JP2001075173A - 照明光学系及び投写型ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの光をコリメートさせずに、被照射
面を均一に照明し得るコンパクトな照明光学系を提供す
る。 【解決手段】 インコヒーレント光源１１の出射光を、
凹面鏡アレイからなり第１のレンズアレイとしての反射
板１２と、第２のレンズアレイ１３と、コンデンサレン
ズ１４とを用いて被照射面１５を照射させることで、光
源１１からの光をコリメートすることなく、被照射面１
５を均一に照明できるコンパクトな照明光学系となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被照明面を均一に
照明するための照明光学系及びこれを用いた液晶プロジ
ェクタ等の投写型ディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のプロジェクタないしはそ
の照明光学系として各種提案がなされている。その一例
として、２組のレンズアレイを組合わせたいわゆるイン
テグレータ光学系を用いたものが、特開平３−１１１８
０６号公報等により提案されている。

【０００３】ここで、インテグレータ光学系を用いた代
表的なプロジェクタの照明光学系の構成例を図１１を参
照して説明する。図示例では、放物面鏡構造のリフレク
タ１付きのランプ２と、インテグレータ３とが用いられ
ている。インテグレータ３にはフライアイレンズが用い
られることが多い。第１のフライアイレンズ４は画像形
成素子（例えば液晶バルブ５）のアスペクト比にほぼ同
じ比率の形状のレンズ４ａ，４ｂ，４ｃがアレイ状に配
列しており、各アレイの焦点位置に第２のフライアイレ
ンズ６の対応するアレイが配置されている。リフレクタ
１からの反射光は第１のフライアイレンズ４の各アレイ
でその光強度分布が分割されて対応する第２のフライア
イレンズ６の各アレイに集光される。即ち、第２のフラ
イアイレンズ６の各アレイに光源の像が形成される。第
２のフライアイレンズ６からの各光線はコンデンサレン
ズ７を介して液晶バルブ５を照射し、各アレイからの照
射光が合わさるため、ランプ２からの光強度分布が平均
化され、均一照明することができる。図１１では紙面の
上下方向に３分割されたフライアイレンズ４，６として
いるが分割数が多い方が画像形成素子を均一照明しやす
くなる。反面、分割数が多すぎると液晶バルブ５での全
照度は小さくなる。

【０００４】ランプ２には水銀灯やメタルハライドラン
プなどが用いられる。紫外光や赤外光は不要なため、照
明光学系には紫外光や赤外光をカットするフィルタが用
いられる。リフレクタ１のウインドウ１ａに紫外線を反
射させるコーティングを施したり、照明光学系の中で熱
線ＩＲをカットするためにＩＲフィルタ８が使用され
る。図１１では可視光を透過させるタイプであるが、可
視光を反射させ、熱線ＩＲを透過させるタイプでもよ
い。また、ＩＲフィルタ８の配置は液晶バルブ５までの
途中であれば特に場所は限定されない。

【０００５】このようなインテグレータ光学系を利用す
ることにより、例えば、液晶バルブ５のような矩形状の
被照射面を均一に照明することができる。

【０００６】この他、光利用効率を上げるためにアレイ
状の偏光変換素子を用いる提案例として、例えば、特開
平７−２９４０６号公報、特開平８−３０４７３９号公
報等がある。また、インテグレータ光学系における２組
のレンズアレイの少なくとも一方を反射型レンズアレイ
により構成してなるものが特開平１１−５２２８９号公
報により提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、インテグレ
ータ光学系を用いるこれらの従来例にあっては、光源か
らの光をコリメートさせて第１のレンズアレイに入射さ
せる構成としているため、照明光学系、特に光源周りの
コンパクト化の点においてまだ不十分である。

【０００８】そこで、本発明は、光源からの光をコリメ
ートさせずに、被照射面を均一に照明し得るコンパクト
な照明光学系を提供することを目的とする。

【０００９】加えて、光源からの放射光の利用効率を高
め得る照明光学系を提供することを目的とする。

【００１０】また、光源からの光の光利用効率を高め得
る照明光学系を提供することを目的とする。

【００１１】さらには、照明光学系のコンパクトな投写
型ディスプレイを提供することを目的とする。

【００１２】加えて、光源からの熱線をカットし得る投
写型ディスプレイを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
インコヒーレント光源と、このインコヒーレント光源か
らの出射光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイ
と、この第１のレンズアレイの略焦点面に配置される第
２のレンズアレイと、コンデンサレンズとを備え、被照
射面を照明する照明光学系において、前記第１のレンズ
アレイが凹面鏡アレイからなる反射板である。ここに、
インコヒーレント光源とは、例えば、水銀灯のように時
間的にも空間的にもコヒーレンス性の低い光源を意味す
る。

