光源の大きさが異なることについて補足説明する。図
１４は、従来のインテグレータ光学系を示したものであ
り、第２レンズアレイ上に光源像ができるときの結像関
係についての概略を示したものである。反射鏡１０２は
発光点を焦点とする放物面である。従って、発光点から
光線は反射面１０２で反射され平行光となる。
で光源の大きさが異なることについて補足説明する。図
１４は、従来のインテグレータ光学系を示したものであ
り、第２レンズアレイ上に光源像ができるときの結像関
係についての概略を示したものである。反射鏡１０２は
発光点を焦点とする放物面である。従って、発光点から
光線は反射面１０２で反射され平行光となる。
【００１７】一方、放物面１０２の微小領域の焦点距離
は、放物面上の位置の関数になる。図１４で、発光点と
放物面上の距離がその微小領域における焦点距離とな
る。従って、放物面上の点Ｐａ（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）に
おける焦点距離ｆｐ（Ｐａ）は、 ｆｐ（Ｐａ）＝ＳＱＲＴ（ｘｐ2＋ｙｐ2＋ｚｐ2） となる。従って、放物面上の点Ｐａ，Ｐｂの位置におけ
る焦点距離を考えると、点Ｐａの方が原点に近いため、
焦点距離が短くなる。
は、放物面上の位置の関数になる。図１４で、発光点と
放物面上の距離がその微小領域における焦点距離とな
る。従って、放物面上の点Ｐａ（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）に
おける焦点距離ｆｐ（Ｐａ）は、 ｆｐ（Ｐａ）＝ＳＱＲＴ（ｘｐ2＋ｙｐ2＋ｚｐ2） となる。従って、放物面上の点Ｐａ，Ｐｂの位置におけ
る焦点距離を考えると、点Ｐａの方が原点に近いため、
焦点距離が短くなる。
【００１８】ｆｐ（Ｐａ）＜ｆｐ（Ｐｂ） ここで、ｆｐ（Ｐａ）は点Ｐａの位置の焦点距離、ｆｐ
（Ｐｂ）は点Ｐｂの位置の焦点距離である。又、第１レ
ンズアレイ１２１の各レンズ１２４の焦点距離はすべて
等しくｆａ１であるとする。光学系の構成から、第２レ
ンズアレイ付近に結像される場合の光源像の倍率は、Ｐ
ａの位置，Ｐｂの位置に関しそれぞれ、 βＰａ＝ｆａ１／ｆｐ（Ｐａ） βＰｂ＝ｆａ１／ｆｐ（Ｐｂ） となり、関係式 ｆｐ（Ｐａ）＜ｆｐ（Ｐｂ） より倍率が異なり、拡大率がＰａの点を通る光線の方が
大きい、つまり光源像が大きくなることがわかる。
（Ｐｂ）は点Ｐｂの位置の焦点距離である。又、第１レ
ンズアレイ１２１の各レンズ１２４の焦点距離はすべて
等しくｆａ１であるとする。光学系の構成から、第２レ
ンズアレイ付近に結像される場合の光源像の倍率は、Ｐ
ａの位置，Ｐｂの位置に関しそれぞれ、 βＰａ＝ｆａ１／ｆｐ（Ｐａ） βＰｂ＝ｆａ１／ｆｐ（Ｐｂ） となり、関係式 ｆｐ（Ｐａ）＜ｆｐ（Ｐｂ） より倍率が異なり、拡大率がＰａの点を通る光線の方が
大きい、つまり光源像が大きくなることがわかる。
【００１９】以上が、図１２，図１３においての光源像
の大きさが異なる主たる要因である。
の大きさが異なる主たる要因である。
【００２０】本発明は、光の利用効率を高め、被照射領
域を高い照度で照明することができる、照明装置及びそ
れを用いた投影装置の提供を目的とする。
域を高い照度で照明することができる、照明装置及びそ
れを用いた投影装置の提供を目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の照明装
置は、発光体と、該発光体からの放射光を集光する集光
手段と、複数の第１レンズを２次元状に配列し、該集光
手段からの光束を複数の光束に分割する第１レンズアレ
イと、該第１レンズアレイの複数の第１レンズと対をな
す複数の第２レンズを２次元状に配列した第２レンズア
レイを含み、かつ該第１レンズアレイからの該複数の光
束の各々を被照明領域上に照射する光学系とを有し、該
集光手段と該複数の第１レンズの個々のレンズで構成さ
れる複数の系は、互いに該発光体を結像するときの結像
倍率を略等しくしていることを特徴としている。
置は、発光体と、該発光体からの放射光を集光する集光
手段と、複数の第１レンズを２次元状に配列し、該集光
手段からの光束を複数の光束に分割する第１レンズアレ
イと、該第１レンズアレイの複数の第１レンズと対をな
す複数の第２レンズを２次元状に配列した第２レンズア
レイを含み、かつ該第１レンズアレイからの該複数の光
束の各々を被照明領域上に照射する光学系とを有し、該
集光手段と該複数の第１レンズの個々のレンズで構成さ
れる複数の系は、互いに該発光体を結像するときの結像
倍率を略等しくしていることを特徴としている。
【００２２】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記複数の第１レンズの光軸近傍の第１レンズと周
辺部の第１レンズとは互いに焦点距離及び／又は光軸方
向の長さが異なっていることを特徴としている。
て、前記複数の第１レンズの光軸近傍の第１レンズと周
辺部の第１レンズとは互いに焦点距離及び／又は光軸方
向の長さが異なっていることを特徴としている。
【００２３】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記複数の第１レンズは前記集光手段からの光
束を各レンズに対応する前記第２レンズの開口部近傍で
最も収束せしめていることを特徴としている。
おいて、前記複数の第１レンズは前記集光手段からの光
束を各レンズに対応する前記第２レンズの開口部近傍で
最も収束せしめていることを特徴としている。
【００２４】請求項４の発明は請求項１，２又は３の発
明において、前記光学系は前記第２レンズアレイからの
光束を集光する第３レンズを有していることを特徴とし
ている。
明において、前記光学系は前記第２レンズアレイからの
光束を集光する第３レンズを有していることを特徴とし
ている。
【００２５】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において、前記複数の第１レンズの一部
は、それらの開口中心から前記集光手段の光軸までの距
離の長さに応じてそれらの焦点距離を相対的に変えてい
ることを特徴としている。
か１項の発明において、前記複数の第１レンズの一部
は、それらの開口中心から前記集光手段の光軸までの距
離の長さに応じてそれらの焦点距離を相対的に変えてい
ることを特徴としている。
【００２６】請求項６の発明は請求項１から５のいずれ
か１項の発明において、前記集光手段は凹面鏡から成
り、前記発光体の長軸方向と該集光手段の光軸を略同一
方向とすることを特徴とている。
か１項の発明において、前記集光手段は凹面鏡から成
り、前記発光体の長軸方向と該集光手段の光軸を略同一
方向とすることを特徴とている。
【００２７】請求項７の発明は請求項１から６のいずれ
か１項の発明において、前記光学系は第３レンズを有し
ており、前記第１レンズ又は第２レンズ又は第３レンズ
の少なくとも１つの光学面を非球面としたことを特徴と
している。
か１項の発明において、前記光学系は第３レンズを有し
ており、前記第１レンズ又は第２レンズ又は第３レンズ
