JP2000347136A

JP2000347136A - 照明光学系

Info

Publication number: JP2000347136A
Application number: JP11155656A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Mitani; 圭輔三谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】スクリーン上の暗線を目立たなくするととも
に、偏光変換素子の加工が容易な照明光学系を提供す
る。【解決手段】第一及び第二のレンズアレイ３，４の行
方向は、全ての行の位置が、それぞれ異なっている。ま
た、第一及び第二のレンズアレイ３，４は、これによ
り、クロスダイクロイックプリズムの中心軸部の隙間に
よって発生するスクリーン上の暗線を解消することがで
きる。また、偏光変換素子２０は、その各平行四角柱の
高さ方向（図示横方向）と、第一及び第二のレンズアレ
イ３，４のずれを持った行方向とが平行になるように配
置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学系、より
詳細には、プロジェクタ等の映像機器の光源等に用いて
好適な照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来技術による照明光学系の一
例を説明するための図で、図６（Ａ）は要部構成図、図
６（Ｂ）はクロスダイクロイックプリズムの斜視図であ
る。液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置には、ク
ロスダイクロイックプリズムを用いた光学システムがし
ばしば用いられる。図６に示した例は、クロスダイクロ
イックプリズムを用いたシステム例で、光の合成をクロ
スダイクロイックプリズムで行う液晶ライトバルブ３板
式光学系の構成を示している。

【０００３】図６（Ａ）に示したように、リフレクタ５
２で反射された光源５１からの光は、複数の第一のレン
ズ５３ａを組み合わせた第一のレンズアレイ５３に入射
する。その第一のレンズ５３ａ透過後、出射した光束
は、複数の部分光束に分割されると共に、第一のレンズ
アレイ５３と対をなす第二のレンズアレイ５４の開口部
付近で光束が収束する。第二のレンズ５４ａは、これと
対をなす第一のレンズ５３ａの前記開口形状を被照射面
である液晶ライトバルブ５７Ｒ，５７Ｇ，５７Ｂに結像
照明させる。また、第二のレンズアレイ５４を透過した
光は、偏光変換素子７０に入射し、その光の偏光方向が
変換される。

【０００４】青色光と緑光（以下、Ｂ光，Ｇ光）の光は
ダイクロイックミラー５６ａで反射され、赤色光（以
下、Ｒ光）は透過する。Ｒ光はＲ信号変換用液晶ライト
バルブ５７Ｒによって映像情報に変換される。反射され
たＧ光，Ｂ光は、更に、ダイクロイックミラー５６ｂに
よって反射Ｇ光と透過Ｂ光に分離され、Ｇ光は、Ｇ信号
変換用液晶ライトバルブ５７Ｇによって映像情報に変換
される。Ｂ光は、Ｒ光，Ｇ光と光路長が異なってしまう
ため、リレーレンズ５８ａ，５８ｂを介してＢ信号変換
用液晶ライトバルブ５７Ｂによって映像情報に変換され
る。このそれぞれの映像情報変換光が、クロスダイクロ
イックプリズム６０によって合成され、投射レンズ６１
によってスクリーン６２に投影される。

【０００５】クロスダイクロイックプリズム６０は、図
６（Ｂ）に示したように、４つの直角プリズム６０ａを
それら４つの直角プリズム６０ａの直角稜線６０ｂを突
き合せるように配置し、直角稜線６０ｂを形成している
互いに直交する２つの面に各色の反射膜を貼り付けた構
造をしている。このため、各プリズム６０ａの直角稜線
６０ｂの集合部分であるクロスダイクロイックプリズム
６０の中心軸部は隙間を有している。このため、クロス
ダイクロイックプリズム６０の中心を通る光が投射レン
ズ６１を経由してスクリーン６２に投影されると、上記
中心軸部の隙間に起因する暗線がスクリーン６２上に形
成されることとなる。

【０００６】図７は、図６に示した例において、光がレ
ンズアレイの中央部を透過した場合のスクリーン上の暗
線の発生を説明するための図で、図７（Ａ）は要部構成
図で、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ―Ｂ矢視図、図７
（Ｃ）は第二のレンズアレイ上での光束分布図である。
図８は、図６に示した例において、光がレンズアレイの
周辺部を透過した場合のスクリーン上の暗線の発生を説
明するための図で、図８（Ａ）は要部構成図、図８
（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ―Ｂ矢視図である。尚、図７，
図８においては、図６に示した光源５１及びリフレクタ
５２は省略してある。図９は、図６に示した例における
スクリーン上の暗線を説明するための図である。

