JP2006184677A - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 平行化レンズの光入射面又は光射出面における反射率を低減して、光利用
効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることが可能な照明装置を
提供する。
【解決手段】 平行化レンズ１２０における第１凹レンズ１２２の光入射面を第１面
Ｓ１、光射出面を第２面Ｓ２とし、平行化レンズ１２０における第２凹レンズ１２４の光
入射面を第３面Ｓ３、第２凹レンズの光射出面を第４面Ｓ４とし、第１面Ｓ１に入射する
光線と照明光軸１００ａｘとのなす角度をω１、第２面Ｓ２から射出される光線と照明光
軸とのなす角度をω２、第３面Ｓ３に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω３、第４
面Ｓ４から射出される光線と照明光軸とのなす角度をω４としたとき、第１面Ｓ１、第２
面Ｓ２、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４は、「ω１＞ω２＞ω３＞ω４」なる関係を満たすよ
うに構成されていることを特徴とする照明装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクタに関する。

一般に、プロジェクタは、照明装置と、この照明装置からの光を画像情報に応じて変調
する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置からの光を投写する投写光学系とを備え
ている。そして、このようなプロジェクタにおいては、近年、プロジェクタの小型化を図
ることができる照明装置として、楕円面リフレクタを用いた照明装置が提案されている（
例えば、特許文献１参照。）。

図１１は、従来の照明装置９００を説明するために示す図である。この照明装置９００
は、図１１に示すように、楕円面リフレクタ９１４と、楕円面リフレクタ９１４の第１焦
点Ｆ１近傍に配置された発光管９１２と、楕円面リフレクタ９１４からの光を略平行化す
るための平行化レンズ９２０とを備えている。

このため、このような照明装置９００によれば、発光管９１２からの光を楕円面リフレ
クタ９１４で第２焦点Ｆ２に集束し、平行化レンズ９２０で略平行光として後段の光学系
に向けて射出することができるため、後段の光学系の小型化、ひいてはプロジェクタの小
型化を図ることができるようになる。

ところで、従来の照明装置９００においては、平行化レンズ９２０の光射出面９２０ｏ
には紫外線反射膜９２４が形成されている。このため、発光管９１２から放射される紫外
線は紫外線反射膜９２４で反射されて楕円面リフレクタ９１４内部に戻るので、照明装置
９００から紫外光が射出されてしまうことを防止できる。

一方、一般に、平行化レンズ９２０の光入射面９２０ｉには可視光の反射率を低減する
ための減反射膜（図示せず。）が形成されている。そして、この減反射膜は、照明光軸９
００ａｘに平行な光に対して反射率が最も低くなるように構成されており、発光管から放
射されて平行化レンズに入射される光の全体としての有効利用が図られている。

特開２０００−３４７２９３号公報

しかしながら、従来の照明装置９００のように、発光管９１２の被照明領域側端部を覆
うような大きさに楕円面リフレクタ９１４の大きさを設定した場合には、楕円面リフレク
タ９１４の第２焦点Ｆ２に向かう集束光の集束角が大きくなってしまうため、平行化レン
ズ９２０の光入射面９２０ｉに入射する光の入射角度範囲が大きくなることになる。この
ため、従来のように減反射膜が照明光軸に平行な光に対して反射率が最も低くなるように
構成されたものを用いることが、平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低
減させるのに適切な手段とはならず、そのため、光利用効率をさらに向上させるとともに
不要な迷光をさらに低減させるのが容易ではないという問題があった。なお、この問題は
、平行化レンズの光入射面のみならず、平行化レンズの光射出面でも起こる問題でもある
。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、平行化レンズの
光入射面又は光射出面における反射率を全体としてさらに低減して、光利用効率をさらに
向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることが可能な照明装置を提供すること
を目的とする。また、このような照明装置を備えた高輝度で高画質のプロジェクタを提供
することを目的とする。

本発明者は、上述した目的を達成すべく鋭意努力を重ねた結果、発光管から被照明領域
側に放射される光を楕円面リフレクタに向けて反射する補助ミラーを用いることで、楕円
面リフレクタから楕円面リフレクタの第２焦点に向かう集束光における集束角を小さくす
るとともに、平行化レンズとして２枚の凹レンズを用いることで、楕円面リフレクタから
の集束光を徐々に平行化することにより本発明の目的を達成できることを見出し、本発明
を完成させるに至った。

本発明の照明装置は、楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの第１焦点近傍に配
置された発光管と、前記発光管から被照明領域側に放射される光を前記楕円面リフレクタ
に向けて反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平
行化レンズとを備えた照明装置であって、前記平行化レンズは、前記楕円面リフレクタ側
に凸面を有するメニスカス凹レンズからなる第１凹レンズと、前記第１凹レンズの光射出
面側に配置された両凹レンズからなる第２凹レンズとからなり、前記第１凹レンズの光入
射面を第１面、前記第１凹レンズの光射出面を第２面、前記第２凹レンズの光入射面を第
３面、前記第２凹レンズの光射出面を第４面とし、前記第１面に入射する光線と照明光軸
とのなす角度をω１、前記第２面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω２、前記第
３面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω３、前記第４面に入射する光線と照明光
軸とのなす角度をω４としたとき、前記第１面、前記第２面、前記第３面及び前記第４面
は、「ω１＞ω２＞ω３＞ω４」なる関係を満たすように構成されていることを特徴とす
る。

