JP2001051348A - 照明光学装置と映像投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明効率を著しく上昇させることができる照
明光学装置及びスクリーン等に投射される映像全体の輝
度を上昇させることができる映像投射装置を提供するこ
と。 【解決手段】 光源２の光軸Ｐ１の周辺部分に存在する
平行光ＰＬはそのまま第１マルチレンズアレイ１６の周
辺部分の第１レンズ１６ａに入射して第２マルチレンズ
アレイ１７の周辺部分の第２レンズ１７ａに集光させる
一方、光源２の光軸Ｐ１付近に存在する非平行光ＮＰＬ
を円錐プリズム４２に入射してほぼ平行光ＡＰＬに変換
し、そのほぼ平行光ＡＰＬを第１マルチレンズアレイ１
６の中央部分の第１レンズ１６ａに入射して第２マルチ
レンズアレイ１７の中央部分の第２レンズ１７ａに集光
させるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、カラー映
像をスクリーン等に投射するプロジェクタ装置に適用す
るのに最適な照射光学装置と、その照明光学装置を用い
た映像投射装置の技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、プロジェクタ装置等の映像投
射装置には、大別して２つの方式があり、第１の方式の
映像投射装置は、光源から出射された白色光をカラーホ
イールを用いて時間的に異なる波長帯域の光であるＲ
（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の３つの有効
光に分割して１枚の空間光変調素子に照射し、その空間
光変調素子にＲ、Ｇ、Ｂの３つの有効光の波長帯域に応
じた映像信号を印加して、その３つの有効光を時間的に
異なる波長帯域のＲ、Ｇ、Ｂの３つの映像光に変調し、
その変調されたＲ、Ｇ、Ｂの３つの映像光を投射レンズ
によってスクリーン等へ投射する方式である。

【０００３】次に、図６に示すように、第２の映像投射
装置１は、光源２から出射された白色光Ｌ１の光軸Ｐ１
上にミラー３を４５°に傾斜して配置して、そのミラー
３で白色光Ｌ１の光軸Ｐ１を直角状に屈曲し、その屈曲
された光軸Ｐ２上に有効光分割手段であるＲ、Ｇ、Ｂ用
の３枚のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを直列
状で、かつ、４５°に傾斜して配置し、更に、これら３
枚のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって直
角状に屈曲された３つの光反射経路Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５上
に透過型液晶パネル等からなる３枚の空間光変調素子５
であり、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の３枚に分割されている空
間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを直角状に配置してい
る。なお、この際、３枚の空間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、
５Ｂは正方形状のクロスプリズム６の３面に平行状に近
接されて配置された３方向位置に配置されてる。

【０００４】そして、光源２から光軸Ｐ１に沿って出射
された白色光Ｌ１をミラー３で直角状に反射し、その白
色光Ｌ１を３枚のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、８
Ｂに順次入射する。この際、１段目のダイクロイックミ
ラー４Ｒでは白色光Ｌ１中の赤色成分の有効光ＬＲ１を
分割して反射し、緑色成分の有効光ＬＧ１及び青色成分
の有効光ＬＢ１は透過する。２段目のダイクロイックミ
ラー４Ｇでは、白色光Ｌ１中の緑成分の有効光ＬＧ１を
分割して反射し、青色成分の有効光ＬＢ１は透過する。
３段目のダイクロイックミラー４Ｂでは白色光Ｌ１中の
青色成分の有効光ＬＢ１を反射する。従って、こら３枚
のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって白色
光Ｌ１から時間的に異なる波長帯域のＲ、Ｇ、Ｂの３つ
の有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１が分割されて反射さ
れ、これら３つの有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１はＲ、
Ｇ、Ｂ用の３枚の空間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、５Ｂにそ
れぞれ照射される。この際、ダイクロイックミラー４Ｒ
で反射された有効光ＬＲ１は更にミラー７によって直角
状に反射されて空間光変調素子５Ｒに垂直状に照射され
る。また、ダイクロイックミラー４Ｇで反射された有効
光ＬＧ１は空間光変調素子５Ｇにそのまま垂直状に照射
され、ダイクロイックミラー４Ｂで反射された有効光Ｌ
Ｂ１は更に集光レンズ１２を通してミラー１３によって
直角状に反射されて空間光変調素子５Ｂに垂直状に照射
されるように構成されている。

【０００５】そして、３枚の空間光変調素子５Ｒ、５
Ｇ、５Ｂでは、有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１の入射に
同期して時間的に異なる波長帯域の映像信号が印加され
て、これらの有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１が時間的に
波長帯域が異なるＲ、Ｇ、Ｂの３つの映像光ＬＲ２、Ｌ
Ｇ２、ＬＢ２に変調されてクロスプリズム１０に入射さ
れる。そして、これらの３つの映像光ＬＲ２、ＬＧ２、
ＬＢ２がクロスプリズム６で合成され、その合成された
Ｒ、Ｇ、Ｂの映像光Ｌ２が投射レンズ１０によってスク
リーン１１等に投射されてフルカラーの映像が映し出さ
れるようにしたものである。