【０００７】図６に示した例において説明したように、
第一のレンズアレイ５３に入射した光が、第一のレンズ
５３ａを透過した後、出射した光束が複数の部分光束に
分割されると共に、第一のレンズアレイ５３と対をなす
第二のレンズアレイ５４の開口部付近で光束が収束す
る。第二のレンズ５４ａは、これと対をなす第一のレン
ズ５３ａの前記開口形状を、被照射面である液晶ライト
バルブ５７Ｇに結像照明させる。この後、光はクロスダ
イクロイックプリズム６０を透過し（図７，図８に示し
た例では、Ｇ光のみが示してある）、投射レンズ６１に
よってスクリーン６２に結像する。そのときのスクリー
ン６２上の照度分布が図７（Ｂ）に示してある。また、
このときの第二のレンズアレイ５４上での光束の分布は
図７（Ｃ）に示したように、離散的な分布となる。ここ
で、レンズアレイ５３，５４の対となる１つのレンズ５
３ａ，５４ａに注目してみる。

【０００８】図７（Ａ）に示したように、レンズアレイ
５４のほぼ中央部に位置するレンズ５４ａを透過した光
は、パネルを透過した後、ほぼ平行な光としてクロスダ
イクロイックプリズム６０の内部を通過する。このと
き、透過する平行な光は、クロスダイクロイックプリズ
ム６０の中心軸部の隙間によって遮られ、図中、太い破
線で示したように、ほぼ直進してスクリーン６２上のほ
ぼ中央部に到達し、その結果、スクリーン６２上に暗線
６４となって現れる。

【０００９】図８（Ａ）に示したように、レンズアレイ
５３，５４の周辺部に位置するレンズを透過した光は、
パネルを透過した後、ほぼ平行な斜め光となり、クロス
ダイクロイックプリズム６０の内部を通過する。このと
き、図７（Ａ）に示した例と同様に、透過する平行な光
は、クロスダイクロイックプリズム６０の中心軸部の隙
間によって遮られ、図中、太い破線で示したように斜め
に進み、スクリーン６２上の中央部よりやや上部に到達
し、その結果、スクリーン６２上に暗線６４となって現
れる。このように、レンズアレイ５３，５４上のレンズ
の位置によってスクリーン６２上に発生する暗線６４は
その位置を変える。このため、図９に示したように、ス
クリーン６２上には、レンズアレイ５３，５４の行方向
（図示上下方向）のレンズの数と同様の暗線が見えるこ
とになる。

【００１０】図１０は、従来技術による照明光学系の他
の例を説明するための図で、図１０（Ａ）は第一のレン
ズアレイの正面図、図１０（Ｂ）は第二のレンズアレイ
の正面、図１０（Ｃ）は偏光変換素子の正面図である。
上述のようなダイクロイックプリズムの中心軸部の隙間
に起因するスクリーン上の暗線を見え難くするための手
段として、例えば、特開平１０―３２５９５４号公報に
開示されたものがある。この公報のものは、図１０に示
したように、上述のスクリーン上の暗線を見え難くする
ために、第二のレンズアレイの形状を行方向にずらすこ
とによって対応するというものである。

【００１１】第一のレンズアレイ１２０Ａでは、図１０
（Ａ）に示したように、Ｍ行Ｎ列（Ｍ＝６，Ｎ＝４）の
ずれのないマトリクス状に小レンズが配置されている。
一方、第二のレンズアレイ１３０Ａでは、図１０（Ｂ）
に示したように、その上部１３０Ａｕ（上から３行目ま
で）と下部１３０Ａｄ（４行目から６行目まで）が、中
心線Ｌｙに対して、所定のずれ量ｄ３Ａをもって、それ
ぞれ−ｘ方向及び＋ｘ方向にずれて配置されている。従
って、上部１３０Ａｕと下部１３０Ａｄの相対的なずれ
量ｄ２Ａは、中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３Ａの２
倍に等しい。

【００１２】図１１は、図１０に示した偏光変換素子を
説明するための図で、図１１（Ａ）は斜視図、図１１
（Ｂ）は部分平面図である。偏光変換素子１４０Ａは、
図１０（Ｃ）に示したように、第二のレンズアレイ１３
０Ａの上部１３０Ａｕと下部１３０Ａｄのずれに対応す
るように、中心線Ｓｙに対して、所定のずれ量ｄ３Ａを
もって、それぞれ−ｘ方向及び＋ｘ方向にずれて配置さ
れている。

【００１３】また、偏光変換素子１４０Ａにおける各小
レンズの中心が偏光変換素子１４０Ａの偏光分離膜１４
４のｘ方向の中心にほぼ一致するように、中心線Ｓｙ
は、偏光変換素子１４０Ａの偏光分離膜１４４、あるい
は、反射膜１４５のｘ方向の幅Ｗｐの半分にほぼ等しい
ずれ量ｄ４Ａだけ、中心線Ｌｙから−ｘ方向にずれてい
る。

