JP2000321666A - 反射鏡、光源装置、照明装置及び液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源から発せられる全光束を極力効率よく被
投射体に対して利用し得る反射鏡、光源装置、照明装置
及び液晶プロジェクタを提供する。 【解決手段】 反射鏡４自体が、開口形状が真円をなす
通常の放物面鏡ではなく、焦点Ｆを共通にして開口４ａ
の形状が矩形状の液晶パネル１のアスペクト比率に応じ
た比率で扁平とされた回転放物面４ｂを有し、その焦点
Ｆの位置に配設された光源３を備えることで、反射鏡４
により反射されて出射される光が液晶パネル１、即ち、
画角に近い形状をなすため、その光源光全光束を極力効
率よく利用できることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルなどの
矩形状の被投射体を照明するのに適した反射鏡、光源装
置、照明装置及びこの照明装置を用いた液晶プロジェク
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルのような矩形状の被投射体を
均一に照明するための照明光学系としては、従来より、
２組のレンズアレイを組合せたインテグレータ光学系が
例えば特開平３−１１１８０６号公報により知られてい
る。

【０００３】同公報等に示されるインテグレータ光学系
は、光源からの光束を、第１のレンズアレイを構成して
いる複数の矩形状の集光レンズにより分割して２次光源
像を形成し、これらの２次光源像を第１のレンズアレイ
の複数の矩形状の集光レンズに対応させた複数の集光レ
ンズを備えた第２のレンズアレイを介して同一の被投射
体上に重畳結像させるようにしたものである。このよう
なインテグレータ光学系によれば、光源光の利用効率が
向上するとともに、被投射体面上の光の強度分布をほぼ
一様にすることができるとされている。特に、第１，２
のレンズアレイにおける各集光レンズの形状を矩形状の
被投射体のアスペクト比率に対応させて、例えば、４：
３なる比率の矩形状に形成することにより光の利用効率
及び強度分布の均一化を図ることができる。

【０００４】一方、偏光光を変調するタイプの液晶パネ
ルを用いた一般的な液晶プロジェクタでは、Ｐ偏光成分
又はＳ偏光成分のみの１種類の偏光光しか利用できない
ため、ランダムな偏光光を発する光源の場合には、光源
光の約半分は利用されないことになってしまい、光源光
の利用効率の悪いものとなる。この光源光の利用効率を
高めるための偏光変換構造も各種提案されている。

【０００５】その原理は、ランダムな偏光光を直交する
２つの偏光成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）に分離した
後、一方の偏光成分を１／２位相板等により９０度回転
させて、他方の偏光成分と同じ方向の成分とし、かつ、
両者の光軸を合わせるものである。従って、例えば、偏
光ビームスプリッタと直角プリズムとを併設させ、偏光
ビームスプリッタ又は直角プリズムの出射面側に１／２
位相板を配置させるような偏光変換光学系構造で偏光方
向を揃え得る。この場合に変換効率を高めるために、光
源側からの光をレンズ板により偏光ビームスプリッタの
作用面（４５度の誘電体多層膜）に収束させるようにし
たものが、例えば、特開平７−２９４９０６号公報によ
り提案されている。

【０００６】一方、偏光ビームスプリッタと直角プリズ
ムとを単純に併設させるだけの構成では、光学系全体の
横幅又は縦幅が約２倍になってしまい、Ｆナンバーの小
さな極めて大口径の投射レンズを使用しなければならな
くなってしまう点に関しては、前述の特開平３−１１１
８０６号公報に示されるインテグレータ光学系を組合せ
る構成例が例えば特開平８−３０４７３９号公報により
提案されている。これは、概略的には、複数の微小な矩
形状の集光レンズからなる第１のレンズアレイにより複
数の微小な光束（２次光源像）を形成し、これらの光束
を偏光方向が異なるＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離し
た後、一方の偏光成分を回転させて偏光面を揃えて出射
させるようにしたものである。つまり、インテグレータ
光学系の特徴である微小な２次光源像の生成というプロ
セスを利用して偏光光の分離を行わせることで、偏光光
の分離に伴う光路の空間的な広がりを抑制するようにし
たものである。

【０００７】さらには、特開平１０−１６１０６５号公
報によれば、光源側からの平行光を一旦凸レンズにより
集光してから再度平行化させることでビーム径を約半分
に小さくして偏光変換構造に導くことにより、この偏光
変換構造やインテグレータ光学系を実質的に小型化し得
る提案がなされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
各種従来例による場合、例えば、インテグレータ光学系
における第１のレンズアレイ以降や偏光変換構造以降の
光の利用効率の向上や小型化等は図れるものの、光源か
ら発せられる光束に関しては、必ずしもその利用効率の
高いものとなっていない現状にある。この点について、
さらに詳細に説明する。例えば、特開平８−３０４７３
９号公報例による場合、図２６に示すように、放物面鏡
１０１の焦点位置に光源１０２を配設させることで平行
光束を発する光源装置１０３により、インテグレータ光
学系１０４及び偏光変換要素１０５を介して液晶パネル
１０６を照明する構成とされる。ここに、液晶パネル１
０６は例えばテレビジョン等と同様に縦横のアスペクト
比率が４：３なる矩形状とされている。インテグレータ
光学系１０４は、液晶パネル１０６の形状と略相似形を
なす４：３の比率の矩形状に形成された複数のレンズ要
素１０７が２次元状に配列された第１のレンズアレイ１
０８と、これらのレンズ要素１０７により分割形成され
る複数の２次光源像位置付近に配置されレンズ要素１０
７に対応する矩形状の複数のレンズ要素１０９が２次元
状に配列された第２のレンズアレイ１１０と、この第２
のレンズアレイ１１０から出射されるレンズ要素１０９
対応の各光束の光軸を液晶パネル１０６の中心に向ける
とともに各２次光源像を液晶パネル１０６上に重畳させ
て投射するコンデンサレンズ１１１とからなる。偏光変
換要素１０５は、第２のレンズアレイ１１０とコンデン
サレンズ１１１との間で、偏光ビームスプリッタ１１２
と反射プリズム１１３との対をレンズ要素１０９単位で
繰返すとともに、反射プリズム１１３の出射側に配設さ
せた１／２波長板１１４との組合せよりなる。

【０００９】この場合、液晶パネル１０６が矩形状であ
るのに対してインテグレータ光学系１０４の各レンズ要
素１０７，１０９は略相似形をなす矩形状に形成されて
いるため、各レンズ要素１０７，１０９に入射した光は
全て効率よく液晶パネル１０６に投射される。しかし、
全体で矩形状をなす第１のレンズアレイ１０８に対して
放物面鏡１０１の開口形状は円形形状であるため、縦横
比４：３を縦横の何れの方向にとる場合であっても（図
２６（ｂ）中に示す実線、破線参照）、両者の形状は一
致することがなく、光源装置１０３から発せられた光の
内、第１のレンズアレイ１０８に入射せず、液晶パネル
１０６の投射に利用されない光が多く存在し、光源光束
の利用効率が悪いものとなる。

【００１０】図２７に、第１のレンズアレイ１０８と放
物面鏡１０１の開口形状との対応関係をより詳細に示
す。第１のレンズアレイ１０８は例えば４：３の縦横比
からなるレンズ要素１０７を５行４列に２次元状に配列
させてなる矩形状のもので、放物面鏡１０１の開口はこ
の第１のレンズアレイ１０８に外接（一番大きな円）、
又は、中間３行分のレンズ要素１０７に対して外接（一
番小さな円）、或いは、これらの中間なる大きさの円を
なすように形成される。この結果、上述のように放物面
鏡１０１から発せられた光の内、第１のレンズアレイ１
０８に入射しない光が多く存在してしまう。

【００１１】また、特に寸法が倍に拡大される偏光変換
構造を考慮した場合について、図２８を参照して説明す
る。この例は、放物面鏡１２１の焦点位置に光源１２２
を配設することで平行光束を発する光源装置１２３によ
り、コールドミラー１２４を介して偏光ビームスプリッ
タ１２５に光を入射させる。このとき、Ｐ偏光成分は４
５度の偏光膜１２５ａを透過してそのまま進み、Ｓ偏光
成分は偏光膜１２５ａで反射され、偏光ビームスプリッ
タ１２５に隣接させた反射プリズム１２６で反射された
後、出射側に配設させた１／２波長板１２７を通ること
によりＰ偏光成分に変換される。この後は、第１のレン
ズアレイ１２８と反射ミラー１２９と第２のレンズアレ
イ１３０とコンデンサレンズ１３１とによるインテグレ
ータ光学系１３２により液晶パネル（図示せず）等に光
投射される。