【０００６】そして、このような映像投射装置１では、
スクリーン１５等に投射される映像の画面全体における
輝度分布が均一であることを輝度均一度と言い、高品質
の画質を達成する上で、この輝度均一度は頗る重要な要
素になっている。つまり、一般的に光源２は発光部分に
輝度むらを持つため、その発光部分の輝度むらがそのま
まスクリーン１１上等に映し出されることになり、高い
輝度均一度を得ることができなくなっている。

【０００７】そこで、従来からこの種映像投射装置１で
は、図６に示すように、光源２から出射される白色光Ｌ
１に輝度むらがあっても、３つの空間光変調素子５Ｒ、
５Ｇ、５Ｂのそれぞれの全面をできるだけ均一に照射す
ることができるように、光源２からの白色光Ｌ１の出射
位置で、ミラー３との間の光軸Ｐ１上にライトインテグ
ラーである照明光学装置１５を配置している。

【０００８】そして、図７は、この照明光学装置１５を
拡大して示したものであり、この図７では、図６に示し
たミラー３から被照射部である空間光変調素子（実際に
は３枚の空間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに相当する）
５までの間の光学系を省略して示している。そして、こ
の照明光学装置１５には第１、第２マルチレンズアレイ
（若しくは、フライアイレンズと称される）１６、１７
と、集光レンズ１８等によって構成されていて、これら
第１、第２マルチレンズアレイ１６、１７及び集光レン
ズ１８は光軸Ｐ１に対してそれぞれ直角状で、かつ、光
軸Ｐ１方向に所定の間隔を隔てて配置されている。

【０００９】なお、第１、第２マルチレンズアレイ１
６、１７は図８に示すように各々透明なガラス板等にそ
れぞれ多数の第１、第２レンズ１６ａ、１７ａをマトリ
ックス状等に形成したものであり、図７に示すように、
第１マルチレンズアレイ１６の各第１レンズ１６ａの焦
点位置又はその近傍位置に第２マルチレンズアレイ１７
の対応する各第２レンズ１７ａが配置されるように構成
されている。そして、これら多数の第１、第２レンズ１
６ａ、１７ａは両面に曲率を持たせたものと、片面のみ
に曲率を持たせて、反対側の面を平面に形成したものと
の２種類がある。そして、第１マルチレンズアレイ１７
の多数の第１レンズ１６ａはそれぞれ空間光変調素子５
と相似形状又はほぼ相似形状に構成されている。但し、
後述するように、第２マルチレンズアレイ１７の多数の
第２レンズ１７ａは第１マルチレンズアレイ１６の多数
の第１レンズ１６ａで分割された多数の光スポットを互
いに重ね合せるように集光することを目的としているこ
とから、これら多数の第２レンズ１７ａは空間光変調素
子５と相似形状である必要はない。

【００１０】また、図１３に示すように、通常、光源２
は発光部である放電ランプ２１と、リフレクタである反
射鏡２２で構成されていて、放電ランプ２１には、超高
圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ
等が使用され、反射鏡２２には放物面鏡や楕円面鏡等が
使用されている。そして、放電ランプ２１から発光され
た白色光Ｌ１を放物面鏡やだ楕円面鏡等の反射鏡２２に
よって反射して集光してほぼ光軸Ｐ１に沿って出射する
ことによって、その白色光Ｌ１を第１マルチレンズアレ
イ１６の多数の第１第１レンズ１６ａに入射するように
したものであるが、後述するように、この光源２から出
射される白色光Ｌ１中の平行光は光軸Ｐ１の周辺部部分
のみに存在するために、その白色光Ｌ１には輝度むらが
ある。

【００１１】そこで、図７に示すように、この照明光学
装置１５では、光源２の放電ランプ２１で発光され、反
射鏡２２で反射された輝度むらがある白色光Ｌ１を第１
マルチレンズアレイ１６の多数の第１レンズ１６ａに入
射することによって、その多数の第１レンズ１６ａの各
々によって多数の光スポットＬＳ１に分割して、その多
数の光スポットＬＳ１を第２マルチレンズアレイ１７の
各々対応する多数の第２レンズ１７ａのほぼ中心に集光
する。そして、その分割された多数の光スポットＬＳ１
を第２マルチレンズアレイ１７の多数の第２レンズ１７
ａと集光レンズ１８によって多数の分割された光束であ
る発散光ＬＲ１に変換し、かつ、これら多数の発散光Ｌ
Ｒ１を互いにを互いに重ね合せるように出射することに
よって、輝度むらのない均一の白色光ＦＬを形成する。
そして、その均一の白色光ＦＬを被照明位置である３枚
の空間光変調素子５の各々の全面に照射するようにし
て、その各々の空間光変調素子５の全面をほぼ均一に照
明するようにしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の照明光
学装置１５を使用した映像投射装置１では、スクリーン
１１等に投射される映像の照明効率が低く、特に、画面
の中央付近の輝度が落ち易いと言う問題があった。

