JP4433832B2 - 照明装置及びこれを備えたプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びこれを備えたプロジェクタに関する。

一般に、プロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、こ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、この電気光学変調装置からの変調光を投写画像として投写表示する投写レンズとを備えている。

このようなプロジェクタにおいては、投写表示された画像の輝度分布は略均一であることが好ましいため、照明装置としては、画像が形成される被照明領域を略均一な光強度分布で照射することができるいわゆるインテグレータ光学系を用いた照明装置が用いられている。

図７は、このような従来の照明装置を示す平面図である。この照明装置８００は、図７に示すように、発光管８２０、楕円面リフレクタ８３０及び平行化レンズ８４０を含む光源装置８１０と、第１レンズアレイ８５０と、第２レンズアレイ８６０と、重畳レンズ８７０とを備えている。ＬＡは液晶表示装置等の被照明領域である。
なお、各光学要素は、光源光軸８１０ａｘ（光源装置８１０から射出される光束の中心軸）を基準として配置されている。すなわち、第１レンズアレイ８５０，第２レンズアレイ８６０及び重畳レンズ８７０は、その中心が光源光軸８１０ａｘとほぼ一致するように、かつ光源光軸８１０ａｘに対してほぼ垂直となるように配置されている。

このような照明装置８００において、発光管８２０は光源光軸８１０ａｘ方向に所定の長さをもつ発光部（アーク）を有しており、この発光部の中心が光源光軸８１０ａｘ上における楕円面リフレクタ８３０の２つの焦点のうち楕円面リフレクタ８３０に近い側の焦点（第１焦点）Ｆ１の位置近傍に配置されている。そして、発光部から射出された光は楕円面リフレクタ８３０の反射面８３０Ｒによって反射され、その反射光は楕円面リフレクタ８３０に遠い側の焦点（第２焦点）Ｆ２に向かう途中で平行化レンズ８４０によって光源光軸８１０ａｘに略平行な光束とされ、第１レンズアレイ８５０に入射する。

第１レンズアレイ８５０は、図８に示すように、被照明領域ＬＡの形状と略相似形を成す矩形状の輪郭をもつ複数の小レンズ８５１がマトリクス状（この場合、１０行×６列）に配置された構成となっており、光源装置８１０からの略平行な光束を、複数の小レンズ８５１によって複数の部分光束に分割する。また、第２レンズアレイ８６０も第１レンズアレイ８５０と同様に、矩形状の輪郭をもつ複数の小レンズ８６１がマトリクス状に配置された構成となっている。これら小レンズ８６１は第１レンズアレイ８５０の小レンズ８５１と対応して配置されており、第１レンズアレイ８５０の小レンズ８５１から射出された複数の部分光束のそれぞれが、対応する小レンズ８６１上に集光される。そして、第２レンズアレイ８６０の各小レンズ８６１から射出された複数の部分光束のそれぞれが重畳レンズ８７０によって液晶表示装置等の被照明領域ＬＡを重畳照明するようになっている。

ところで、この種の照明装置８００においては、光源装置８１０から射出された光束の平行度が十分でないと、第１レンズアレイ８５０及び第２レンズアレイ８６０においてそれぞれ互いに対応する小レンズ８５１，８６１を通過できないことから、先に本発明者は、光源装置８１０から射出される光束の平行度を高める技術を開示している（例えば、特許文献１参照。）。

一方、この種のインテグレータ光学系を含む照明装置においては、上述したように楕円面リフレクタと平行化レンズとの組み合わせにより発光管からの光を平行化するのではなく、発光管からの光を反射した時点で平行な光とすることが可能な放物面リフレクタを用いたものも存在している。
しかしながら、放物面リフレクタを用いた照明光学系においては、図９に示すように、放物面リフレクタ８８０の回転放物面からなる反射面８８０Ｒの場合、楕円面リフレクタ８３０の回転楕円面からなる反射面８３０Ｒに比べ、発光管８２０から放射状に射出される光を平行化レンズ８４０へと導くためののみ込み角θ（光源光軸８１０ａｘ回りの角度）が小さくなることから、光の利用効率が楕円面リフレクタ８３０に比べて低くなり、よって近年では楕円面リフレクタを採用した照明装置の開発が盛んに行われている。