【００１４】図１１に示したように、この偏光変換素子
１４０は、偏光ビームスプリッタアレイ１４１と、選択
位相差板１４２とを備えている。ただし、図１０に示し
た第一と第二のレンズアレイ１２０及び１３０に対応す
るように、上から第３行目までに相当する偏光変換素子
と、第４行目から第６行目に相当する偏光変換素子と
が、ｙ方向の中心線Ｓｙに対して、それぞれ−ｘ方向及
び＋ｘ方向にずれて配置されている。なお、この偏光変
換素子のずれについては後で説明する。

【００１５】偏光ビームスプリッタアレイ１４１は、断
面形状が平行四辺形である柱状の複数の透光性板材１４
３が、交互に貼り合わされた形状を有している。透光性
板材１４３の界面には、偏光分離膜１４４と反射膜１４
５とが交互に形成されている。なお、この偏光ビームス
プリッタアレイ１４１は、偏光分離膜１４４と反射膜１
４５が交互に配置されるように、これらの膜が形成され
た複数枚の板ガラスを貼り合わせて、所定の角度で斜め
に切断することによって作製される。

【００１６】第一と第二のレンズアレイ１２０，１３０
を通過した光は、偏光変換素子１４０に入射し、図１１
（Ｂ）に示したように、偏光分離膜１４４でｓ偏光光と
ｐ偏光光とに分離される。ｐ偏光光は、偏光分離膜１４
４をそのまま透過する。一方、ｓ偏光光は、ｓ偏光光の
偏光分離膜１４４で反射され、更に反射膜１４５で反射
されて、偏光分離膜１４４をそのまま透過したｐ偏光光
とほぼ平行な状態で出射される。選択位相差板１４２
は、偏光分離膜１４４を通過する光の出射面部分にはλ
／２位相差層１４６が形成されており、反射膜１４５で
反射された光の出射面部分にはλ／２位相差層１４６が
形成されていない光学素子である。

【００１７】従って、偏光分離膜１４４を透過したｐ偏
光光は、λ／２位相差層１４６によってｓ偏光光に変換
されて出射する。この結果、偏光変換素子１４０に入射
したランダムな偏光方向を有する光束は、ほとんどがｓ
偏光光に変換されて出射する。もちろん、反射膜１４５
で反射される光の出射面部分にだけ選択位相差板１４２
のλ／２位相差層１４６を形成することにより、ｐ偏光
光に変換して出射することもできる。

【００１８】第一と第二のレンズアレイ１２０Ａ，１３
０Ａの小レンズは、図１０（Ａ），図１０（Ｂ）に示し
たように、レンズの光軸とレンズ中心とが一致していな
い偏心レンズで、図中、各小レンズの実線の十字は、各
小レンズの光軸の位置を示している。第一のレンズアレ
イ１２０Ａの上部１２０Ａｕ（上から３行目まで）の小
レンズ１２２Ａａの光軸の位置は、小レンズのレンズ中
心に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけずれており、こ
れに対応する第二のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０
Ａｕの小レンズ１３２Ａａの光軸の位置は、小レンズの
レンズ中心に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけずれて
いる。

【００１９】一方、第一のレンズアレイ１２０Ａの下部
１２０Ａｄ（４行目から６行目）の小レンズ１２２Ａｂ
の光軸の位置は、小レンズのレンズ中心に対して、＋ｘ
方向にずれ量ｄ３Ａだけずれており、これに対応する第
二のレンズアレイ１３０Ａの下部１３０Ａｄの小レンズ
１３２Ａｂの光軸の位置は、小レンズのレンズ中心に対
して、−ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけずれている。

【００２０】図１２は、図１０に示した光軸の位置のず
れた小レンズ（偏心レンズ）を説明するための要部構成
図である。小レンズ１２２Ａａ（１３２Ａｂ）や１３２
Ａａ（１２２Ａｂ）は、図１２に示したように、球面レ
ンズを所定の位置でカットすることにより、カット後の
レンズ中心に対して光軸の位置がずれたレンズと等価な
構造を有する偏心レンズである。通常は、型成形によっ
て、レンズアレイ全体を一体成形する場合が多い。な
お、各小レンズ１２２Ａａ，１２２Ａｂ，１３２Ａａ，
１３２Ａｂのレンズ中心に対する光軸の位置のずれ量
は、第二のレンズアレイ１３０Ａにおける上部及び下部
の中心線Ｌｙに対するずれ量ｄ３Ａに等しい。

【００２１】図１３は、図１０に示した第一及び第二の
レンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａを説明するための要部
構成図で、図１３（Ａ）は上部の１つ、図１３（Ｂ）は
下部の１つをｙ方向から見た図である。図１３（Ａ）に
示したように、第一のレンズアレイ１２０Ａの上部の小
レンズ１２２Ａａと対応する第二のレンズアレイ１３０
Ａの小レンズ１３２Ａａとは、小レンズ１２２Ａａのレ
ンズ中心１２２ａ（ＧＣ）と小レンズ１３２Ａａの光軸
１３２ａ（ＯＣ）とが一致すると共に、小レンズ１２２
Ａａの光軸１２２ａ（ＯＣ）と小レンズ１３２Ａａのレ
ンズ中心１３２ａ（ＧＣ）とが一致するように配置され
ている。