の少なくとも１つの光学面を非球面としたことを特徴と
している。
【００２８】請求項８の発明は請求項１から７のいずれ
か１項の発明において、前記複数の第１レンズの開口は
前記所定の被照明領域の形状と略相似形状であることを
特徴としている。
か１項の発明において、前記複数の第１レンズの開口は
前記所定の被照明領域の形状と略相似形状であることを
特徴としている。
【００２９】請求項９の発明は請求項１から８のいずれ
か１項の発明において、前記光学系は第３レンズを有し
ており、前記第３レンズは前記第２レンズアレイの複数
の第２レンズに対応し、同じ開口を有する複数のレンズ
から構成されていることを特徴としている。
か１項の発明において、前記光学系は第３レンズを有し
ており、前記第３レンズは前記第２レンズアレイの複数
の第２レンズに対応し、同じ開口を有する複数のレンズ
から構成されていることを特徴としている。
【００３０】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において、前記第１レンズは平面を光入
射側に向けた平凸レンズであることを特徴としている。
れか１項の発明において、前記第１レンズは平面を光入
射側に向けた平凸レンズであることを特徴としている。
【００３１】請求項１１の発明の照明装置は、発光体
と、該発光体からの放射光を集光する集光手段と、略同
一の開口形状を有する複数の第１レンズを２次元状に配
列し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第
１レンズアレイと、該第１レンズアレイの複数の第１レ
ンズと対をなす複数の第２レンズを２次元状に配列した
第２レンズアレイと、該第２レンズアレイからの光束の
偏光状態を揃えて射出させる偏光変換素子と、を含み、
該第１レンズアレイからの該複数の光束の各々を被照明
領域上に照射する光学系とを有し、該複数の第１レンズ
は該複数の第２レンズの開口近傍で、該発光体の該集光
手段による光源像の結像倍率を変えて結像していること
を特徴としている。
と、該発光体からの放射光を集光する集光手段と、略同
一の開口形状を有する複数の第１レンズを２次元状に配
列し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第
１レンズアレイと、該第１レンズアレイの複数の第１レ
ンズと対をなす複数の第２レンズを２次元状に配列した
第２レンズアレイと、該第２レンズアレイからの光束の
偏光状態を揃えて射出させる偏光変換素子と、を含み、
該第１レンズアレイからの該複数の光束の各々を被照明
領域上に照射する光学系とを有し、該複数の第１レンズ
は該複数の第２レンズの開口近傍で、該発光体の該集光
手段による光源像の結像倍率を変えて結像していること
を特徴としている。
【００３２】請求項１２の発明は請求項１１の発明にお
いて、前記偏光変換素子は、光束をＳ偏光光束とＰ偏光
光束とに分離する偏光光束分離面と、該偏光光束分離面
によって分離されたＰ偏光光束とＳ偏光光束のうちいず
れか一方の光を反射させる反射面と、いずれか一方の偏
光方向を他方の偏光方向に変換する偏光変換手段とを有
し、該反射面と該偏光光束分離面とが交互に配列されて
いることを特徴としている。
いて、前記偏光変換素子は、光束をＳ偏光光束とＰ偏光
光束とに分離する偏光光束分離面と、該偏光光束分離面
によって分離されたＰ偏光光束とＳ偏光光束のうちいず
れか一方の光を反射させる反射面と、いずれか一方の偏
光方向を他方の偏光方向に変換する偏光変換手段とを有
し、該反射面と該偏光光束分離面とが交互に配列されて
いることを特徴としている。
【００３３】請求項１３の発明は請求項１から１２のい
ずれか１項の発明において、前記光学系は前記複数の第
１レンズの開口部を前記被照明領域に略同一の大きさで
重畳するように投射していることを特徴としている。
ずれか１項の発明において、前記光学系は前記複数の第
１レンズの開口部を前記被照明領域に略同一の大きさで
重畳するように投射していることを特徴としている。
【００３４】請求項１４の投影装置は、請求項１から１
３のいずれか１項の照明装置において、照明装置の被照
明領域に配置した被投影物体を投影光学系で所定面上に
投影していることを特徴としている。
３のいずれか１項の照明装置において、照明装置の被照
明領域に配置した被投影物体を投影光学系で所定面上に
投影していることを特徴としている。
【００３５】請求項１５の発明は請求項１４の発明にお
いて、前記被投影物体はライトバルブであることを特徴
としている。
いて、前記被投影物体はライトバルブであることを特徴
としている。
【００３６】請求項１６の発明は請求項１４の発明にお
いて、前記被投影物体は液晶パネルであることを特徴と
している。
いて、前記被投影物体は液晶パネルであることを特徴と
している。
【００３７】請求項１７の発明の照明装置は、発光体
と、該発光体からの放射光を集光する集光手段と、複数
の第１レンズを２次元状に配列し、該集光手段からの光
束を複数の光束に分割する第１レンズアレイと、該第１
レンズアレイからの該複数の光束の各々を被照明領域上
に照射する光学系とを有し、該集光手段と該複数の第１
レンズの個々のレンズで構成される複数の系は、互いに
該発光体を結像するときの結像倍率を略等しくしている
ことを特徴としている。
と、該発光体からの放射光を集光する集光手段と、複数
の第１レンズを２次元状に配列し、該集光手段からの光
束を複数の光束に分割する第１レンズアレイと、該第１
レンズアレイからの該複数の光束の各々を被照明領域上
に照射する光学系とを有し、該集光手段と該複数の第１
レンズの個々のレンズで構成される複数の系は、互いに
該発光体を結像するときの結像倍率を略等しくしている
ことを特徴としている。
【００３８】請求項１８の発明は請求項１７の発明にお
いて、前記複数の第１レンズの光軸近傍の第１レンズと
周辺部の第１レンズとは互いに焦点距離及び／又は光軸
方向の長さが異なっていることを特徴としている。
いて、前記複数の第１レンズの光軸近傍の第１レンズと
周辺部の第１レンズとは互いに焦点距離及び／又は光軸
方向の長さが異なっていることを特徴としている。
【００３９】請求項１９の発明は請求項１７又は１８の
発明において、前記複数の第１レンズの一部は、それら
の開口中心から前記集光手段の光軸までの距離の長さに
応じてそれらの焦点距離を相対的に変えていることを特
徴としている。
発明において、前記複数の第１レンズの一部は、それら
の開口中心から前記集光手段の光軸までの距離の長さに
応じてそれらの焦点距離を相対的に変えていることを特
徴としている。
【００４０】請求項２０の発明は請求項１７から１９の
いずれか１項の発明において、前記集光手段は凹面鏡か
ら成り、前記発光体の長軸方向と該集光手段の光軸を略
同一方向とすることを特徴としている。
いずれか１項の発明において、前記集光手段は凹面鏡か
ら成り、前記発光体の長軸方向と該集光手段の光軸を略
同一方向とすることを特徴としている。
【００４１】請求項２１の発明は請求項１７から２０の