【００１２】ここに、放物面鏡１２１の開口形状が図２
８（ｂ）に示すように円形形状であり、偏光ビームスプ
リッタ１２５に入射した光は、偏光ビームスプリッタ１
２５及び反射プリズム１２６の出射側部分では図２８
（ｃ）に示すように正方形形状を２つ連ねた状態に２倍
に拡大されて縦横比が２：１の状態となる。このとき、
光投射を必要とする液晶パネルは４：３のアスペクト比
率の矩形状のものであるので、偏光ビームスプリッタ１
２５及び反射プリズム１２６の出射側部分に得られる縦
横比が２：１の光ではその全てが液晶パネルの光投射に
利用されることはなく、結局、光源光束の利用効率の悪
いものとなる。

【００１３】そこで、本発明は、光源から発せられる全
光束を極力効率よく被投射体に対して利用し得る反射
鏡、光源装置、照明装置及び液晶プロジェクタを提供す
ることを目的とする。

【００１４】併せて、光源から被投射体までの空間的距
離の短い状態で、投射レンズの口径を小さくすることが
でき、より小型化を図れる上に、被投射体上の照度むら
を最小限にし得る照明装置及び液晶プロジェクタを提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の反
射鏡は、焦点を共通にして開口形状が矩形状の被投射体
のアスペクト比率に応じた比率で扁平とされた回転放物
面を有する。請求項２記載の発明の光源装置は、請求項
１記載の反射鏡と、この反射鏡の前記焦点の位置に配設
された光源と、を備える。

【００１６】従って、反射鏡自体が開口形状が真円をな
す放物面鏡ではなく、光源が配設される焦点を共通にし
て目的とする被投射体のアスペクト比率に応じた比率で
扁平とされた回転放物面を有しているので、反射鏡によ
り反射されて出射される光が被投射体、即ち、画角に近
い形状をなすため、その全光束を極力効率よく利用でき
るものとなる。ここに、被投射体のアスペクト比率と
は、例えば通常のテレビジョンにおける４：３なる比率
や、ハイビジョンを想定した１６：９なる比率などであ
り、反射鏡としてはこれらの比率のままの扁平状態で形
成したり、偏光変換要素により２倍に拡大されることを
想定した場合には拡大される方向に扁平となるように
２：３や８：９の比率の扁平状態として２倍に拡大され
ることにより４：３や１６：９なる比率となるようにす
ればよい。

【００１７】請求項４記載の発明の照明装置は、請求項
２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形を
なす矩形状に形成された複数の第１のレンズ要素が２次
元状に配列されて前記光源装置から出射される光から複
数の２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズ要素の各々の光軸が前記被投射体の中
心に向かうように焦点距離が設定された集光レンズとの
組合せによるレンズ組と、このレンズ組の焦点位置近傍
に配置され前記第１のレンズ要素に各々対応する複数の
第２のレンズ要素が２次元状に配列されて対応する第１
のレンズ要素による２次光源像を各々前記被投射体上に
重畳させて投射する第２のレンズアレイと、を備える。

【００１８】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
ことで光源光束の利用効率を高めた上で、被投射体を照
射するための仮想光源をなす２次光源像の広がりを小さ
くすることができ、投射レンズの口径を小さくするため
の有効な構成となる。

【００１９】請求項３記載の発明の照明装置は、請求項
２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形を
なす矩形状に形成された複数のレンズ要素が２次元状に
配列されて前記光源装置から出射される光から複数の２
次光源像を分割形成するレンズアレイと、前記レンズ要
素の各々の光軸が前記被投射体の中心に向かうように焦
点距離が設定された集光レンズとの組合せによるレンズ
組と、を備える。

【００２０】従って、請求項４記載の発明と同様の作用
・効果が得られるが、特に光源装置における光源を点光
源と見倣せる場合には２次光源像自体も点光源と見倣せ
るため、第２のレンズアレイを要することなく、実現し
得る。

【００２１】請求項６記載の発明の照明装置は、請求項
２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形を
なす矩形状に形成された複数の第１のレンズ要素が２次
元状に配列されて前記光源装置から出射される光から複
数の２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイと、
集光レンズとの組合せによる第１のレンズ組と、この第
１のレンズ組の焦点位置近傍に配置され前記第１のレン
ズ要素に各々対応する複数の第２のレンズ要素が２次元
状に配列された第２のレンズアレイと、前記第１のレン
ズ組を透過した光に対して発散作用を示し、前記第１の
レンズ要素の各々の光軸が前記被投射体の中心に向かう
ように前記集光レンズとともに焦点距離が設定されて前
記第１のレンズ要素による２次光源像を各々前記被投射
体上に重畳させて投射する第２のレンズとの組合せによ
る第２のレンズ組と、を備える。

【００２２】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
ことで光源光束の利用効率を高めた上で、請求項４記載
の発明と同様な作用・効果が得られるが、特に、凹レン
ズのような発散作用を示す第２のレンズを用いているの
で、被投射体を照射するための仮想光源をなす２次光源
像の広がりをより一層小さくすることができ、投射レン
ズの口径を小さくするためにさらに有効な構成となる。

【００２３】請求項５記載の発明の照明装置は、請求項
２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形を
なす矩形状に形成された複数のレンズ要素が２次元状に
配列されて前記光源装置から出射される光から複数の２
次光源像を分割形成するレンズアレイと、集光レンズと
の組合せによるレンズ組と、このレンズ組を透過した光
に対して発散作用を示し、前記レンズ要素の各々の光軸
が前記被投射体の中心に向かうように前記集光レンズと
ともに焦点距離が設定されて前記レンズ要素による２次
光源像を各々前記被投射体上に重畳させて投射する第２
のレンズと、を備える。

【００２４】従って、請求項６記載の発明と同様の作用
・効果が得られるが、特に光源装置における光源を点光
源と見倣せる場合には２次光源像自体も点光源と見倣せ
るため、第２のレンズアレイを要することなく、実現し
得る。

【００２５】請求項７記載の発明の照明装置は、請求項
２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形を
なす矩形状に形成された複数の第１のレンズ要素が２次
元状に配列されて前記光源装置から出射される光から複
数の２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイと、
集光レンズとの組合せによるレンズ組と、このレンズ組
の焦点位置近傍に配置されて前記各２次光源像の光軸を
略平行化する第２のレンズと、この第２のレンズの直後
位置に配設されて前記第２のレンズにより平行化された
偏光方向がランダムな各光束につき、Ｐ偏光成分又はＳ
偏光成分の何れか一方のみの偏光成分に揃えて出射させ
る偏光変換要素と、この偏光変換要素により偏光成分の
揃えられた前記各２次光源像に対応する光束に対して集
光作用を示し、これらの光束の各光軸が前記被投射体の
中心に向かうように焦点距離が設定された第３のレンズ
と、を備える。

【００２６】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
ことで光源光束の利用効率を高めた上で、第２のレンズ
により２次光源像の光軸を略平行化させた後で偏光変換
要素により一種類の偏光成分に揃えるようにしているの
で、偏光変換効率を極力高めることができ、全体として
光利用効率の向上を図ることができる。

【００２７】ここに、偏光変換要素としては、偏光ビー
ムスプリッタと反射プリズムと１／２波長板との組合せ
構成等でよく、単一の組合せ、対称なる２組の組合せ、
或いは第１のレンズ要素対応のピッチによる複数組のア
レイ状組合せ構成等が用いられる。

【００２８】請求項８記載の発明の照明装置は、請求項
２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形を
なす矩形状に形成された複数の第１のレンズ要素が２次
元状に配列されて前記光源装置から出射される光から複
数の２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイと、
集光レンズとの組合せによるレンズ組と、このレンズ組
の焦点位置近傍に配置され前記第１のレンズ要素に各々
対応する複数の第２のレンズ要素が２次元状に配列され
た第２のレンズアレイと、前記各２次光源像の光軸を略
平行化する第２のレンズと、この第２のレンズの直後位
置に配設されて前記第２のレンズにより平行化された偏
光方向がランダムな各光束につき、Ｐ偏光成分又はＳ偏
光成分の何れか一方のみの偏光成分に揃えて出射させる
偏光変換要素と、この偏光変換要素により偏光成分の揃
えられた前記各２次光源像に対応する光束に対して集光
作用を示し、これらの光束の各光軸が前記被投射体の中
心に向かうように焦点距離が設定された第３のレンズ
と、を備える。