【００１４】従って、インコヒーレント光源の出射光を
凹面鏡アレイからなる反射板と第２のレンズアレイとコ
ンデンサレンズとを用いて被照射面に照射させること
で、光源からの光をコリメートすることなく、被照射面
を均一に照明し得るコンパクトな照明光学系を提供でき
る。

【００１５】請求項２記載の発明は、球面リフレクタ付
きランプと、この球面リフレクタ付きランプからの出射
光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、この
第１のレンズアレイの略焦点面に配置される第２のレン
ズアレイと、コンデンサレンズとを備え、被照射面を照
明する照明光学系において、前記第１のレンズアレイが
凹面鏡アレイからなる反射板である。

【００１６】従って、請求項１記載の発明と同様である
が、特に、光源に球面リフレクタ付きランプを用いるこ
とによりランプからの放射光の利用効率を高めることが
できる。

【００１７】請求項３記載の発明は、回転楕円体リフレ
クタ付きランプと、この回転楕円体リフレクタ付きラン
プからの出射光を複数の光束に分割する第１のレンズア
レイと、この第１のレンズアレイの略焦点面に配置され
る第２のレンズアレイと、コンデンサレンズとを備え、
被照射面を照明する照明光学系において、前記第１のレ
ンズアレイが凹面鏡アレイからなる反射板である。

【００１８】従って、請求項１記載の発明と同様である
が、特に、光源に回転楕円体リフレクタ付きランプを用
いることによりそのランプハウス部分を小さくすること
ができ、赤外線をカットさせるウインドウも取り付けや
すくて一層のコンパクト化を図れる。

【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の照明光学系において、前記凹面鏡アレイからな
る前記反射板の各々の凹面鏡の形状が各々異なる回転楕
円体の一部をなし、各々の回転楕円体の第１焦点がラン
プの発光点近傍であり、第２焦点が前記第２のレンズア
レイの対応するアレイ位置である。

【００２０】従って、光源からのコリメートされていな
い光を、回転楕円体の一部から構成される凹面鏡アレイ
の反射板で反射させ、第２のレンズアレイとコンデンサ
レンズとによって被照射面を照明するため、コンパクト
な照明光学系を実現できる。

【００２１】請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
の何れか一に記載の照明光学系において、前記第２のレ
ンズアレイの後段に、偏光ビームスプリッタと反射板と
を交互に配置し前記偏光ビームスプリッタで分離された
一方の偏光成分の光束側に１／２波長板を配置させてな
る偏光変換素子と、前記コンデンサレンズとが設置され
ている。

【００２２】従って、光源側からのランダム偏光を偏光
変換素子によって特定の方向の偏光成分に変換させるた
め、被照射面を偏光状態を揃えて均一に照明するコンパ
クトな照明光学系を実現できる。

【００２３】請求項６記載の発明の投写型ディスプレイ
装置は、請求項１ないし５の何れか一に記載の照明光学
系と、前記照明光学系の被照射面位置に配設される画像
形成素子と、この画像形成素子の像をスクリーン上に投
写する投写レンズとを備える。

【００２４】従って、見掛け上、インテグレータ光学系
における第１のフライアイレンズを省略することがで
き、かつ、光源の出射光をコリメートすることなく液晶
バルブ等の画像形成素子に均一に照射できる照明光学系
のコンパクトな投写型ディスプレイを実現できる。

【００２５】請求項７記載の発明は、請求項６記載の投
写型ディスプレイ装置において、前記照明光学系におけ
る凹面鏡アレイからなる反射板は、可視光域の光を反射
させ、赤外光を透過させるコーティングが施されてい
る。