いずれか１項の発明において、前記複数の第１レンズの
開口は前記所定の被照明領域の形状と略相似形状である
ことを特徴としている。
いずれか１項の発明において、前記複数の第１レンズの
開口は前記所定の被照明領域の形状と略相似形状である
ことを特徴としている。
【００４２】請求項２２の発明は請求項１７から２１の
いずれか１項の発明において、前記第１レンズは平面を
光入射側に向けた平凸レンズであることを特徴としてい
る。
いずれか１項の発明において、前記第１レンズは平面を
光入射側に向けた平凸レンズであることを特徴としてい
る。
【００４３】請求項２３の発明の照明装置は、発光体
と、該発光体からの放射光を集光する集光手段と、略同
一の開口形状を有する複数の第１レンズを２次元状に配
列し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第
１レンズアレイと、該第１レンズアレイからの光束の偏
光状態を揃えて射出させる偏光変換素子と、を含み、該
第１レンズアレイからの該複数の光束の各々を被照明領
域上に照射する光学系とを有し、該複数の第１レンズは
該発光体を結像するときの該集光手段による光源像の結
像倍率を変えていることを特徴としている。
と、該発光体からの放射光を集光する集光手段と、略同
一の開口形状を有する複数の第１レンズを２次元状に配
列し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第
１レンズアレイと、該第１レンズアレイからの光束の偏
光状態を揃えて射出させる偏光変換素子と、を含み、該
第１レンズアレイからの該複数の光束の各々を被照明領
域上に照射する光学系とを有し、該複数の第１レンズは
該発光体を結像するときの該集光手段による光源像の結
像倍率を変えていることを特徴としている。
【００４４】請求項２４の発明は請求項２３の発明にお
いて、前記偏光変換素子は、光束をＳ偏光光束とＰ偏光
光束とに分離する偏光光束分離面と、該偏光光束分離面
によって分離されたＰ偏光光束とＳ偏光光束のうちいず
れか一方の光を反射させる反射面と、いずれか一方の偏
光方向を他方の偏光方向に変換する偏光変換手段とを有
し、該反射面と該偏光光束分離面とが交互に配列されて
いることを特徴としている。
いて、前記偏光変換素子は、光束をＳ偏光光束とＰ偏光
光束とに分離する偏光光束分離面と、該偏光光束分離面
によって分離されたＰ偏光光束とＳ偏光光束のうちいず
れか一方の光を反射させる反射面と、いずれか一方の偏
光方向を他方の偏光方向に変換する偏光変換手段とを有
し、該反射面と該偏光光束分離面とが交互に配列されて
いることを特徴としている。
【００４５】請求項２５の発明は請求項１７から２４の
いずれか１項の発明において、前記光学系は前記複数の
第１レンズの開口部を前記被照明領域に略同一の大きさ
で重畳するように投射していることを特徴としている。
いずれか１項の発明において、前記光学系は前記複数の
第１レンズの開口部を前記被照明領域に略同一の大きさ
で重畳するように投射していることを特徴としている。
【００４６】請求項２６の発明の投影装置は請求項１７
から２５のいずれか１項の照明装置の被照明領域に配置
した被投影物体を投影光学系で所定面上に投影している
ことを特徴としている。
から２５のいずれか１項の照明装置の被照明領域に配置
した被投影物体を投影光学系で所定面上に投影している
ことを特徴としている。
【００４７】請求項２７の発明は請求項２６の発明にお
いて、前記被投影物体はライトバルブであることを特徴
としている。
いて、前記被投影物体はライトバルブであることを特徴
としている。
【００４８】請求項２８の発明は請求項２６の発明にお
いて、前記被投影物体は液晶パネルであることを特徴と
している。
いて、前記被投影物体は液晶パネルであることを特徴と
している。
【００４９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の照明装置を用いた
投影装置の実施形態１の要部概略図である。以下、図面
を参照しながら本発明の実施形態について詳細に述べ
る。尚、各実施形態において、特に断りのない限り、光
学系を構成する光軸をＺ方向、被投影物体としての液晶
パネルの形状に対応した被照射領域で液晶の長手（水
平）方向をＸ方向、短手（垂直）方向をＹ方向としてい
る。
投影装置の実施形態１の要部概略図である。以下、図面
を参照しながら本発明の実施形態について詳細に述べ
る。尚、各実施形態において、特に断りのない限り、光
学系を構成する光軸をＺ方向、被投影物体としての液晶
パネルの形状に対応した被照射領域で液晶の長手（水
平）方向をＸ方向、短手（垂直）方向をＹ方向としてい
る。
【００５０】図１において、１は光源としてのメタルハ
ライドランプ、２は光源１の発光体、３は集光手段とし
ての放物面鏡、４は第１レンズアレイ板であり、互いに
中心厚が異なり焦点距離が異なる複数の第１レンズ１０
より成っている。尚、第１レンズアレイの一部のレンズ
のみを互いに焦点距離が異なるようにしても良い。５は
第２レンズアレイ板、６は偏光変換素子であり、図１１
で示したのと同様の構成より成っている。７は第３レン
ズ、８は被照明領域である。９は照明装置の主光軸（光
軸）であり、発光体２から第１レンズアレイ板４の有効
領域の中心４ａと第２レンズアレイ板５の有効領域の中
心５ａ、偏光変換素子６の有効領域の中心６ａ、第３レ
ンズ７のレンズ中心を経て被照明領域の中心８ａに至
る。ただし、主光軸９と放物面鏡３の回転対称軸は一致
している。被照明領域８は、例えば液晶パネル等のライ
トバルブの有効表示領域である。ＰＬは投影レンズ、Ｓ
はスクリーンである。
ライドランプ、２は光源１の発光体、３は集光手段とし
ての放物面鏡、４は第１レンズアレイ板であり、互いに
中心厚が異なり焦点距離が異なる複数の第１レンズ１０
より成っている。尚、第１レンズアレイの一部のレンズ
のみを互いに焦点距離が異なるようにしても良い。５は
第２レンズアレイ板、６は偏光変換素子であり、図１１
で示したのと同様の構成より成っている。７は第３レン
ズ、８は被照明領域である。９は照明装置の主光軸（光
軸）であり、発光体２から第１レンズアレイ板４の有効
領域の中心４ａと第２レンズアレイ板５の有効領域の中
心５ａ、偏光変換素子６の有効領域の中心６ａ、第３レ
ンズ７のレンズ中心を経て被照明領域の中心８ａに至
る。ただし、主光軸９と放物面鏡３の回転対称軸は一致
している。被照明領域８は、例えば液晶パネル等のライ
トバルブの有効表示領域である。ＰＬは投影レンズ、Ｓ
はスクリーンである。
【００５１】一般に、メタルハライドランプ１は円筒形
に近い形状の発光体２を形成する。発光体２の長軸方向
と主光軸９の方向を一致させ、その重心は放物面鏡３の
焦点近傍に位置している。したがって、第１レンズアレ
イ板４には主光軸９と平行に近い光が入射する。厳密に
は、放物面鏡３の焦点から放射された光が主光軸９と平
行に入射する。
に近い形状の発光体２を形成する。発光体２の長軸方向
と主光軸９の方向を一致させ、その重心は放物面鏡３の
焦点近傍に位置している。したがって、第１レンズアレ
