JP2000347131A - 照明光学装置および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光学装置で光利用率が低下する問題を解
決する。 【解決手段】 照明光学装置において、光源１の光束を
反射する光反射手段３と、この光反射手段３の前面にこ
の光源の光軸９の近傍を除いて２次元状に配列した複数
のレンズ１１でなる第１のレンズアレイ２０と、このレ
ンズアレイ２０の複数のレンズ１１の夫々が焦点を結ぶ
位置に２次元状に配設した複数のレンズ２１でなる第２
のレンズアレイ２１とよりなり、この光軸９の近傍にレ
ンズ２０を配列しないようにしたことにより、この光軸
９の近傍にある光源１からの光束の弱い部分を使用しな
いようにして、第２のレンズアレイ２１の面積を拡大す
ることなく、第２レンズアレイ２１の光軸の近傍のレン
ズ１６の開口寸法を大きくすることにより、光源１から
の光利用率を向上させて課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学装置およ
び投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大画面映像を表示する方法の一つ
として、ライトバルブを用いた投射型表示装置が知られ
ている。また近年ではこのライトバルブとして液晶パネ
ルを用いた投射型表示装置が実用化されている。

【０００３】このような投射型表示装置には、このライ
トバルブに表示された映像を強力な光で照明する照明光
学装置が必要であり、この照明光学装置の性能は投射画
質を大きく左右する。例えば色再現性に優れ、高能率で
明るく、この明るさの均一性が良好な照明光学装置が投
射型表示装置として要求されている。

【０００４】従来の照明光学装置の例として凹面鏡を使
用した凹面鏡式照明光学装置を図５に示して説明する。

【０００５】図５において１はランプで、このランプ１
が照明光源であり、このランプ１としてキセノンラン
プ、ハロゲンランプ、メタルハイハライドランプ等の白
色光光源が使用される。また２はランプ１の発光部、３
は開口部３Ａを有する凹面鏡で、この凹面鏡３としては
放物面鏡、楕円面鏡等が使用される。なお１点鎖線９は
凹面鏡３から出射する単一光束の光軸を示している。

【０００６】この凹面鏡式照明光学装置はランプ１と、
凹面鏡３と、第１のレンズアレイ板４と、第２のレンズ
アレイ板５と、コンデンサレンズ６と、このライトバル
ブの役割をする液晶パネル７とより構成されている。

【０００７】第１のレンズアレイ板４は凹面鏡３の開口
部３Ａの前面側の位置に配置され、第２のレンズアレイ
板５は第１のレンズアレイ板４の凹面鏡３側とは反対側
の位置に第１のレンズアレイ板４と所定の間隔をおいて
配設され、コンデンサレンズ６は第１のレンズアレイ板
５側とは反対側の位置に第２のレンズアレイ板５に近接
して配設され、液晶パネル７は第２のレンズアレイ板５
とは反対側のこのコンデンサレンズ６から所定の間隔を
置いた被照明領域に配設されている。

【０００８】なおこの配設は、これら第１のレンズアレ
イ板４と、第２のレンズアレイ板５と、コンデンサレン
ズ６および液晶パネル７の夫々の中心軸を１点鎖線９で
示した光軸９に一致させた状態においてなされている。

【０００９】そして第１のレンズアレイ板４は、複数の
第１のレンズ１０の夫々を凹面鏡３側に向けた状態で縦
方向および横方向の夫々に６枚合計３６枚のレンズ１０
を２次元状に配列して構成され、第２のレンズアレイ板
５は複数の第２のレンズ１５の夫々をコンデンサレンズ
６方向に向けた状態で縦方向および横方向の夫々に６枚
合計３６枚のレンズ１０を２次元状に配列して構成され
ている。

【００１０】すなわち、複数の第１のレンズ１０の数と
複数の第２のレンズ１５の数を同数とし、かつ縦方向の
配列数と横方向の配列数の夫々が複数の第１のレンズ１
０と複数の第２のレンズ１５で同数となる状態で２次元
状に配列して、第１のレンズアレイ板４と第２のレンズ
アレイ板５が構成されている。

【００１１】次にこの凹面鏡式照明光学装置による照明
について説明する。

【００１２】凹面鏡３から出射し第１のレンズアレイ板
４に入射した単一光束は、複数の第１のレンズ１０と同
数の複数の部分光束に分割され、これらレンズ１０の夫
々から出射した部分光束は、この分割された部分光束の
夫々毎に複数の第２のレンズ１５の夫々に別々に入射さ
れて、複数の第２のレンズ１５の夫々に焦点を結んで発
光部２の実像を形成する。

【００１３】そしてこの焦点を結ばせたこの発光部２の
実像の光束の夫々を複数のレンズ１５から出射しコンデ
ンサレンズ６に入射させ、コンデンサレンズ６を通じて
出射させ、複数の第２のレンズ１５の夫々から出射した
部分光束の夫々がこの被照明領域に配設されている液晶
パネル７の全面を照明する状態にし、液晶パネル７全面
に渡って均一な明るさの照明をおこなうようにしてい
る。

【００１４】しかしながら図５に示した凹面鏡式照明光
学装置においては、凹面鏡３から出射した単一光束の光
強度分布は図６Ｂに示したごとく均一にはならない。な
お図６では矢印１２でこの光軸９と直交する方向との離
間距離を表し、矢印１３で光強度を表し、そして曲線１
３で光強度分布を表している。