このため、本発明の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射される光を楕円
面リフレクタに向けて反射する補助ミラーを有しているため、楕円面リフレクタから楕円
面リフレクタの第２焦点に向かう集束光における集束角を小さくすることができる。その
結果、平行化レンズへの入射角を小さくすることができるようになり、平行化レンズの光
入射面における反射率を全体として低減させることが可能になる。

また、本発明の照明装置においては、平行化レンズとして所定の凹レンズを２枚用いる
とともに、これら２枚の凹レンズにおける４つのレンズ面を、「ω１＞ω２＞ω３＞ω４
」なる関係を満たすように構成されたものとすることにより、楕円面リフレクタからの集
束光を徐々に平行化することができるようになる。
その結果、平行化レンズへの入射角をさらに小さくすることができるため、光利用効率
をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

本発明の照明装置においては、前記第１面に入射する光線のうち最外周の光線と第１面
の法線とのなす角度θが１５°未満であることが好ましい。

このように構成することにより、第１面への入射角、第２面への入射角、第３面への入
射角及び第４面への入射角のすべてを１５°未満とすることができるようになり、平行化
レンズの光入射面における反射率を全体として低減させることが可能になる。

本発明の他の照明装置は、楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの第１焦点近傍
に配置された発光管と、前記発光管から被照明領域側に放射される光を前記楕円面リフレ
クタに向けて反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するため
の平行化レンズとを備えた照明装置であって、前記平行化レンズは、両凹レンズからなる
第１凹レンズと、前記第１凹レンズの光射出面側に配置された両凹レンズからなる第２凹
レンズとからなり、前記第１凹レンズの光入射面を第１面、前記第１凹レンズの光射出面
を第２面、前記第２凹レンズの光入射面を第３面、前記第２凹レンズの光射出面を第４面
とし、前記第１面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω１、前記第２面に入射する
光線と照明光軸とのなす角度をω２、前記第３面に入射する光線と照明光軸とのなす角度
をω３、前記第４面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω４としたとき、前記第１
面、前記第２面、前記第３面及び前記第４面は、「ω１＞ω２＞ω３＞ω４」なる関係を
満たすように構成されていることを特徴とする。

このため、本発明の他の照明装置によれば、本発明の照明装置の場合と同様に、発光管
から被照明領域側に放射される光を楕円面リフレクタに向けて反射する補助ミラーを有し
ているため、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第２焦点に向かう集束光における
集束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズへの入射角を小さくすること
ができるようになり、平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低減させるこ
とが可能になる。

また、本発明の他の照明装置においては、平行化レンズとして所定の凹レンズを２枚用
いるとともに、これら２枚の凹レンズにおける４つのレンズ面を、「ω１＞ω２＞ω３＞
ω４」なる関係を満たすように構成されたものとすることにより、楕円面リフレクタから
の集束光を徐々に平行化することができるようになる
その結果、平行化レンズへの入射角をさらに小さくすることができるため、光利用効率
をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

なお、本発明の他の照明装置においては、本発明の照明装置の場合よりも、第１面への
入射角が大きくなる傾向にあるが、それでもなお、１枚の平行化レンズを用いた従来の照
明装置と比べれば、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させ
ることができるようになる。

なお、本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置によれば、発光管から被照明領域側
に放射される光を楕円面リフレクタに向けて反射する補助ミラーを有しているため、発光
管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタの大きさを設定することを
必要とせず、楕円面リフレクタの小型化を図ることができるという効果も得られる。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置は、前記平行化レンズからの光を複数の部
分光束に分割するための複数の第１小レンズを有する第１レンズアレイと、前記第１レン
ズアレイの前記複数の第１小レンズに対応する複数の第２小レンズを有する第２レンズア
レイと、前記第２レンズアレイから射出される各部分光束を被照明領域で重畳させるため
の重畳レンズとをさらに備えたものである場合に特に大きな効果が得られる。

すなわち、本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置によれば、上記したように、楕
円面リフレクタの小型化を図ることができることから、楕円面リフレクタから楕円面リフ
レクタの第２焦点に向かう集束光の集束角やビームスポットの径を小さくすることができ
る。このため、平行化レンズや上記した第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び重畳レ
ンズを含むインテグレータ光学系の大きさを小さくすることができ、このような照明装置
の小型化を図ることができる。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、ω４は、「ω４＜５°」なる
関係を満たすことが好ましい。

このように構成することにより、第１レンズアレイに向けてほぼ略平行な光を射出する
ことが可能になり、インテグレータ光学系において高い光均一化効果が得られるようにな
る。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記平行化レンズから射出さ
れる照明光束は、外方に向かうことが好ましい。

このように構成することにより、第１レンズアレイにおける第１小レンズの像が第２レ
ンズアレイにおける対応する第２小レンズに良好にのみ込まれるようになり、インテグレ
ータ光学系において高い光利用効率が得られるようになる。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記第１面、前記第２面、前
記第３面及び前記第４面には、いずれも減反射膜が形成されているのが好ましく、さらに
、前記第１面、前記第２面、前記第３面及び前記第４面に形成された減反射膜は、いずれ
も３層以下の減反射膜である場合に特に大きな効果が得られる。