イ板４には主光軸９と平行に近い光が入射する。厳密に
は、放物面鏡３の焦点から放射された光が主光軸９と平
行に入射する。
【００５２】図２に第１レンズアレイ板４の構成の一例
を示す。被照明領域８と相似形状である矩形開口の第１
レンズ１０を４８個２次元的に配列している。第１レン
ズアレイ板４の中心４ａに対して右上の１／４象現内の
レンズのみａ〜ｌの記号を記載している。他のレンズに
ついては中心４ａを通るＸＹ軸に対して右上の形状と軸
対称な構成を有しているのが一般的な構成なので記号の
記載は省略している。
を示す。被照明領域８と相似形状である矩形開口の第１
レンズ１０を４８個２次元的に配列している。第１レン
ズアレイ板４の中心４ａに対して右上の１／４象現内の
レンズのみａ〜ｌの記号を記載している。他のレンズに
ついては中心４ａを通るＸＹ軸に対して右上の形状と軸
対称な構成を有しているのが一般的な構成なので記号の
記載は省略している。
【００５３】第１レンズ１０の開口はすべて同一形状で
あり、アスペクト比４：３の矩形開口である。これは、
例えばＮＴＳＣのＴＶ画像を表示する液晶パネルを照明
する場合を想定し、被照明領域８に対して相似形状とし
ている。第１レンズ１０は放物面鏡３から出射する光束
の断面形状に合わせて各開口の形状と、Ｘ，Ｙ各方向の
アレイ数が決定される。
あり、アスペクト比４：３の矩形開口である。これは、
例えばＮＴＳＣのＴＶ画像を表示する液晶パネルを照明
する場合を想定し、被照明領域８に対して相似形状とし
ている。第１レンズ１０は放物面鏡３から出射する光束
の断面形状に合わせて各開口の形状と、Ｘ，Ｙ各方向の
アレイ数が決定される。
【００５４】第１レンズアレイ板４の有効領域の中心４
ａは、４８個の第１レンズ１０が内接する円の中心であ
り、この中心４ａを主光軸９は通過する。尚、第２レン
ズアレイ板５と複数の第２レンズ１１のＸＹ断面の開口
形状は第１レンズアレイ板４と複数の第１レンズ１０の
ＸＹ断面の開口形状と同じなので図示はしない。
ａは、４８個の第１レンズ１０が内接する円の中心であ
り、この中心４ａを主光軸９は通過する。尚、第２レン
ズアレイ板５と複数の第２レンズ１１のＸＹ断面の開口
形状は第１レンズアレイ板４と複数の第１レンズ１０の
ＸＹ断面の開口形状と同じなので図示はしない。
【００５５】次に本実施形態における照明装置の特徴を
説明する。
説明する。
【００５６】放物面鏡３は発光体２から放射される光を
集光し、主光軸９に沿った単一光束を形成する。この単
一光束は、主光軸９の近傍ほど光束密度が高く明るさむ
らが大きい。第１レンズアレイ板４に入射した単一光束
は４８の第１レンズ１０により４８本の部分光束に分割
される。分割後の各部分光束は元の単一光束に比較して
明るさむらが小さくなっている。複数の第１レンズ１０
は、互いに焦点距離が異なっており、対応する部分光束
を対応する第２レンズアレイ板５の第２レンズ１１の開
口部に光源１の発光体２の像が略同一となるように導い
ている。又、第２レンズ１１の開口部近傍で各々の部分
光束を最も収束させている。第２レンズアレイ板５の各
開口部近傍に発光体２の２次光源が形成されている。
尚、「略」とは本発明の目的を達成できる程度のことを
いう。これは以下同じである。
集光し、主光軸９に沿った単一光束を形成する。この単
一光束は、主光軸９の近傍ほど光束密度が高く明るさむ
らが大きい。第１レンズアレイ板４に入射した単一光束
は４８の第１レンズ１０により４８本の部分光束に分割
される。分割後の各部分光束は元の単一光束に比較して
明るさむらが小さくなっている。複数の第１レンズ１０
は、互いに焦点距離が異なっており、対応する部分光束
を対応する第２レンズアレイ板５の第２レンズ１１の開
口部に光源１の発光体２の像が略同一となるように導い
ている。又、第２レンズ１１の開口部近傍で各々の部分
光束を最も収束させている。第２レンズアレイ板５の各
開口部近傍に発光体２の２次光源が形成されている。
尚、「略」とは本発明の目的を達成できる程度のことを
いう。これは以下同じである。
【００５７】第２レンズ１１と第３レンズ７の合成の光
学系により、対応する部分光束は適当な大きさに拡大さ
れ、被照明領域８上に重ね合わせる。具体的に、対応す
る第１レンズ１０の開口形状に即した断面形状の光束を
倍率Ｍだけ拡大し、被照明領域８上に導いて重畳させて
いる。第１レンズ１０の開口を被照明領域８と相似形状
としているので、照明光の光束断面形状と被照明領域８
の形状が一致し、光利用効率の面で有利となる。又、第
１レンズアレイ板４の第１レンズ１０の開口はすべて同
形状であるので、投影倍率は第１レンズの各開口で同じ
倍率となる。
学系により、対応する部分光束は適当な大きさに拡大さ
れ、被照明領域８上に重ね合わせる。具体的に、対応す
る第１レンズ１０の開口形状に即した断面形状の光束を
倍率Ｍだけ拡大し、被照明領域８上に導いて重畳させて
いる。第１レンズ１０の開口を被照明領域８と相似形状
としているので、照明光の光束断面形状と被照明領域８
の形状が一致し、光利用効率の面で有利となる。又、第
１レンズアレイ板４の第１レンズ１０の開口はすべて同
形状であるので、投影倍率は第１レンズの各開口で同じ
倍率となる。
【００５８】複数の第１レンズ１０の主光軸９方向の位
置と各第１レンズ１０の各焦点距離は異なっている。
又、各第１レンズ１０と被照射領域８の中心８ａまでの
距離は各レンズ１０毎に異なっている。したがって、複
数の第１レンズの開口像を被照射領域８に鮮明に結像す
るために、第２レンズ１１と第３レンズ７の合成のパワ
ーを各部分光束（又は、第２レンズアレイの各レンズ、
又は第３レンズを非球面）毎に変えており、これによっ
てすべての第１レンズ１０の開口の被照射領域での開口
像を被照射領域８上で略同一方法で鮮明に重ね合わせて
いる。
置と各第１レンズ１０の各焦点距離は異なっている。
又、各第１レンズ１０と被照射領域８の中心８ａまでの
距離は各レンズ１０毎に異なっている。したがって、複
数の第１レンズの開口像を被照射領域８に鮮明に結像す
るために、第２レンズ１１と第３レンズ７の合成のパワ
ーを各部分光束（又は、第２レンズアレイの各レンズ、
又は第３レンズを非球面）毎に変えており、これによっ
てすべての第１レンズ１０の開口の被照射領域での開口
像を被照射領域８上で略同一方法で鮮明に重ね合わせて
いる。
【００５９】本発明の照明装置は、放物面鏡３からの明
るさむらの大きな単一光束を第１レンズアレイ板４で明
るさむらの小さい部分光束に分割し、これを第２レンズ
アレイ板５や第３レンズ７によって被照明領域上に重畳
させているので、明るさの均一性に優れた照明を実現で
きるという特徴がある。
るさむらの大きな単一光束を第１レンズアレイ板４で明
るさむらの小さい部分光束に分割し、これを第２レンズ
アレイ板５や第３レンズ７によって被照明領域上に重畳
させているので、明るさの均一性に優れた照明を実現で
きるという特徴がある。
【００６０】一方、ランプの消費電力を大きくすること
なく明るい照明光を得るために、光利用効率の高い照明
装置を構成することは重要である。発光体２から放射さ