【００１５】すなわちこの光強度分布は、曲線１３Ａで
示した如く光軸９の周辺において光強度が急激に低下
し、光軸９から矢印１２で示した方向に少し離れた部分
において光強度が急激に最大になり、そして凹面鏡３の
開口部３Ａの周辺に近づくにつれて光強度が徐々に低下
する不均一な光強度分布状態になる。

【００１６】なお凹面鏡３から出射した単一光束のこの
光強度がこのように不均一な分布状態になるのは、ラン
プ１を凹面鏡３内に装着する為の開口部３Ｂが凹面鏡３
の底部に設けられていること、ランプ１の発光部２がこ
の底部より高い位置にあることおよびこの発光部２の配
光性によるものと考えられている。

【００１７】次に凹面鏡３から出射した単一光束のこの
光強度がこのように不均一な分布状態を呈している場合
に複数のレンズ１５の夫々に焦点を結ぶ各単一光束の夫
々のの光強度分状態について図７ＡおよびＢを用いて説
明する。

【００１８】凹面鏡３から出射した単一光束のこの光強
度分布がこのように不均一な分布状態にある場合には、
複数の第１のレンズ１０の夫々に入射する単一光束の強
度が複数の第１のレンズ１０の夫々により異なることに
なる。

【００１９】すなわち複数の第１のレンズ１０は、図７
Ａに有色のリング状エリア４Ａで示した強い単一光束が
入射するエリアに配列されたレンズ群、無色のリング状
エリア４Ｂで示したこの強い単一光束に比較して相対的
に弱い単一光束が入射するエリアに配列されたレンズ群
そして無色のリング状エリア４Ｃで示した光強度が相対
的にさらに弱い単一光束が入射するエリアに配列された
レンズ群に分かれることになる。

【００２０】したがってこのような光強度分布むらがあ
る状態においては、これら複数の第１のレンズ１０の夫
々からの部分光束の焦点が結ばれてランプ１の発光部２
の実像が夫々形成された複数の第２のレンズ１５の夫々
には、図７Ｂに示した如くこの光強度が相対的に強い部
分光束が焦点を結んでいるレンズ部分ａと、この光強度
がレンズ部分ａより相対的に弱い部分光束が焦点を結ん
でいるレンズ部分ｂと、この光強度がレンズ部分ｂより
相対的にさらに弱い部分光束が焦点を結んでいるレンズ
部分ｃができることになる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来の凹面鏡式照明光
学装置においてはこれら複数の第２のレンズ１５に対し
てこれらレンズ１５のその開口よりも大きな実像が形成
されると、液晶パネル７に有効に伝送されない光束が発
生して光損失が生じ、特に光強度が強い部分光束が入射
している図７Ｂに示した複数の第２のレンズ１５の内の
レンズ部ａの夫々においてこの光損失が生じた場合に
は、照明光学装置における光利用率の低下が大きくなる
問題あり、この問題を解決することが課題になってい
る。

【００２２】しかしながらこの課題を解決する為にこの
発光部２のサイズを小さくしてこの実像のサイズをより
小さくすると、この発光部２の寿命を短くしてしまう問
題があった。

【００２３】また光利用率を向上するためにこれら複数
の第２のレンズ１５夫々の開口寸法を大きくし開口面積
を拡大することが考えれれるが、このようにした場合
は、第２のレンズアレイ板５の全体の面積が大きくなる
ために、第２のレンズアレイ板５から液晶パネル７に入
射する光束全体の集中角が大きくなり、この結果液晶パ
ネル７から出射する光束の発散角が大きくなるため、投
射レンズとしてＦナンバーの明るい投射レンズが必要と
なる。

【００２４】しかしながらこのＦナンバーの明るい投射
レンズは有効レンズ径が大きくなりコンパクトな投射型
表示装置を構成することが困難になり、またこのレンズ
のコストが高騰する問題があり、またこの集中角が大き
くなった場合、液晶パネルに入射し出射した光束をスク
リーンに投射して得た表示画面のコントラストが低下す
るという問題があった。

【００２５】本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、
これら問題が発生するようなことがない状態で光利用率
が低下する問題を解決した照明光学装置および投射型表
示装置を提供することを主たる目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明による照明光学装
置は、光源手段と、この光源手段の光束を一方向に反射
する光反射手段と、この光反射手段の前面にこの光源手
段の光軸の近傍を除いて２次元状に配列したほぼ同一の
開口寸法を有する複数のレンズよりなる第１のレンズア
レイ手段と、この第１のレンズアレイ手段と所定の間隔
をおいてこの光軸を中心として２次元状に配列し、かつ
この光軸の近傍に配列された複数のレンズの開口寸法を
その他のレンズの開口寸法よりも大きくした複数のレン
ズよりなる第２のレンズアレイ手段と、この第２のレン
ズアレイ手段に対してこの第１のレンズアレイ手段側と
は反対側においてこの第２のレンズアレイ手段に対向し
て設けられて、この第２のレンズアレイ手段の複数のレ
ンズの夫々から得たこの光源手段の光束の夫々を被照明
領域に重畳せしめるようにするコンデンサレンズ手段と
により、この第１のレンズアレイ手段を構成する前記複
数のレンズの個々の焦点を、この第１のレンズアレイ手
段を構成する複数のレンズ個々に対向しているこの第２
のレンズアレイ手段を構成する複数のレンズに個々に結
んで照明光学装置における光利用率が低下する問題を解
決することができるようにしたものである。