【００２９】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
ことで光源光束の利用効率を高めた上で、第２のレンズ
により２次光源像の光軸を略平行化させた後で偏光変換
要素により一種類の偏光成分に揃えるようにしているの
で、偏光変換効率を極力高めることができ、全体として
光利用効率の向上を図ることができる。

【００３０】請求項９記載の発明の照明装置は、請求項
２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形を
なす矩形状に形成された複数の第１のレンズ要素が２次
元状に配列されて前記光源装置から出射される光から複
数の２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイと、
集光レンズとの組合せによるレンズ組と、このレンズ組
の焦点位置近傍に配置されて前記各２次光源像の光軸を
略平行化する第２のレンズと、この第２のレンズの直後
位置に配設されて前記第２のレンズにより平行化された
偏光方向がランダムな各光束につき、Ｐ偏光成分又はＳ
偏光成分の何れか一方のみの偏光成分に揃えて出射させ
る偏光変換要素と、前記第１のレンズ要素に対応させて
２倍の第２のレンズ要素が２次元状に配列された第２の
レンズアレイと、前記偏光変換要素により偏光成分の揃
えられて前記第２のレンズ要素の各々に対応する光束に
対して集光作用を示し、これらの光束の各光軸が前記被
投射体の中心に向かうように焦点距離が設定された第３
のレンズと、を備える。

【００３１】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
ことで光源光束の利用効率を高めた上で、第２のレンズ
により２次光源像の光軸を略平行化させた後で偏光変換
要素により一種類の偏光成分に揃えるようにしているの
で、偏光変換効率を極力高めることができ、全体として
光利用効率の向上を図ることができる。併せて、偏光変
換要素において偏光成分の変換を受ける光束と偏光成分
の変換を受けない光束とではその光路長が異なるが、第
１のレンズ要素に対応させて２倍の第２のレンズ要素を
有する第２のレンズアレイを備えることでその光路長の
違いをなくして全ての光路長が揃うようにすることもで
きる。

【００３２】請求項１０記載の発明の照明装置は、請求
項２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形
をなす矩形状に形成された複数の第１のレンズ要素が２
次元状に配列されて前記光源装置から出射される光から
複数の２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイ
と、集光レンズとの組合せによるレンズ組と、このレン
ズ組の焦点位置近傍に配置され前記第１のレンズ要素に
各々対応する複数の第２のレンズ要素が２次元状に配列
された第２のレンズアレイと、前記各２次光源像の光軸
を略平行化する第２のレンズと、この第２のレンズの直
後位置に配設されて第２のレンズにより平行化された偏
光方向がランダムな各光束につき、Ｐ偏光成分又はＳ偏
光成分の何れか一方のみの偏光成分に揃えて出射させる
偏光変換要素と、前記第１のレンズ要素及び前記第２の
レンズ要素に対応させて２倍の第３のレンズ要素が２次
元状に配列された第３のレンズアレイと、前記偏光変換
要素により偏光成分の揃えられて前記第３のレンズ要素
の各々に対応する光束に対して集光作用を示し、これら
の光束の各光軸が前記被投射体の中心に向かうように焦
点距離が設定された第３のレンズと、を備える。

【００３３】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
ことで光源光束の利用効率を高めた上で、第２のレンズ
により２次光源像の光軸を略平行化させた後で偏光変換
要素により一種類の偏光成分に揃えるようにしているの
で、偏光変換効率を極力高めることができ、全体として
光利用効率の向上を図ることができる。併せて、偏光変
換要素において偏光成分の変換を受ける光束と偏光成分
の変換を受けない光束とではその光路長が異なるが、第
１，２のレンズ要素に対応させて２倍の第３のレンズ要
素を有する第３のレンズアレイを備えることでその光路
長の違いをなくして全ての光路長が揃うようにすること
もできる。

【００３４】請求項１１記載の発明の照明装置は、請求
項２記載の光源装置と、前記被投射体の形状と略相似形
をなす矩形状に形成された複数の第１のレンズ要素が２
次元状に配列されて前記光源装置から出射される光から
複数の２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイ
と、集光レンズとの組合せによる第１のレンズ組と、こ
の第１のレンズ組の焦点位置近傍に配置されて前記各２
次光源像の光軸を略平行化する第２のレンズと、前記第
１のレンズ要素に各々対応する複数の第２のレンズ要素
が２次元状に配列された第２のレンズアレイとの組合せ
による第２のレンズ組と、前記第２のレンズの直後位置
に配設されて第２のレンズにより平行化された偏光方向
がランダムな各光束につき、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分
の何れか一方のみの偏光成分に揃えて出射させる偏光変
換要素と、前記第１のレンズ要素に対応させて２倍の第
３のレンズ要素が２次元状に配列された第３のレンズア
レイと、前記偏光変換要素により偏光成分の揃えられて
前記第３のレンズ要素の各々に対応する光束に対して集
光作用を示し、これらの光束の各光軸が前記被投射体の
中心に向かうように焦点距離が設定された第３のレンズ
と、を備える。

【００３５】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
ことで光源光束の利用効率を高めた上で、第２のレンズ
により２次光源像の光軸を略平行化させた後で偏光変換
要素により一種類の偏光成分に揃えるようにしているの
で、偏光変換効率を極力高めることができ、全体として
光利用効率の向上を図ることができる。

【００３６】請求項１２記載の発明の液晶プロジェクタ
は、情報表示システムにより投射すべき像が形成される
少なくとも１つの液晶パネルと、この液晶パネルを被投
射体として照明する請求項３ないし１１の何れか一に記
載の照明装置と、前記液晶パネルの像をスクリーン上に
投射する投射レンズ系と、を備える。

【００３７】従って、請求項２記載の光源装置を用いる
請求項３ないし１１の何れか一に記載の照明装置を利用
して液晶パネルを照明するので、光源光束を含めて全体
的に光の利用効率の高い照明の下に液晶パネルを照明し
て、口径の小さめな投射レンズ系によりスクリーン上に
投射させることができる。

【００３８】ここに、液晶パネルとしては、反射型液晶
パネルであっても透過型液晶パネルであってもよい。ま
た、カラー表示の場合であれば、通常、３原色、ＲＧＢ
（レッド、グリーン、ブルー）の３つの液晶パネルが，
例えば、ダイクロイックプリズム又はミラーのような分
光素子等とともに用いられる。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
及び図２に基づいて説明する。本実施の形態は、特に偏
光変換等を考慮しない場合の請求項１，２及び３記載の
発明に関するもので、図１にその照明装置Ａ１の概要を
示す。

【００４０】この照明装置Ａ１は、縦横のアスペクト比
率が４：３なる矩形状の液晶パネル１を被投射体とする
もので、その前面には各液晶素子に対して光を集光させ
るためのコンデンサレンズ２が付設されている。このよ
うな液晶パネル１に対して、本実施の形態の照明装置Ａ
１は、光源装置Ｂ１と、インテグレータ光学系Ｃ１とよ
り構成されている。光源装置Ｂ１は、点光源状の光源３
と、この光源３が焦点Ｆ位置に配設されてほぼ平行光を
出射させる反射鏡４と、反射鏡４の開口部に配設された
紫外線カットガラス５と、赤外線ＩＲを透過させ可視光
を液晶パネル１側に向けて反射させる４５度配置のコー
ルドミラー６とにより構成されている。

【００４１】コールドミラー６の反射光路上に配設され
るインテグレータ光学系Ｃ１は、本実施の形態では、レ
ンズ組Ｄ１からなる。このレンズ組Ｄ１は、液晶パネル
１の形状（アスペクト比率が４：３なる矩形状）と略相
似形をなす４：３の比率の矩形状（図２参照）に形成さ
れた複数のレンズ要素７が２次元状に配列されたレンズ
アレイ８と、これらのレンズ要素７の各々の光軸が液晶
パネル１の中心に向かうように焦点距離が設定された集
光レンズ９との組合せ構成とされている。即ち、インテ
グレータ光学系の第１のレンズアレイ側に相当し、レン
ズアレイ８は光源装置Ｂ１から出射される光から各レン
ズ要素７毎に２次光源像１０を分割形成することにな
る。よって、１１が仮想光源面となる。

【００４２】これにより、基本的には、光源装置Ｂ１か
ら出射される光からレンズアレイ８の各レンズ要素７に
より２次光源像１０を分割形成し、その光軸を集光レン
ズ９により液晶パネル１の中心に向けることにより、
４：３の比率で矩形状をなす個々のレンズ要素７を通っ
た光束を各々液晶パネル１上で重畳させる形で照明す
る。この場合、液晶パネル１を照射するための仮想光源
をなす２次光源像１０の広がりを小さくすることがで
き、投射レンズ（図示せず）の口径を小さくするための
有効な構成となる。