れた光の大部分は、放物面鏡３により集光されて第１レ
ンズアレイ板４に入射し、第２レンズアレイ板５に到達
する。したがって、第２レンズアレイ板５及び偏光変換
素子６の開口部における光の損失が少なければ、発光体
２から放射される光の大部分は有効に被照明領域８に到
達することがわかる。
なく明るい照明光を得るために、光利用効率の高い照明
装置を構成することは重要である。発光体２から放射さ
れた光の大部分は、放物面鏡３により集光されて第１レ
ンズアレイ板４に入射し、第２レンズアレイ板５に到達
する。したがって、第２レンズアレイ板５及び偏光変換
素子６の開口部における光の損失が少なければ、発光体
２から放射される光の大部分は有効に被照明領域８に到
達することがわかる。
【００６１】本発明の構成では、発光体２の第２レンズ
アレイ板５の開口近傍での投影像の大きさが略均一にな
るように複数の第１レンズをそれらの主光軸方向の位置
と焦点距離を互いに異ならせている。これによって、第
２レンズアレイ板５及び偏光変換素子６の開口部におけ
る光の損失が殆どない高い光利用効率を実現できる照明
装置を提供している。この場合、光学系（３，４，５，
７）の配置誤差等を考慮して、第１レンズアレイ板４の
それぞれの第１レンズ１０の投影像が第２レンズアレイ
板５の開口に対して余裕を与える程度に、投影像のサイ
ズを決定しても構わない。
アレイ板５の開口近傍での投影像の大きさが略均一にな
るように複数の第１レンズをそれらの主光軸方向の位置
と焦点距離を互いに異ならせている。これによって、第
２レンズアレイ板５及び偏光変換素子６の開口部におけ
る光の損失が殆どない高い光利用効率を実現できる照明
装置を提供している。この場合、光学系（３，４，５，
７）の配置誤差等を考慮して、第１レンズアレイ板４の
それぞれの第１レンズ１０の投影像が第２レンズアレイ
板５の開口に対して余裕を与える程度に、投影像のサイ
ズを決定しても構わない。
【００６２】次に図３を用い、本発明の特徴である第１
レンズアレイの構成について補足する。図３は、特に第
１レンズ１０ｆ及び第２レンズ１１ｆの組み合わせに着
目し、発光体２から放物面鏡３，第１レンズ１０ｆ，第
２レンズ１１ｆ，偏光変換素子６，第３レンズ７，被照
明領域８に至る経路に沿って、関連する要素のみを記述
している。
レンズアレイの構成について補足する。図３は、特に第
１レンズ１０ｆ及び第２レンズ１１ｆの組み合わせに着
目し、発光体２から放物面鏡３，第１レンズ１０ｆ，第
２レンズ１１ｆ，偏光変換素子６，第３レンズ７，被照
明領域８に至る経路に沿って、関連する要素のみを記述
している。
【００６３】発光体２の長さ（長軸方向）をｄＬ，太さ
（短軸方向）をφ０、第１レンズ１０ｆの光軸と放物面
３の交点をＱｆ、交点Ｑｆと発光点２の重心位置（放物
面鏡３の焦点位置）の距離をＬ１ｆ、第１レンズ１０ｆ
の焦点距離をＦ１ｆ、第２レンズ１１ｆの焦点距離をＦ
２ｆとおく。放物面鏡３の焦点から出射し、第１レンズ
１０ｆの開口中心、第２レンズ１１ｆの開口中心を経て
被照明領域８の中心８ａに至る光線に沿った経路を、着
目しているレンズ系の補助光軸２５とする。
（短軸方向）をφ０、第１レンズ１０ｆの光軸と放物面
３の交点をＱｆ、交点Ｑｆと発光点２の重心位置（放物
面鏡３の焦点位置）の距離をＬ１ｆ、第１レンズ１０ｆ
の焦点距離をＦ１ｆ、第２レンズ１１ｆの焦点距離をＦ
２ｆとおく。放物面鏡３の焦点から出射し、第１レンズ
１０ｆの開口中心、第２レンズ１１ｆの開口中心を経て
被照明領域８の中心８ａに至る光線に沿った経路を、着
目しているレンズ系の補助光軸２５とする。
【００６４】放物面３の局所的な焦点距離は前述のＬ１
と見做して良く、したがって第１レンズ１０ｆの焦点距
離Ｆ１ｆとの合成で、第２レンズアレイ５の対応する第
２レンズ１１ｆ上に投影される発光体２の投影像２６ｆ
は倍率βｆだけ拡大又は縮小された像となる。ここで倍
率βｆは、 βｆ＝Ｆ１ｆ／Ｌ１ｆ で与えられる。さらに光源２の長軸ｄＬと補助光軸２５
は直交していないので、補助光軸２５との傾き角θに応
じて、結像面上で光線像２６ｆは傾き、その傾きは各レ
ンズ光軸と発光体２の重心位置を含む面と垂直な軸に対
して回転するように傾く。
と見做して良く、したがって第１レンズ１０ｆの焦点距
離Ｆ１ｆとの合成で、第２レンズアレイ５の対応する第
２レンズ１１ｆ上に投影される発光体２の投影像２６ｆ
は倍率βｆだけ拡大又は縮小された像となる。ここで倍
率βｆは、 βｆ＝Ｆ１ｆ／Ｌ１ｆ で与えられる。さらに光源２の長軸ｄＬと補助光軸２５
は直交していないので、補助光軸２５との傾き角θに応
じて、結像面上で光線像２６ｆは傾き、その傾きは各レ
ンズ光軸と発光体２の重心位置を含む面と垂直な軸に対
して回転するように傾く。
【００６５】図４は第２レンズアレイ板５上の着目して
いる第２レンズ１１ｆのみと、そこに作られる発光体像
（光源像）２６ｆの一例を示す。光源像２６ｆは主光軸
９に対して回転対称に投影されるので、第２レンズ１１
ｆの中心と主光軸位置５ａを結ぶ軸に沿って発光体２の
長軸ｄＬが投影される。
いる第２レンズ１１ｆのみと、そこに作られる発光体像
（光源像）２６ｆの一例を示す。光源像２６ｆは主光軸
９に対して回転対称に投影されるので、第２レンズ１１
ｆの中心と主光軸位置５ａを結ぶ軸に沿って発光体２の
長軸ｄＬが投影される。
【００６６】図５は第２レンズアレイ板５上に作られる
すべての発光体像２６の様子を観測した結果の一例を示
す。発光体像２６の大きさは、前述した像の回転等を考
慮して第１レンズ１０の各焦点距離を決定しているの
で、略均一な大きさが得られる。
すべての発光体像２６の様子を観測した結果の一例を示
す。発光体像２６の大きさは、前述した像の回転等を考
慮して第１レンズ１０の各焦点距離を決定しているの
で、略均一な大きさが得られる。
【００６７】本発明の照明装置の実施例において、凹面
鏡は、特に放物面鏡でなくても構わない。楕円面鏡等を
用いても良く、この場合も同様に、楕円と第１レンズに
よる第２レンズの開口近傍の発光体像２６が所望のサイ
ズとなるように第１レンズの各焦点距離を決定すれば良
い。尚、第３レンズ７を第２レンズアレイと同様に複数
のレンズを配列したレンズアレイより構成しても良い。
鏡は、特に放物面鏡でなくても構わない。楕円面鏡等を
用いても良く、この場合も同様に、楕円と第１レンズに
よる第２レンズの開口近傍の発光体像２６が所望のサイ
ズとなるように第１レンズの各焦点距離を決定すれば良
い。尚、第３レンズ７を第２レンズアレイと同様に複数
のレンズを配列したレンズアレイより構成しても良い。
【００６８】又、図５において、発光体像２６は第２レ
ンズ１１の開口よりその直後の偏光変換素子６の開口部
の方が小さいので、偏光変換素子６の開口での光損失を
なくすように発光体像２６の大きさ、つまり複数の第１
レンズ１０の焦点距離を決定している。しかし、偏光変
換素子６を用いない系にも本実施例は適用でき、この場
合は、第２レンズ１１の開口部で損失がないように第１
レンズ１０の焦点距離を決定すれば良い。
ンズ１１の開口よりその直後の偏光変換素子６の開口部