ところが、このような楕円面リフレクタを用いた照明装置においては、光強度分布が一様でなく、光源光軸側に偏る傾向があることから、次に示すような問題を有している。
図１０は、楕円面リフレクタを用いた光源装置における発光管の中心部から放射状に射出される光の軌跡を示す図である。図１１は、第２レンズアレイ上のアーク像を示す図である。これによると、光源光軸８１０ａｘ近傍の照度が高く、光源光軸８１０ａｘから離れるにしたがって照度が低くなる照度分布となることが示されている。このため、楕円面リフレクタを用いた照明装置８００においては、図１１に示すように、第２レンズアレイ８６０上に形成されるアーク像８６２が、本来、図１１（ａ）に示すように各小レンズ８６１内に収まるべきところが、図１１（ｂ）に示すように光源光軸８１０ａｘ近傍に偏り、小レンズ８６１の周囲のセルにはみ出してしまう現象が起きていた。

このように、第２レンズアレイ８６０の各小レンズ８６１内に収まらずにはみ出してしまった部分の光は、被照明領域を照明できず無駄となり、光量損失となっていた。なお、このようにはみ出してしまった部分の光とは、第１レンズアレイ８５０及び第２レンズアレイ８６０においてそれぞれ互いに対応する小レンズ８５１，８６１を通過できなかった光に相当する。
したがって、この種の照明装置８００においては、平行化レンズ８４０から射出される光束の平行度を高めることにより第１レンズアレイ８５０及び第２レンズアレイ８６０において互いに対応する小レンズ８５１，８６１を通過できるとしながらも、実際には光源光軸８１０ａｘ近傍の中心部分の光束の一部については依然として通過できないままとなっており、その改善が望まれていた。

そこで、本願発明者は、図１２に示すように、平行化レンズ９４０の回転双曲面９４０Ａの円錐定数Ｋを大きくするなどして、楕円面リフレクタ９３０の反射面９３０Ｒで反射された反射光のうち少なくとも光源光軸９１０ａｘを中心とする中心部側の光線Ｌ_１の光路が、光源光軸９１０ａｘに平行な光路Ｌ_２よりも若干外方に向かう光路Ｌ_３に変更された照明装置９００を開示している（例えば、特許文献２参照。）。
この照明装置９００によれば、光源光軸９１０ａｘ付近のアーク像が従来よりも良好に分離されるようになり、その結果、楕円面リフレクタ９３０の反射面９３０Ｒで反射された反射光のうち少なくとも光源光軸９１０ａｘを中心とする中心部側の光線Ｌ_１の光路が、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイ（ともに図示せず）においてそれぞれ互いに対応する小レンズを通過できるようになる。
特開２０００−３４７２９３号公報（図１〜図１５） 国際公開第０２／０８８８４２号公報（図１〜図５）

しかしながら、このような照明装置９００においては、平行化レンズ９４０の回転双曲面９４０Ａの円錐定数Ｋを大きくすることなどにより、光源光軸９１０ａｘ付近の各アーク像を互いに分離させることができるようになる一方において、光源光軸９１０ａｘから離れた周辺部における各アーク像を良好に分離させつつ第２レンズアレイにおける対応する複数の小レンズに収める必要があるため、これらをともに満足させるように円錐定数Ｋ等を適切に定めるのは容易ではないという問題があった。

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、光源光軸付近の各アーク像及び光源光軸から離れた周辺部の各アーク像をともに良好に分離しつつ、かつ、これらの各アーク像を第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに収めることを可能とすることにより、光量損失を低減し、もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装置及びこれを備えた高輝度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、平行化レンズ又は第１レンズアレイを、照明光軸を含む所定領域からなる中心領域及びこの中心領域より周辺にある周辺領域に分割し、この中心領域には所定の曲率を有する凹面を形成するとともに、周辺領域には上記中心領域の曲率よりも小さな曲率を有する凹面又は平面を形成することにより、光源光軸付近の各アーク像及び光源光軸から離れた周辺部の各アーク像をともに良好に分離しつつ、かつ、これらの各アーク像を第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに収めることを可能とすることにより光量損失を低減できるを見出し、本発明を完成させるに至った。

（１）本発明の照明装置は、発光管と、この発光管からの光を反射して照明光束として射出する楕円面リフレクタと、この楕円面リフレクタからの照明光束を略平行化する平行化レンズと、この平行化レンズによって略平行化された照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイと、この第２レンズアレイからの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備えた照明装置において、前記平行化レンズは、回転双曲面からなる光入射面と、照明光軸を含む所定領域からなる中心領域及びこの中心領域より周辺にある周辺領域に分割された光射出面とを有し、前記中心領域には所定の曲率を有する凹面が形成され、前記周辺領域には前記中心領域の曲率よりも小さな曲率を有する凹面又は平面が形成されていることを特徴とする。