【００２６】従って、請求項６記載の発明に加えて、光
源からの熱線をカットする照明光学系のコンパクトな投
写型ディスプレイを実現できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１記載の
発明の照明光学系に相当し、概略的には、インコヒーレ
ント光源１１と反射板１２とレンズアレイ（第２のレン
ズアレイ）１３とコンデンサレンズ１４とにより構成さ
れている。反射板１２は複数、例えば、４つの凹面鏡１
２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによる凹面鏡アレイから
なり、インテグレータ光学系における第１のレンズアレ
イとして機能するもので、インコヒーレント光源１１か
らの出射光を複数の光束に分割する。もっとも、反射板
１２を構成する凹面鏡の数は図示例の４つに限られず、
このアレイ数は本発明の効果に直接影響を及ぼさない。
ただし、レンズアレイ１３のアレイ数と凹面鏡のアレイ
の数は一致する。インコヒーレント光源１１としては水
銀灯のような時間的にも空間的にもコヒーレンス性の低
い光源を意味する。インコヒーレント光源１１からの発
散光のうち反射板１２に照射された光は凹面鏡１２ａ，
１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの効果によって進行方向が変わ
り、放射角度が変化する。例えば、凹面鏡１２ａで反射
された光は所定の凹面鏡の形状をとることによって対応
するレンズアレイ１３のアレイ１３ａに集光させること
ができる。集光部分には光源の像が形成される。アレイ
１３ａからの透過光はコンデンサレンズ１４によって被
照射面１５を照らす。同様に、凹面鏡１２ｂ，１２ｃ，
１２ｄで反射される光も、対応するレンズアレイ１３
ｂ，１３ｃ，１３ｄとコンデンサレンズ１４とを経て照
射面１５を照らすことになる。

【００２８】光源１１からの発散光の強度が光軸中心で
最も大きく、光軸から外れる角度が大きいほど強度が小
さくなっている場合が多い。反射板１２の各アレイで発
散光を複数の光束に分割し、レンズアレイ１３とコンデ
ンサレンズ１４によって被照射面１５に光が足し合わさ
るため、被照射面１５において光強度が均一化する。ア
レイの数が多いほど被照射面１５での強度の均一性は向
上するが、アレイ数が多すぎると暗くなる。

【００２９】本発明の第二の実施の形態を図２に基づい
て説明する。図１で示した部分と同一部分は同一符号を
用いて示す（以降の各実施の形態でも順次同様とす
る）。本実施の形態は、請求項２記載の発明の照明光学
系に相当し、概略的には、球面リフレクタ２２付きのラ
ンプ２１と、反射板１２とレンズアレイ１３とコンデン
サレンズ１４とにより構成されている。水銀灯やアーク
ランプなどのランプ２１では電極の軸に対して垂直な面
内で３６０度にわたり光が出射される。このため、反射
板１２とは反対側に球面リフレクタ２２を配置させるこ
とによって、反射板１２と反対方向に放射されていた光
がランプ発光点近傍に折り返され、反射板１２に向か
う。反射板１２は複数の凹面鏡で構成される。本実施の
形態では反射板１２は４つの凹面鏡１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１２ｄからなるが、この数は特に制限されない。
つまりアレイの数は本発明の効果に直接影響を及ぼさな
い。ただし、レンズアレイ１３のアレイ数と凹面鏡のア
レイの数は一致する。ランプ２１からの発散光のうち反
射板１２に照射された光は凹面鏡１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄの効果によって進行方向が変わり、放射角度
が変化する。例えば、凹面鏡１２ａで反射された光は所
定の凹面鏡の形状をとることによって対応するレンズア
レイ１３のアレイ１３ａに集光させることができる。集
光部分には光源の像が形成される。アレイ１３ａからの
透過光はコンデンサレンズ１４によって被照射面１５を
照らす。同様に、凹面鏡１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで反射
される光も、対応するレンズアレイ１３ｂ，１３ｃ，１
３ｄとコンデンサレンズ１４とを経て被照射面１５を照
らすことになる。