【００２２】同様に、図１３（Ｂ）に示したように、第
一のレンズアレイ１２０Ａの下部の小レンズ１２２Ａｂ
と対応する第二のレンズアレイ１３０Ａの小レンズ１３
２Ａｂとは、小レンズ１２２Ａｂのレンズ中心１２２ｂ
（ＧＣ）と小レンズ１３２Ａｂの光軸１３２ｂ（ＯＣ）
とが一致すると共に、小レンズ１２２Ａｂの光軸１２２
ｂ（ＯＣ）と小レンズ１３２Ａｂのレンズ中心１３２ｂ
（ＧＣ）とが一致するように配置されている。このと
き、小レンズ１２２Ａａに入射した部分光束Ｌ１の中心
軸は、小レンズ１２２Ａａによって対応する小レンズ１
３２Ａａの中心を通過するように偏光される。偏光され
た部分光束Ｌ１は、小レンズ１３２Ａａを通過すると、
小レンズ１２２Ａａに入射した時の部分光束の進行方向
に平行となるように偏光される。

【００２３】従って、部分光束Ｌ１の光路の位置は、小
レンズ１２２Ａａへの入射時に対して−ｘ方向にずれ量
ｄ３Ａだけ平行にずれたことになる。一方、小レンズ１
２２ｂに入射した部分光束Ｌ２の光路の位置も、同様
に、小レンズ１２２ｂ及び１３２ｂの偏光作用によっ
て、小レンズ１２２Ａｂへの入射時に対して＋ｘ方向に
ずれ量ｄ３Ａだけ平行にずれる。従って、第一と第二の
レンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの同じ列の上部と下部
を通過した部分光束の光路の位置は、相対的にずれ量ｄ
３Ａの２倍だけずれることになる。

【００２４】図１４，図１５は、図１０に示した例にお
ける第一と第二のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａ及び
偏光変換素子１４０Ａの機能を説明するための要部構成
図である。図１４は、第一と第二のレンズアレイ１２０
Ａ，１３０Ａの第３行目第２列を通過する２つの部分光
束Ｌ３２Ａａ，Ｌ３２Ａｂの光路を示している。２つの
部分光束Ｌ３２Ａａ，Ｌ３２Ａｂは、それらの中心軸３
２Ａａｃｌ，３２Ａｂｃｌが被照明領域２５２ａに対す
る入射角度θ３２Ａａ，θ３２Ａｂで被照明領域２５２
ａの中心をそれぞれ通過する。

【００２５】一方、図１５は、第一と第二のレンズアレ
イ１２０Ａ，１３０Ａの第４行目第２列を通過する２つ
の部分光束Ｌ４２Ａａ，Ｌ４２Ａｂの光路を示してい
る。２つの部分光束Ｌ４２Ａａ，Ｌ４２Ａｂは、それら
の中心軸４２Ａａｃｌ，４２Ａｂｃｌが被照明領域２５
２ａに対する入射角度θ４２Ａａ，θ４２Ａｂで被照明
領域２５２ａの中心をそれぞれ通過する。

【００２６】ここで、第一と第二のレンズアレイ１２０
Ａ，１３０Ａ及び偏光変換素子１４０Ａの各ずらし量
は、ｄ２Ａ＝ｄ１Ａ／４，ｄ３Ａ＝ｄ２Ａ／２，ｄ４Ａ＝ｄ
１Ａ／４となっている。このとき、同じ列方向のＭ個の部分光束
による暗線は、第一と第二のレンズアレイ１２０Ａ，１
３０Ａの上部と下部に対応して２ヶ所に分離される。こ
のずれにより、部分光束の入射角度が異なれば、図６に
示した例でも説明したように、それぞれの部分光束によ
って形成される暗線の位置が異なることになる。従っ
て、同じ列方向で分割されたＭ個の部分光束のそれぞれ
によって形成される暗線は、１ヶ所に集中することがな
く、その暗線を目立ち難くすることが可能である。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来技術においては、下記のような問題があっ
た。（１）第一及び第二レンズアレイの１組のレンズより出
射する光束によって発生するスクリーン上の暗線が、非
常にはっきりとした特性を持ち、スクリーン上ではっき
りと見える場合、上述のように、小レンズを１／２，１
／３，１／４のようなずれ幅で小レンズをずらしても、
全てのレンズアレイを合成した際、十分にスクリーン上
の暗線を目立たなくすることができなかった。