（２）本発明の照明装置は、発光管と、この発光管からの光を反射して照明光束として射出する楕円面リフレクタと、この楕円面リフレクタからの照明光束を略平行化する平行化レンズと、この平行化レンズによって略平行化された照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイと、この第２レンズアレイからの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備えた照明装置において、前記第１レンズアレイは、複数の小レンズを有する光射出面と、照明光軸を含む所定領域からなる中心領域及びこの中心領域より周辺にある周辺領域に分割された光入射面とを有し、前記中心領域には所定の曲率を有する凹面が形成され、前記周辺領域には前記中心領域の曲率よりも小さな曲率を有する凹面又は平面が形成されていることを特徴とする。

（３）本発明の照明装置は、発光管と、この発光管からの光を反射して照明光束として射出する楕円面リフレクタと、この楕円面リフレクタからの照明光束を略平行化する平行化レンズと、この平行化レンズによって略平行化された照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイと、この第２レンズアレイからの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備えた照明装置において、前記第１レンズアレイは、複数の小レンズを有する光入射面と、照明光軸を含む所定領域からなる中心領域及びこの中心領域より周辺にある周辺領域に分割された光射出面とを有し、前記中心領域には所定の曲率を有する凹面が形成され、前記周辺領域には前記中心領域の曲率よりも小さな曲率を有する凹面又は平面が形成されていることを特徴とする。

このため、上記（１）〜（３）に記載された本発明の照明装置によれば、平行化レンズ又は第１レンズアレイを、照明光軸を含む所定領域からなる中心領域及びこの中心領域より周辺にある周辺領域に分割し、この中心領域に所定の曲率を有する凹面を形成するとともに周辺領域に上記中心領域の曲率よりも小さな曲率を有する凹面又は平面を形成することにより、中心領域に形成する凹面のレンズ特性及び周辺領域に形成する凹面又は平面のレンズ特性をそれぞれ最適なものとすることができる。
すなわち、中心領域に形成する凹面のレンズ特性は、照明光軸付近の各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイの対応する各小レンズに収まるように定めることができる一方、周辺領域に形成する凹面又は平面のレンズ特性は、照明光軸から離れた周辺部における各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイの対応する各小レンズに収まるように定めることができるのである。

このため、本発明の照明装置は、照明光軸付近の各アーク像及び照明光軸から離れた周辺部の各アーク像をともに良好に分離しつつ、かつ、これらの各アーク像を第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに収めることを可能にすることにより、光量損失を低減し、もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装置となる。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の照明装置においては、前記中心領域は、前記第１レンズアレイの中央部に形成された複数の小レンズから射出される照明光束が通過する領域をほぼ覆うように設定されていることが好ましい。

このように構成することにより、第１レンズアレイの中央部に形成された複数の小レンズを通過する光線（すなわち、光源光軸付近の各アーク像を形成する光線）が中心領域でより強く屈折されることになるため、照明光軸付近の各アーク像を良好に分離することができるようになる。
なお、ここで、「第１レンズアレイの中央部に形成された複数の小レンズ」とは、後述する図４に示すように、「第１レンズアレイの中央部に形成された複数（４個〜６個）の小レンズ」のことをいい、これら複数の小レンズから射出される照明光束が通過する領域をほぼ覆うように中心領域を設定することにより、照明光軸付近の各アーク像及び照明光軸から離れた周辺部の各アーク像をともに良好に分離しつつ、かつ、これらの各アーク像を第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに収めることが可能になる。

（５）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の照明装置においては、前記中心領域と前記周辺領域とは段差無く接続されていることが好ましい。

このように構成することにより、平行化レンズ又は第１レンズアレイの表面において段差がなくなるため、中心領域と周辺領域との間の領域における望ましくない光の損失を抑制することができる。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の照明装置においては、前記周辺領域に形成された凹面は照明光軸を軸対称中心とする凹面であり、前記中心領域の平面形状は円形であることが好ましい。

このように構成することにより、前記中心領域と前記周辺領域とは段差無く接続されることになる。

（７）本発明のプロジェクタは、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の照明装置と、この照明装置からの照明光束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変調光を投写する投写レンズ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、光量損失を低減することができ、もって照明光束の利用効率を高めることができる優れた照明装置を備えているため、高輝度のプロジェクタとなる。

以下、本発明が適用された照明装置及びこれを備えた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、本発明が適用されたプロジェクタについて、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す平面図である。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方向（光源光軸方向）、ｘ方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）、ｙ方向（図１における紙面に直交する方向かつｚ軸に直交する方向）とする。