【００２７】また本発明による投射型表示装置は、光源
手段と、この光源手段の光束を一方向に反射する光反射
手段と、この光反射手段の前面にこの光源手段の光軸の
近傍を除いて２次元状に配列したほぼ同一の開口寸法を
有する複数のレンズよりなる第１のレンズアレイ手段
と、この第１のレンズアレイ手段と所定の間隔をおいて
この光軸を中心として２次元状に配列し、かつこの光軸
の近傍に配列された複数のレンズの開口寸法をその他の
レンズの開口寸法よりも大きくした複数のレンズよりな
る第２のレンズアレイ手段と、この第２のレンズアレイ
手段に対してこの第１のレンズアレイ手段側とは反対側
においてこの第２のレンズアレイ手段に対向して設けら
れて、この第２のレンズアレイ手段の複数のレンズの夫
々から得たこの光源手段の光束の夫々を被照明領域に重
畳せしめるようにするコンデンサレンズ手段と、この被
照明領域に配設されたライトバルブ手段と、このライト
バルブ手段より出射した光束を拡大投射する投射光学手
段と、この投射光学手段により拡大投射されたこの光束
を透過拡散または反射拡散するスクリーン手段とによ
り、この第１のレンズアレイ手段を構成する前記複数の
レンズの個々の焦点を、この第１のレンズアレイ手段を
構成する複数のレンズ個々に対向しているこの第２のレ
ンズアレイ手段を構成する複数のレンズに個々に結ん
で、投射型表示装置における光利用率が低下する問題を
解決することができるようにしたものである。

【００２８】また本発明による投射型表示装置は、少な
くとも３原色を含む光束を発生する光源手段と、この光
源手段の光束を一方向に反射する光反射手段と、この光
反射手段の前面にこの光源手段の光軸の近傍を除いて２
次元状に配列したほぼ同一の開口寸法を有する複数のレ
ンズよりなる第１のレンズアレイ手段と、この第１のレ
ンズアレイ手段と所定の間隔をおいてこの光軸を中心と
して２次元状に配列し、かつこの光軸の近傍に配列され
た複数のレンズの開口寸法をその他のレンズの開口寸法
よりも大きくした複数のレンズよりなる第２のレンズア
レイ手段と、この第２のレンズアレイ手段の複数のレン
ズの夫々から得たこの光源手段の光束の夫々を被照明領
域に重畳せしめる為この記第２のレンズアレイ手段に対
してこの第１のレンズアレイ手段側とは反対側に設けた
コンデンサレンズ手段と、このコンデンサレンズ手段か
ら出射した光束を複数の色光束に分解する色分解手段
と、この被照明領域に設けられ、この色分解手段により
分解された色光束を、色光束毎に別々に入射する複数の
ライトバルブ手段と、これら複数のライトバルブ手段の
夫々から出射した複数の色光束の夫々を合成する色合成
手段と、この色合成手段で合成された光束を拡大投射す
る投射光学手段と、この投射光学手段により拡大投射さ
れたこの光束を透過拡散または反射拡散するスクリーン
手段とよりなり、この第１のレンズアレイ手段を構成す
る前記複数のレンズの個々の焦点をこの第１のレンズア
レイ手段を構成する複数のレンズ個々に対向しているこ
の第２のレンズアレイ手段を構成する複数のレンズに個
々に結んで、投射型表示装置における光利用率が低下す
る問題を解決することができるようにしたものである。

【００２９】また本発明による照明光学装置は、光源手
段と、この光源手段の光束を一方向に反射する光反射手
段と、この光反射手段の前面にこの光源手段の光軸の近
傍を除いて２次元状に配列したほぼ同一の開口寸法を有
する複数のレンズよりなる第１のレンズアレイ手段と、
この第１のレンズアレイ手段と所定の間隔を置いた位置
に、第１のレンズアレイ手段を構成するレンズの数と同
一の数よりなるほぼ同一の開口寸法を有する複数のレン
ズをこの光軸を中心として２次元状に配列した第２のレ
ンズアレイ手段と、この第２のレンズアレイ手段に対し
てこの第１のレンズアレイ手段側とは反対側においてこ
の第２のレンズアレイ手段に対向して設けたコンデンサ
レンズ手段とにより、この第１のレンズアレイ手段を構
成する前記複数のレンズの個々の焦点を、この第１のレ
ンズアレイ手段を構成する複数のレンズ個々に対向して
いるこの第２のレンズアレイ手段を構成する複数のレン
ズに個々に結んで、投射型表示装置における光利用率が
低下する問題を解決することができるようにしたもので
ある。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図５、図６Ａ、Ｂ、図７ＡおよびＢと同一の部分には
同一の符号を付与して詳細な説明を省略して添付図面に
基づいて説明する。

【００３１】図１は本発明の投射型表示装置の前提とな
る一例の要部を示した構成図で、この投射型表示装置は
ランプ１、凹面鏡３、コンデンサレンズ６、液晶パネル
７、複数の第１のレンズ１１が２次元状に配列された第
１のレンズアレイ板２０、複数の第２のレンズ１６が２
次元状に配列された第２のレンズアレイ板２１、他のコ
ンデンサレンズ２２、投射レンズ部２３および液晶駆動
部２４を具備している。