【００４３】ここに、本実施の形態では、反射鏡４が断
面真円をなす放物面鏡ではなく、その開口４ａの形状が
図１（ｂ）に示すように、液晶パネル１の縦横のアスペ
クト比率４：３に応じてＸ，Ｙ方向に４：３の比率を持
たせて扁平とさせた回転放物面４ｂを有する形状に形成
されている。即ち、扁平放物面鏡として構成されてい
る。図１（ａ）では、実線と破線とより放物面の広がり
の異なる状態を併せて示している。ここに、反射鏡４と
しての焦点Ｆ位置は唯一、即ち、１点のみでＸ，Ｙ方向
を問わず共通されるように設定されている。

【００４４】図２はこのような扁平放物面鏡なる反射鏡
４の開口４ａの大きさと、レンズアレイ８の大きさとの
関係を模式的に示している。開口４ａのＸ，Ｙ方向の比
率が４：３であり、各レンズ要素７の比率が４：３であ
り、かつ、レンズアレイ８自身の比率も４：３とされて
おり、ここでは、レンズ要素７が４行４列分配列された
構成とされている。ここに、レンズ要素７の全てに光源
装置Ｂ１からの光を入射させる場合にはレンズアレイ８
に外接する大きさ（一番大きなもの）、４隅のレンズ要
素７を除外する場合には内接する大きさ（一番小さなも
の）、或いは、これらの中間の大きさのものとなるよう
に、開口４ａの大きさが決定される。

【００４５】よって、本実施の形態によれば、反射鏡４
自体が開口形状が真円をなす放物面鏡ではなく、光源３
が配設される焦点を共通にして目的とする液晶パネル１
のアスペクト比率に応じた比率で扁平とさせた回転放物
面４ｂを有しているので、反射鏡４により反射されて出
射される光が液晶パネル１、即ち、画角に近い形状をな
すため、光源装置Ｂ１から発せられる全光束を極力効率
よく利用できるものとなる。これは、図２と図２７との
対比からも明かであり、光源装置ｂ１から発せられてレ
ンズアレイ８に入射しない光成分を極力減らすことがで
きる。

【００４６】本発明の第二の実施の形態を図３に基づい
て説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分
は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実
施の形態でも順次同様とする）。本実施の形態は、請求
項４記載の発明に相当する。

【００４７】本実施の形態では、インテグレータ光学系
Ｃ２が、レンズ組Ｄ１とその焦点位置（仮想光源面１
１）近傍に配置させた第２のレンズアレイ１２とより構
成されている。この第２のレンズアレイ１２は第１のレ
ンズアレイ８よりもサイズ的に小型ではあるが、各第１
のレンズ要素７に対応する同数かつ相似形(従って、
４：３なる比率の矩形状)の第２のレンズ要素１３が２
次元状に配列されている。

【００４８】このような構成において、第１のレンズ要
素７及び対応する第２のレンズ要素１３を通った光束が
各々液晶パネル１上に重畳される形で照射される。ここ
に、原理的には図１に示したような構成だけでよいが、
現実には、光源３は点光源ではなく、或る程度の体積を
持っているため、個々の２次光源像１０も点光源ではな
く体積を持つものとなるが、この位置に個々に第２のレ
ンズ要素１３を有する第２のレンズアレイ１２を配設さ
せることで収束性を高めて液晶パネル１に向けて投影さ
せることにより、良好なる照明状態が得られる。

【００４９】本実施の形態による場合も、扁平放物面鏡
による反射鏡４を用いることで光源光束の利用効率を向
上させ得る上に、液晶パネル１を照射するための仮想光
源をなす２次光源像１０の広がりを小さくすることがで
き、投射レンズ（図示せず）の口径を小さくするための
有効な構成となる。

【００５０】本発明の第三の実施の形態を図４に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項５記載の発明に相
当する。本実施の形態では、インテグレータ光学系Ｃ３
をレンズ組Ｄ１とその焦点位置（仮想光源面１１）近傍
に配置されて発散作用を示す第２のレンズなる凹レンズ
１４とより構成されている。ここに、レンズ要素７の各
々の光軸が液晶パネル１の中心に向かうように集光レン
ズ９の焦点距離と凹レンズ１４の焦点距離とが設定され
ている。このため、図１との対比では、レンズ組Ｄ１に
よる収束性が強められている（焦点距離が短くされてい
る）。

【００５１】このような構成において、レンズアレイ８
の個々のレンズ要素７を通った光束が凹レンズ１４を介
して各々液晶パネル１上に重畳される形で照射される。
ここに、発散作用を示す凹レンズ１４を用いているた
め、レンズ組Ｄ１により形成される２次光源像１０の広
がりをより小さくすることができ、投射レンズ（図示せ
ず）の口径を小さくするためにより有効な構成となる。
また、本実施の形態による場合も、扁平放物面鏡による
反射鏡４を用いることで光源光束の利用効率を向上させ
得る。

【００５２】本発明の第四の実施の形態を図５に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項６記載の発明に相
当する。本実施の形態では、インテグレータ光学系Ｃ４
が、第１のレンズ組Ｄ１とその焦点位置（仮想光源面１
１）近傍に配置させた第２のレンズ組Ｅ１とにより構成
されている。第２のレンズ組Ｅ１は、第２のレンズアレ
イ１２と発散作用を示す凹レンズ１４とより構成されて
いる。ここに、本実施の形態の第２のレンズアレイ１２
は、周辺のレンズ収差を補正し得るように段違いに形成
されている。

【００５３】即ち、本実施の形態は前述の第二、第三の
実施の形態を合わせた構成よりなり、両実施の形態の効
果を併有する。

【００５４】本発明の第五の実施の形態を図６に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項７記載の発明に相
当する。本実施の形態では、インテグレータ光学系Ｃ５
に関して、レンズ組Ｄ１の他に、このレンズ組Ｄ１の焦
点位置近傍に配置されて集光レンズ９による光束の光軸
を略平行化するための第２のレンズとなる凹レンズ１５
と、この凹レンズ１５の直後位置に配設されて凹レンズ
１５により平行化された偏光方向がランダムな各光束
（Ｐ＋Ｓ）につき、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか
一方のみの偏光成分に揃えて出射させる偏光変換要素１
６と、この偏光変換要素１６によりＳ偏光成分に偏光成
分の揃えられた各２次光源像１０に対応する光束に対し
て集光作用を示し、これらの光束の各光軸が液晶パネル
１の中心に向かうように焦点距離が設定された第３のレ
ンズ１７とにより構成されている。ここに、偏光変換要
素１６は、偏光ビームスプリッタ１８と反射プリズム１
９と１／２波長板２０とを各レンズ要素７単位で設けて
アレイ状に配設させたもので、Ｐ偏光成分は偏光ビーム
スプリッタ１８を透過させて１／２波長板２０で９０度
回転させてＳ偏光成分に変換し、Ｓ偏光成分は偏光ビー
ムスプリッタ１８、反射プリズム１９でそのまま反射さ
せて出射させることで全ての光をＳ偏光成分に揃えるも
のである。

【００５５】光源装置Ｂ１から発せられる偏光方向がラ
ンダムな光束に関して偏光変換要素１６によりＳ偏光成
分のみに揃えて出射させるものであるが、この偏光変換
処理において偏光ビームスプリッタ１８に入射させる光
は平行光束の方がその変換効率のよいものとなる。この
点、本実施の形態では、凹レンズ１５により平行光束化
した後で偏光変換要素１６により偏光変換処理を行わせ
ているので、変換効率がよい上に、レンズ組Ｄ１からの
光束を絞った位置でもあるので偏光変換要素１６を小型
化させることもできる。また、本実施の形態による場合
も、扁平放物面鏡による反射鏡４を用いることで光源光
束の利用効率を向上させ得る。

【００５６】本発明の第六の実施の形態を図７に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項８記載の発明に相
当する。本実施の形態では、インテグレータ光学系Ｃ６
に関して、図６に示した構成に対して凹レンズ１５の前
段に第２のレンズアレイ１２が付加されて構成されてい
る。

【００５７】本実施の形態による場合も、基本的には第
五の実施の形態の場合と同様な作用・効果が得られる
が、特に、周辺のレンズ収差を補正し得る形状の第２の
レンズアレイ１２が付加されているので、光源３が現実
的に体積を有する場合の結像性能を向上させることがで
きる。

【００５８】なお、本実施の形態の場合、第２のレンズ
アレイ１２としては図８に示すように段違い構造を有し
ない平坦なものであってもよく、かつ、凹レンズ１５の
後段に配設させてもよい。