【００３０】本実施の形態では、球面リフレクタ２２を
用いているため、ランプ２１からの光の光利用効率が高
まり、明るい照明光学系を実現できる。

【００３１】本発明の第三の実施の形態を図３及び図４
に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項４記載の
発明の照明光学系に相当し、概略的には、球面リフレク
タ２２付きのランプ２１と、反射板３２とレンズアレイ
１３とコンデンサレンズ１４とにより構成されている。
反射板３２は凹面鏡３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに
より構成されている。各々の凹面鏡３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄはその第１焦点４１がランプ２１の発光点
近傍である回転楕円体形状とされている。また、凹面鏡
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの第２焦点は各々対応
するレンズアレイ面近傍である。反射板３２の説明のた
め、図４を参照すると、本実施の形態では、凹面鏡３２
ａは回転楕円体４２ａの一部であり、この回転楕円体４
２ａは第１焦点が４１の位置で、第２焦点が４３ａであ
る。同様にして、凹面鏡３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは各々
回転楕円体４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの一部であり、これ
らの回転楕円体４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの第１焦点は何
れも４１の位置である。また、第２焦点は４３ｂ，４３
ｃ，４３ｄに位置するように設定される。各々の第２焦
点４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは一つの平面上近傍
に並ぶため、図３に示すように、レンズアレイ１３を第
２焦点位置の面におき、この後、コンデンサレンズ１４
を配置することによって、いわゆるインテグレータの機
能を有することになる。

【００３２】本実施の形態では、アレイ数は４個として
いるが、このアレイ数は本発明の効果に直接的に影響を
与えない。ただし、反射板３２の凹面鏡アレイの数とレ
ンズアレイ１３のアレイ数は一致させる。反射板３２に
照射される球面リフレクタ２２付きのランプ２１からの
照明光は均一ではなく、場所によって光強度の異なる分
布を持つ。凹面鏡３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで光
を複数の光束に分割し、レンズアレイ１３とコンデンサ
レンズ１４とによって被照射面１５に光が足し合わさる
ため、被照射面１５において光強度が均一化する。アレ
イの数が多いほど被照射面１５での強度の均一性は向上
するが、アレイ数が多すぎると暗くなる。

【００３３】本実施の形態によれば、ランプ２１からの
光をコリメートすることなく、被照射面１５を均一に照
明できるコンパクトな照明光学系が実現される。

【００３４】本発明の第四の実施の形態を図５に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項３記載の発明の照
明光学系に相当し、概略的には、回転楕円体の形状を持
つリフレクタ５２の第１焦点にランプ５１が配置されて
いる。第２焦点で一度ランプ５１の像を形成した後、発
散光としてウインドウ５２ａから放射される。ウインド
ウ５２ａには、通常、紫外光を反射させるコーティング
を施す。発散光路中に反射板３２があり、その後、レン
ズアレイ１３、コンデンサレンズ１４が配設されてい
る。

【００３５】反射板３２は、第二の実施の形態で説明し
た凹面鏡アレイ、又は、第三の実施の形態に示した回転
楕円体４２の一部の形状を有する凹面鏡アレイである。
反射板３２からコンデンサレンズ１４までの動作は第
二、三の実施の形態の場合と同じであるので、その説明
は省略する。

【００３６】本実施の形態によれば、ランプ５１のリフ
レクタ５２として回転楕円体を使用することによって、
球面リフレクタ２２より薄くすることができ、また、紫
外光をランプハウス５３（リフレクタ５２とウインドウ
５２ａで囲まれる部分）内に閉じこめるためウインドウ
５２ａを設ける場合であっても、球面リフレクタ２２の
場合より体積を小さくすることができる。このため、一
層コンパクトな照明光学系が実現できる。

【００３７】本発明の第五の実施の形態を図６に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項５記載の発明の照
明光学系に相当し、概略的には、球面リフレクタ２２付
きランプ２１と反射板３２とレンズアレイ１３と偏光変
換素子６１とコンデンサレンズ１４とにより構成され
る。即ち、第二又は第三の実施の形態で示した照明光学
系の構成において、レンズアレイ１３とコンデンサレン
ズ１４との間に偏光変換素子６１を介在させた構成とさ
れている。つまり、反射板３２は、第二の実施の形態に
示した凹面鏡アレイ又は第三の実施の形態に示した回転
楕円体４２の一部の形状を有する凹面鏡アレイである。
ランプ２１からの出射光及び球面リフレクタ２２からの
反射光は反射板３２に照射される。反射板３２の各々の
凹面鏡アレイによって分割された光束は、各々集束しな
がらレンズアレイ１３の対応するアレイ１３ａ〜１３ｄ
にランプ２１の像を形成させる。レンズアレイ１３の各
アレイ１３ａ〜１３ｄからの出射光はランプ２１からの
出射光と同じく偏光面がランダムであり、いわゆる無偏
光状態である。