【００１３】即ち、従来の照明光学装置１５は、まず、
光源２が図１３の拡大図で示したように、放電ランプ２
１の一端の外周に形成した口金２３を反射鏡２２の中央
部に形成した口金取付穴２４に圧入等にて挿入して、そ
の放電ランプ２１を反射鏡２２の中央部に光軸Ｐ１沿っ
て取り付けている。そして、この放電ランプ２１はラン
プ中央に形成したほぼ楕円球面形状の放電ガラス２１ａ
の内部に一対の電極２１ｂ、２１ｃを光軸Ｐ１方向に間
隔を隔てて配置し、その放電ガラス２１ａの内部にはガ
スを封入している。そして、これらの電極２１ｂ、２１
ｃ間に交流又は直流の電流を印加して、放電ガラス２１
ａの内部のガスをその電極２１ｂ、２１ｃ間の或る領域
に亘って発光させることによって、白色光Ｌ１を発光さ
せるようにしたものである。

【００１４】従って、この放電ランプ２１は点光源には
なり得ず、有限の大きさを持つことになる。このため
に、放電ランプ２１で発光された白色光Ｌ１の全光束を
放物面鏡や楕円面鏡等の反射鏡２２で光軸Ｐ１に対して
完全な平行光に反射して出射することや光軸Ｐ１上の一
点に集光すること等は全くできない。但し、放物面鏡の
反射鏡２２ではその反射面２２ａの周辺部分で反射した
白色光Ｌ１の光束が光軸Ｐ１と平行に近い（完全な平行
ではない）光束となる。しかも、反射鏡２２の中央部に
は放電ランプ２１の口金２３を取り付けるための口金取
付穴２４が開けられていて、反射鏡２２の反射面２２ａ
の中央部が欠けている上に、一対の電極２１ｂ、２１ｃ
が光軸Ｐ１に沿って配置されている構造では、放電ラン
プ２１から発光された白色光Ｌ１中に光軸Ｐ１に沿って
伝播する光束は全く存在しない。

【００１５】そこで、本発明の発明者は、光源２の放電
ランプ２１から発光されて、反射鏡２２で反射されて光
軸Ｐ１に沿っ出射される白色光Ｌ１の光束分布を図１４
及び図１５の測定装置３１で測定したところ、平行光は
光軸Ｐ１の周辺部分に存在するが、光軸Ｐ１付近には平
行光が全く存在せず、光軸Ｐ１付近の光束は、図１７に
示すような、中央部分が中抜けしたドーナツ状で、円錐
状の広がりを持ったコーン状の発散光ＣＬである非平行
光になっていることが判明した。

【００１６】即ち、図１４及び図１５に示した測定装置
３１は、中央にピンホール３２が形成さた遮光板３３を
光軸Ｐ１に対して直角状に配置し、デイティクターであ
る光検出器３４を遮光板３２の光源２側とは反対側に配
置して、この光検出器３４を光軸Ｐ１に対する直角方向
に移動させるようにして、光源２から出射されてピンホ
ール３２を通過した白色光Ｌ１の角度分布θをその光検
出器３４で測定するようにしたものである。

【００１７】そして、図１４に示すように、遮光板３２
のピンホール３１を光軸Ｐ１上に設定した状態で、その
ピンホール３１を通過した白色光Ｌ１の角度分布θを光
検出器３４で測定した結果、図１６に実線で示すデータ
Ｄ１が得られた。このデータＤ１は光軸Ｐ１に対して約
±３°の角度分布θの光が最も強く、光軸Ｐ１付近の光
束は図１７に示すような円錐状の広がりを持ったコーン
状の発散光ＣＬとなっていることを示している。なお、
この発散光ＣＬの発散中心点よりも光源２側へ偏位した
位置では、その発散中心点に向って収束される収束光
（発散光とは逆の形状となる）になっている。次に、図
１５に示すように、遮光板３２を光軸Ｐ１に対して直角
方向へ移動して、そのピンホール３１を光軸Ｐ１の周辺
部分の位置に設定した状態で、そのピンホール３１を通
過した白色光Ｌ１の角度分布θを光検出器３４で測定し
たところ、図１６に点線で示すデータＤ２が得られた。
このデータＤ２は光軸Ｐ１に対する相対値である角度分
布θが約±１°以内の光である、所謂、平行光となって
いた。