すなわち、３層以下の減反射膜は４層以上の減反射膜と比べて製造コストが安価である
という利益がある反面、減反射膜への入射角が大きい場合に反射率を低減するのが容易で
はないという不利益がある。しかしながら、本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置
においては、平行化レンズの光入射面に入射する際の入射角を小さくすることができるた
め、減反射膜への入射角を小さくすることができる。このため、低い反射率を確保しなが
ら製造コストを安価にできるようになる。

なお、本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記減反射膜は、３０
０℃以上の耐熱性を有する誘電体多層膜からなることが好ましい。

平行化レンズは、発光管や楕円面リフレクタに近接して配置されるため、これら発光管
や楕円面リフレクタからの熱により３００℃近くの高温になる。このため、このような平
行化レンズに形成される減反射膜としても、３００℃以上の耐熱性を有する誘電体多層膜
からなるものであることが好ましい。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記誘電体多層膜は、低屈折
率膜としてのＳｉＯ_２と高屈折率膜としてのＴｉＯ_２及び／又はＴａ_２Ｏ_５との積層膜か
らなることが好ましい。

このように構成することにより、３００℃以上の耐熱性を実現できるようになる。低屈
折率膜としてのＳｉＯ_２と高屈折率膜としてのＴｉＯ_２及び／又はＴａ_２Ｏ_５との積層膜
としては、低屈折率膜としてのＳｉＯ_２と高屈折率膜としてのＴａ_２Ｏ_５との積層膜や、
低屈折率膜としてのＳｉＯ_２と高屈折率膜としてのＴｉＯ_２及びＴａ_２Ｏ_５との積層膜を
好適に用いることができる。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記楕円面リフレクタの第１
焦点距離をｆ１とし、前記楕円面リフレクタの第２焦点距離をｆ２としたとき、５≦ｆ２
／ｆ１≦９なる関係を満たすことが好ましい。

すなわち、ｆ２／ｆ１の値が５未満になると、第１焦点距離ｆ１が大きくなるため楕円
面リフレクタから発光管の発光中心までの距離が大きくなり、発光管からの光ののみ込み
量を確保するために、深く大きな楕円面リフレクタを用いる必要が生じてしまう。

一方、ｆ２／ｆ１の値が９を超えると、楕円面リフレクタの倍率が大きくなる結果、楕
円面リフレクタから平行化レンズまでの距離が長くなって、照明装置の大きさが大きくな
ってしまう。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記照明装置の光軸の前記楕
円面リフレクタ基端側部分と、前記発光管の発光中心と前記楕円面リフレクタの開口端と
を結ぶ直線とがなす最大角度をαとしたとき、９０°≦α≦１１０°なる関係を満たすこ
とが好ましい。

すなわち、この角度αが９０°未満となると、発光管からの光を反射する楕円面リフレ
クタの凹面の面積が小さくなりすぎて平行化レンズに導かれる光の量が不足する可能性が
生じる。

一方、この角度αが１１０°を超えると、楕円面リフレクタ自身が大きくなりすぎて、
照明装置の小型化を図るのが容易ではなくなる。なお、この場合、１１０°を超える角度
で発光管から放射される光は補助ミラーで反射されて楕円面リフレクタに導かれるので、
光利用効率が低下することもない。

本発明のプロジェクタは、上記した本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置と、本
発明の照明装置又は本発明の他の照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する電気
光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された光を投写する投写光学系とを備えた
ことを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタは、上記のように光利用効率をさらに向上するととも
に不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置を備えているため、高輝度で高画質
のプロジェクタとなる。

以下、本発明の照明装置及びプロジェクタについて図に示す実施の形態に基づいて説明
する。

［実施形態１］
まず、実施形態１に係る照明装置１００について、図１〜図３を用いて説明する。
図１は、実施形態１に係る照明装置１００を説明するために示す図である。図２は、実
施形態１におけるω１、ω２、ω３及びω４を説明するために示す図である。図３は、実
施形態１におけるθを説明するために示す図である。
なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸方向（図１に
おける照明光軸１００ａｘ方向）、ｘ軸方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に直交す
る方向）及びｙ軸方向（図１における紙面に垂直かつｚ軸に直交する方向）とする。

実施形態１に係る照明装置１００は、図１に示すように、楕円面リフレクタ１１４と、
楕円面リフレクタ１１４の第１焦点Ｆ１近傍に配置された発光管１１２と、発光管１１２
の被照明領域側に配置され発光管１１２から被照明領域側に放射される光を楕円面リフレ
クタ１１４に向けて反射する補助ミラー１１６と、楕円面リフレクタ１１４からの光を略
平行化するための平行化レンズ１２０とを備えている。

平行化レンズ１２０は、楕円面リフレクタ１１４側に凸面を有するメニスカス凹レンズ
からなる第１凹レンズ１２２と、第１凹レンズ１２２の光射出面側に配置された両凹レン
ズからなる第２凹レンズ１２４とからなっている。

実施形態１に係る照明装置１００においては、第１凹レンズ１２２の光入射面を第１面
Ｓ１、第１凹レンズ１２２の光射出面を第２面Ｓ２、第２凹レンズ１２４の光入射面を第
３面Ｓ３、第２凹レンズ１２４の光射出面を第４面Ｓ４と定義することとする。これらの
第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４には、いずれも減反射膜（図示せず
。）が形成されている。