【００３２】そしてこの場合に、ランプ１、凹面鏡３、
複数の第１のレンズ１１が２次元状に配列された第１の
レンズアレイ板２０、複数の第２のレンズ１６が２次元
状に配列された第２のレンズアレイ板２１およびコンデ
ンサレンズ６で照明光学装置を構成している。

【００３３】この投射型表示装置においては、図１に破
線で示した如く凹面鏡３から第１のレンズアレイ板２０
を構成する複数の第１のレンズ１１の夫々に入射した単
一光束を、これら複数の第１のレンズ１１の夫々により
これら複数の第１のレンズ１１と同数の部分光束に分割
する。

【００３４】また図１に破線で示した如く、これら２次
元状に配列されている複数の第１のレンズ１１の夫々に
対向した状態で２次元状に配列されている複数の第２の
レンズ１６の夫々に対し、複数の第１のレンズ１１の配
列位置と同一の配列位置に配列されている第２のレンズ
１６にこの第１のレンズ１１から単一光束を入射し、複
数の第２のレンズ１６に焦点を結ばせ、発光部２の実像
を複数の第２のレンズ１６の夫々に形成する。

【００３５】そしてまた図１に破線で示した如く、この
ようにして複数の第２のレンズ１６の夫々に形成したこ
の発光部２の実像を、複数の第２のレンズ１６の夫々か
らコンデンサレンズ６および他のコンデンサレンズ２２
を通じてこの被照明領域に配設されている液晶パネル７
の全面に照明する。

【００３６】そしてこのように照明されている状態の液
晶パネル７のこの照明光の透過度を液晶駆動部２４から
の映像信号により制御した状態で液晶パネル７からこの
照明光を出射して投射レンズ部２３に入射し、この投射
レンズ部２３から透過拡散または反射拡散するスクリー
ン２５にこの照明光を拡大投射して液晶駆動部２４から
の映像信号に基づく映像をスクリーン２５に表示するよ
うになしている。

【００３７】なお図１に示した例においては、凹面鏡３
から出射したこの単一光束を複数の第１のレンズ１１の
夫々により部分光束とし、複数の第１のレンズ１１の個
々で得られたこの部分光束を、複数の第１のレンズ１１
の個々に対向して配列されている複数の第２のレンズ１
６に個々に入射するようにこれら複数の第１のレンズ１
１と第２のレンズ１６が配列され、そして複数の第２の
レンズ１６の夫々からコンデンサレンズ６および他のコ
ンデンサレンズ２２を通じてこの被照明領域に配設され
ている液晶パネル７の全面に照明することができるよう
にしている。

【００３８】しかしながら、図１においては図面が煩雑
になるのを回避するために、複数の第１のレンズ１１の
内の２個についてのみこの光学系を破線で示し、その外
の複数の第１のレンズ１１の夫々のこの光学系を示す破
線を省略して示してある。

【００３９】次に図１に示して説明したこの照明光学装
置に用いる第１のレンズアレイ板２０の本発明による一
例を図２Ａに示して図１と同一の部分には同一の符号を
付与して示して詳細な説明を省略して説明する。

【００４０】図２Ａにおいて左側から１列、２列、５列
および６列目の夫々にはレンズ１１を縦に６段連続して
配列し、３列および４列目の夫々は、この６段中の下か
ら１段、2 段、５段および６段目のみにレンズ１１を配
列し、この６段中の下から3段および４段目にレンズ１
１を配列しない状態で配列することにより、光軸９の近
傍にはレンズ１１を配列しない状態で、レンズ１１を２
次元状に６列に配列してこの第１のレンズアレイ板２０
を構成している。

【００４１】なおこれらレンズ１１の夫々は、互いにほ
ぼ同一の開口寸法を有するレンズにより構成している。

【００４２】次に第１のレンズアレイ板２０側からみた
開口部３Ａにおける光強度の分布状態を図２Ａに示して
説明する。

【００４３】図２Ａにおいて有色のリング状で示したエ
リア４Ａは、図６に曲線１３Ａのピーク値およびその付
近の光強度が強い部分の単一光束が第１のレンズアレイ
板２０に入射するエリアを示し、無色のリング状で示し
たエリア４Ｂは、このピーク値から緩やかに減少する部
分の単一光束が第１のレンズアレイ板２０に入射するエ
リアを示しそして無色のリング状で示したエリア４Ｃ
は、光軸９の近傍においてこの曲線１３Ａで示したこの
光強度が急激に落ち込んでいる部分の単一光束が第１の
レンズアレイ板２０に入射するエリアを示している。

【００４４】よって図２Ａにおいて左側から３列および
４列目の夫々の下から３段および４段目の位置にレンズ
１１を配列しない状態で複数のレンズ１１を２次元状に
配列して第１のレンズアレイ板２０を構成し、エリア４
Ｃからの入射する単一光束を利用しないようにしても、
２次元状に配列したこれら複数のレンズ１１によりエリ
ア４Ａおよびエリア４Ｂからの単一光束を充分入射する
ことができるので、この第１のレンズアレイ板２０に入
射する単一光束全体のトータルの光量は殆ど減少しな
い。