実施形態１に係るプロジェクタ１Ａは、図１に示すように、照明装置１００Ａと、色分離光学系２００と、リレー光学系３００と、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００とを備えている。各光学系の構成要素は、クロスダイクロイックプリズム５００を中心に略水平方向に配置されている。

照明装置１００Ａは、光源ランプ１１０と、平行化レンズ１４０Ａと、第１レンズアレイ１５０と、第２レンズアレイ１６０と、偏光変換素子１７０と、重畳レンズ１８０とを有している。光源ランプ１１０から射出された光束は、平行化レンズ１４０Ａで略平行化され、第１レンズアレイ１５０により複数の部分光束に分割される。そして、各部分光束は第２レンズアレイ１６０及び重畳レンズ１８０によって照明対象である３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの光入射面上で重畳される。
なお、照明装置１００Ａ（光源ランプ１１０、平行化レンズ１４０Ａ、第１レンズアレイ１５０及び第２レンズアレイ１６０）についての詳細は後述する。

色分離光学系２００は、照明装置１００Ａから射出される照明光束を、それぞれ異なる波長域の３色の照明光束に分離する機能を有している。第１ダイクロイックミラー２１０は、略青色の光束（以下「Ｂ光束」という。）を反射するとともに、略緑色の光束（以下「Ｇ光束」という。）及び略赤色の光束（以下「Ｒ光束」という。）を透過させる。第１ダイクロイックミラー２１０で反射されたＢ光束は、反射ミラー２３０でさらに反射され、フィールドレンズ２４０Ｂを透過してＢ用の液晶表示装置４００Ｂを照明する。

フィールドレンズ２４０Ｂは、照明装置１００Ａからの複数の部分光束がそれぞれ液晶表示装置４００Ｂを照明するように集光する。通常、各部分光束が、それぞれ略平行な光束となるように設定されている。他の液晶表示装置４００Ｇ，４００Ｒの前に配設されたフィールドレンズ２４０Ｇ，３５０も、フィールドレンズ２４０Ｂと同様に構成されている。

第１ダイクロイックミラー２１０を透過したＧ光束とＲ光束のうちＧ光束は、第２ダイクロイックミラー２２０によって反射され、フィールドレンズ２４０Ｇを透過してＧ用の液晶表示装置４００Ｇを照明する。一方、Ｒ光束は、第２ダイクロイックミラー２２０を透過し、リレー光学系３００を通過してＲ用の液晶表示装置４００Ｒを照明する。

リレー光学系３００は、入射側レンズ３１０、入射側反射ミラー３２０、リレーレンズ３３０、射出側反射ミラー３４０及びフィールドレンズ３５０を有している。色分離光学系２００から射出されたＲ光束は、入射側レンズ３１０によってリレーレンズ３３０の近傍で収束し、射出側反射ミラー３４０及びフィールドレンズ３５０に向かって発散する。フィールドレンズ３５０に入射する光束の大きさは、入射側レンズ３１０に入射する光束の大きさに略等しくなるように設定されている。

各色用の液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、それぞれの光入射面に入射した色光束を、それぞれに対応する画像信号に応じた光束に変換し、これら変換された光束を透過光束として射出する。液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの入射側には入射側偏光板９１８Ｒ，９１８Ｇ，９１８Ｂが、射出側には射出側偏光板９２０Ｒ，９２０Ｇ，９２０Ｂが、それぞれ配置されている。液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとしては透過型の液晶表示装置が用いられる。

クロスダイクロイックプリズム５００は、各色用の液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂから射出される各色の変換光束を合成する色合成光学系としての機能を有する。そして、Ｒ光束を反射するＲ光束反射ダイクロイック面５１０Ｒと、Ｂ光束を反射するＢ光束反射ダイクロイック面５１０Ｂとを有している。Ｒ光束反射ダイクロイック面５１０Ｒ及びＢ光束反射ダイクロイック面５１０Ｂは、Ｒ光束を反射する誘電体多層膜とＢ光束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色の変換光束が合成され、カラー画像を表示する光束が生成される。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束は投写光学系６００に向かって射出される。

投写光学系６００は、複数のレンズを有し、クロスダイクロイックプリズム５００からの合成光束を表示画像としてスクリーンなどの投写面上に投写表示するように構成されている。