【００１８】一方、図７に示した照明光学装置１５によ
って、白色光Ｌ１中から第１マルチレンズアレイ１６の
多数の第１レンズ１６ａで多数の光スポッＳＬ１を第２
マルチレンズアレイ１７の対応する多数の第２レンズ１
７ａの一点である中心に集光させることができる要素を
考えると、図９に示すように、第１マルチレンズアレイ
１６の第１レンズ１６ａに平行光ＰＬが入射されれば、
その平行光ＰＬの光スポットＬＳ１を第１マルチレンズ
アレイ１６の第１レンズ１６ａの焦点位置にある第２マ
ルチレンズアレイ１７の対応する第２レンズ１７ａの一
点である中心に集光することができて、所定の発散角度
を有する光束である発散光ＬＲ１を得ることができる。

【００１９】しかし、図１０に示すように、第１マルチ
レンズアレイ１６の第１レンズ１６ａに円錐状の広がり
を持ったコーン状の発散光ＣＬやその逆の形状の収束光
等の非平行光ＮＰＬが入射されれば、その非平行光ＮＰ
Ｌの光スポットＬＳ２は第２マルチレンズアレイの対応
する第２レンズ１７ａの中心には集光しなくなり、その
発散光ＬＲ２の発散角度が大きくなる。増してや、図１
１に示すように、その発散光ＣＬや収束光等の非平行光
ＮＰＬの発散角度や収束角度が大きくなれば、その非平
行光ＮＰＬの光スポットＬＳ２は第２マルチレンズアレ
イの対応する第２レンズ１７ａに殆ど入らなくなって、
その対応する第２レンズ１７ａから大きく食み出してし
まう。

【００２０】従って、図１２に示すように、照明光学装
置１５の光軸Ｐ１付近に存在する発散光ＣＬや収束光等
の非平行光ＮＰＬが第１マルチレンズアレイ１６の中央
の第１レンズ１６ａに入射されても、その非平行光ＮＰ
Ｌを第２マルチレンズアレイの対応する中央の第２レン
ズ１７ａに集光することができないばかりか、その光ス
ポットＬＳ２の発散光ＬＲ２は対応する第２レンズ１７
ａから大きく食み出して、そのまま光路外である機器内
部へ逃がされてしまう不要光になってしまう。このため
に、第２マルチレンズアレイ１７の中央の第２レンズ１
７ａに入らなかった非平行光ＮＰＬは望むべき照射位置
に到達しなくなり、映像投射装置１では、その非平行光
ＮＰＬを空間光変調素子５の照射に利用することができ
ないことになる。

【００２１】以上のことから、図７に示す従来の照明光
学装置１５では、光源２から出射される平行光Ｌ１中
で、光軸Ｐ１の周辺部分にのみ存在する平行光ＰＬを第
１マルチレンズアレイ１６の周辺部分の多数の第１レン
ズ１６ａに入射させて、多数の光スポットＬＳ１に分割
し、その分割された多数の光スポットＬＳ１を第２マル
チレンズアレイ１７の周辺部分の対応する多数の第２レ
ンズ１７ａの中心に集光して、これらの多数の第２レン
ズ１７ａと集光レンズ１８によって互いに分割されてい
る多数の発散光ＬＲ１に変換すると共に、これらの発散
光ＬＲ１のみを互いに重ね合わせるようにして均一の白
色光ＦＬを形成して、その白色光ＦＬを空間光変調素子
５に照射していたことになる。

【００２２】従って、図７に示す従来の照明光学装置１
５では、光源２から出射される白色光Ｌ１のうちで、光
軸Ｐ１の周辺部分に存在する平行光ＰＬのみを利用して
被照明部である空間光変調素子５を照明していて、図１
２に示したような、光軸Ｐ１付近に存在する発散光ＣＬ
や収束光等の非平行光ＮＰＬを空間光変調素子５の照明
に利用することが全くできなかった。このために、従来
の照明光学装置１５では、空間光変調素子５の照明効率
が低くなっていて、その照明光学装置１５を使用した映
像投射装置１では、スクリーン１１等に投射される映像
の照明効率が低くなり、画面の中央付近の輝度が落ち易
いと言う問題が発生していた。なお、光源２の発光量を
上げれば、映像の輝度を幾分上げることができるが、光
源２の発光量を上げるためには消費電力の増大が必要で
ある上に、機器内部の不要光の増大による内部発熱量が
増大してしまうために、機器内部に設置される冷却装置
の大型化を図る必要が生じて、映像投射装置１が大型化
してしまうという新たな問題が生じる。