【００５９】本発明の第七の実施の形態を図９に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項９記載の発明に相
当する。本実施の形態では、インテグレータ光学系Ｃ７
に関して、図６に示した構成に対して偏光変換要素１６
の後段側（出射側）に第１のレンズアレイ８の第１のレ
ンズ要素７に対応させて２倍の第２のレンズ要素２１が
２次元状に配列された第２のレンズアレイ２２が付加さ
れている。即ち、第２のレンズ要素２１は１／２波長板
２０に対応するものと１／２波長板２０間の隙間に対応
するものとを有するもので、その焦点距離を交互に異な
らせてなる。

【００６０】このような構成において、動作的には図６
に示したものと同様であるが、偏光変換要素１６におけ
る動作を詳細にみると、偏光ビームスプリッタ１８を透
過して出射する光束と、偏光ビームスプリッタ１８で反
射され、さらに反射プリズム１９で反射されて出射され
る光束とでは、その光路長が異なってしまう。ここに、
本実施の形態では、これらの光路長の異なる成分毎に細
かく分割された第２のレンズ要素２１を有してその焦点
距離が異なることにより、光路長が一定となるように修
正されるので、結像光学特性が向上するものとなる。ま
た、本実施の形態による場合も、扁平放物面鏡による反
射鏡４を用いることで光源光束の利用効率を向上させ得
る。

【００６１】本発明の第八の実施の形態を図１０に基づ
いて説明する。本実施の形態は、請求項１０記載の発明
に相当する。本実施の形態では、インテグレータ光学系
Ｃ８に関して、図７に示した構成に対して偏光変換要素
１６の後段側（出射側）に第１，２のレンズアレイ８，
１２の第１のレンズ要素７，１３に対応させて２倍の第
３のレンズ要素２３が２次元状に配列された第３のレン
ズアレイ２４が付加されている。即ち、この第３のレン
ズアレイ２４は図９に示した第２のレンズアレイ２２と
同様の構成からなり、同一の機能を果たすものである。

【００６２】よって、偏光変換要素１６を経てもその経
路により光路長が異なることがなく、結像光学特性が向
上するものとなる。また、本実施の形態による場合も、
扁平放物面鏡による反射鏡４を用いることで光源光束の
利用効率を向上させ得る。

【００６３】本発明の第九の実施の形態を図１１に基づ
いて説明する。本実施の形態は、請求項１１記載の発明
に相当する。本実施の形態では、インテグレータ光学系
Ｃ９に関して、図９に示した構成に対して、凹レンズ１
５と第１のレンズアレイ８の各第１のレンズ要素７に対
応した凹レンズ状の第２のレンズ要素２５が２次元状に
配列された第２のレンズアレイ２６とによる第２のレン
ズ組２７が付加されている。

【００６４】本実施の形態による場合も、図９等に示し
た場合と同様の作用・効果が得られるが、偏光変換要素
１６に入射する光束がより平行光束化されるので、偏光
変換効率が一層向上し、結果として、光の利用効率が向
上するものとなる。

【００６５】本発明の第十の実施の形態を図１２に基づ
いて説明する。本実施の形態は、1個の偏光ビームスプ
リッタ３１と反射プリズム３２と１／２波長板３３との
組合せによる偏光変換要素３４を用いる照明装置Ａ２へ
の適用例を示す。この照明装置Ａ２も、縦横のアスペク
ト比率が４：３なる矩形状の液晶パネルを被投射体とす
るもので、光源装置Ｂ２と偏光変換要素３４とインテグ
レータ光学系Ｃ１０とにより構成されている。

【００６６】光源装置Ｂ２は、点光源状の光源３５と、
この光源３５が焦点Ｆ位置に配設されてほぼ平行光を出
射させる反射鏡３６と、赤外線ＩＲを透過させ可視光を
偏光変換要素３４側に向けて反射させる４５度配置のコ
ールドミラー３７とにより構成されている。

【００６７】偏光変換要素３４の偏光ビームスプリッタ
３１はコールドミラー３７の反射光路上に配設される。
また、偏光変換要素３４の出射側に配設されるインテグ
レータ光学系Ｃ１０は、本実施の形態では、液晶パネル
の形状（アスペクト比率が４：３なる矩形状）と略相似
形をなす４：３の比率の矩形状に形成された複数の第１
のレンズ要素３８が２次元状に配列されて各々対応する
２次光源像を分割形成する第１のレンズアレイ３９と、
第１のレンズアレイ３９からの光束を液晶パネル側に向
けて反射させる反射ミラー４０と、各第１のレンズ要素
３８に対応する同数かつほぼ同一形(従って、４：３な
る比率の矩形状)の第２のレンズ要素４１が２次元状に
配列された第２のレンズアレイ４２とこの第２のレンズ
アレイ４２の出射側に位置して各第２のレンズ要素４１
からの光束の光軸が液晶パネルの中心に向くように焦点
距離が設定された集光レンズ４３とにより構成されてい
る。

【００６８】これにより、基本的には、光源装置Ｂ２か
ら出射されるほぼ平行光に関して偏光変換要素３４でそ
の偏光成分をＰ偏光成分に揃えた後、第１のレンズアレ
イ３９の各レンズ要素３８により２次光源像を分割形成
し、さらに、第２のレンズアレイ４２、集光レンズ４３
を介してその光軸を液晶パネルの中心に向けることによ
り、４：３の比率で矩形状をなす個々のレンズ要素３
８，４１を通った光束を各々液晶パネル上で重畳させる
形で照明する。

【００６９】ここに、本実施の形態では、反射鏡３６が
断面真円をなす放物面鏡ではなく、その開口３６ａの形
状が図１２（ｂ）に示すように、液晶パネルの縦横のア
スペクト比率４：３に応じてＸ，Ｙ方向に２：３の比率
を持たせて扁平とさせた回転放物面３６ｂを有する形状
に形成されている。即ち、扁平放物面鏡として構成され
ている。図１２（ａ）では、実線と破線とより放物面の
広がりの異なる状態を併せて示している。ここに、反射
鏡３６としての焦点Ｆ位置は唯一、即ち、１点のみで
Ｘ，Ｙ方向を問わず共通されるように設定されている。
また、このような反射鏡３６の開口形状に対応させて、
偏光ビームスプリッタ３１と反射プリズム３２（１／２
波長板３３）とは、開口形状に内接する形で図１２
（ｃ）に示すように２：３なる比率の矩形状に形成さ
れ、両者を併せて液晶パネル対応の４：３なる比率とな
るように設定されている。

【００７０】よって、本実施の形態によれば、反射鏡３
６自体が、開口形状が真円をなす放物面鏡ではなく、光
源３５が配設される焦点Ｆを共通にして目的とする液晶
パネルのアスペクト比率、及び、偏光変換要素３４によ
り偏光分離方向に光束が２倍に拡大される点を考慮し、
その半分の比率２：３となるように拡大方向を扁平とさ
せた回転放物面３６ｂを有しているので、その平行光が
入射される偏光ビームスプリッタ３１の形状も２：３な
る比率の直方体形状、合わせて、反射プリズム３２の形
状も２：３なる比率の直方体形状として光源光束を効率
よく入射させることができ、偏光ビームスプリッタ３１
と反射プリズム３２とを合わせた形状が４：３となり、
対象とする液晶パネルの比率に合致するので、そのまま
効率良く液晶プリズムの照明に利用することができる。

【００７１】なお、本実施の形態では、光源装置Ｂ２か
らの光をコールドミラー３７で反射させて偏光変換要素
３４に入射させる構成としたが、図１３に示すように、
直接的に入射させる構成であってもよい。但し，反射鏡
３６に関するＸ，Ｙ方向の比率は逆となる。また、Ｓ偏
光成分を透過させる構成でもよい。さらに、反射ミラー
４０を省略した構成でもよい。

【００７２】さらに、図１４に示すように、第１のレン
ズアレイ３９の前段に、各第１のレンズ要素３８による
光軸が液晶パネル１の中心に向かうように焦点距離が設
定された集光レンズ４４を備えたレンズ組４５とし、２
次光源像を小径化、即ち、第２のレンズアレイ４２側を
小型化させるようにしてもよい。