【００４５】次に図１に示して説明したこの照明光学装
置に用いる第２のレンズアレイ板２１の本発明による一
例を図２Ｂに示して図１と同一の部分には同一の符号を
付与して示して詳細な説明を省略して説明する。

【００４６】図２Ｂにａおよびｂで示した左から１列、
２列、５列および６列目の夫々に、互いにほぼ同一の開
口寸法を有するレンズ１６を縦に６段積み重ねた状態で
配列する。

【００４７】図２Ｂにｂ１、ｂ２、ｂ３およびｂ４で示
した如く、図２Ｂにおいて左から３列目および４列目の
夫々の１段および６段目にこれら１列、２列、５列およ
び６列目に配列したレンズ１６よりも大きい開口寸法を
有するレンズ１６を配列する。

【００４８】そして図２Ｂにａ１、ａ２、ａ３ａおよび
ａ４で示した如く、これら３列目および４列目の夫々の
２段および３段目にｂ１、ｂ２、ｂ３およびｂ４で示し
たこれらレンズ１６よりもさらに大きい開口寸法を有す
るレンズ１６を配列して、第２のレンズアレイ板２１を
構成する。

【００４９】ただしこの場合にｂ１、ａ１、ａ３および
ｂ３で示したレンズ１６を縦に４段に重ねた配列状態、
およびｂ２、ａ２、ａ４およびｂ４で示したレンズ１６
を縦に４段に重ねた配列状態におけるこれらの縦方向の
高さが、ａおよびｂで示したレンズ１６を縦に６段積み
重ねた１列、２列、５列および６列目の高さと同一の高
さとなるように、これらａ１〜ａ４およびｂ１〜ｂ４で
示したレンズのこの開口寸法を選択している。

【００５０】次に図１に示して説明したこの照明光学装
置の第１のレンズアレイ板２０として図２Ａに示して説
明した構成を具備した第１のレンズアレイ板２０を使用
し、図１に示して説明したこの照明光学装置の第２のレ
ンズアレイ板２１として図２Ｂに示して説明した構成を
具備した第２のレンズアレイ板２１を使用した場合につ
いて図２ＡおよびＢを参照して説明する。

【００５１】第１のレンズアレイ板２０の１列目の１段
目のレンズ１１の焦点を、この第２のレンズアレイ板２
１の１列目の１段目のレンズ１６に結ばせ、・・・・・ 、第
１のレンズアレイ板２０の１列目の６段目のレンズ１１
の焦点をこの第２のレンズアレイ板２１の１列目の６段
目のレンズ１６に結ばせ、このアレイ板２０の２列目の
１段目のレンズ１１の焦点をこのアレイ板２１の２列目
の１段目のレンズ１６に結ばせ、・・・・・ 、このアレイ板
２０の２列目の６段目のレンズ１１の焦点をこのアレイ
板２１の２列目の６段目のレンズ１６に結ばせる。

【００５２】このアレイ板２０の５列目の１段目のレン
ズ１１の焦点をこのアレイ板２１の５列目の１段目のレ
ンズ１６に結ばせ、・・・・・ 、このアレイ板２０の５列目
の６段目のレンズ１１の焦点をこのアレイ板２１の５列
目の６段目のレンズ１６に結ばせ、このアレイ板２０の
６列目の１段目のレンズ１１の焦点をこのアレイ板２１
の６列目の１段目のレンズ１６に結ばせ、・・・・・ 、この
アレイ板２０の６列目の６段目のレンズ１１の焦点をこ
のアレイ板２１の６列目の６段目のレンズ１６に結ばせ
る。

【００５３】第１のレンズアレイ板２０の３列目の１段
目のレンズ１１の焦点をこの第２のレンズアレイ板２１
の３列目の１段目のレンズ１６に結ばせ、このアレイ板
２０の３列目の６段目のレンズ１１の焦点をこの第２の
レンズアレイ板２１の３列目の４段目のレンズ１６に結
ばせ、このアレイ板２０の４列目の１段目のレンズ１１
の焦点をこの第２のレンズアレイ板２１の４列目の１段
目のレンズ１６に結ばせそしてこのアレイ板２０の４列
目の６段目のレンズ１１の焦点をこの第２のレンズアレ
イ板２１の４列目の４段目のレンズ１６に結ばせる。

【００５４】そして第１のレンズアレイ板２０の３列目
の２段目のレンズ１１の焦点をこの第２のレンズアレイ
板２１の３列目の２段目のレンズ１６に結ばせ、このア
レイ板２０の３列目の５段目のレンズ１１の焦点をこの
第２のレンズアレイ板２１の３列目の３段目のレンズ１
６に結ばせ、このアレイ板２０の４列目の２段目のレン
ズ１１の焦点をこの第２のレンズアレイ板２１の４列目
の２段目のレンズ１６に結ばせそしてこのアレイ板２０
の４列目の５段目のレンズ１１の焦点をこの第２のレン
ズアレイ板２１の４列目の３段目のレンズ１６に結ばせ
る。

【００５５】このように焦点を結ばせることにより、図
２Ａにおいて第１のレンズアレイ板２０の左側から１
列、２列、５列および６列目の夫々の１段目〜６段目か
らの部分光束の夫々を、図２Ｂにおいて第２のレンズア
レイ板２１の左側から１列、２列、５列および６列目の
夫々の１段目〜６段目のレンズ１６の夫々に対して個々
に焦点を結ばせて実像を形成することができる。