【００２８】（２）偏光変換素子は、偏光分離膜と反射
膜が交互に配置されるように、これらの膜が形成された
複数枚の板ガラスを貼り合わせて、所定の角度で斜めに
切断することによって作製されており、図１０，図１１
に示した例から分かるように、最も基本的な構造は、ｙ
方向に段差のない構造である。これに対し、上述のよう
な従来技術では、レンズアレイを行方向（Ｘ方向）にず
らして配置する場合、行方向にずらした領域毎に偏光変
換素子もｙ方向に段差を付ける必要がある。図１０，図
１１に示したような構造にするためには、偏光変換素子
を段差のない基本的な構造のものを作製し、必要なｙ方
向寸法で切断した後、必要なずれを付けた上で再度貼り
付けるなどの方法を取る必要がある。このため、レンズ
アレイの行方向のずらす領域の数を多くすればするほ
ど、偏光変換素子の切断貼り付け加工が多くなり、偏光
変換素子の加工が難しくなってコストアップにつながる
という問題があった。

【００２９】本発明は、上記のような実情を考慮してな
されたもので、スクリーン上の暗線を目立たなくすると
ともに、偏光変換素子の加工が容易な照明光学系を提供
することを目的としてなされたものである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、発光
源と、該発光源からの放射光を単一の方向に指向された
光束に変換する集光手段と、略同一の開口形状を有する
複数の第一のレンズを組み合わせた第一のレンズアレイ
と、該第一のレンズアレイと対をなし複数の第二のレン
ズを組み合わせた第二のレンズアレイとを備え、前記第
一のレンズは、前記集光手段から出射した光束を複数の
部分光束に分割すると共に該第一のレンズと対をなす前
記第二のレンズの開口部付近で光束を収束せしめ、前記
第二のレンズは、該第二のレンズと対をなす前記第一の
レンズの前記開口形状を被照射面に結像照明させる照明
光学系において、前記第一及び第二のレンズアレイのそ
れぞれが、前記第一及び第二のレンズが行方向に一列に
並んだ一行レンズアレイを前記行方向に直交する方向に
複数有し、該複数の一行レンズアレイが全ての行におい
て互いに相対的に前記行方向にずれた位置に配置され、
前記第一及び第二のレンズアレイにおける各一行レンズ
アレイ配列が略同様であることを特徴としたものであ
る。

【００３１】請求項２の発明は、請求項１に記載の照明
光学系において、前記第二のレンズアレイの前または後
に配置され、かつ、断面形状が平行四辺形である柱状ガ
ラスが該平行四辺形の互いに平行な二面に対して形成さ
れた偏光分離膜と反射膜とが交互に配置されるように複
数積層形成され、かつ、該各柱状ガラスにおいて前記第
一または第二のレンズを通過した部分光束を２つの直線
偏光光に分離する偏光ビームスプリッターアレイを有
し、該偏光ビームスプリッターアレイが、前記柱状ガラ
スの柱高方向と前記第一及び第二のレンズアレイの行方
向とが平行になるように配置されていることを特徴とし
たものである。

【００３２】請求項３の発明は、請求項１に記載の照明
光学系において、前記各一行レンズアレイに対する隣り
の一行レンズアレイとのずれ量が、隣り合うずれ同志で
同じではなく、少なくとも４種類のずれ量を有すること
を特徴としたものである。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による照明光学系
の一実施例を説明するための要部構成図である。リフレ
クタ２で反射された光源１の光は、複数のレンズを組み
合わせた第一のレンズアレイ３に入射し、レンズ透過
後、出射した光束を複数の部分光束に分割すると共に、
第一のレンズアレイ３と対をなす第二のレンズアレイ４
の開口部付近で光束を収束させる。前記第二のレンズ４
ａは、これと対をなす第一のレンズ３ａの前記開口形状
を被照射面である液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに
結像照明させる。また、第二のレンズアレイ４を透過し
た光は、偏光変換素子２０に入射し、その光の偏光方向
が変換される。

【００３４】青色光と緑光（以下、Ｂ光，Ｇ光）の光は
ダイクロイックミラー６ａで反射され、赤色光（以下、
Ｒ光）は透過する。Ｒ光はＲ信号変換用液晶ライトバル
ブ７Ｒで映像情報に変換される。反射されたＧ光，Ｂ光
は、更にダイクロイックミラー６ｂによって反射Ｇ光と
透過Ｂ光に分離され、Ｇ光は、Ｇ信号変換用液晶ライト
バルブ７Ｇによって映像情報に変換される。Ｂ光は、Ｒ
光，Ｇ光と光路長が異なってしまうため、リレーレンズ
８ａ，８ｂを介してＢ信号変換用液晶ライトバルブ７Ｂ
によって映像情報に変換される。このそれぞれの映像情
報変換光が、クロスダイクロイックプリズム１０によっ
て合成され、投射レンズ１１によってスクリーン１２に
投影される。

【００３５】このとき、図１に示した実施例では、ラン
プ（光源）１及びその光を反射するリフレクタ２を、図
１（Ｂ）に示したように、ｙ方向に２つ並べた仕様とな
っている。これは、クロスダイクロイックプリズムによ
るスクリーン上の暗線を目立たなくすることが非常に難
しく、ランプ１を２個使用するこの方式によって、初め
て解決できるものであるからである。