【００７３】本発明の第十一の実施の形態を図１５に基
づいて説明する。本実施の形態は、偏光変換要素３４に
代えて、２個の偏光ビームスプリッタ４６，４７と反射
プリズム４８，４９と１／２波長板５０，５１とを中心
対称に組合せてなる偏光変換要素５２を用いる照明装置
Ａ３への適用例を示す。偏光変換要素５２以外は図１２
に示した構成と同様である。ここに、２個の偏光ビーム
スプリッタ４６，４７と反射プリズム４８，４９とは図
１５（ｃ）に示すように、各々１：３の比率の直方体形
状に形成され、合わせて液晶パネル１対応の４：３なる
比率となるように構成されている。

【００７４】本実施の形態による場合も、２個の偏光ビ
ームスプリッタ４６，４７を合わせた形状が偏光ビーム
スプリッタ３１の形状と同じであるので、光源装置Ｂ２
からの光をこれらの偏光ビームスプリッタ４６，４７に
入射させることにより、第十の実施の形態の場合と同様
の作用・効果が得られることは明かである。

【００７５】なお、本実施の形態では、光源装置Ｂ２か
らの光をコールドミラー３７で反射させて偏光変換要素
５２に入射させる構成としたが、図１６に示すように、
直接的に入射させる構成であってもよい。但し、反射鏡
３６に関するＸ，Ｙ方向の比率は逆となる。また、Ｓ偏
光成分を透過させる構成でもよい。さらに、反射ミラー
４０を省略した構成でもよい。

【００７６】さらに、図１７に示すように、第１のレン
ズアレイ３９の前段に、各第１のレンズ要素３８による
光軸が液晶パネル１の中心に向かうように焦点距離が設
定された集光レンズ４４を備えたレンズ組４５とし、２
次光源像を小径化、即ち、第２のレンズアレイ４２側を
小型化させるようにしてもよい。この場合、光源３５が
理想的な点光源と見倣せる場合であれば、図１８に示す
ように、第２のレンズアレイ４２を省略してもよい。

【００７７】さらに、図１９に示すように第２のレンズ
アレイ４２の後段に発散作用を示す凹レンズ５３を備え
た第２のレンズ組５４とし、各第１のレンズ要素３８及
び第２のレンズ要素４１を通った光軸が液晶パネル１の
中心に向かうように集光レンズ４４及び凹レンズ５３の
焦点距離を設定した構成としてもよい。これによれば、
２次光源像を小径化、即ち、第２のレンズアレイ４２側
を小型化させることができる。

【００７８】また、デスクトップで使用するような使用
形態を想定した場合には、例えば図２０に示すように光
源装置Ｂ３としてわずかに扁平状とさせた反射鏡５５と
光源５６との組合せとし、かつ、集光レンズ５７、コー
ルドミラー５８及び平行化のための凹レンズ５９の組合
せとし、偏光変換要素５２に入射される段階でほぼ並行
光であって、比率が２：３なる楕円状の光束となるよう
にしてもよい。

【００７９】さらには、用いる光源装置は１個に限ら
ず、例えば、図２１に示すように、２個の光源装置Ｂ
２，Ｂ２′を用いた構成としてもよい。ここでは、２個
の光源装置Ｂ２，Ｂ２′は、例えばＸ方向においてシフ
トさせた位置に配置され、各々の光源装置Ｂ２，Ｂ２′
に対して、偏光変換要素３４，３４′が逆向きにしてＸ
方向に並設されている。

【００８０】本発明の第十二の実施の形態を図２２及び
図２３に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１
２記載の発明に相当し、図２２にその液晶プロジェクタ
の構成例、図２３に光軸を直線状に伸ばした集光系・投
射系の模式図を示す。この液晶プロジェクタは、例えば
図７に示したようなインテグレータ光学系Ｃ６を有する
照明装置Ａ１を用いた例であり、偏光ビームスプリッタ
６１、分光集光素子６２、３枚の反射型液晶パネル１
Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、各反射型液晶パネル毎のコンデンサレ
ンズ６３を備えている。

【００８１】偏光ビームスプリッタ６１は、照明装置Ａ
１から照射されるＳ偏光成分の光を分光集光素子６２側
に向けて９０度反射させるものである。分光集光素子６
２は、本実施の形態では、ダイクロイックプリズム６４
が用いられている。このダイクロイックプリズム６４
は、赤色Ｒ以上の長波長の光のみを反射させる特性を持
つレッド層６５ｒと青色Ｂ以下の短波長の光のみを反射
させる特性を持つブルー層６５ｂとを備えた一対のプリ
ズム６５が上下対称位置に配置され、一対の通常のプリ
ズム６６が左右対称位置に配置された状態で、これらの
４つのプリズム６５，６６が接合されて構成された立方
体状の光学素子である。従って、１つの分光集光素子６
２として見た場合、ダイクロイックプリズム６４には、
偏光ビームスプリッタ６１の反射面と平行なレッド層６
５ｒとこのレッド層６５ｒに直交するブルー層６５ｂと
が形成されている。レッド層６５ｒやブルー層６５ｂは
非金属の多層膜として形成されている。

【００８２】３枚の反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ
は、ダイクロイックプリズム６４のレッド層６５ｒ及び
ブルー層６５ｂに対応させて配置されている。即ち、レ
ッド層６５ｒで反射される赤色Ｒ以上の長波長の反射方
向には反射型液晶パネル１Ｒが配置され、ブルー層６５
ｂで反射される青色Ｂ以下の短波長の反射方向には反射
型液晶パネル１Ｂが配置され、レッド層６５ｒ及びブル
ー層６５ｂの透過方向には反射型液晶パネル１Ｇが配置
されている。これらの反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１
Ｂは特に図示しないが情報表示システムにより投射すべ
き各色毎の画像が各液晶素子のオン・オフ制御により形
成されるものである。

【００８３】さらに、偏光ビームスプリッタ６１とスク
リーン６７との間の光軸上には投射レンズ６８を備えた
投射レンズ系６９が設けられている。ここに、図２３に
示すように、仮想光源面１１から各反射型液晶パネル１
Ｒ，１Ｇ，１Ｂまでの光路長と、各反射型液晶パネル１
Ｒ，１Ｇ，１Ｂから投射レンズ６８までの光路長は全て
等しく設定されている。

【００８４】このような構成において、照明装置Ａ１か
らのＳ偏光成分のみに揃えられた光束は、偏光ビームス
プリッタ６１で反射されて分光集光素子６２に入射す
る。ここで、その波長に応じて赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂ
に分光されて、各々対応する反射型液晶パネル１Ｒ，１
Ｇ，１Ｂに入射する。ここで、各反射型液晶パネル１
Ｒ，１Ｇ，１Ｂは情報表示システムにより液晶プロジェ
クタに入力された画像信号に応じてオン・オフし、オフ
時にはＳ偏光成分をＳ偏光成分のまま反射し、オン時に
はＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換して反射する。そし
て、これらのＳ偏光成分又はＰ偏光成分からなる各反射
型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからの反射光は、ダイク
ロイックプリズム６４において各々集合合成されて偏光
ビームスプリッタ６１に再帰する。この際、各反射型液
晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいてオンしている液晶素
子対応部分から反射されたＰ偏光成分のみが偏光ビーム
スプリッタ６１を透過するため、この透過光が投射レン
ズ系６９によりスクリーン６７上に拡大投影される。こ
れにより、液晶プロジェクタに入力された画像信号に応
じた画像がスクリーン６７にカラー画像として映し出さ
れる。

【００８５】ここに、本実施の形態では、前述したよう
な照明装置Ａ１を用いているので、光源光束の利用効率
が高いため、良好なる投影像を得ることができる。な
お、本実施の形態では、図７に例示した照明装置Ａ１を
用いた例で示したが、これに限らず、前述した何れの形
態の照明装置であってもよい。

【００８６】さらに、より現実的な構成を考えた場合に
は、例えば、図２４に示すように、光源装置Ｂ１を２個
用いる２灯式として構成してもよい。

【００８７】さらには、図２５に示すように、透過型液
晶パネル１Ｒ′，１Ｇ′，１Ｂ′を用いるタイプの液晶
プロジェクタにも同様に適用し得る。図２５の場合、照
明装置Ａ１として図７に示したタイプのものが用いられ
ている（ただし、レンズ組Ｄ１とコールドミラー６とが
入替えられている）。また、照明装置Ａ１からの偏光方
向の揃えられた光束は、青色用の分光ミラー７１で反射
され、かつ、全反射ミラー７２により反射された青色Ｂ
以下の波長光が透過型液晶パネル１Ｂ′に導かれ、青色
用の分光ミラー７１を透過し緑色用の分光ミラー７３で
反射された青色Ｂより大きく緑色Ｇ以下の波長光が透過
型液晶パネル１Ｇ′に導かれ、緑色用の分光ミラー７３
を透過しリレーレンズ７４、全反射ミラー７５、リレー
レンズ７６、全反射ミラー７７により光路長を補正され
つつ反射された赤色Ｒ以上の波長光が透過型液晶パネル
１Ｒ′に導かれるように設定されている。また、本実施
の形態では、各透過型液晶パネル１Ｒ′，１Ｇ′，１
Ｂ′に対してコンデンサレンズ６３に代えてマイクロレ
ンズアレイ７８が用いられ、分光集光素子６２に代えて
光合成プリズム７９が用いられている。マイクロレンズ
アレイ７８は液晶パネルにおける各液晶素子毎に光の利
用効率を高めるために液晶素子単位でマトリクス状に形
成されたものである。