【００５６】さらに図２Ａにおいて左側から３列目およ
び４列目の夫々の１段目および６段目のレンズ１１の夫
々にエリア４Ａから入射する光強度が強い単一光束を、
図２Ｂにおいてｂ１〜ｂ４で示した大きい開口寸法を有
するレンズ１６に対して個々に焦点を結ばせて実像を形
成することができる。

【００５７】そしてさらに図２Ａにおいて左側から３列
目および４列目の夫々の２段目および５段目のレンズ１
１の夫々にエリア４Ａから入射した光強度が強い単一光
束を、図２Ｂにおいてａ１〜ａ４で示したさらに大きい
開口寸法を有するレンズ１６に対して個々に焦点を結ば
せて実像を形成することができる。

【００５８】よって図１に示して説明したこの照明光学
装置の第１のレンズアレイ板２０として図２Ａに示して
説明した第１のレンズアレイ板２０を使用し、図１に示
して説明したこの照明光学装置の第２のレンズアレイ板
２１として図２Ｂに示して説明した第２のレンズアレイ
板２１を使用することにより、第２のレンズアレイ板２
１の全体の面積を第２のレンズアレイ板５の面積よりも
拡大することなく照明光学装置の光利用率を向上するこ
とができる。

【００５９】次に第１のレンズアレイ板２０を構成して
いる複数の第１のレンズ１１の本発明による他の実施の
形態の一例を図３に示して図１、図２ＡおよびＢと同一
の部分には同一の符号を付与して詳細な説明を省略して
説明する。

【００６０】図３に示した例においては、レンズ１１を
左側から横方向に１列、・・・・・ 、６列の６列に並べた状
態で配列し、これら配列された各レンズ１１の内の第１
列、第２列、第５列および第６列はレンズ１１を縦に６
段に積み重ねて配列している。

【００６１】そして第３列に配列したレンズ１０１、１
０３および１０５、第４列に配列したレンズ１０２、１
０４および１０６の夫々を図３に示した如く光軸９から
上方に遠ざかる方向に移動した位置に縦に３段に積み重
ねて配列し、第３列に配列したレンズ１０７、１０９お
よび１１１、第４列に配列したレンズ１０８、１１０お
よび１１２の夫々を図３に示した如く光軸９から下方に
遠ざかる方向に移動した位置に縦に３段に積み重ねて配
列して、この光軸９の周囲には第１のレンズ１１を配列
しない状態として第１のレンズアレイ板２０を構成して
いる。

【００６２】なお図３に示した如く、これら移動した量
のそれぞれはレンズ１１単体の高さ方向の範囲内として
いる。またこの第１のレンズアレイ板２０を構成してい
る複数のレンズ１１の夫々は、開口寸法がほぼ同じレン
ズにより構成されている。

【００６３】そして２次元状に配列されてこのレンズア
レイ板２０を構成しているこれら複数の第１のレンズ１
１の夫々から出射した部分光束の焦点を、開口寸法がほ
ぼ同じ３６枚のレンズの３６枚を横方向に６列、縦方向
に６段に積み重ねて２次元状に配列されてこのレンズア
レイ板２１を構成している複数のレンズの夫々のうちの
対応するレンズに個々に結ばせるようにする。

【００６４】したがって複数の第１のレンズ１１の内の
レンズ１０１〜１０６および１０７〜１１２の夫々を図
３に示して説明した位置に２次元状に配列状態すること
により、レンズ１０３〜１０６および１０７〜１１０の
夫々をこのエリア４Ａからの光強度が強い単一光束が入
射するに好都合な位置に配列することができ、そしてレ
ンズ１０１、１０２、１１１および１１２の夫々をこの
エリア４Ｂからのこの単一光束が入射するに好都合な位
置に配列することがきる。

【００６５】よって図３に示して説明した第１のレンズ
アレイ板２０を図１に示して説明した第１のレンズアレ
イ板２０として使用することにより、凹面鏡３の開口部
３Ａの開口形状が円形であることを有効に利用して照明
光学装置の光利用率を向上することができる。

【００６６】次に図１および図２Ａ、Ｂを参照して説明
した照明光学装置あるいは図１および図３を参照して説
明した照明光学装置に対して、赤色画像信号で光透過状
態が制御される液晶パネル３７、緑色画像信号で光透過
状態が制御される液晶パネル３８および青色画像信号で
光透過状態が制御される液晶パネル３９を組み合わせ
て、色彩画像の投影光を生成する投射型表示装置を実現
する場合の本発明による実施の形態の一例を図１、図２
Ａ、Ｂおよび図３と同一の部分には同一符号を付与して
詳細な説明を省略して図４に示して説明する。

【００６７】なお、以下の説明においては、赤色画像信
号をＲ信号と称し緑色画像信号をＧ信号と称しそして青
色画像信号をＢ信号と称するものとする。

【００６８】この投射型表示装置はランプ１、凹面鏡
３、２次元状に配列された複数の第１のレンズ１１より
なる第１のレンズアレイ板２０、コンデンサレンズ６、
２次元状に配列された複数の第２のレンズ１６よりなる
第２のレンズアレイ板２１、コールドミラ３０、紫外線
・赤外線カットフィルタ（以下の説明ではＵＶ・ ＩＲフ
ィルタと称する）３１、色分解ダイクロイックミラ３
２、３３、コンデンサレンズ３４、３５、３６、液晶パ
ネル３７、３８および３９、色合成ダイクロイックミラ
４０、４１、折り返しミラ４２、４３、投射レンズ部２
３を具備して構成されている。