また、実施形態１に係る照明装置１００においては、第１面Ｓ１に入射する光線と照明
光軸１００ａｘとのなす角度をω１、第２面Ｓ２に入射する光線と照明光軸１００ａｘと
のなす角度をω２、第３面Ｓ３に入射する光線と照明光軸１００ａｘとのなす角度をω３
、第４面Ｓ４に入射する光線と照明光軸１００ａｘとのなす角度をω４と定義することと
する。これらの第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４は、図２に示すよう
に、「ω１＞ω２＞ω３＞ω４」なる関係を満たすように構成されている。

このため、実施形態１に係る照明装置１００によれば、発光管１１２から被照明領域側
に放射される光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する補助ミラー１１６を有してい
るため、楕円面リフレクタ１１４から楕円面リフレクタ１１４の第２焦点Ｆ２（図示せず
。）に向かう集束光における集束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズ
１２０への入射角を小さくすることができるようになり、平行化レンズ１２０の光入射面
における反射率を全体として低減させることが可能になる。

また、実施形態１に係る照明装置１００においては、平行化レンズ１２０として２枚の
凹レンズ（第１凹レンズ１２２及び第２凹レンズ１２４）を用いるとともに、これら第１
凹レンズ１２２及び第２凹レンズ１２４における４つのレンズ面を、「ω１＞ω２＞ω３
＞ω４」なる関係を満たすように構成することにより、楕円面リフレクタ１１４からの集
束光を徐々に平行化することが可能になる。
その結果、第１凹レンズ１２２及び第２凹レンズ１２４への入射角をさらに小さくする
ことができるため、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させ
ることができるようになる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、第１面Ｓ１に入射する光線のうち最外周
の光線と第１面Ｓ１の法線とのなす角度θは、図３に示すように、１５°未満である。

このため、第１面Ｓ１への入射角、第２面Ｓ２への入射角、第３面Ｓ３への入射角及び
第４面Ｓ４への入射角のすべてを１５°未満とすることができるようになり、平行化レン
ズ１２０の光入射面及び光射出面における反射率を全体として低減させることが可能にな
る。

実施形態１に係る照明装置１００によれば、発光管１１２から被照明領域側に放射され
る光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する補助ミラー１１６を有しているため、発
光管１１２の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタ１１４の大きさを
設定することを必要とせず、楕円面リフレクタ１１４の小型化を図ることができるという
効果も得られる。

実施形態１に係る照明装置１００は、図１に示すように、平行化レンズ１２０からの光
を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズを有する第１レンズアレイ１３０
と、第１レンズアレイ１３０の複数の第１小レンズに対応する複数の第２小レンズを有す
る第２レンズアレイ１４０と、第２レンズアレイ１４０から射出される各部分光束を被照
明領域で重畳させるための重畳レンズ１６０とをさらに備えている。

実施形態１に係る照明装置１００によれば、上記したように、楕円面リフレクタ１１４
の小型化を図ることができることから、楕円面リフレクタ１１４から楕円面リフレクタ１
１４の第２焦点Ｆ２（図示せず。）に向かう集束光の集束角やビームスポットの径を小さ
くすることができる。このため、平行化レンズ１２０や上記した第１レンズアレイ１３０
、第２レンズアレイ１４０及び重畳レンズ１６０を含むインテグレータ光学系の大きさを
小さくすることができ、このような照明装置の小型化を図ることができる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、図２に示すように、「ω４＜５°」なる
関係を満たしている。このため、第１レンズアレイ１３０に向けてほぼ略平行な光を射出
することが可能になり、インテグレータ光学系において高い光均一化効果が得られる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、図１〜図３に示すように、平行化レンズ
１２０から射出される照明光束は、若干外方に向かっている。このため、第１レンズアレ
イ１３０における第１小レンズの像が第２レンズアレイ１４０における対応する第２小レ
ンズに良好にのみ込まれるようになり、インテグレータ光学系において高い光利用効率が
得られるようになる。

図４は、実施形態１に係る照明装置１００の効果を説明するために示す図である。図４
（ａ）は照明装置１００の光学系に光線を加えた図であり、図４（ｂ）は比較例１に係る
照明装置１００ａの光学系に光線を加えた図であり、図４（ｃ）は比較例２に係る照明装
置１００ｂの光学系に光線を加えた図である。

比較例１に係る照明装置１００ａにおける平行化レンズ１２０ａは、従来の両凹レンズ
からなる平行化レンズである。平行化レンズ１２０ａの光入射面は回転双曲面からなる。
比較例２に係る照明装置１００ｂにおける平行化レンズ１２０ｂは、従来の両凹レンズか
らなる平行化レンズである。平行化レンズ１２０ｂの光入射面は球面からなる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、図４に示すように、比較例１に係る照明
装置１００ａ又は比較例２に係る照明装置１００ｂの場合と比べて、平行化レンズ１２０
（第１凹レンズ１２２）の光入射面における入射角が小さくなることがわかる。