【００３６】図２は、図１に示した実施例のレンズアレ
イ周囲の位置関係を説明するための図で、図２（Ａ）は
従来のレンズアレイ、図２（Ｂ）は本発明によるレンズ
アレイ、図２（Ｃ）はレンズアレイ，ランプ，リフレク
タの位置関係を示す図である。図２（Ａ），図２（Ｂ）
は、レンズアレイを光の入射方法から見た図で、通常、
従来のレンズアレイは、図２（Ａ）に示したように、レ
ンズがそれぞれ整列した形状をしているが、本発明によ
るレンズアレイは、図２（Ｂ）に示したように、行方向
に一列に並んだレンズアレイが全ての行で互いに相対的
に行方向にずれた位置に配置されている。すなわち、各
行において、どれ１つとして同じ位置にレンズが配置さ
れないようなレンズ配置となっている。図２（Ｃ）は、
レンズアレイとランプ，リフレクタの位置関係を示した
図で、２個のランプを実装するために、レンズアレイの
上下に１個ずつランプを配置した形になっている。

【００３７】図３は、図１に示した実施例の第一のレン
ズアレイ（Ａ）及び第二のレンズアレイ（Ｂ）さらに偏
光変換素子（Ｃ）の形状と位置関係を説明するための図
である。第一及び第二のレンズアレイ３，４は、行方向
のレンズのずれを含めほぼ同仕様となっている。また、
それぞれのレンズアレイの行方向は、全ての行の位置
が、それぞれ異なっており、後述するように、これによ
り、クロスダイクロイックプリズムの中心軸部の隙間に
よって発生するスクリーン上の暗線を解消することがで
きる。また、偏光変換素子２０は、その各平行四角柱の
高さ方向（図示横方向）と、第一及び第二のレンズアレ
イ３，４のずれを持った行方向とが平行になるように配
置されている。

【００３８】従来の方式では、レンズアレイを行方向に
ずらして配置する場合、行方向にずらした領域毎に偏光
変換素子もｙ方向に段差を付ける必要があり、図１０，
図１１に示したような構造の偏光変換素子を作製するた
めには、まず、段差のない基本的な構造のものを複数作
製し、所定のｙ方向寸法で切断した後、必要なずれを付
けた上で再度貼り付けるなどの方法を取る必要がある。
このため、レンズアレイの行方向のずらす領域の数を多
くすればするほど、偏光変換素子の切断，貼り付け加工
が多くなり、偏光変換素子の加工が難しくなるという問
題があった。

【００３９】これに対し、本発明は、図３に示したよう
な構造にしたことにより、偏光変換素子の構造として、
段差を持ったものとする必要がない。つまり、レンズア
レイの段差方向と偏光変換素子の柱方向とが平行なた
め、レンズアレイのずれが偏光変換素子の柱方向で吸収
されるので、レンズアレイのずれが非常に多い、大きな
構造のものであっても、加工作製のしやすい段差のない
偏光変換素子で対応可能となる。

【００４０】図４は、図１に示した実施例のランプ像の
特性を説明するための図である。図５は、図１に示した
実施例のレンズアレイの行方向のずれをそれぞれ変えた
場合のスクリーン上の暗線の見え方を説明するための図
で、図５（Ａ）はレンズアレイの行方向のずらし方（仕
様〜）を示したもので、図５（Ｂ）は各行のレンズ
に対するスクリーン上での暗線の見え方を示したもので
（図中、各番号は図４（Ｂ）で示したレンズ行番号に対
応している）、図５（Ｃ）はレンズアレイの各行のレン
ズによってできるスクリーン上の暗線を合成したもので
ある。

【００４１】図１に示した実施例のレンズの行方向のず
れ方について説明する。先ず、図１および図２（Ｃ）に
示したように、ランプを２個並べて配置したシステムを
考える。この場合、第一のレンズアレイ３を透過した光
は、第一のレンズ３ａによって第二レンズアレイ４の近
傍で光束を収束し、結果として、第二レンズアレイ４の
近傍にランプ１の像を形成する。

【００４２】図４は、上記ランプ像の特性を示したもの
で、図４（Ａ）に示したように、第二レンズアレイ４の
各レンズ４ａに結像したランプ像は、２つのランプ１の
それぞれの中心部に対応する行３，４および行９，１０
では大きく、各レンズの横幅にほぼ近いサイズとなって
いる。これに対し、上記以外の行では、ランプ像は小さ
く、各レンズの横幅に比べてもかなり小さくなってい
る。ここで、第二のレンズアレイ４のランプ像が、各レ
ンズの横幅より小さい場合と、各レンズの横幅にほぼ近
い場合とで、クロスダイクロイックプリズムの中心軸部
の隙間によって発生するスクリーン上の暗線のレベルを
考える。