【００３８】偏光変換素子６１は偏光ビームスプリッタ
６１ａ部分と反射板６１ｂ部分と１／２波長板６１ｃと
がアレイ状に配列された光学素子である。レンズアレイ
１３からの無偏光状態の光のうち、偏光ビームスプリッ
タ６１ａの入射面（図６の紙面に平行な面）に平行な偏
光（ｐ偏光）は偏光ビームスプリッタ６１ａの膜を透過
する。一方、入射面に垂直な偏光（ｓ偏光）は反射さ
れ、反射板６１ｂでさらに進行方向を曲げられる。偏光
ビームスプリッタ６１ａの膜を透過したｐ偏光は１／２
波長板６１ｃによって偏光方向が変化される。１／２波
長板６１ｃの光軸をｐ偏光に対して４５°（若しくは−
４５°）傾けて配置することによって、ｐ偏光からｓ偏
光に変化する。このため、偏光ビームスプリッタ６１ａ
で２分された光はアレイ状の偏光変換素子６１を透過し
たときにはｓ偏光に統一される。このように偏光方向が
揃った光がコンデンサレンズ１４を介して被照射面１５
に照射される。インテグレータ光学系を利用した被照射
面１５の照度均一化は第二の実施の形態に示した通りで
同様であるため説明を省略する。

【００３９】本実施の形態によれば、偏光成分の揃った
光を照度を均一化させて被照射面１５に照射することが
できる。

【００４０】なお、本実施の形態は、第二又は第三の実
施の形態の照明光学系に対して偏光変換素子６１を付加
した構成として説明したが、例えば、図７に示すよう
に、第四の実施の形態に示した照明光学系に対して偏光
変換素子６１を付加した構成としてもよい。この場合
も、第四の実施の形態の照明光学系による効果に加え
て、紫外線がカットされた可視光が偏光状態の揃った光
として被照射面１５に均一に照射される照明光学系が実
現される。

【００４１】本発明の第六の実施の形態を図８に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項６記載の発明の投
写型プロジェクタ装置に相当し、概略的には、球面リフ
レクタ２２付きランプ２１、反射板３２、フライアイレ
ンズ１３、コンデンサレンズ１４、ダイクロイックミラ
ー８１ｂ，８１ｇ、ミラー８２ｂ，８２ｒ、画像形成素
子１５ｒ，１５ｇ，１５ｂ、ダイクロイックプリズム８
３、投写レンズ８４、リレーレンズ８５により構成され
ている。

【００４２】リフレクタ２２とフライアイレンズ１３の
アレイの数は一致させるが、アレイの数は、特に本発明
の効果に影響を与えないため限定されない。反射板３２
は、第二の実施の形態で説明した凹面鏡アレイ又は第三
の実施の形態で説明した回転楕円体４２の一部の形状を
有する凹面鏡アレイである。２枚のリレーレンズ８５
は、画像形成素子１５ｒへの光路長が他の２つの光路長
に比べ長くなることで照度が異なるのを補正するために
用いられるが、本発明の効果に直接影響を与えるもので
はない。また、本実施の形態例では、球面リフレクタ２
２としているが、回転楕円体形状のリフレクタ５２を用
いても良い。

【００４３】ダイクロイックミラー８１ｂは可視光のう
ち青色の波長域の光を反射させ、残りの緑から赤色の波
長域の光を透過させる。ダイクロイックミラー８１ｇは
緑の波長域の光を反射させ、赤の波長域の光を透過させ
る。ミラー８２ｂは青の波長域を効率よく反射させる。
ミラー８２ｒは赤の波長域の光を効率よく反射させる。
ミラー８２ｂ，８２ｒは各々特定の波長域の光を高反射
させ、それ以外の光の反射率は低いことが望ましい。