図５は、実施形態１に係る照明装置１００の効果を説明するために示す図である。図５
（ａ）は実施形態１に係る照明装置１００における第２レンズアレイ１４０の光入射面上
における照明光束の面内光強度分布を示す図であり、図５（ｂ）は比較例１に係る照明装
置１００ａにおける第２レンズアレイ１４０ａの光入射面上における照明光束の面内光強
度分布を示す図であり、図５（ｃ）は比較例２に係る照明装置１００ｂおける第２レンズ
アレイ１４０ｂの光入射面上における照明光束の面内光強度分布を示す図である。

実施形態１に係る照明装置１００においては、図５に示すように、比較例１又は比較例
２の場合と比べて、第１レンズアレイ１３０における第１小レンズの像が第２レンズアレ
イ１４０における対応する第２小レンズに良好にのみ込まれるようになり、インテグレー
タ光学系において高い光利用効率が得られるようになることがわかる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３及
び第４面Ｓ４に形成された減反射膜は、単層の減反射膜である。このため、実施形態１に
係る照明装置１００によれば、減反射膜の製造コストを安価にすることができる。また、
実施形態１に係る照明装置１００によれば、上記したように、平行化レンズ１２０（第１
凹レンズ１２２及び第２凹レンズ１２４）の光入射面への入射角を小さくすることができ
るため、減反射膜を単層としたとしても、光の反射率が低下して光利用効率が低下するこ
ともない。

減反射膜としては、Ｔａ_２Ｏ_５膜を用いている。このため、減反射膜の耐熱性を３００
℃以上とすることができ、極めて高温にさらされる平行化レンズにおける減反射膜に適合
するものとなる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点距離
をｆ１とし、楕円面リフレクタ１１４の第２焦点距離をｆ２としたとき、ｆ２／ｆ１＝７
の関係を満たす楕円面リフレクタ１１４を用いている。このため、第１焦点距離ｆ１が大
きすぎないため、深く大きな楕円面リフレクタを用いることもなく、楕円面リフレクタの
倍率が大きすぎないため、照明装置の大きさが大きくなってしまうこともない。

ここで、本発明の照明装置においては、照明装置の照明光軸の楕円面リフレクタ基端側
部分と、発光管の発光中心と楕円面リフレクタの開口端とを結ぶ直線とがなす最大角度を
αとしたとき、９０°≦α≦１１０°なる関係を満たすことが好ましい。
すなわち、この角度αが９０°未満となると、発光管からの光を反射する楕円面リフレ
クタの凹面の面積が小さくなりすぎて平行化レンズに導かれる光の量が不足する可能性が
生じる。一方、この角度αが１１０°を超えると、楕円面リフレクタ自身が大きくなりす
ぎて、照明装置の小型化を図るのが容易ではなくなる。なお、この場合、１１０°を超え
る角度で発光管から放射される光は補助ミラーで反射されて楕円面リフレクタに導かれる
ので、光利用効率が低下することもない。

そこで、実施形態１に係る照明装置１００においては、照明光軸１００ａｘの楕円面リ
フレクタ１１４基端側部分と発光管１１２の発光中心と楕円面リフレクタの開口端とを結
ぶ直線とがなす最大角度αを１００°としている。このため、角度αが小さすぎないため
、発光管１１２からの光を反射する楕円面リフレクタ１１４の凹面の面積が小さくなりす
ぎて平行化レンズ１２０に導かれる光の量が不足する可能性が生じることもないし、角度
αが大きすぎないため、楕円面リフレクタ１１４自身が大きくなりすぎることもない。

次に、実施形態１に係るプロジェクタ１について詳細に説明する。
図６は、実施形態１に係るプロジェクタ１を説明するために示す図である。実施形態１
に係るプロジェクタ１は、図６に示すように、照明装置１００と、照明装置１００からの
照明光束を複数の色光に分離して液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂへと各色光を導
く色分離光学系２００及びリレー光学系３００と、色分離光学系２００及びリレー光学系
３００によって導かれた各色光を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置としての液
晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂで変調
された光を合成するクロスダイクロイックプリズム５００と、クロスダイクロイックプリ
ズム５００で合成された光を投写する投写光学系６００とを有している。

照明装置１００は、上述したように、楕円面リフレクタ１１４と、楕円面リフレクタ１
１４の第１焦点Ｆ１近傍に発光中心を有する発光管１１２と、発光管１１２から被照明領
域側に放射される光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する補助ミラー１１６と、楕
円面リフレクタ１１４からの光を略平行化するための平行化レンズ１２０と、平行化レン
ズ１２０から射出された光束を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズを有
する第１レンズアレイ１３０と、第１レンズアレイ１３０の複数の第１小レンズに対応す
る複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイ１４０と、照明光束を略１種類の直線偏
光に変換するための偏光変換素子１５０と、偏光変換素子１５０から射出される各部分光
束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ１６０とを備えている。

発光管１１２は、管球と、この管球の両側に延びる封止部とを有している。管球は、球
状に形成された石英ガラス製であって、この管球内に配置された一対の電極と、管球内に
封入された水銀、希ガス及び少量のハロゲンとを有する。

発光管１１２の管球内の一対の電極は、アーク像を形成するためのものである。一対の
電極に電圧を印加すると、電極間に電位差が発生し、放電が生じ、アーク像が生成される
。

ここで、発光管としては、高輝度発光する種々の発光管を採用でき、例えば、メタルハ
ライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等を採用できる。