次に、本発明が適用された照明装置について、図２を用いて説明する。
図２は、実施形態１に係る照明装置を説明するための図である。図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）はその要部を説明するための図である。図２（ｂ）は平行化レンズ（実線）及び第１レンズアレイ（破線）を示す図であり、図２（ｃ）は第２レンズアレイ上におけるアーク像を示す図である。
実施形態１に係る照明装置１００Ａは、図１及び図２（ａ）に示すように、光源ランプ１１０と、平行化レンズ１４０Ａと、第１レンズアレイ１５０と、第２レンズアレイ１６０と、偏光変換素子１７０と、重畳レンズ１８０とを備えている。

光源ランプ１１０は、発光管１２０、補助ミラー１２２及び楕円面リフレクタ１３０を有している。発光管１２０は、その発光中心が楕円面リフレクタ１３０の一方の焦点に配置されている。楕円面リフレクタ１３０は、被照明領域側に開口し、発光管１２０の発光部後方に配置されている。そして、発光管１２０からの光を反射して被照明領域側に射出するように構成されている。補助ミラー１２２は、発光管１２０の発光部よりも被照明領域側に配置された反射凹面体からなり、発光部からの光を楕円面リフレクタ１３０に反射して光利用効率を向上させる作用をしている。

平行化レンズ１４０Ａは、照明光軸１００Ａａｘと平行なレンズ光軸を有する凹レンズからなり、光源ランプ１１０の被照明領域側に配設されている。そして、楕円面リフレクタ１３０からの射出光を略平行化するように構成されている。
平行化レンズ１４０Ａは、回転双曲面からなる光入射面と、照明光軸１００Ａａｘを含む所定領域からなる中心領域１４２Ａ及びこの中心領域１４２Ａより周辺にある周辺領域１４４Ａに分割された光射出面とを有している。そして、中心領域１４２Ａには所定の曲率を有する凹面が形成され、周辺領域１４４Ａには中心領域１４２Ａの曲率よりも小さな曲率を有する凹面が形成されている。

第１レンズアレイ１５０は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ１５６を有し、光源ランプ１１０からの照明光束を複数の部分光束に分割するように構成されている。各小レンズ１５６は、ｚ方向に沿って見たときの外形形状が通常被照明領域の形状と略相似形となるように形成されている。

第２レンズアレイ１６０は、第１レンズアレイ１５０における複数の小レンズ１５６にそれぞれ対応する複数の小レンズ１６６を有している。小レンズ１６６は、第１レンズアレイ１５０の小レンズ１５６と同様にマトリクス状に配列されている。そして、第１レンズアレイ１５０の小レンズ１５６によるアーク像を重畳レンズ１８０とともに被照明領域上に重畳照明するように構成されている。

偏光変換素子１７０は、非偏光な光を３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂで利用可能な偏光方向を有する偏光光に揃える機能を有している。
第１レンズアレイ１５０、第２レンズアレイ１６０及び偏光変換素子１７０は、楕円面リフレクタ１３０からの射出光の採光効率を最も高くするような位置に配置されている。

さて、実施形態１に係る照明装置１００Ａにおいては、上述したように、平行化レンズ１４０Ａは、照明光軸１００Ａａｘを含む所定領域からなる中心領域１４２Ａ及びこの中心領域１４２Ａより周辺にある周辺領域１４４Ａに分割され、この中心領域１４２Ａには所定の曲率を有する凹面が形成され、周辺領域１４４Ａには中心領域１４２Ａの曲率よりも小さな曲率を有する凹面が形成されている。このため、中心領域１４２Ａに形成する凹面のレンズ特性及び周辺領域１４４Ａに形成する凹面のレンズ特性をそれぞれ最適なものとすることができる。
すなわち、中心領域１４２Ａに形成する凹面のレンズ特性は、照明光軸１００Ａａｘ付近の各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができる一方、周辺領域１４４Ａに形成する凹面のレンズ特性は、照明光軸１００Ａａｘから離れた周辺部における各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができるのである。

このため、実施形態１に係る照明装置１００Ａは、照明光軸１００Ａａｘ付近の各アーク像及び照明光軸１００Ａａｘから離れた周辺部の各アーク像をともに良好に分離しつつ、かつ、これらの各アーク像を第２レンズアレイ１６０における対応する各小レンズ１６６に収めることが可能となるため光量損失が低減し、もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装置となる。

実施形態１に係る照明装置１００Ａにおいては、中心領域１４２Ａと周辺領域１４４Ａとは段差無く接続されている。このため、平行化レンズ１４０Ａの表面における、中心領域１４２Ａと周辺領域１４４Ａとの間の領域における望ましくない光の損失を抑制することができる。