【００６９】そしてランプ１、凹面鏡３、２次元状に配
列された複数の第１のレンズ１１よりなる第１のレンズ
アレイ板２０、コンデンサレンズ６、２次元状に配列さ
れた複数の第２のレンズ１６よりなる第２のレンズアレ
イ板２１の部分を、図１および図２Ａ、Ｂを参照して説
明した照明光学装置あるいは図１および図３を参照して
説明した照明光学装置で構成する。

【００７０】またこれらコールドミラ３０およびＵＶ・
ＩＲカットフィルタ３１は、ランプ１からの不要な熱線
や紫外線をカットする為に１点鎖線で示した光束通路中
の図４に示した位置に設けたものである。

【００７１】また色分解ダイクロイックミラ３２および
３３は、その分光反射特性によってランプ１からの白色
あるいはこの白色に近似した色温度の光束を色温度が赤
色或いは色温度が赤色に近似した光束（以下の説明では
Ｒ光束と称する）、色温度が緑色或いは色温度が緑色に
近似した光束（以下の説明ではＧ光束と称する）および
色温度が青色或いは色温度が青色に近似した光束（以下
の説明ではＢ光束と称する）の三原色の光束に分光する
ために１点鎖線で示した光束通路中の図４に示した位置
に設けたミラである。

【００７２】図４に示した投射型表示装置の動作を説明
する。

【００７３】照明光学装置からコールドミラ３０および
ＵＶ・ ＩＲカットフィルタ３１を通じてランプ１から色
分解ダイクロイックミラ３２、３３に投射された光束
は、色分解ダイクロイックミラ３２によりＲ光束とＧ光
束およびＢ光束に分光され、さらに色分解ダイクロイッ
クミラ３３によりＧ光束とＢ光束に分光される。

【００７４】そしてこの分光されたＲ光束を液晶パネル
３７に入射し、Ｇ光束を液晶パネル３８に入射しそして
Ｂ光束を液晶パネル３９に入射し、液晶パネル３７にお
いてＲ光束の光透過状態を赤信号成分の映像信号に応じ
て制御し、液晶パネル３８においてＧ光束の光透過状態
を緑信号成分の映像信号に応じて制御しそして液晶パネ
ル３９においてＢ光束の光透過状態を青信号成分の映像
信号に応じて制御する。

【００７５】そしてこのようにこれら映像信号により光
透過状態が制御されている液晶パネル３７、３８および
３９の夫々を透過して出射したＲ、ＧおよびＢ光束の夫
々を色合成ダイクロイックミラ４０、４１を通じて合成
し、これらＲ、ＧおよびＢ光束を複合化した光束を投射
レンズ部２３に入射し、投射レンズ部２３を通じて透過
拡散または反射拡散するスクリーン２５に拡大投射して
これら映像信号に応じた映像情報を表示する。

【００７６】本発明による照明光学装置を用いて構成し
た図４に示した投射型表示装置の一例によれば、光利用
効率の優れた照明光学装置を実現できかつコンパクトな
投射型表示装置を実現できる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、例えば液晶パネル等の
被照明領域に対する集中角を大きくすることなく光利用
率の高い照明光学装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投射型表示装置の一例を示した構
成図である。