楕円面リフレクタ１１４は、発光管１１２の一方の封止部が挿通・固着される筒状の首
状部と、発光管１１２から放射された光を一定方向に揃えて射出する凹面とを有している
。楕円面リフレクタ１１４の素材としては、石英ガラス、サファイアガラス、水晶、蛍石
、ＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）等が用いられる。この楕円面
リフレクタ１１４の凹面は、表面に金属薄膜を蒸着形成して構成された回転楕円面状の反
射面を備えている。この反射面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーと
なっている。なお、楕円面リフレクタ１１４の光軸は、照明光軸１００ａｘと一致してい
る。

補助ミラー１１６は、発光管１１２の管球の略半分を覆い、楕円面リフレクタ１１４の
凹面と対向して配置される反射部材である。補助ミラー１１６は、発光管１１２の他方の
封止部が挿通・固着されている。補助ミラー１１６の反射面は、発光管１１２の管球の球
面に倣う凹曲面状に形成されている。この補助ミラー１１６は、例えば低熱膨張材である
石英ガラスやネオセラム、高熱伝導材である透光性アルミナ、サファイア、水晶、蛍石、
ＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）等を使用して製作されている。
また、補助ミラー１１６の反射面は、楕円面リフレクタ１１４と同様、可視光を反射して
赤外線を透過するコールドミラーとなっている。

第１レンズアレイ１３０は、平行化レンズ１２０からの光を複数の部分光束に分割する
光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス
状に配列される複数の第１小レンズを備えて構成される。

第２レンズアレイ１４０は、上述した第１レンズアレイ１３０により分割された複数の
部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１３０と同様に照明光軸１００ａ
ｘに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第２小レンズを備えた構成を有して
いる。

偏光変換素子１５０は、第１レンズアレイ１３０により分割された各部分光束の偏光方
向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。

この偏光変換素子１５０は、図示を略したが、照明光軸１００ａｘに対して傾斜配置さ
れる偏光分離膜及び反射膜を交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束
に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束
を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射膜によって曲折され、一方の偏光光束の
射出方向、すなわち照明光軸１００ａｘに沿った方向に射出される。射出された偏光光束
のいずれかは、偏光変換素子１５０の光射出面に設けられる位相差板によって偏光変換さ
れ、略全ての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子１５０を用いる
ことにより、発光管１１２からの光を、略一方向の偏光光に揃えることができるため、液
晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂで利用する光源光の利用率を向上することができる
。

重畳レンズ１６０は、第１レンズアレイ１３０、第２レンズアレイ１４０及び偏光変換
素子１５０を経た複数の部分光束を集光して液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画
像形成領域上に重畳させる光学素子である。

照明装置１００から射出された光は、色分離光学系２００に射出され、色光分離光学系
２００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。

色分離光学系２００は、２枚のダイクロイックミラー２１０，２２０と、反射ミラー２
３０とを備え、ダイクロイックミラー２１０，２２０により重畳レンズ１６０から射出さ
れた複数の部分光束を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を
有している。

ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他
の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。そして、光路前段
に配置されるダイクロイックミラー２１０は、赤色光を反射し、その他の色光を透過する
ミラーである。また、光路後段に配置されるダイクロイックミラー２２０は、緑色光を反
射し、青色光を透過するミラーである。

リレー光学系３００は、入射側レンズ３１０と、リレーレンズ３３０と、反射ミラー３
２０，３４０とを備え、色分離光学系２００を構成するダイクロイックミラー２２０を透
過した青色光を液晶装置４００Ｂまで導く機能を有している。なお、青色光の光路にこの
ようなリレー光学系３００が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路
の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実
施形態１に係るプロジェクタ１においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構
成とされているが、赤色光の光路の長さを長くしてリレー光学系３００を赤色光の光路に
用いる構成も考えられる。

上述したダイクロイックミラー２１０により分離された赤色光は、反射ミラー２３０に
より曲折された後、フィールドレンズ２４０Ｒを介して液晶装置４００Ｒに供給される。
また、ダイクロイックミラー２２０により分離された緑色光は、フィールドレンズ２４０
Ｇを介して液晶装置４００Ｇに供給される。さらに、青色光は、リレー光学系３００を構
成する入射側レンズ３１０、リレーレンズ３３０及び反射ミラー３２０，３４０により集
光、曲折されてフィールドレンズ３５０を介して液晶装置４００Ｂに供給される。なお、
液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの各色光の光路前段に設けられるフィールドレン
ズ２４０Ｒ，２４０Ｇ，３５０は、照明装置１００から射出された各部分光束を、各主光
線に対して略平行な光に変換するために設けられている。

分離された各色光は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおいて画像情報に対応
して変調される。液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの入射側には入射側偏光板４１
０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂが配置され、射出側には射出側偏光板４３０Ｒ，４３０Ｇ，４
３０Ｂが配置されている。液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとしては、透過型の液
晶パネルが用いられる。入射側偏光板、液晶パネル及び射出側偏光板によって入射する各
色光の光変調が行われる。

液晶パネルは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したもの
であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に
したがって、入射側偏光板から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。