【００４４】画像形成素子１５ｒ，１５ｇ，１５ｂは
赤、緑、青に色分解された光を各々空間的に変調を与え
るものである。例えば、透過型の液晶素子によって実現
できる。偏光板と液晶素子で直線偏光の偏光軸を変化さ
せずに、若しくは位相差を与えて楕円偏光に、特に１／
２波長の位相を与えて偏光軸を９０°回してダイクロイ
ックプリズム８３に入射させることで空間的に変調する
ことが可能となる。ダイクロイック膜８３ｂ，８３ｒ
は、表１又は表２に示すような特性にする。表１におい
て「反射」とは理想的には１００％の反射率を表すが、
９０％以上が現実的である。同じく、「反射」とは反射
率が９０％以上が現実的である。何れも、１００％に近
いほどコントラスト比を大きくすることができる。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】表１の場合には明表示の場合には、ＲＧＢ
用の液晶素子が何れも図８で紙面に垂直な偏光でダイク
ロイックプリズム８３に入射させることになる。一方、
表２の膜設計の場合では、緑色光を明るくするときには
図８の紙面に平行な偏光をダイクロイックプリズムに入
射させる。

【００４８】ここに、画像形成素子として反射型液晶素
子を用いてもよい。この場合、偏光ビームスプリッタと
片道で１／４波長（λ／４）の位相差を与える反射型液
晶素子で構成する。この構成では、偏光ビームスプリッ
タから出射される光はすでに光強度変調されていて、偏
光ビームスプリッタに対してｓ偏光のみとなる。また、
ダイクロイックプリズム８３のダイクロイック膜８３
ｂ，８３ｒの特性は、表３又は表４に示すような特性に
する。表３の場合、３つの偏光ビームスプリッタの入射
面は図８の紙面内に平行とする配置をとる。表４の場合
には、緑用の偏光ビームスプリッタだけを入射面が図８
の紙面に垂直となる配置とする。

【００４９】

【表３】

【００５０】

【表４】

【００５１】以上のような構成によって、見掛け上、イ
ンテグレータ光学系における第１のフライアイレンズを
省略することができ、照明光学系が小型となる投写型デ
ィスプレイが実現する。

【００５２】本発明の第七の実施の形態を図９に基づい
て説明する。本実施の形態も、請求項６記載の発明の投
写型プロジェクタ装置に相当し、概略的には、回転楕円
体リフレクタ５２付きランプ５１、反射板３２、フライ
アイレンズ１３、偏光変換素子６１、コンデンサレンズ
１４、ダイクロイックミラー８１ｂ，８１ｇ、ミラー８
２ｂ，８２ｒ、画像形成素子１５ｒ，１５ｇ，１５ｂ、
ダイクロイックプリズム８３、投写レンズ８４及びリレ
ーレンズ８５により構成されている。本発明の効果に直
接影響しないが、リフレクタ５２には可視光を透過さ
せ、紫外線を反射させるコーティングを施したウインド
ウ５２ａを用いることが望ましい。

【００５３】反射板３２とフライアイレンズ１３のアレ
イの数は一致させるが、アレイの数は、特に本発明の効
果に影響を与えないため限定されない。偏光変換素子６
１としては、第五の実施の形態で説明したように、偏光
ビームスプリッタ６１ａと反射板６１ｂと１／２波長板
６１ｃをアレイ状することによって実現する。偏光ビー
ムスプリッタ６１ａからの透過光（ｐ偏光）は１／２波
長板６１ｃでｓ偏光となる。偏光ビームスプリッタ６１
ａからの反射光（ｓ偏光）は反射板６１ｂで反射され
る。このためｓ偏光の光に変換されコンデンサレンズ３
５で画像形成素子１５ｒ，１５ｇ，１５ｂに向かって光
路が絞られる。

【００５４】ダイクロイックミラー８１ｂ，８１ｇ、ミ
ラー８２ｂ，８２ｒは第六の実施の形態の場合と同じで
ある。コントラスト比の向上のためにはこれらのミラー
８１ｂ，８１ｇ，８２ｂ，８２ｒは所定の波長域のｓ偏
光のみを反射させることが望ましい。

【００５５】画像形成素子１５ｒ，１５ｇ，１５ｂとし
ては、例えば液晶素子を用いることができる。透過型液
晶素子を用いる場合、すでに偏光はｓ偏光（図９で紙面
に垂直方向）で揃っているため、偏光板は無くても良
い。液晶素子によって、ｓ偏光そのままで透過させる
か、位相差を与えて楕円偏光若しくはｐ偏光にする。こ
のときのダイクロイックプリズム８３のダイクロイック
膜８３ｂ，８３ｒの仕様は、表５に示すようにする。ダ
イクロイック膜８３ｂ，８３ｒが偏光板の働きを兼ねる
ため、偏光板若しくは偏光ビームスプリッタを画像形成
素子に使う必要が無くなる。