【００８８】

【発明の効果】請求項１記載の発明の反射鏡によれば、
焦点を共通にして開口形状が矩形状の被投射体のアスペ
クト比率に応じた比率で扁平とされた回転放物面を有
し、請求項２記載の発明の光源装置によれば、請求項１
記載の反射鏡と、この反射鏡の前記焦点の位置に配設さ
れた光源とを備えるので、反射鏡自体が開口形状が真円
をなす放物面鏡ではなく、光源が配設される焦点を共通
にして目的とする被投射体のアスペクト比率に応じた比
率で扁平とされた回転放物面を有する扁平放物面鏡とし
て形成されているので、反射鏡により反射されて出射さ
れる光が被投射体、即ち、画角に近い形状をなすため、
その全光束を極力効率よく利用できるものとなる。

【００８９】請求項４記載の発明の照明装置によれば、
請求項２記載の光源装置を用いることで光源光束の利用
効率を高めた上で、被投射体を照射するための仮想光源
をなす２次光源像の広がりを小さくすることができ、投
射レンズの口径を小さくするための有効な構成となる。

【００９０】請求項３記載の発明の照明装置によれば、
請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができる
が、特に光源装置における光源を点光源と見倣せる場合
には２次光源像自体も点光源と見倣せるため、第２のレ
ンズアレイを要することなく、実現し得る。

【００９１】請求項６記載の発明の照明装置によれば、
請求項２記載の光源装置を用いることで光源光束の利用
効率を高めた上で、請求項４記載の発明と同様な効果が
得られるが、特に、凹レンズのような発散作用を示す第
２のレンズを用いているので、被投射体を照射するため
の仮想光源をなす２次光源像の広がりをより一層小さく
することができ、投射レンズの口径を小さくするために
さらに有効な構成となる。

【００９２】請求項５記載の発明の照明装置によれば、
項６記載の発明と同様な効果を得ることができるが、特
に光源装置における光源を点光源と見倣せる場合には２
次光源像自体も点光源と見倣せるため、第２のレンズア
レイを要することなく、実現し得る。

【００９３】請求項７記載の発明の照明装置によれば、
請求項２記載の光源装置を用いることで光源光束の利用
効率を高めた上で、第２のレンズにより２次光源像の光
軸を略平行化させた後で偏光変換要素により一種類の偏
光成分に揃えるようにしているので、偏光変換効率を極
力高めることができ、全体として光利用効率の向上を図
ることができる。

【００９４】請求項８記載の発明の照明装置によれば、
請求項２記載の光源装置を用いることで光源光束の利用
効率を高めた上で、第２のレンズにより２次光源像の光
軸を略平行化させた後で偏光変換要素により一種類の偏
光成分に揃えるようにしているので、偏光変換効率を極
力高めることができ、全体として光利用効率の向上を図
ることができる。

【００９５】請求項９記載の発明の照明装置によれば、
請求項２記載の光源装置を用いることで光源光束の利用
効率を高めた上で、第２のレンズにより２次光源像の光
軸を略平行化させた後で偏光変換要素により一種類の偏
光成分に揃えるようにしているので、偏光変換効率を極
力高めることができ、全体として光利用効率の向上を図
ることができる。併せて、偏光変換要素において偏光成
分の変換を受ける光束と偏光成分の変換を受けない光束
とではその光路長が異なるが、第１のレンズ要素に対応
させて２倍の第２のレンズ要素を有する第２のレンズア
レイを備えることでその光路長の違いをなくして全ての
光路長が揃うようにすることもできる。

【００９６】請求項１０記載の発明の照明装置によれ
ば、請求項２記載の光源装置を用いることで光源光束の
利用効率を高めた上で、第２のレンズにより２次光源像
の光軸を略平行化させた後で偏光変換要素により一種類
の偏光成分に揃えるようにしているので、偏光変換効率
を極力高めることができ、全体として光利用効率の向上
を図ることができる。併せて、偏光変換要素において偏
光成分の変換を受ける光束と偏光成分の変換を受けない
光束とではその光路長が異なるが、第１，２のレンズ要
素に対応させて２倍の第３のレンズ要素を有する第３の
レンズアレイを備えることでその光路長の違いをなくし
て全ての光路長が揃うようにすることもできる。

【００９７】請求項１１記載の発明の照明装置によれ
ば、請求項２記載の光源装置を用いることで光源光束の
利用効率を高めた上で、第２のレンズにより２次光源像
の光軸を略平行化させた後で偏光変換要素により一種類
の偏光成分に揃えるようにしているので、偏光変換効率
を極力高めることができ、全体として光利用効率の向上
を図ることができる。

【００９８】請求項１２記載の発明の液晶プロジェクタ
によれば、請求項２記載の光源装置を用いる請求項３な
いし１１の何れか一に記載の照明装置を利用して液晶パ
ネルを照明するので、光源光束を含めて全体的に光の利
用効率の高い照明の下に液晶パネルを照明して、口径の
小さめな投射レンズ系によりスクリーン上に投射させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図２】反射鏡の開口形状と第１のレンズアレイとの対
応関係を示す説明図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図４】本発明の第三の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図５】本発明の第四の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図６】本発明の第五の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図７】本発明の第六の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図８】その変形例を示す光学系構成図である。

【図９】本発明の第七の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図１０】本発明の第八の実施の形態の照明装置を示す
光学系構成図である。

【図１１】本発明の第九の実施の形態の照明装置を示す
光学系構成図である。

【図１２】本発明の第十の実施の形態の照明装置を示す
光学系構成図である。

【図１３】その変形例を示す光学系構成図である。

【図１４】さらに他の変形例を示す光学系構成図であ
る。

【図１５】本発明の第十一の実施の形態の照明装置を示
す光学系構成図である。

【図１６】その変形例を示す光学系構成図である。

【図１７】異なる変形例を示す光学系構成図である。

【図１８】さらに異なる変形例を示す光学系構成図であ
る。

【図１９】さらに別の変形例を示す光学系構成図であ
る。

【図２０】別の変形例を示す光学系構成図である。

【図２１】別の変形例を示す光学系構成図である。

【図２２】本発明の第十二の実施の形態の液晶プロジェ
クタを示す光学系構成図である。

【図２３】その光軸を直線状に伸ばして示す集光系・投
射系の模式図である。

【図２４】その変形例を示す光学系構成図である。

【図２５】異なる変形例を示す光学系構成図である。

【図２６】従来例を示す光学系構成図である。

【図２７】その反射鏡の開口形状と第１のレンズアレイ
との対応関係を示す説明図である。

【図２８】他の従来例を示す光学系構成図である。

【符号の説明】

１ 被投射体、液晶パネル ３ 光源 ４ 反射鏡 ４ａ 開口 ４ｂ 回転放物面 ７ レンズ要素、第１のレンズ要素 ８ レンズアレイ、第１のレンズアレイ ９ 集光レンズ １０ ２次光源像 １２ 第２のレンズアレイ １３ 第２のレンズ要素 １４，１５ 第２のレンズ １６ 偏光変換要素 １７ 第３のレンズ ２１ 第２のレンズ要素 ２２ 第２のレンズアレイ ２３ 第３のレンズ要素 ２４ 第３のレンズアレイ ２５ 第２のレンズ要素 ２６ 第２のレンズアレイ ２７ 第２のレンズ組 ３４ 偏光変換要素 ３５ 光源 ３６ 反射鏡 ３６ａ 開口 ３６ｂ 回転放物面 ３８ 第１のレンズ要素 ３９ 第１のレンズアレイ ４１ 第２のレンズ要素 ４２ 第２のレンズアレイ ４４ 集光レンズ ４５ レンズ組 ５２ 偏光変換要素 ６９ 投射レンズ系 Ａ１，Ａ２，Ａ３ 照明装置 Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 光源装置 Ｄ１ レンズ組、第１のレンズ組 Ｅ２ 第２のレンズ組