【００４３】第二のレンズアレイ４のランプ像が、各レ
ンズの横幅よりかなり小さい場合は、図７に示した状
態、すなわち、第二のレンズアレイ４でほぼ一点に集ま
った状態とほぼ一致する。この場合、すなわち、極端に
一点で収束している場合、クロスダイクロイックプリズ
ムの中心軸部の隙間によって発生する暗線は、非常に強
いものになる。これは、一点に収束したランプ像である
場合、クロスダイクロイックプリズムを透過する光はコ
ンデンサレンズ５の作用で平行光となるからである。平
行光の場合は、図７に示したように、クロスダイクロイ
ックプリズムの中心軸部の隙間によって発生する暗線
は、その後、ほとんど減衰することなくスクリーンまで
到達する。このため、スクリーン上の暗線は非常に強い
ものとなる。

【００４４】一方、第二のレンズアレイ４でのランプ像
が各レンズの横幅にほぼ近いサイズとなっている場合、
上述とは逆に、スクリーン上の暗線は非常に弱いものと
なる。これは、ランプ像が大きい場合、クロスダイクロ
イックプリズムを透過する光は平行光ではなく、かなり
拡散光になる。この場合、クロスダイクロイックプリズ
ムの中心軸部の隙間によって発生する暗線は、拡散光に
より、スクリーンに到達するまでに、各角度の光によっ
て重なり合い、スクリーン上での暗線のレベルは非常に
小さいものになる。

【００４５】図４（Ａ）に示した実施例の場合、上述の
ような暗線が強くなるか、弱くなるかによってレンズア
レイの各レンズの行を区別すると、第二のレンズアレイ
４の各レンズに結像したランプ像は、それぞれのランプ
の中心部に対応する行３，４および行９，１０では大き
く、各レンズの横幅にほぼ近いサイズとなっている。こ
れに対し、上記以外の行ではランプ像は小さく、各レン
ズの横幅に比べてもかなり小さくなっている。このた
め、レンズアレイの行３，４および行９，１０を透過す
る光によって発生するスクリーン上の暗線は弱く、上記
以外のレンズ行によって発生するスクリーン上暗線は強
く出ることとなる。図４（Ｂ）において、スクリーン上
で暗線が弱くなるレンズの行が斜線で示してある。

【００４６】図５において、仕様はレンズのずれをな
くした仕様で、これに対し、図４（Ｃ）に示したよう
に、１行目に対する各行のレンズのずれ量をΔｘとする
と、仕様〜におけるそれぞれのレンズ行のずれ量Δ
ｘは、レンズの横幅を１／４，１／６，１／１２に分割
したずれ量となっている。尚、図１に示した実施例は、
仕様およびである。図５（Ｂ）において、暗線が弱
くなる行３，４および行９，１０は、暗線の振幅が他の
行のレンズを用いたときに比べて小さくなっている。そ
れぞれの暗線は、レンズアレイの各行での行方向ずれ量
に相当するだけスクリーン上での位置もずれていること
となる。各行のスクリーン上に現れる暗線の間隔は、上
記ずれ量でいうレンズ横幅（レンズピッチ）に相当する
量だけ離れている。

【００４７】実際のスクリーン上の暗線は、図５（Ｃ）
に示したように見えることとなる。すなわち、図５
（Ｃ）に示したように、この合成された暗線が最も見え
難くなる条件が、スクリーン上の暗線を見え難くするた
めの最適な条件と考えることができる。この結果より、
スクリーン上の暗線を最も見え難くするためには、レン
ズアレイにおける各行のレンズが、全ての行において異
なった位置に配置される必要があることが分かる。ま
た、ずらす方向及び順番は、図５（Ｃ）に示した実施例
から分かるように、合成暗線が最も小さくて目立ち難く
なるような配列にする必要があり、この点、仕様は最
も改善されたレンズアレイ仕様となっている。

【００４８】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
によれば、スクリーン上の暗線がかなり強い場合でも、
各レンズアレイの行方向のずれ量を全て異なった量にす
ることによって各レンズが同じ位置にならないようにそ
の配列を工夫したことにより、クロスダイクロイックプ
リズムによるスクリーン上の暗線をほぼ見えなくなるよ
うにすることができる。また、偏光変換素子について
は、従来の方式では、段差のない基本的な構造のものを
複数個作製して必要なｙ方向寸法で切断した後、必要な
ずれを付けた上で再度貼り付けるなどの方法を取る必要
があり、レンズアレイの行方向のずらす領域の数を多く
すればするほど偏光変換素子の切断，貼り付け加工が多
くなり、偏光変換素子の加工が難しくなるという問題が
あった。これに対し、本発明によれば、各平行四角柱の
高さ方向と第一及び第二のレンズアレイのずれを持った
行方向とを平行にする構造にしたことにより、レンズア
レイの段差方向と偏光変換素子の柱方向とが一致してい
るので、レンズアレイのずれが偏光変換素子の柱方向で
吸収されるため、偏光変換素子の構造として段差を持っ
たものとする必要がなくなり、これにより、レンズアレ
イのずれが非常に多い大きな構造のものとなっても、加
工作製のしやすい段差のないもので対応することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による照明光学系の一実施例を説明する
ための要部構成図である。