実施形態１に係る照明装置１００Ａにおいては、周辺領域１４４Ａに形成された凹面は照明光軸１００Ａａｘを軸対称中心とする凹面であり、中心領域１４２Ａの平面形状は円形である。このため、中心領域１４２Ａと周辺領域１４４Ａとは段差無く接続されることになる。

実施形態１に係る照明装置１００Ａの効果を、図３を用いて、さらに詳細に説明する。図３は、実施形態１の比較例に係る照明装置を説明するための図である。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は平行化レンズ（実線）及び第１レンズアレイ（破線）を示す図であり、図３（ｃ）は第２レンズアレイ上におけるアーク像を示す図である。

比較例に係る照明装置１００ａは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、従来の照明装置８００（図７参照）の場合と同様に、光入射面が回転双曲面であり光射出面が平面である平行化レンズ１４０を有している。このため、図３（ｃ）に示すように、第２レンズアレイ１６０上に形成されるアーク像が、本来、各小レンズ１６６内に収まるべきところが、照明光軸１００ａａｘ近傍に偏り、小レンズの周囲のセルにはみ出してしまっている。
なお、図３（ｃ）において、Ｍ１で示される領域は偏光変換素子１７０において偏光分離面が形成されている領域であり、Ｍ２で示される領域は偏光分離面が形成されていない領域である。

これに対して、実施形態１に係る照明装置１００Ａは、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、所定の曲率を有する凹面が形成された中心領域１４２Ａ及びこの中心領域１４２Ａの曲率よりも小さな曲率を有する凹面が形成された周辺領域１４４Ａに分割された平行化レンズ１４０Ａを有している。このため、中心領域１４２Ａに形成する凹面のレンズ特性を、照明光軸１００Ａａｘ付近の各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができる一方、周辺領域１４４Ａに形成す凹面のレンズ特性を、照明光軸１００Ａａｘから離れた周辺部における各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができるため、図２（ｃ）に示すように、第２レンズアレイ１６０上に形成されるアーク像が、良好に分離され、それぞれ対応する各小レンズ１６６内に収めることができるようになる。

なお、実施形態１に係る照明装置１００Ａにおいては、平行化レンズとして、中心領域１４２Ａに形成された凹面の曲率よりも小さな曲率を有する凹面が周辺領域１４４Ａに形成されている平行化レンズ１４０Ａを用いたが、これに代えて、周辺領域１４４Ａに平面が形成されている平行化レンズを用いることもでき、同様の効果を得ることができる。

［変形例１〜４］
図４は、実施形態１の変形例に係る照明装置を説明するための図である。図４（ａ）は変形例１に係る照明装置を説明するための図であり、図４（ｂ）は変形例２に係る照明装置を説明するための図であり、図４（ｃ）は変形例３に係る照明装置を説明するための図であり、図４（ｄ）は変形例４に係る照明装置を説明するための図である。

変形例１に係る照明装置は、図４（ａ）に示すように、第１レンズアレイとして、小レンズ１５６ａ_１が８行×６列に配列されたものを用いている。変形例２に係る照明装置は、図４（ｂ）に示すように、第１レンズアレイとして、小レンズ１５６ａ_２が７行×４列に配列されたものを用いている。変形例３に係る照明装置は、図４（ｃ）に示すように、第１レンズアレイとして、小レンズ１５６ａ_３が７行×５列に配列されたものを用いている。変形例４に係る照明装置は、図４（ｄ）に示すように、第１レンズアレイとして、小レンズ１５６ａ_４が６行×５列に配列されたものを用いている。

実験の結果、変形例１〜変形例４に係る照明装置のうちいずれの照明装置を用いた場合も、第２レンズアレイ１６０上に形成されるアーク像が、良好に分離され、それぞれ対応する各小レンズ１６６内に収めることができるようになることがわかった。すなわち、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、第１レンズアレイ１５０ａ_１〜１５０ａ_４の中央部に形成された複数の小レンズから射出される照明光束が通過する領域をほぼ覆うように中心領域１４２Ａが形成されている場合には、本発明の効果が得られるのである。