【図２】本発明によるレンズアレイ板の一例を示した構
成図である。

【図３】本発明によるレンズアレイ板の他の一例を示し
た構成図である。

【図４】本発明による投射型表示装置の他の一例を示し
た構成図である。

【図５】従来の照明光学装置を示した構成図である。

【図６】従来の照明光学装置の光束強度分布図である。

【図７】従来のレンズアレイ板による合焦状態を説明す
る図である。

【符号の説明】

１‥‥ランプ、２‥‥ランプ１の発光部、３‥‥凹面
鏡、４‥‥第１のレンズアレイ板、５‥‥第２のレンズ
アレイ板、７‥‥液晶パネル、９‥‥光軸、１１‥‥複
数の第１のレンズ、１６‥‥複数の第２のレンズ、２０
‥‥第１のレンズアレイ板、２１‥‥第２のレンズアレ
イ板、２３‥‥投射レンズ部、２４‥‥液晶駆動部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学装置において、 光源手段と、 前記光源手段の光束を一方向に反射する光反射手段と、 前記光反射手段の前面に前記光源手段の光軸の近傍を除
   いて２次元状に配列したほぼ同一の開口寸法を有する複
   数のレンズよりなる第１のレンズアレイ手段と、 前記第１のレンズアレイ手段と所定の間隔をおいて前記
   光軸を中心として２次元状に配列し、かつ前記光軸の近
   傍に配列された複数のレンズの開口寸法をその他のレン
   ズの開口寸法よりも大きくした複数のレンズよりなる第
   ２のレンズアレイ手段と、 前記第２のレンズアレイ手段に対して前記第１のレンズ
   アレイ手段側とは反対側において前記第２のレンズアレ
   イ手段に対向して設けられて、前記第２のレンズアレイ
   手段の前記複数のレンズの夫々から得た前記光源手段の
   光束の夫々を被照明領域に重畳せしめるようにするコン
   デンサレンズ手段とよりなり、前記第１のレンズアレイ
   手段を構成する前記複数のレンズの個々の焦点を、前記
   第１のレンズアレイ手段を構成する前記複数のレンズ個
   々に対向している前記第２のレンズアレイ手段を構成す
   る前記複数のレンズに個々に結ぶことにより光利用率を
   向上させることができるようにしたことを特徴とする照
   明光学装置。
2. 【請求項２】 投射型表示装置において、 光源手段と、 前記光源手段の光束を一方向に反射する光反射手段と、 前記光反射手段の前面に前記光源手段の光軸の近傍を除
   いて２次元状に配列したほぼ同一の開口寸法を有する複
   数のレンズよりなる第１のレンズアレイ手段と、 前記第１のレンズアレイ手段と所定の間隔をおいて前記
   光軸を中心として２次元状に配列し、かつ前記光軸の近
   傍に配列された複数のレンズの開口寸法をその他のレン
   ズの開口寸法よりも大きくした複数のレンズよりなる第
   ２のレンズアレイ手段と、 前記第２のレンズアレイ手段に対して前記第１のレンズ
   アレイ手段側とは反対側において前記第２のレンズアレ
   イ手段に対向して設けられて、前記第２のレンズアレイ
   手段の前記複数のレンズの夫々から得た前記光源手段の
   光束の夫々を被照明領域に重畳せしめるようにするコン
   デンサレンズ手段と、 前記被照明領域に配設されたライトバルブ手段と、 前記ライトバルブ手段より出射した光束を拡大投射する
   投射光学手段と、 前記投射光学手段により拡大投射された前記光束を透過
   拡散または反射拡散するスクリーン手段とよりなり、前
   記第１のレンズアレイ手段を構成する前記複数のレンズ
   の個々の焦点を、前記第１のレンズアレイ手段を構成す
   る前記複数のレンズ個々に対向している前記第２のレン
   ズアレイ手段を構成する前記複数のレンズに個々に結ぶ
   ことにより光利用率を向上させることができるようにし
   たことを特徴とする投射型表示装置。
3. 【請求項３】 投射型表示装置において、 少なくとも３原色を含む光束を発生する光源手段と、 前記光源手段の光束を一方向に反射する光反射手段と、 前記光反射手段の前面に前記光源手段の光軸の近傍を除
   いて２次元状に配列したほぼ同一の開口寸法を有する複
   数のレンズよりなる第１のレンズアレイ手段と、 前記第１のレンズアレイ手段と所定の間隔をおいて前記
   光軸を中心として２次元状に配列し、かつ前記光軸の近
   傍に配列された複数のレンズの開口寸法をその他のレン
   ズの開口寸法よりも大きくした複数のレンズよりなる第
   ２のレンズアレイ手段と、 前記第２のレンズアレイ手段の前記複数のレンズの夫々
   から得た前記光源手段の光束の夫々を被照明領域に重畳
   せしめる為に前記第２のレンズアレイ手段に対して前記
   第１のレンズアレイ手段側とは反対側に設けたコンデン
   サレンズ手段と、 前記コンデンサレンズ手段から出射した光束を複数の色
   光束に分解する色分解手段と、 前記被照明領域に設けられ、前記色分解手段により分解
   された色光束を、該色光束毎に別々に入射する複数のラ
   イトバルブ手段と、 前記複数のライトバルブ手段の夫々から出射した複数の
   色光束の夫々を合成する色合成手段と、 前記色合成手段で合成された光束を拡大投射する投射光
   学手段と、 前記投射光学手段により拡大投射された前記光束を透過
   拡散または反射拡散するスクリーン手段とよりなり、前
   記第１のレンズアレイ手段を構成する前記複数のレンズ
   の個々の焦点を、前記第１のレンズアレイ手段を構成す
   る前記複数のレンズ個々に対向している前記第２のレン
   ズアレイ手段を構成する前記複数のレンズに個々に結ぶ
   ことにより光利用率を向上させることができるようにし
   たことを特徴とする投射型表示装置。
4. 【請求項４】 照明光学装置において、 光源手段と、 前記光源手段の光束を一方向に反射する光反射手段と、 前記光反射手段の前面に前記光源手段の光軸の近傍を除
   いて２次元状に配列したほぼ同一の開口寸法を有する複
   数のレンズよりなる第１のレンズアレイ手段と、 前記第１のレンズアレイ手段と所定の間隔を置いた位置
   に、第１のレンズアレイ手段を構成するレンズの数と同
   一の数よりなるほぼ同一の開口寸法を有する複数のレン
   ズを前記光軸を中心として２次元状に配列した第２のレ
   ンズアレイ手段と、 前記第２のレンズアレイ手段に対して前記第１のレンズ
   アレイ手段側とは反対側において前記第２のレンズアレ
   イ手段に対向して設けたコンデンサレンズ手段とよりな
   り、前記第１のレンズアレイ手段を構成する前記複数の
   レンズの個々の焦点を、前記第２のレンズアレイ手段を
   構成する前記複数のレンズに個々に結ぶことにより光利
   用率を向上させることができるようにしたことを特徴と
   する照明光学装置。