【００２３】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものであって、照明効率を著しく上昇させること
ができる照明光学装置及びスクリーン等に投射される映
像全体の輝度を上昇させることができる映像投射装置を
提供することを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の照明光学装置は、それぞれ複数の第１、第
２レンズからなる第１、第２マルチレンズアレイ及び集
光レンズを備え、光源からほぼ光軸に沿って出射され、
空間的に輝度むらがある光束となっている光を第１マル
チレンズアレイの複数の第１レンズによって複数の光ス
ポットに分割し、かつ、その分割された複数の光スポッ
トを第２マルチレンズアレイの複数の第２レンズ及び集
光レンズによって互いに分割されている複数の発散光に
変換すると共に、これら複数の発散光を互いに重ね合せ
られた光束に集光して、均一の光を出射するようにした
照明光学装置において、光源から出射されてその光源の
光軸付近に存在する非平行光をほぼ平行光に変換して第
１マルチレンズアレイの中央付近に入射するほぼ平行光
入射手段を備えたものである。また、本発明の映像投射
装置は、それぞれ複数の第１、第２レンズからなる第
１、第２マルチレンズアレイ及び集光レンズを備え、光
源からほぼ光軸に沿って出射され、空間的に輝度むらが
ある光束となっている光を第１マルチレンズアレイの複
数の第１レンズによって複数の光スポットに分割し、か
つ、その分割された複数の光スポットを第２マルチレン
ズアレイの複数の第２レンズ及び集光レンズによって互
いに分割されている複数の発散光に変換すると共に、こ
れら複数の発散光を互いに重ね合せられた光束に集光し
て、均一の光を出射し、その出射された均一の光を有効
光分割手段に入射して、時間的に異なる波長帯域の有効
光に分割した後、その分割した有効光を空間光変調素子
に照射し、その有効光の波長帯域に応じた映像信号を空
間光変調素子に印加して、その有効光を時間的に異なる
波長帯域の映像光に変調して投射レンズによって投射す
るようにした映像投射装置において、光源か出射されて
その光源の光軸付近に存在する非平行光をほぼ平行光に
変換して第１マルチレンズアレイの中央付近に入射する
ほぼ平行光入射手段を備えたものである。

【００２５】上記のように構成された本発明の照明光学
装置は、光源の光軸付近に存在する発散光や収束光等の
非平行光をほぼ平行光に変換して第１マルチレンズアレ
イの中央付近に入射させることができるので、その光軸
付近に存在している非平行光を光路外へ逃がしてしまう
ことなく、被照明位置を有効に照射することができる。
また、本発明の映像投射装置は、光源の光軸付近に存在
する発散光や収束光等の非平行光をほぼ平行光に変換し
て第１マルチレンズアレイの中央付近に入射させること
ができるので、その光軸付近に存在する非平行光を光路
外へ逃がしてしまうことなく、空間光変調素子を有効に
照射することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した照明光学
装置を備えた映像投射装置の実施の形態を図１〜図５を
参照して説明する。なお、図６〜図１６に記載した構成
部と同一の構成部には同一の符号を付して説明の重複を
省く。

【００２７】まず、図５の模式図に示すように、この映
像投射装置１の照明光学装置１５は、光源である光源２
から出射された白色光Ｌ１のうちで、その光源２の光軸
Ｐ１付近に存在する円錐状の広がりを持った発散光ＣＬ
やその逆の形状の収束光等の非平行光ＮＰＬをほぼ平行
光ＡＰＬに変換して、そのほぼ平行光ＡＰＬを第１マル
チレンズアレイ１６の光軸Ｐ１部分である中央の第１レ
ンズ１６ａに入射させるようにした、ほぼ平行光入射手
段４１をその光源２と第１マルチレンズアレイ３との間
で、光軸Ｐ１付近に配置したものである。そして、第１
マルチレンズアレイ１６から投射レンズ１４までの構成
は図６で示した従来例と同様に構成されている。

【００２８】次に、このほぼ平行光入射手段４１として
は、図１、図２及び図３の（Ａ）に示すようなガラス等
の透明物質で円錐形状に構成された円錐プリズム４２が
最も好ましい。そして、この円錐プリズム４２は、その
底面４２ａを光源２側に向ける一方、その円錐面４２ｂ
を第１マルチレンズアレイ１６側に向け、その円錐面４
２ａの頂点４２ｃを光軸Ｐ１上に配置した状態で、底面
４２ａを光軸Ｐ１に対して直角状に配置したものであ
る。

【００２９】このように、ほぼ平行光入射手段４１を備
えた本発明の映像投射装置１の照明光学装置１５によれ
ば、図１に点線で示すように、光源２からほぼ光軸Ｐ１
に沿って出射される白色光Ｌ１のうちの光軸Ｐ１の周辺
部分に存在する平行光ＰＬを従来通りに第１マルチレン
ズアレイ１６の周辺部分の第１レンズ１６ａに入射させ
て、分割された多数の周辺部分の光スポットＬＳ１を形
成し、その分割された多数の周辺部分の光スポットＬＳ
１を第２マルチレンズアレイ１７の周辺部分の対応され
た第２レンズ１７ａの中心に集光する。そして、その分
割された多数の周辺部分の光スポットＬＳ１を多数の第
２レンズ１７ａと集光レンズ１８によって互いに分割さ
れている多数の周辺部分の発散光ＬＲ１に変換すると共
に、これら多数の周辺部分の発散光ＬＲ１を互いに重ね
合わせるようにして均一の白色光ＦＬを形成する。