液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおいて変調された各色光は、クロスダイクロ
イックプリズム５００で合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂから
射出される各色光の変調光を合成する色合成光学系としての機能を有している。そして、
赤色光を反射する赤色光反射ダイクロイック面５１０Ｒと、青色光を反射する青色光反射
ダイクロイック面５１０Ｂとを有している。赤色光反射ダイクロイック面５１０Ｒ及び青
色光反射ダイクロイック面５１０Ｂは、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射す
る誘電体多層膜とを４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成することにより設けられ
ている。これら両反射ダイクロイック面５１０Ｒ，５１０Ｂによって３色の変調光が合成
され、カラー画像を表示する光が生成される。クロスダイクロイックプリズム５００にお
いて生成された合成光は、投写光学系６００に向かって射出される。

投写光学系６００は、クロスダイクロイックプリズム５００からの合成光を表示画像と
してスクリーンに投写するように構成されている。

実施形態１に係るプロジェクタ１は、上記した照明装置１００と、照明装置１００から
の光を画像信号に応じて変調する液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、液晶装置４
００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂで変調された光を投写する投写光学系６００とを備えている
。

このため、実施形態１に係るプロジェクタ１は、上記のように光利用効率をさらに向上
するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置１００を備えているため
、高輝度で高画質のプロジェクタとなる。

［実施形態２］
図７は、実施形態２に係る照明装置１００Ａを説明するために示す図である。図８は、
実施形態２におけるω１、ω２、ω３及びω４を説明するために示す図である。図９は、
実施形態２に係る照明装置１００Ａの効果を説明するために示す図である。図１０は、実
施形態２におけるθを説明するために示す図である。

実施形態２に係る照明装置１００Ａは、基本的には実施形態１に係る照明装置１００と
よく似た構成を有しているが、平行化レンズの構成が実施形態１に係る照明装置１００の
場合と異なっている。すなわち、実施形態２に係る照明装置１００Ａにおいては、図７に
示すように、両凹レンズからなる第１凹レンズ１２２Ａと、第１凹レンズ１２２Ａの光射
出面側に配置された両凹レンズからなる第２凹レンズ１２４Ａとからなっている。

このように、実施形態２に係る照明装置１００Ａは、実施形態１に係る照明装置１００
の場合とは平行化レンズの構成が異なるが、実施形態１に係る照明装置１００の場合と同
様に、第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４は、図８に示すように、「ω
１＞ω２＞ω３＞ω４」なる関係を満たすように構成されているため、楕円面リフレクタ
１１４からの集束光を徐々に平行化することができるようになる。その結果、第１凹レン
ズ１２２Ａ及び第２凹レンズ１２４Ａへの入射角をさらに小さくすることができるように
なり、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができ
るようになる。

また、実施形態２に係る照明装置１００Ａによれば、図９に示すように、実施形態１に
係る照明装置１００の場合と同様に、第１レンズアレイ１３０Ａにおける第１小レンズの
像が第２レンズアレイ１４０Ａにおける対応する第２小レンズに良好にのみ込まれるよう
になり、インテグレータ光学系において高い光利用効率が得られるようになることがわか
る。

なお、実施形態１に係る照明装置１００Ａにおいては、図１０に示すように、実施形態
１に係る照明装置１００の場合よりも、第１面Ｓ１への入射角が大きくなる傾向にあるが
、それでもなお、１枚の平行化レンズを用いた従来の照明装置９００と比べれば、光利用
効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる
。

なお、実施形態２に係る照明装置１００Ａは、その他の構成については、実施形態１に
係る照明装置１００の場合と同様の構成を有しているため、実施形態１に係る照明装置１
００が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

以上、本発明の照明装置及びプロジェクタを上記の各実施形態に基づいて説明したが、
本発明は上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において
種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記実施形態１においては、本発明の照明装置を、３つの液晶装置を用いたプロジ
ェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発
明の照明装置を、１つの液晶装置のみを用いたプロジェクタ、２つの液晶装置を用いたプ
ロジェクタ、又は４つ以上の液晶装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である
。

（２）上記実施形態１においては、本発明の照明装置を、光入射面と光射出面とが異なる
面となる透過型の液晶装置を用いたプロジェクタに適用した例について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を、光入射面と光射出面とが同一
の面となる透過型の液晶装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である。

（３）上記実施形態１においては、本発明の照明装置を、電気光学変調装置として液晶装
置を用いたプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではない。本発明の照明装置を、電気光学変調装置としてマイクロミラー型変調装置を
用いたプロジェクタに適用することも可能である。

（４）上記実施形態１においては、本発明の照明装置をプロジェクタに適用した例につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を他の光学機
器に適用することも可能である。

本発明を実施するための最良の形態は以上のように開示されているが、本発明はこれに
限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関しに図示され、
かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以
上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様
々な変形を加えることができるものである。

従って、上記のように形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするた
めに例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質
などの限定の一部又は全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるもの
である。

実施形態１に係る照明装置１００を説明するために示す図。 実施形態１におけるω１、ω２、ω３及びω４を説明するために示す図。 実施形態１におけるθを説明するために示す図。 実施形態１に係る照明装置１００の効果を説明するために示す図。 実施形態１に係る照明装置１００の効果を説明するために示す図。 実施形態１に係るプロジェクタ１を説明するために示す図。 実施形態２に係る照明装置１００Ａを説明するために示す図。 実施形態２におけるω１、ω２、ω３及びω４を説明するために示す図。 実施形態２に係る照明装置１００Ａの効果を説明するために示す図。 実施形態２におけるθを説明するために示す図。 従来の照明装置９００を説明するために示す図。