の方が小さいので、偏光変換素子６の開口での光損失を
なくすように発光体像２６の大きさ、つまり複数の第１
レンズ１０の焦点距離を決定している。しかし、偏光変
換素子６を用いない系にも本実施例は適用でき、この場
合は、第２レンズ１１の開口部で損失がないように第１
レンズ１０の焦点距離を決定すれば良い。
【００６９】さらに本実施例において、発光体像２６の
サイズが略均一になるように複数の第１レンズ１０の焦
点距離を変えているが、必ずしも全エリアで発光体像を
均一にする必要はない。具体的には、第２レンズの開口
部等で光損失がないような像であれば、開口に対して十
分小さな像や、開口と略同サイズの像等と、ばらついて
いても本発明の目的は達成できる。これは、特に放物面
鏡３の局所的な焦点距離Ｌ１が大きく変化する場合に有
効である。
サイズが略均一になるように複数の第１レンズ１０の焦
点距離を変えているが、必ずしも全エリアで発光体像を
均一にする必要はない。具体的には、第２レンズの開口
部等で光損失がないような像であれば、開口に対して十
分小さな像や、開口と略同サイズの像等と、ばらついて
いても本発明の目的は達成できる。これは、特に放物面
鏡３の局所的な焦点距離Ｌ１が大きく変化する場合に有
効である。
【００７０】上に述べた実施例において、第１レンズ１
０の開口形状を被照明領域８と相似形状として説明し
た。これは、被照明領域を照明する光束の断面形状を被
照明領域の形状に合わせることができるので、光利用効
率の面で有効である。しかし、本発明の効果は、特に第
１レンズの開口形状にはよらず、必ずしも被照明領域と
相似形状とする必要はない。
０の開口形状を被照明領域８と相似形状として説明し
た。これは、被照明領域を照明する光束の断面形状を被
照明領域の形状に合わせることができるので、光利用効
率の面で有効である。しかし、本発明の効果は、特に第
１レンズの開口形状にはよらず、必ずしも被照明領域と
相似形状とする必要はない。
【００７１】又、発光体，凹面鏡，第１レンズ，第２レ
ンズ，第１レンズアレイ板，第２レンズアレイ板の形
状，構成，位置関係等は、特に上に述べた関係を厳密に
満たす必要はない。被照明領域を照明する光が所定の性
能を満たすように適宜、変更しても構わない。特に第１
レンズ，第２レンズ，第３レンズのいずれかの光学面の
少なくとも１つを非球面形状とすれば、照明光に与える
諸収差の影響を低減でき、光利用効率をさらに高めるこ
とができる。
ンズ，第１レンズアレイ板，第２レンズアレイ板の形
状，構成，位置関係等は、特に上に述べた関係を厳密に
満たす必要はない。被照明領域を照明する光が所定の性
能を満たすように適宜、変更しても構わない。特に第１
レンズ，第２レンズ，第３レンズのいずれかの光学面の
少なくとも１つを非球面形状とすれば、照明光に与える
諸収差の影響を低減でき、光利用効率をさらに高めるこ
とができる。
【００７２】次に本発明の実施形態２について説明す
る。
る。
【００７３】実施形態１では、第１レンズを平凸レンズ
とし、光源側に平面を向けて第１レンズを構成した場合
について述べた。本発明の効果はこの構成に限定されな
い。図６に示すように、基板１２の光源２側に凸面を向
けた第１レンズ１３と、平面を向けた第１レンズ１２ａ
を組み合わせることも可能である。この場合、基板の厚
み分だけ第１レンズの位置はシフトすることは可能であ
る。実施する焦点距離の変化が少ない場合等は、本実施
の構成は第１レンズアレイ１０の素子厚を薄くできるの
で、ガラス成形等で第１レンズアレイを作成する場合
は、特に有効である。さらに平凸レンズだけでなく、焦
点距離の短い第１レンズの一部を両凸レンズとすると、
各レンズの曲率が緩和でき、成形による製造はさらに容
易にできる。
とし、光源側に平面を向けて第１レンズを構成した場合
について述べた。本発明の効果はこの構成に限定されな
い。図６に示すように、基板１２の光源２側に凸面を向
けた第１レンズ１３と、平面を向けた第１レンズ１２ａ
を組み合わせることも可能である。この場合、基板の厚
み分だけ第１レンズの位置はシフトすることは可能であ
る。実施する焦点距離の変化が少ない場合等は、本実施
の構成は第１レンズアレイ１０の素子厚を薄くできるの
で、ガラス成形等で第１レンズアレイを作成する場合
は、特に有効である。さらに平凸レンズだけでなく、焦
点距離の短い第１レンズの一部を両凸レンズとすると、
各レンズの曲率が緩和でき、成形による製造はさらに容
易にできる。
【００７４】次に本発明の実施形態３について説明す
る。
る。
【００７５】図７に本発明の実施形態３の照明装置を用
いて投写型表示装置を構成した場合について述べる。５
０は図１に示したものと同じ照明装置である。５１は透
過型のツイストネマティック液晶パネル、５２は投写レ
ンズ、５３はスクリーンを表す。投写レンズ５２はテレ
セントリックの投写レンズを用いている。本発明の実施
例は被投射領域の大きさ、及びそこに照射される光束の
入射角については、従来例と全く同じ構成で高効率な照
明を達成しているので、これらの光学系は従来例と同様
な光学系がそのまま使用できる。
いて投写型表示装置を構成した場合について述べる。５
０は図１に示したものと同じ照明装置である。５１は透
過型のツイストネマティック液晶パネル、５２は投写レ
ンズ、５３はスクリーンを表す。投写レンズ５２はテレ
セントリックの投写レンズを用いている。本発明の実施
例は被投射領域の大きさ、及びそこに照射される光束の
入射角については、従来例と全く同じ構成で高効率な照
明を達成しているので、これらの光学系は従来例と同様
な光学系がそのまま使用できる。
【００７６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
照明領域への照明光の集中角を大きくすることなく、高
い光利用効率で明るさの均一性に優れた照明装置を提供
することができる。さらに、本発明の照明装置を用いれ
ば明るく、明るさの均一性に優れた投写画像を呈示する
コンパクトな投影装置を実現することができる。
照明領域への照明光の集中角を大きくすることなく、高
い光利用効率で明るさの均一性に優れた照明装置を提供
することができる。さらに、本発明の照明装置を用いれ
ば明るく、明るさの均一性に優れた投写画像を呈示する
コンパクトな投影装置を実現することができる。
【図１】 本発明の実施形態１の照明装置を用いた投影
装置の要部概略図
装置の要部概略図
【図２】 図１の第１レンズアレイのＸＹ断面形状の説
明図
明図
【図３】 図１の光源の投影関係の説明図
【図４】 図１の第２レンズアレイのＸＹ断面図
【図５】 図１の第２レンズアレイ上に投影された発光
体像の説明図
体像の説明図
【図６】 本発明の実施形態２の照明装置の要部概略図
【図７】 本発明の実施形態３の投影装置の要部概略図
【図８】 従来の照明装置の一例を示す構成図
【図９】 従来の照明装置の他の一例を示す構成図
【図１０】 従来の照明装置の他の一例を示す構成図
【図１１】 従来の偏光変換素子の原理説明図
【図１２】 従来例における第２レンズアレイ上に投影
された発光体像の説明図