【００３０】一方、これと同時に、図１及び図２の
（Ａ）に実線で示すように、光源２からほぼ光軸Ｐ１に
沿って出射された白色光Ｌ１のうちの光軸Ｐ１付近に存
在する非平行光ＮＰＬがほぼ平行光入射手段４１を構成
している円錐プリズム４２の底面４２ａに入射される。
すると、図２の（Ａ）に示すように、その円錐プリズム
４２の底面４２ａに入射された非平行光ＮＰＬはその円
錐プリズム４２の内部を伝播してテーパー面である円錐
面４２ｂにて屈曲されてほぼ平行光ＡＰＬに変換されて
光軸Ｐ１に沿って出射される。なお、この際、円錐プリ
ズム４２の円錐面４２ｂの頂角θを調整することによっ
て、非平行光ＮＰをほぼ平行光ＡＰＬに変換する効率を
調整することができる。

【００３１】そして、その円錐プリズム４２の円錐面４
２ｂから出射された中央付近のほぼ平行光ＡＰＬは第１
マルチレンズアレイ１６の中央付近の第１レンズ１６ａ
に入射されて光スポットＬＳ２に変換され、その中央付
近の光スポットＬＳ２は第２マルチレンズアレイ１７の
中央付近の第２レンズ１７ａの中心に集光される。そし
て、その中央付近の光スポットＬＳ２がその中央付近の
第２レンズ１７ａと集光レンズ１８によって光軸Ｐ１に
沿って出射される中央付近の発散光ＬＲ２に変換され
て、その中央付近の発散光ＬＲ２が先に述べた均一の白
色光ＦＬを形成している多数の周辺部分の発散光ＬＲ１
に重ね合わされることになる。

【００３２】以上の結果、本発明の映像投射装置１の照
明光学装置１５によれば、周辺部分の多数の発散光ＬＲ
１に更に中央付近の発散光ＬＲ２を加算した（足し合わ
せること）均一の白色光ＦＬを得ることができて、その
均一の白色光ＦＬの全域の光量を著しく増大することが
できる。そして、従来は、不要光として光路外である機
器内部へ逃がされていた光源２の光軸Ｐ１付近に存在す
る非平行光ＮＰＬを均一の白色光ＦＬに加算して、その
非平行光ＮＰＬを光路外へ逃がすことなく、被照明位置
である空間光変調素子５の照明光として有効に利用する
ことができる。

【００３３】従って、均一の白色光ＦＬに非平行光ＮＰ
Ｌを加算した分だけ、空間光変調素子５の照明効率を上
昇させることができ、スクリーン１１等に投射される映
像の照明効率が上昇して、画面の中央付近の輝度が落ち
ることもなくなり、画面全体の輝度を均一に上昇して、
高輝度で、鮮明な映像をスクリーン１１等に投射するこ
とができる。そして、その非平行光ＮＰＬが光路外であ
る機器内部に逃がされて、不要光となることが全くない
ことから、光源２の発光量を上げる必要がなく、消費電
力を低く抑えることができる上に、不要光による機器内
部の発熱量も低く抑えることができるために、機器内部
に設置される冷却装置の小型化による映像投射装置１全
体の小型化を実現できる。

【００３４】なお、図２の（Ａ）に示すように、円錐プ
リズム４２の底面４２ａには光軸Ｐ１付近に存在する非
平行光ＮＰＬだけが入射され、光軸Ｐ１の周辺部分に存
在する平行光ＰＬはその底面４２ａに入射されることが
全くないように設計されていて、その円錐プリズム４２
によって光軸Ｐ１の周辺部分の平行光ＰＬが乱される心
配は全くない。

【００３５】しかし、仮に、図２の（Ｂ）に示すよう
に、平行光ＰＬが円錐プリズム４２の底面４２ａに入射
された場合には、その円錐プリズム４２の材料の屈折率
によっては、内部で全反射を１回若しくは数回起こし
て、円錐面４２ｂから光軸Ｐ１に対して大きな角度を持
った光ＯＬとして出射（但し、この時の光ＯＬの出射方
向は円錐プリズム４２の円錐面４２ｂの頂角θによって
異なるものとなる）されて、光路外へ逃がされてしま
う。従って、この場合は、その平行光ＰＬを集光するこ
とができなくなって、照明光学装置１５の照明効率が下
ってしまうことになるが、前述したように、光源２から
出射される白色光Ｌ１のうち、光軸Ｐ１付近にももとも
と平行成分の光が殆んど存在しないことから、このよう
な照明効率の低下は全く無視することができるものであ
る。