符号の説明

１…プロジェクタ、１００，１００Ａ，１００ａ，１００ｂ，９００…照明装置、１００
ａｘ，１００Ａａｘ，１００ａａｘ，１００ｂａｘ…照明光軸、１１２，９１２…発光管
、１１４，１１４ａ，１１４ｂ，９１４…楕円面リフレクタ、１１６…補助ミラー、１２
０，１２０Ａ，１２０ａ，１２０ｂ，９２０…平行化レンズ、１２２，１２２Ａ…第１凹
レンズ、１２４，１２４Ａ…第２凹レンズ、１３０，１３０Ａ，１３０ａ，１３０ｂ…第
１レンズアレイ、１４０，１４０Ａ，１４０ａ，１４０ｂ…第２レンズアレイ、１５０，
１５０Ａ，１５０ａ，１５０ｂ…偏光変換素子、１６０，１６０Ａ，１６０ａ，１６０ｂ
…重畳レンズ、２００…色分離光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０
，３２０，３４０…反射ミラー、３００…リレー光学系、３１０…入射側レンズ、３３０
…リレーレンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶装置、４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１
０Ｂ…入射側偏光板、４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂ…射出側偏光板、５００…クロスダ
イクロイックプリズム、６００…投写光学系、９２０ｉ…光入射面、９２０ｏ…光射出面
、９２４…紫外線反射膜、Ｓ１…第１面、Ｓ２…第２面、Ｓ３…第３面、Ｓ４…第４面

Claims (11)

1. 楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの第１焦点近傍に配置された発光管と、前
   記発光管から被照明領域側に放射される光を前記楕円面リフレクタに向けて反射する補助
   ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた
   照明装置であって、
   前記平行化レンズは、前記楕円面リフレクタ側に凸面を有するメニスカス凹レンズから
   なる第１凹レンズと、前記第１凹レンズの光射出面側に配置された両凹レンズからなる第
   ２凹レンズとからなり、
   前記第１凹レンズの光入射面を第１面、前記第１凹レンズの光射出面を第２面、前記第
   ２凹レンズの光入射面を第３面、前記第２凹レンズの光射出面を第４面とし、
   前記第１面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω１、前記第２面に入射する光線
   と照明光軸とのなす角度をω２、前記第３面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω
   ３、前記第４面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω４としたとき、
   前記第１面、前記第２面、前記第３面及び前記第４面は、「ω１＞ω２＞ω３＞ω４」
   なる関係を満たすように構成されていることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記第１面に入射する光線のうち最外周の光線と第１面の法線とのなす角度θが１５°
   未満であることを特徴とする照明装置。
3. 楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの第１焦点近傍に配置された発光管と、前
   記発光管から被照明領域側に放射される光を前記楕円面リフレクタに向けて反射する補助
   ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた
   照明装置であって、
   前記平行化レンズは、両凹レンズからなる第１凹レンズと、前記第１凹レンズの光射出
   面側に配置された両凹レンズからなる第２凹レンズとからなり、
   前記第１凹レンズの光入射面を第１面、前記第１凹レンズの光射出面を第２面、前記第
   ２凹レンズの光入射面を第３面、前記第２凹レンズの光射出面を第４面とし、
   前記第１面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω１、前記第２面に入射する光線
   と照明光軸とのなす角度をω２、前記第３面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω
   ３、前記第４面に入射する光線と照明光軸とのなす角度をω４としたとき、
   前記第１面、前記第２面、前記第３面及び前記第４面は、「ω１＞ω２＞ω３＞ω４」
   なる関係を満たすように構成されていることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置において、
   前記平行化レンズからの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズを有
   する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイの前記複数の第１小レンズに対応する複
   数の第２小レンズを有する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイから射出される各
   部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズとをさらに備えたことを特徴とする
   照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置において、
   ω４は、「ω４＜５°」なる関係を満たすことを特徴とする照明装置。
6. 請求項４に記載の照明装置において、
   前記平行化レンズから射出される照明光束は、外方に向かうことを特徴とする照明装置
   。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置において、
   前記第１面、前記第２面、前記第３面及び前記第４面には、いずれも減反射膜が形成さ
   れていることを特徴とする照明装置。
8. 請求項７に記載の照明装置において、
   前記第１面、前記第２面、前記第３面及び前記第４面に形成された減反射膜は、いずれ
   も３層以下の減反射膜であることを特徴とする照明装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置において、
   前記楕円面リフレクタの第１焦点距離をｆ１とし、前記楕円面リフレクタの第２焦点距
   離をｆ２としたとき、５≦ｆ２／ｆ１≦９なる関係を満たすことを特徴とする照明装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置において、
    前記照明装置の光軸の前記楕円面リフレクタ基端側部分と、前記発光管の発光中心と前
    記楕円面リフレクタの開口端とを結ぶ直線とがなす最大角度をαとしたとき、９０°≦α
    ≦１１０°なる関係を満たすことを特徴とする照明装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像信号
    に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された光を投写する
    投写光学系とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。