された発光体像の説明図
【図１３】 他の従来例における第２レンズアレイ上に
投影された発光体像の説明図
投影された発光体像の説明図
【図１４】 従来の光源の投影関係の説明図
１ ランプ ２ 発光部 ３ 反射鏡 ４ 第１レンズアレイ ５ 第２レンズアレイ ６ 偏光変換素子 ７ 第３レンズ ８ 被照射領域 ９ 照明装置主光軸 １０ 第１レンズ １１ 第２レンズ ２５ 補助光軸 ２６ 発光体投影像 ５０ 照明光学装置 ５１ 液晶パネル ５２ 投射レンズ ５３ スクリーン １０１ ランプ １０２ 反射鏡 １０３ 発光部 １０４ 照明装置主光軸 １０５ 補助光軸 １０６ 被照射領域 １２１ 第１レンズアレイ １２２ 第２レンズアレイ １２３ 第３レンズ １２４ 第１レンズ １２５ 第２レンズ １２６ 偏光変換素子 １３５ 発光体投影像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 Ａ
Claims (28)
- 【請求項１】 発光体と、該発光体からの放射光を集光
する集光手段と、複数の第１レンズを２次元状に配列
し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第１
レンズアレイと、該第１レンズアレイの複数の第１レン
ズと対をなす複数の第２レンズを２次元状に配列した第
２レンズアレイを含み、かつ該第１レンズアレイからの
該複数の光束の各々を被照明領域上に照射する光学系と
を有し、該集光手段と該複数の第１レンズの個々のレン
ズで構成される複数の系は、互いに該発光体を結像する
ときの結像倍率を略等しくしていることを特徴とする照
明装置。 - 【請求項２】 前記複数の第１レンズの光軸近傍の第１
レンズと周辺部の第１レンズとは互いに焦点距離及び／
又は光軸方向の長さが異なっていることを特徴とする請
求項１の照明装置。 - 【請求項３】 前記複数の第１レンズは前記集光手段か
らの光束を各レンズに対応する前記第２レンズの開口部
近傍で最も収束せしめていることを特徴とする請求項１
又は２の照明装置。 - 【請求項４】 前記光学系は前記第２レンズアレイから
の光束を集光する第３レンズを有していることを特徴と
する請求項１，２又は３の照明装置。 - 【請求項５】 前記複数の第１レンズの一部は、それら
の開口中心から前記集光手段の光軸までの距離の長さに
応じてそれらの焦点距離を相対的に変えていることを特
徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の照明装
置。 - 【請求項６】 前記集光手段は凹面鏡から成り、前記発
光体の長軸方向と該集光手段の光軸を略同一方向とする
ことを特徴とした請求項１から５のいずれか１項記載の
照明装置。 - 【請求項７】 前記光学系は第３レンズを有しており、
前記第１レンズ又は第２レンズ又は第３レンズの少なく
とも１つの光学面を非球面としたことを特徴とする請求
項１から６のいずれか１項記載の照明装置。 - 【請求項８】 前記複数の第１レンズの開口は前記所定
の被照明領域の形状と略相似形状であることを特徴とす
る請求項１から７のいずれか１項記載の照明装置。 - 【請求項９】 前記光学系は第３レンズを有しており、
前記第３レンズは前記第２レンズアレイの複数の第２レ
ンズに対応し、同じ開口を有する複数のレンズから構成
されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか
１項記載の照明装置。 - 【請求項１０】 前記第１レンズは平面を光入射側に向
けた平凸レンズであることを特徴とする請求項１から９
のいずれか１項記載の照明装置。 - 【請求項１１】 発光体と、該発光体からの放射光を集
光する集光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第
１レンズを２次元状に配列し、該集光手段からの光束を
複数の光束に分割する第１レンズアレイと、該第１レン
ズアレイの複数の第１レンズと対をなす複数の第２レン
ズを２次元状に配列した第２レンズアレイと、該第２レ
ンズアレイからの光束の偏光状態を揃えて射出させる偏
光変換素子と、を含み、該第１レンズアレイからの該複
数の光束の各々を被照明領域上に照射する光学系とを有
し、該複数の第１レンズは該複数の第２レンズの開口近
傍で、該発光体の該集光手段による光源像の結像倍率を
変えて結像していることを特徴とする照明装置。 - 【請求項１２】 前記偏光変換素子は、光束をＳ偏光光
束とＰ偏光光束とに分離する偏光光束分離面と、該偏光
光束分離面によって分離されたＰ偏光光束とＳ偏光光束
のうちいずれか一方の光を反射させる反射面と、いずれ
か一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する偏光変換
手段とを有し、該反射面と該偏光光束分離面とが交互に
配列されていることを特徴とする請求項１１の照明装
置。 - 【請求項１３】 前記光学系は前記複数の第１レンズの
開口部を前記被照明領域に略同一の大きさで重畳するよ
うに投射していることを特徴とする請求項１から１２の
いずれか１項の照明装置。 - 【請求項１４】 請求項１から１３のいずれか１項の照
明装置の被照明領域に配置した被投影物体を投影光学系
で所定面上に投影していることを特徴とする投影装置。 - 【請求項１５】 前記被投影物体はライトバルブである
ことを特徴とする請求項１４の投影装置。 - 【請求項１６】 前記被投影物体は液晶パネルであるこ
とを特徴とする請求項１４の投影装置。 - 【請求項１７】 発光体と、該発光体からの放射光を集
光する集光手段と、複数の第１レンズを２次元状に配列
し、該集光手段からの光束を複数の光束に分割する第１
レンズアレイと、該第１レンズアレイからの該複数の光
束の各々を被照明領域上に照射する光学系とを有し、該
集光手段と該複数の第１レンズの個々のレンズで構成さ
れる複数の系は、互いに該発光体を結像するときの結像
倍率を略等しくしていることを特徴とする照明装置。 - 【請求項１８】 前記複数の第１レンズの光軸近傍の第
１レンズと周辺部の第１レンズとは互いに焦点距離及び
／又は光軸方向の長さが異なっていることを特徴とする
請求項１７の照明装置。 - 【請求項１９】 前記複数の第１レンズの一部は、それ
らの開口中心から前記集光手段の光軸までの距離の長さ
に応じてそれらの焦点距離を相対的に変えていることを
特徴とする請求項１７又は１８の照明装置。 - 【請求項２０】 前記集光手段は凹面鏡から成り、前記
発光体の長軸方向と該集光手段の光軸を略同一方向とす
ることを特徴とした請求項１７から１９のいずれか１項
記載の照明装置。 - 【請求項２１】 前記複数の第１レンズの開口は前記所
定の被照明領域の形状と略相似形状であることを特徴と
する請求項１７から２０のいずれか１項記載の照明装
置。 - 【請求項２２】 前記第１レンズは平面を光入射側に向
けた平凸レンズであることを特徴とする請求項１７から
２１のいずれか１項記載の照明装置。 - 【請求項２３】 発光体と、該発光体からの放射光を集