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０２Ｂ 27/18 Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｚ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ Ｆターム(参考） 2H042 DB09 DD06 DE00 2H088 EA13 EA14 EA15 EA16 HA13 HA18 HA20 HA21 HA24 HA25 HA28 MA06 5G435 AA03 BB12 CC01 DD07 DD13 FF02 FF03 FF05 FF07 FF12 GG02 GG05 GG08 GG23 LL15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点を共通にして開口形状が矩形状の被
   投射体のアスペクト比率に応じた比率で扁平とされた回
   転放物面を有する反射鏡。
2. 【請求項２】 請求項１記載の反射鏡と、この反射鏡の
   前記焦点の位置に配設された光源と、を備える光源装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
   た複数のレンズ要素が２次元状に配列されて前記光源装
   置から出射される光から複数の２次光源像を分割形成す
   るレンズアレイと、前記レンズ要素の各々の光軸が前記
   被投射体の中心に向かうように焦点距離が設定された集
   光レンズとの組合せによるレンズ組と、を備える照明装
   置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
   た複数の第１のレンズ要素が２次元状に配列されて前記
   光源装置から出射される光から複数の２次光源像を分割
   形成する第１のレンズアレイと、前記第１のレンズ要素
   の各々の光軸が前記被投射体の中心に向かうように焦点
   距離が設定された集光レンズとの組合せによるレンズ組
   と、 このレンズ組の焦点位置近傍に配置され前記第１のレン
   ズ要素に各々対応する複数の第２のレンズ要素が２次元
   状に配列されて対応する第１のレンズ要素による２次光
   源像を各々前記被投射体上に重畳させて投射する第２の
   レンズアレイと、を備える照明装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
   た複数のレンズ要素が２次元状に配列されて前記光源装
   置から出射される光から複数の２次光源像を分割形成す
   るレンズアレイと、集光レンズとの組合せによるレンズ
   組と、 このレンズ組を透過した光に対して発散作用を示し、前
   記レンズ要素の各々の光軸が前記被投射体の中心に向か
   うように前記集光レンズとともに焦点距離が設定されて
   前記レンズ要素による２次光源像を各々前記被投射体上
   に重畳させて投射する第２のレンズと、を備える照明装
   置。
6. 【請求項６】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
   た複数の第１のレンズ要素が２次元状に配列されて前記
   光源装置から出射される光から複数の２次光源像を分割
   形成する第１のレンズアレイと、集光レンズとの組合せ
   による第１のレンズ組と、 この第１のレンズ組の焦点位置近傍に配置され前記第１
   のレンズ要素に各々対応する複数の第２のレンズ要素が
   ２次元状に配列された第２のレンズアレイと、前記第１
   のレンズ組を透過した光に対して発散作用を示し、前記
   第１のレンズ要素の各々の光軸が前記被投射体の中心に
   向かうように前記集光レンズとともに焦点距離が設定さ
   れて前記第１のレンズ要素による２次光源像を各々前記
   被投射体上に重畳させて投射する第２のレンズとの組合
   せによる第２のレンズ組と、を備える照明装置。
7. 【請求項７】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
   た複数の第１のレンズ要素が２次元状に配列されて前記
   光源装置から出射される光から複数の２次光源像を分割
   形成する第１のレンズアレイと、集光レンズとの組合せ
   によるレンズ組と、 このレンズ組の焦点位置近傍に配置されて前記各２次光
   源像の光軸を略平行化する第２のレンズと、 この第２のレンズの直後位置に配設されて前記第２のレ
   ンズにより平行化された偏光方向がランダムな各光束に
   つき、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか一方のみの偏
   光成分に揃えて出射させる偏光変換要素と、 この偏光変換要素により偏光成分の揃えられた前記各２
   次光源像に対応する光束に対して集光作用を示し、これ
   らの光束の各光軸が前記被投射体の中心に向かうように
   焦点距離が設定された第３のレンズと、 を備える照明装置。
8. 【請求項８】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
   た複数の第１のレンズ要素が２次元状に配列されて前記
   光源装置から出射される光から複数の２次光源像を分割
   形成する第１のレンズアレイと、集光レンズとの組合せ
   によるレンズ組と、 このレンズ組の焦点位置近傍に配置され前記第１のレン
   ズ要素に各々対応する複数の第２のレンズ要素が２次元
   状に配列された第２のレンズアレイと、 前記各２次光源像の光軸を略平行化する第２のレンズ
   と、 この第２のレンズの直後位置に配設されて前記第２のレ
   ンズにより平行化された偏光方向がランダムな各光束に
   つき、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか一方のみの偏
   光成分に揃えて出射させる偏光変換要素と、 この偏光変換要素により偏光成分の揃えられた前記各２
   次光源像に対応する光束に対して集光作用を示し、これ
   らの光束の各光軸が前記被投射体の中心に向かうように
   焦点距離が設定された第３のレンズと、を備える照明装
   置。
9. 【請求項９】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
   た複数の第１のレンズ要素が２次元状に配列されて前記
   光源装置から出射される光から複数の２次光源像を分割
   形成する第１のレンズアレイと、集光レンズとの組合せ
   によるレンズ組と、 このレンズ組の焦点位置近傍に配置されて前記各２次光
   源像の光軸を略平行化する第２のレンズと、 この第２のレンズの直後位置に配設されて前記第２のレ
   ンズにより平行化された偏光方向がランダムな各光束に
   つき、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか一方のみの偏
   光成分に揃えて出射させる偏光変換要素と、 前記第１のレンズ要素に対応させて２倍の第２のレンズ
   要素が２次元状に配列された第２のレンズアレイと、 前記偏光変換要素により偏光成分の揃えられて前記第２
   のレンズ要素の各々に対応する光束に対して集光作用を
   示し、これらの光束の各光軸が前記被投射体の中心に向
   かうように焦点距離が設定された第３のレンズと、を備
   える照明装置。
10. 【請求項１０】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
    た複数の第１のレンズ要素が２次元状に配列されて前記
    光源装置から出射される光から複数の２次光源像を分割
    形成する第１のレンズアレイと、集光レンズとの組合せ
    によるレンズ組と、 このレンズ組の焦点位置近傍に配置され前記第１のレン
    ズ要素に各々対応する複数の第２のレンズ要素が２次元
    状に配列された第２のレンズアレイと、 前記各２次光源像の光軸を略平行化する第２のレンズ
    と、 この第２のレンズの直後位置に配設されて第２のレンズ
    により平行化された偏光方向がランダムな各光束につ
    き、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか一方のみの偏光
    成分に揃えて出射させる偏光変換要素と、 前記第１のレンズ要素及び前記第２のレンズ要素に対応
    させて２倍の第３のレンズ要素が２次元状に配列された
    第３のレンズアレイと、 前記偏光変換要素により偏光成分の揃えられて前記第３
    のレンズ要素の各々に対応する光束に対して集光作用を
    示し、これらの光束の各光軸が前記被投射体の中心に向
    かうように焦点距離が設定された第３のレンズと、を備
    える照明装置。
11. 【請求項１１】 請求項２記載の光源装置と、 前記被投射体の形状と略相似形をなす矩形状に形成され
    た複数の第１のレンズ要素が２次元状に配列されて前記
    光源装置から出射される光から複数の２次光源像を分割
    形成する第１のレンズアレイと、集光レンズとの組合せ
    による第１のレンズ組と、 この第１のレンズ組の焦点位置近傍に配置されて前記各
    ２次光源像の光軸を略平行化する第２のレンズと、前記
    第１のレンズ要素に各々対応する複数の第２のレンズ要
    素が２次元状に配列された第２のレンズアレイとの組合
    せによる第２のレンズ組と、 前記第２のレンズの直後位置に配設されて第２のレンズ
    により平行化された偏光方向がランダムな各光束につ
    き、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか一方のみの偏光
    成分に揃えて出射させる偏光変換要素と、 前記第１のレンズ要素に対応させて２倍の第３のレンズ
    要素が２次元状に配列された第３のレンズアレイと、 前記偏光変換要素により偏光成分の揃えられて前記第３
    のレンズ要素の各々に対応する光束に対して集光作用を
    示し、これらの光束の各光軸が前記被投射体の中心に向
    かうように焦点距離が設定された第３のレンズと、を備
    える照明装置。
12. 【請求項１２】 情報表示システムにより投射すべき像
    が形成される少なくとも１つの液晶パネルと、 この液晶パネルを被投射体として照明する請求項３ない
    し１１の何れか一に記載の照明装置と、 前記液晶パネルの像をスクリーン上に投射する投射レン
    ズ系と、を備える液晶プロジェクタ。