【００５６】

【表５】

【００５７】透過型液晶素子（１５ｒ，１５ｇ，１５
ｂ）とダイクロイックプリズム８３との間に偏光ビーム
スプリッタ（図示せず）を設ければ、ダイクロイック膜
（８３ｂ，８３ｒ）に対してｓ偏光成分のみを入射させ
ることができる。偏光ビームスプリッタ膜８３ｂ，８３
ｒの入射面を図９の紙面に垂直となる配置にする。この
ときダイクロイック膜８３ｂ，８３ｒは表３に示したよ
うな特性にする。また、表４に示したような特性のダイ
クロイック膜８３ｂ，８３ｒを使うときには、緑色用の
偏光ビームスプリッタの配置だけを、その入射面が紙面
に平行となるように配置させる。

【００５８】このような構成によって、見掛け上、イン
テグレータ光学系における第１のフライアイレンズを省
略することができ、照明光学系を小型にした投写型ディ
スプレイとなる。さらに偏光変換素子６１を用いること
によって画像形成素子部に単一の偏光成分を用いること
ができ、照明効率が上がり、明るくなる。

【００５９】本発明の第八の実施の形態を図１０に基づ
いて説明する。本実施の形態は、請求項７記載の発明の
投写型プロジェクタ装置に相当し、概略的には、図９に
示した構成における反射板３２に代えて反射板３２ｒが
用いられている。この反射板３２ｒは形状的には、反射
板３２と同じく凹面鏡アレイ又は回転楕円体の一部で構
成されるが、反射板３２と異なり可視光を反射させ赤外
光（熱線）を透過させるコーティングが施されている。

【００６０】従って、本実施の形態の投写型プロジェク
タ装置によれば、反射板３２ｒのコーティングによっ
て、ランプ５１からの出射光に含まれる赤外光がフライ
アイレンズ１３から後の光学素子に達しないため、光学
素子の熱発生による劣化を防ぐことができる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、インコヒ
ーレント光源の出射光を凹面鏡アレイからなり第1のレ
ンズアレイとしての反射鏡と第２のレンズアレイとコン
デンサレンズとを用いて被照射面を照射させることで、
光源からの光をコリメートすることなく、被照射面を均
一に照明し得るコンパクトな照明光学系を提供すること
ができる。

【００６２】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様な効果が得られるが、特に、光源に球面
リフレクタ付きランプを用いることによりランプからの
放射光の利用効率を高めることができる。

【００６３】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様な効果が得られるが、特に、光源に回転
楕円体リフレクタ付きランプを用いることによりそのラ
ンプハウス部分を小さくすることができ、赤外線をカッ
トさせるウインドウも取り付けやすくて一層のコンパク
ト化を図ることができる。

【００６４】請求項４記載の発明によれば、光源からの
コリメートされていない光を、回転楕円体の一部から構
成される凹面鏡アレイの反射板で反射させ、第２のレン
ズアレイとコンデンサレンズとによって被照射面を照明
するため、コンパクトな照明光学系を実現することがで
きる。

【００６５】請求項５記載の発明によれば、光源側から
のランダム偏光を偏光変換素子によって特定の方向の偏
光成分に変換させるため、被照射面に偏光状態を揃えて
均一に照射するコンパクトな照明光学系を実現すること
ができる。

【００６６】請求項６記載の発明の投写型ディスプレイ
装置によれば、見掛け上、インテグレータ光学系におけ
る第１のフライアイレンズを省略することができ、か
つ、光源の出射光をコリメートすることなく液晶バルブ
等の画像形成素子に均一に照射できる照明光学系のコン
パクトな投写型ディスプレイを実現することができる。

【００６７】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載の発明に加えて、光源からの熱線をカットする照明光
学系のコンパクトな投写型ディスプレイを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を示す照明光学系の
構成図である。