【００３６】なお、本発明のほぼ平行光入射手段４１と
しては、図３の（Ａ）に示した円錐プリズム４２が最も
好ましいが、図３の（Ｂ）に示した四角錐プリズム４３
や図３の（Ｃ）に示した六角錐〜十六角錐プリズム４４
等の多角錐プリズム４５であっても良く、或いは、図４
の（Ａ）に示すような円錐台形プリズム４６、図４の
（Ｂ）に示したような四角錐台形プリズム４７や図４の
（Ｃ）に示した六角錐台形〜十六角錐台形プリズム４８
等の多角錐台形プリズム４９であっても良い。なお、４
５ａは多角錐プリズム４５の底面であり、４５ｂは外周
面を構成している四〜十六角等の平面である。また、４
６ａは円錐台形プリズム４６の底面であり、４６ａは外
周面である。また、４９ａは多角錐プリズム４９の底面
であり、４９ｂは外周面を構成している四〜十六角等の
平面である。この際、円錐プリズム４２や円錐台形プリ
ズム４６を用いた時に比べて、多角錐プリズム４５や多
角錐台形プリズム４９を用いた時の照明効率はやや落ち
るが、多角錐プリズム４５や多角錐台形プリズム４９を
ほぼ平行光入射手段４１に使用することによる前述した
照明効率の上昇は明らかである。また、円錐プリズム４
２や円錐台形プリズム４６に比べて多角錐プリズム４５
や多角錐台形プリズム４９は外周面が全て平面で構成さ
れることから、プリズム作成の面で有利であり、コスト
ダウンを見込める利点がある。但し、これらの多角錐プ
リズム４５や多角錐台形プリズム４９は外周面の平面の
数が多い程、好都合であることは言うまでもない。

【００３７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記した実施の形態に限定されることな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能で
ある。例えば、照明光学装置は映像投射装置用に限定さ
れるものではなく、被照明位置を光学的に照明するよう
にした各種用途の照明光学装置に適用できるものであ
る。また、ほぼ平行光入射手段もプリズムに限定される
ことなく、各種の部材、器具等を使用することができる
ものである。

【００３８】

【発明の効果】以上のように構成された本発明の照明光
学装置と映像投射装置は、次のような効果を奏すること
ができる。

【００３９】請求項１の照明光学装置は、光源の光軸付
近に存在する発散光や収束光等の非平行光をほぼ平行光
に変換して第１マルチレンズアレイの中央付近に入射さ
せるようにして、その光軸付近に存在している非平行光
を光路外へ逃がしてしまうことなく、被非照明位置を有
効に照射することができるようにしたので、被照明位置
の照明効率の上昇を実現できる。そして、消費電力の低
下や機器内部の不要光の低下による内部発熱の低下等に
よって機器の小型化を促進することができる。

【００４０】請求項２及び請求項３は、照明光学装置の
ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成したので、構成が
簡単であり、そのプリズムを使用することによる照明光
学装置の大型化も発生せず、小型、軽量の照明光学装置
でありながら、照明効率が高い照明光学装置を実現でき
る。

【００４１】請求項４の映像投射装置は、光源の光軸付
近に存在する発散光や収束光等の非平行光をほぼ平行光
に変換して第１マルチレンズアレイの中央付近に入射さ
せるようにして、その光軸付近に存在する非平行光を光
路外へ逃がしてしまうことなく、空間光変調素子を有効
に照射することができるようにしたので、空間光変調素
子の照明効率を上昇して、スクリーン等に投射される映
像の画面全体の輝度を均一に上昇させることができる。
従って、従来のように、画面の中央付近の輝度が落ちて
しまうような不都合がなくなり、高輝度で鮮明な映像を
投射することができる。しかも、消費電力の低下や機器
内部の不要光の低下による内部発熱の低下等によって機
器の小型化を促進でき、小型で、高性能な映像投射装置
を実現できる。

【００４２】請求項５又は請求項６は、映像投射装置の
ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成したので、構成が
簡単であり、そのプリズムを使用することによる映像投
射装置の大型化も発生せず、小型、軽量でありながら、
照明効率の高い映像投射装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した映像投射装置のプリズムを備
えた照明光学装置の実施の形態を説明する模式図であ
る。

【図２】同上の照明光学装置に組み込まれたプリズムに
よる非平行光をほぼ平行光に変換する様子と、平行光を
光路外へ逃がす様子を説明する模式図である。

【図３】同上のプリズムの複数例を示した概略斜視図で
ある。

【図４】同上のプリズムの他の複数例を示した概略斜視
図である。

【図５】本発明の照明光学装置を用いた映像投射装置全
体の模式図である。

【図６】従来の照明光学装置を用いた映像投射装置全体
の模式図である。

【図７】従来の照明光学装置を説明する模式図である。

【図８】同上の照明光学装置に使用されるマルチレンズ
アレイを説明する正面図、平面図及び側面図である。

【図９】同上の照明光学装置の第１マルチレンズアレイ
に入射された平行光の光スポットがマルチレンズアレイ
に集光される様子を説明する模式図である。

【図１０】同上の照明光学装置の第１マルチレンズアレ
イに入射された非平行光の光スポットは第２マルチレン
ズアレイに集光されないことを説明する模式図である。

【図１１】同上の照明光学装置の第１マルチレンズアレ
イに入射された非平行光の広がり角度が更に大きくなっ
た時には、その非平行光が第２マルチレンズアレイに対
応するレンズから大きく食み出してしまうことを説明す
る模式図である。