光する集光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第
１レンズを２次元状に配列し、該集光手段からの光束を
複数の光束に分割する第１レンズアレイと、該第１レン
ズアレイからの光束の偏光状態を揃えて射出させる偏光
変換素子と、を含み、該第１レンズアレイからの該複数
の光束の各々を被照明領域上に照射する光学系とを有
し、該複数の第１レンズは該発光体を結像するときの該
集光手段による光源像の結像倍率を変えていることを特
徴とする照明装置。 - 【請求項２４】 前記偏光変換素子は、光束をＳ偏光光
束とＰ偏光光束とに分離する偏光光束分離面と、該偏光
光束分離面によって分離されたＰ偏光光束とＳ偏光光束
のうちいずれか一方の光を反射させる反射面と、いずれ
か一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する偏光変換
手段とを有し、該反射面と該偏光光束分離面とが交互に
配列されていることを特徴とする請求項２３の照明装
置。 - 【請求項２５】 前記光学系は前記複数の第１レンズの
開口部を前記被照明領域に略同一の大きさで重畳するよ
うに投射していることを特徴とする請求項１７から２４
のいずれか１項の照明装置。 - 【請求項２６】 請求項１７から２５のいずれか１項の
照明装置の被照明領域に配置した被投影物体を投影光学
系で所定面上に投影していることを特徴とする投影装
置。 - 【請求項２７】 前記被投影物体はライトバルブである
ことを特徴とする請求項２６の投影装置。 - 【請求項２８】 前記被投影物体は液晶パネルであるこ
とを特徴とする請求項２６の投影装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12882799A JP4478239B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 照明装置及びそれを用いた投影装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12882799A JP4478239B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 照明装置及びそれを用いた投影装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000321573A true JP2000321573A (ja) | 2000-11-24 |
| JP4478239B2 JP4478239B2 (ja) | 2010-06-09 |
Family
ID=14994398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12882799A Expired - Fee Related JP4478239B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 照明装置及びそれを用いた投影装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4478239B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100381265B1 (ko) * | 2000-12-23 | 2003-05-01 | 엘지전자 주식회사 | 액정 프로젝터의 조명계 |
| US7031064B2 (en) | 2002-09-25 | 2006-04-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of microlens array and projection type of liquid crystal display apparatus |
| KR100786066B1 (ko) * | 2001-02-01 | 2007-12-17 | 엘지전자 주식회사 | 액정 프로젝터의 광학계 |
| CN100541321C (zh) * | 2006-02-20 | 2009-09-16 | 精工爱普生株式会社 | 投影机 |
| JP2010515214A (ja) * | 2006-12-29 | 2010-05-06 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 傾斜可能なビームを備える投光照明 |
| JP2010140888A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-06-24 | Seiko Epson Corp | 照明装置、プロジェクタ |
| JP2012150148A (ja) * | 2011-01-17 | 2012-08-09 | Seiko Epson Corp | プロジェクター |
| CN112503434A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-16 | 浙江光锥科技有限公司 | 可在48度内自由配光的透镜结构的生成方法与透镜结构 |
| CN114766010A (zh) * | 2019-12-09 | 2022-07-19 | 松下知识产权经营株式会社 | 光源装置 |
| JP2023037782A (ja) * | 2021-09-06 | 2023-03-16 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクター |
-
1999
- 1999-05-10 JP JP12882799A patent/JP4478239B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112503434A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-16 | 浙江光锥科技有限公司 | 可在48度内自由配光的透镜结构的生成方法与透镜结构 |
| CN112503434B (zh) * | 2020-12-01 | 2022-11-01 | 浙江光锥科技有限公司 | 可在48度内自由配光的透镜结构的生成方法与透镜结构 |
| JP2023037782A (ja) * | 2021-09-06 | 2023-03-16 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクター |
| US12242177B2 (en) | 2021-09-06 | 2025-03-04 | Seiko Epson Corporation | Projector with increased light emission |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4478239B2 (ja) | 2010-06-09 |
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