【図２】本発明の第二の実施の形態を示す照明光学系の
構成図である。

【図３】本発明の第三の実施の形態を示す照明光学系の
構成図である。

【図４】その反射板構成を拡大して示す側面図である。

【図５】本発明の第四の実施の形態を示す照明光学系の
構成図である。

【図６】本発明の第五の実施の形態を示す照明光学系の
構成図である。

【図７】その変形例を示す照明光学系の構成図である。

【図８】本発明の第六の実施の形態を示す投写型ディス
プレイ装置の構成図である。

【図９】本発明の第七の実施の形態を示す投写型ディス
プレイ装置の構成図である。

【図１０】本発明の第八の実施の形態を示す投写型ディ
スプレイ装置の構成図である。

【図１１】インテグレータ光学系を用いた従来例を示す
照明光学系の構成図である。

【符号の説明】

１１ インコヒーレント光源 １２ 反射板＝第１のレンズアレイ １２ａ〜１２ｄ 凹面鏡 １３ 第２のレンズアレイ １４ コンデンサレンズ １５ 被照射面 １５ｒ，１５ｇ，１５ｇ 画像形成素子 ２１ ランプ ２２ 球面リフレクタ ３２ 反射板＝第１のレンズアレイ ３２ａ〜３２ｄ 凹面鏡 ３２ｒ コーティングされた反射板 ４１ 第1焦点 ４２ａ〜４２ｄ 回転楕円体 ４３ａ〜４３ｄ 第２焦点 ５１ ランプ ５２ 回転楕円体リフレクタ ６１ 偏光変換素子 ６１ａ 偏光ビームスプリッタ ６１ｂ 反射板 ６１ｃ １／２波長板 ８４ 投写レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA13 EA14 HA13 HA17 HA20 HA21 HA24 HA25 HA28 MA04 MA20 2H091 FA05Z FA10Z FA11Z FA14Z FA26X FA26Z FA29Z LA11 LA18 MA07 5G435 AA02 BB12 BB17 CC12 DD02 DD04 DD05 DD09 DD14 FF03 FF05 GG01 GG02 GG03 GG04 GG08 GG28 LL15

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インコヒーレント光源と、このインコヒ
   ーレント光源からの出射光を複数の光束に分割する第１
   のレンズアレイと、この第１のレンズアレイの略焦点面
   に配置される第２のレンズアレイと、コンデンサレンズ
   とを備え、被照射面を照明する照明光学系において、 前記第１のレンズアレイが凹面鏡アレイからなる反射板
   であることを特徴とする照明光学系。
2. 【請求項２】 球面リフレクタ付きランプと、この球面
   リフレクタ付きランプからの出射光を複数の光束に分割
   する第１のレンズアレイと、この第１のレンズアレイの
   略焦点面に配置される第２のレンズアレイと、コンデン
   サレンズとを備え、被照射面を照明する照明光学系にお
   いて、 前記第１のレンズアレイが凹面鏡アレイからなる反射板
   であることを特徴とする照明光学系。
3. 【請求項３】 回転楕円体リフレクタ付きランプと、こ
   の回転楕円体リフレクタ付きランプからの出射光を複数
   の光束に分割する第１のレンズアレイと、この第１のレ
   ンズアレイの略焦点面に配置される第２のレンズアレイ
   と、コンデンサレンズとを備え、被照射面を照明する照
   明光学系において、 前記第１のレンズアレイが凹面鏡アレイからなる反射板
   であることを特徴とする照明光学系。
4. 【請求項４】 前記凹面鏡アレイからなる前記反射板の
   各々の凹面鏡の形状が各々異なる回転楕円体の一部をな
   し、各々の回転楕円体の第１焦点がランプの発光点近傍
   であり、第２焦点が前記第２のレンズアレイの対応する
   アレイ位置であることを特徴とする請求項１，２又は３
   記載の照明光学系。
5. 【請求項５】 前記第２のレンズアレイの後段に、偏光
   ビームスプリッタと反射板とを交互に配置し前記偏光ビ
   ームスプリッタで分離された一方の偏光成分の光束側に
   １／２波長板を配置させてなる偏光変換素子と、前記コ
   ンデンサレンズとが設置されていることを特徴とする請
   求項１ないし４の何れか一に記載の照明光学系。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５の何れか一に記載の照
   明光学系と、前記照明光学系の被照射面位置に配設され
   る画像形成素子と、この画像形成素子の像をスクリーン
   上に投写する投写レンズとを備える投写型ディスプレイ
   装置。
7. 【請求項７】 前記照明光学系における凹面鏡アレイか
   らなる反射板は、可視光域の光を反射させ、赤外光を透
   過させるコーティングが施されていることを特徴とする
   請求項６記載の投写型ディスプレイ装置。