【図１２】従来の照明光学装置の光源の光軸付近に存在
する非平行光が空間光変調素子に照射されることなく、
不要光となって光路外へ逃がされてしまうことを説明す
る模式図である。

【図１３】光源を構成している発光部である放電ランプ
及び反射鏡の詳細を説明する拡大断面図である。

【図１４】光源の光軸付近に存在する光が非平行光であ
ることを測定した光束分布の測定装置を説明する模式図
である。

【図１５】光源の光軸周辺部に存在する光は平行光であ
ることを測定した光束分布の測定装置を説明する模式図
である。

【図１６】同上の測定方法によって測定された光源の光
軸付近とその周辺部の光束分布の測定値を示したグラフ
である。

【図１７】同上の測定方法及び測定値によって得られた
光源の光軸付近に存在する非平行光がコーン状の発散光
であったことを示した模式図である。

【符号の説明】

１は映像投射装置、２は光源、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは有効
光分割手段であるダイクロイックミラー、５（５Ｒ、５
Ｇ、５Ｂ）は被照明位置に配置された空間光変調素子、
１０は投射レンズ、１５は照明光学装置、１６は第１マ
ルチレンズアレイ、１６ａは第１レンズ、１７は第２マ
ルチレンズアレイ、１７ａは第２レンズ、１８は集光レ
ンズ、２１は発光部である放電ランプ、２２は反射鏡、
４１はほぼ平行光入射手段、４２は円錐プリズム、４５
は多角錐プリズム、４６は円錐台形プリズム、４９は多
角錐台形プリズム、Ｐ１は光軸、ＰＬは平行光、ＮＰＬ
は非平行光、ＡＰＬはほぼ平行光である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光部及びその発光部から発光された光を
   反射してほぼ光軸に沿って出射する反射鏡を有する光源
   と、 上記光源から光軸に沿って出射された光を複数の光スポ
   ットに分割する複数の第１レンズを有する第１マルチレ
   ンズアレイと、 上記第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズのほぼ
   焦点位置に複数の第２レンズが対向されて配置され、そ
   の第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズによって
   分割された複数の光スポットがその複数の第２レンズに
   集光される第２マルチレンズアレイと、 上記第２マルチレンズアレイの複数の第２レンズから出
   射された複数の分割された光束を互いに重ね合せるよう
   に集光して均一の光を出射する集光レンズとを備えた照
   明光学装置において、 上記光源から出射されてその光源の光軸付近に存在する
   非平行光をほぼ平行光に変換して上記第１マルチレンズ
   アレイの中央付近に入射するほぼ平行光入射手段を備え
   たことを特徴とする照明光学装置。
2. 【請求項２】上記ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成
   したことを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 【請求項３】上記プリズムを円錐形状又は多角錐形状又
   は円錐台形状又は多角錐台形状に構成したことを特徴と
   する請求項２に記載の照明光学装置。
4. 【請求項４】発光部及びその発光部から発光された光を
   反射してほぼ光軸に沿って出射する反射鏡を有する光源
   と、 上記光源から光軸に沿って出射された光を複数の光スポ
   ットに分割する複数の第１レンズを有する第１マルチレ
   ンズアレイと、 上記第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズのほぼ
   焦点位置に複数の第２レンズが対向されて配置され、そ
   の第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズによって
   分割された複数の光スポットがその複数の第２レンズに
   集光される第２マルチレンズアレイと、 上記第２マルチレンズアレイの複数の第２レンズから出
   射された複数の分割された光束を互いに重ね合せるよう
   に集光して均一の光を出射する集光レンズと、 上記集光レンズから出射された均一の光が入射され、時
   間的に異なる波長帯域の有効光に分割する有効光分割手
   段と、 上記有効光分割手段によって分割された有効光が照射さ
   れ、その有効光の波長帯域に応じた映像信号の印加によ
   って時間的に異なる波長帯域の映像光に変調する空間光
   変調素子と、 上記空間光変調素子によって変調された映像光を投射す
   る投射レンズとを備えた映像投射装置において、 上記光源から出射されてその光源の光軸付近に存在する
   非平行光をほぼ平行光に変換して上記第１マルチレンズ
   アレイの中央付近に入射するほぼ平行光入射手段を備え
   たことを特徴とする映像投射装置。
5. 【請求項５】上記ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成
   したことを特徴とする請求項４に記載の映像投射装置。
6. 【請求項６】上記プリズムを円錐形状又は多角錐形状又
   は円錐台形状又は多角錐台形状に構成したことを特徴と
   する請求項５に記載の映像投射装置。