［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態２に係る照明装置を説明するための図である。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は平行化レンズを示す図であり、図５（ｃ）は第２レンズアレイ上におけるアーク像を示す図である。なお、図５において、図２と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
実施形態２に係る照明装置１００Ｂは、実施形態１に係る照明装置１００Ａの場合とは異なり、第１レンズアレイの光入射面を中心領域と周辺領域とに分割したものである。
すなわち、実施形態２に係る照明装置１００Ｂにおいては、第１レンズアレイ１５０Ｂは、複数の小レンズ１５６を有する光射出面と、照明光軸１００Ｂａｘを含む所定領域からなる中心領域１５２Ｂ及びこの中心領域１５２Ｂより周辺にある周辺領域１５４Ｂに分割された光入射面とを有し、中心領域１５２Ｂには所定の曲率を有する凹面が形成され、周辺領域１５４Ｂには中心領域１５２Ｂの曲率よりも小さな曲率を有する凹面が形成されている。

このように、実施形態２に係る照明装置１００Ｂは、中心領域及び周辺領域に分割する対象の光学要素が第１レンズアレイ１５０Ｂである点で、実施形態１に係る照明装置１００Ａとは異なっているが、第１レンズアレイ１５０Ｂの中心領域１５２Ｂには所定の曲率を有する凹面が形成され、周辺領域１５４Ｂには中心領域１５２Ｂの曲率よりも小さな曲率を有する凹面が形成されているため、中心領域１５２Ｂに形成する凹面のレンズ特性及び周辺領域１５４Ｂに形成する凹面のレンズ特性をそれぞれ最適なものとすることができる。
すなわち、中心領域１５２Ｂに形成する凹面のレンズ特性は、照明光軸１００Ｂａｘ付近の各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができる一方、周辺領域１５４Ｂに形成する凹面のレンズ特性は、照明光軸１００Ｂａｘから離れた周辺部における各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができるのである。

このため、実施形態２に係る照明装置１００Ｂは、照明光軸１００Ｂａｘ付近の各アーク像及び照明光軸１００Ｂａｘから離れた周辺部の各アーク像をともに良好に分離しつつ、かつ、これらの各アーク像を第２レンズアレイ１６０における対応する各小レンズ１６６に収めることが可能となるため光量損失が低減し、もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装置となる。

［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３に係る照明装置を説明するための図である。図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は平行化レンズを示す図であり、図６（ｃ）は第２レンズアレイ上におけるアーク像を示す図である。なお、図６において、図２と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
実施形態３に係る照明装置１００Ｃは、実施形態２に係る照明装置１００Ｂとよく似た構成を有しているが、第１レンズアレイの光入射面と光射出面との関係が逆になっている。
すなわち、実施形態３に係る照明装置１００Ｃにおいては、第１レンズアレイ１５０Ｃは、複数の小レンズ１５６を有する光入射面と、照明光軸１００Ｃａｘを含む所定領域からなる中心領域１５２Ｃ及びこの中心領域１５２Ｃより周辺にある周辺領域１５４Ｃに分割された光射出面とを有し、中心領域１５２Ｃには所定の曲率を有する凹面が形成され、周辺領域１５４Ｃには中心領域１５２Ｃに形成された凹面の曲率よりも小さな曲率を有する凹面が形成されている。

このように、実施形態３に係る照明装置１００Ｃは、第１レンズアレイの光入射面と光射出面との関係が実施形態２に係る照明装置１００Ｂとは異なっているが、第１レンズアレイ１５０Ｃの中心領域１５２Ｃには所定の曲率を有する凹面が形成され、周辺領域１５４Ｃには中心領域１５２Ｃの曲率よりも小さな曲率を有する凹面が形成されているため、実施形態２に係る照明装置１００Ｂの場合と同様に、中心領域１５２Ｃに形成する凹面のレンズ特性及び周辺領域１５４Ｃに形成する凹面のレンズ特性をそれぞれ最適なものとすることができる。
すなわち、中心領域１５２Ｃに形成する凹面のレンズ特性は、照明光軸１００Ｃａｘ付近の各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができる一方、周辺領域１５４Ｃに形成する凹面のレンズ特性は、照明光軸１００Ｃａｘから離れた周辺部における各アーク像が良好に分離されて第２レンズアレイ１６０の対応する各小レンズ１６６に収まるように定めることができるのである。

このため、実施形態３に係る照明装置１００Ｃは、照明光軸１００Ｃａｘ付近の各アーク像及び照明光軸１００Ｃａｘから離れた周辺部の各アーク像をともに良好に分離しつつ、かつ、これらの各アーク像を第２レンズアレイ１６０における対応する各小レンズ１６６に収めることが可能となるため光量損失が低減し、もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装置となる。

また、上記した各実施形態においては、透過型のプロジェクタに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、反射型のプロジェクタにも同様に適用することができる。
また、上記した各実施形態においては、カラー画像を表示するプロジェクタを例に説明したが、本発明はこれに限定されず、モノクロ画像を表示するプロジェクタに適用することができる。