【図２】図１に示した実施例のレンズアレイ周囲の位置
関係を説明するための図である。

【図３】図１に示した実施例の第一のレンズアレイ及び
第二のレンズアレイ、さらに偏光変換素子の形状と位置
関係を説明するための図である。

【図４】図１に示した実施例のランプ像の特性を説明す
るための図である。

【図５】図１に示した実施例のレンズアレイの行方向の
ずれをそれぞれ変えた場合のスクリーン上の暗線の見え
方を説明するための図である。

【図６】従来技術による照明光学系の一例を説明するた
めの図である。

【図７】図６に示した例において、光がレンズアレイの
中央部を透過した場合のスクリーン上の暗線の発生を説
明するための図である。

【図８】図６に示した例において、光がレンズアレイの
周辺部を透過した場合のスクリーン上の暗線の発生を説
明するための図である。

【図９】図６に示した例におけるスクリーン上の暗線を
説明するための図である。

【図１０】従来技術による照明光学系の他の例を説明す
るための図である。

【図１１】図１０に示した偏光変換素子を説明するため
の図である。

【図１２】図１０に示した光軸の位置のずれた小レンズ
を説明するための要部構成図である。

【図１３】図１０に示した第一及び第二のレンズアレイ
を説明するための要部構成図である。

【図１４】図１０に示した例における第一及び第二のレ
ンズアレイと偏光変換素子の機能を説明するための要部
構成図である。

【図１５】図１０に示した例における第一及び第二のレ
ンズアレイと偏光変換素子の機能を説明するための要部
構成図である。

【符号の説明】

１，５１…光源、２，５２…リフレクタ、３，５３…第
一のレンズアレイ、３ａ，５３ａ…第一のレンズ、４，
５４…第二のレンズアレイ、４ａ，５４ａ…第二のレン
ズ、５…コンデンサレンズ、６ａ，６ｂ，５６ａ，５６
ｂ…ダイクロイックミラー、７Ｂ，７Ｇ，７Ｒ，５７
Ｂ，５７Ｇ，５７Ｒ…液晶ライトバルブ、８ａ，８ｂ，
５８ａ，５８ｂ…リレーレンズ、１０，６０…クロスダ
イクロイックプリズム、１１，６１…投射レンズ、１
２，６２…スクリーン、２０，７０…偏光変換素子、６
０ａ…直角プリズム、６０ｂ…直角稜線、６４…暗線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光源と、該発光源からの放射光を単一
の方向に指向された光束に変換する集光手段と、略同一
の開口形状を有する複数の第一のレンズを組み合わせた
第一のレンズアレイと、該第一のレンズアレイと対をな
し複数の第二のレンズを組み合わせた第二のレンズアレ
イとを備え、前記第一のレンズは、前記集光手段から出
射した光束を複数の部分光束に分割すると共に該第一の
レンズと対をなす前記第二のレンズの開口部付近で光束
を収束せしめ、前記第二のレンズは、該第二のレンズと
対をなす前記第一のレンズの前記開口形状を被照射面に
結像照明させる照明光学系において、前記第一及び第二
のレンズアレイのそれぞれが、前記第一及び第二のレン
ズが行方向に一列に並んだ一行レンズアレイを前記行方
向に直交する方向に複数有し、該複数の一行レンズアレ
イが全ての行において互いに相対的に前記行方向にずれ
た位置に配置され、前記第一及び第二のレンズアレイに
おける各一行レンズアレイ配列が略同様であることを特
徴とする照明光学系。
【請求項２】請求項１に記載の照明光学系において、
前記第二のレンズアレイの前または後に配置され、か
つ、断面形状が平行四辺形である柱状ガラスが該平行四
辺形の互いに平行な二面に対して形成された偏光分離膜
と反射膜とが交互に配置されるように複数積層形成さ
れ、かつ、該各柱状ガラスにおいて前記第一または第二
のレンズを通過した部分光束を２つの直線偏光光に分離
する偏光ビームスプリッターアレイを有し、該偏光ビー
ムスプリッターアレイが、前記柱状ガラスの柱高方向と
前記第一及び第二のレンズアレイの行方向とが平行にな
るように配置されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】請求項１に記載の照明光学系において、
前記各一行レンズアレイに対する隣りの一行レンズアレ
イとのずれ量が、隣り合うずれ同志で同じではなく、少
なくとも４種類のずれ量を有することを特徴とする照明
光学系。