また、上記した各実施形態においては、３枚の液晶パネルを用いたいわゆる３板方式のプロジェクタに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、液晶パネルを２枚又は４枚用いた２板方式又は４板方式のプロジェクタにも適用することができる。
さらにまた、上記した各実施形態においては、電気光学変調装置として液晶表示装置を用いた場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、マイクロミラーを用いた電気光学変調装置を用いることもできる。

本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す平面図。 実施形態１に係る照明装置を説明するための図。 実施形態１の比較例に係る照明装置を説明するための図。 実施形態１の変形例に係る照明装置を説明するための図 実施形態２に係る照明装置を説明するための図。 実施形態３に係る照明装置を説明するための図。 従来の照明装置を示す平面図。 第１レンズアレイを示す正面図。 リフレクタによってその反射光の光源光軸回りの角度が相異することを説明するために示す平面図。 従来の照明装置における光線の軌跡を示す平面図。 第２レンズアレイ上のアーク像を示す正面図。 従来の別の照明装置を示す平面図。

符号の説明

１Ａ…プロジェクタ、１００Ａ，１００ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，８００，９００…照明装置、１００Ａａｘ，１００ａａｘ，１００Ｂａｘ，１００Ｃａｘ…照明光軸、１１０…光源ランプ、１２０…発光管、１２２…補助ミラー、１３０…楕円面リフレクタ、１４０，１４０Ａ，１４０ａ_１，１４０ａ_２，１４０ａ_３，１４０ａ_４，９４０…平行化レンズ、１４２Ａ，１４２ａ_１，１４２ａ_２，１４２ａ_３，１４２ａ_４，１５２Ｂ，１５２Ｃ…中心領域、１４４Ａ，１４４ａ_１，１４４ａ_２，１４４ａ_３，１４４ａ_４，１５４Ｂ，１５４Ｃ…周辺領域、１５０，１５０ａ_１，１５０ａ_２，１５０ａ_３，１５０ａ_４，１５０Ｂ，１５０Ｃ…第１レンズアレイ、１５６，１５６ａ_１，１５６ａ_２，１５６ａ_３，１５６ａ_４…小レンズ、１６０…第２レンズアレイ、１６６…小レンズ、１７０…偏光変換素子、１８０…重畳レンズ、２００…色分離光学系、３００…リレー光学系、４００Ｒ…赤用の液晶表示装置、４００Ｇ…緑用の液晶表示装置、４００Ｂ…青用の液晶表示装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、Ｍ１…偏光変換素子において偏光分離面が形成されている領域、Ｍ２…偏光変換素子において偏光分離面が形成されていない領域

Claims (6)

1. 発光管と、この発光管からの光を反射して照明光束として射出する楕円面リフレクタと、この楕円面リフレクタからの照明光束を略平行化する平行化レンズと、この平行化レンズによって略平行化された照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイと、この第２レンズアレイからの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備えた照明装置において、
   前記第１レンズアレイは、複数の小レンズを有する光射出面と、照明光軸を含む所定領域からなる中心領域及びこの中心領域より周辺にある周辺領域に分割された光入射面とを有し、
   前記中心領域には所定の曲率を有する凹面が形成され、前記周辺領域には前記中心領域の曲率よりも小さな曲率を有する凹面又は平面が形成されていることを特徴とする照明装置。
2. 発光管と、この発光管からの光を反射して照明光束として射出する楕円面リフレクタと、この楕円面リフレクタからの照明光束を略平行化する平行化レンズと、この平行化レンズによって略平行化された照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイと、この第２レンズアレイからの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備えた照明装置において、
   前記第１レンズアレイは、複数の小レンズを有する光入射面と、照明光軸を含む所定領域からなる中心領域及びこの中心領域より周辺にある周辺領域に分割された光射出面とを有し、
   前記中心領域には所定の曲率を有する凹面が形成され、前記周辺領域には前記中心領域の曲率よりも小さな曲率を有する凹面又は平面が形成されていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または２に記載の照明装置において、
   前記中心領域は、前記第１レンズアレイの中央部に形成された複数の小レンズを通過する照明光束が通過する領域をほぼ覆うように設定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、
   前記中心領域と前記周辺領域とは段差無く接続されていることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置において、
   前記周辺領域に形成された凹面は照明光軸を軸対称中心とする凹面であり、前記中心領域の平面形状は円形であることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置と、この照明装置からの照明光束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変調光を投写する投写レンズとを備えたことを特徴とするプロジェクタ。