JP2002090884A - 照明光学系およびこれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光学系の第１のレンズアレイが厚みの異
なる小レンズを含む場合にも、所定の照明領域を効率よ
く照明することのできる技術を提供する。 【解決手段】 照明光学系は、光源装置と、光源装置か
ら射出された光線束を複数の部分光線束に分割するため
の複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイ
と、照明光学系第１のレンズアレイから射出された複数
の部分光線束が集光する近傍位置に配置され、照明光学
系複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レン
ズを有する第２のレンズアレイと、を備えている。第１
のレンズアレイは、厚みの異なる第１の小レンズを含ん
でおり、各第１の小レンズを照明光学系光線束の中心軸
方向から見たときのサイズは、厚みに応じて変更されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像を投写表示
するプロジェクタに関し、特に、照明領域を照射する光
の強度分布をほぼ均一にするための照明光学系に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタでは、照明光学系から射出
された光が液晶ライトバルブなどによって画像情報（画
像信号）に応じて変調され、変調された光がスクリーン
上に投写されることにより画像が表示される。

【０００３】照明光学系は、通常、光源装置と、第１お
よび第２のレンズアレイと、重畳レンズとを備えてい
る。光源装置から射出された光線束は、第１のレンズア
レイに備えられた複数の小レンズによって複数の部分光
線束に分割される。複数の部分光線束は、第１のレンズ
アレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを備
える第２のレンズアレイを通過した後に、重畳レンズに
よって液晶ライトバルブ上で重畳される。このような照
明光学系を用いることにより、液晶ライトバルブを照射
する光の強度分布をほぼ均一にすることができる。

【０００４】なお、各部分光線束が液晶ライトバルブ上
に形成する照射領域は、第１のレンズアレイの各小レン
ズの拡大像である。そして、この拡大倍率は、第１およ
び第２のレンズアレイ間の距離と、第２のレンズアレイ
と液晶ライトバルブとの距離とに応じてほぼ決定されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、第１のレン
ズアレイの小レンズとして偏心レンズを用いる場合など
には、第１のレンズアレイは、厚みの異なる小レンズを
含むことがある。しかしながら、第１のレンズアレイが
厚みの異なる小レンズを含んでいる場合には、各小レン
ズから射出された各部分光線束が液晶ライトバルブ上に
形成する照射領域のサイズが異なってしまい、照明光学
系は液晶ライトバルブを効率よく照明することができな
い場合があった。これは、第１のレンズアレイの各小レ
ンズの厚みが異なると、第１のレンズアレイと第２のレ
ンズアレイとの間隔が実質的に異なり、上記の拡大倍率
が変更されるためである。

【０００６】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、照明光学系の第
１のレンズアレイが厚みの異なる小レンズを含む場合に
も、液晶ライトバルブなどの所定の照明領域を効率よく
照明することのできる技術を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第
１の装置は、所定の照明領域を照明するための照明光学
系であって、光源装置と、前記光源装置から射出された
光線束を複数の部分光線束に分割するための複数の第１
の小レンズを有する第１のレンズアレイと、前記第１の
レンズアレイから射出された複数の部分光線束が集光す
る近傍位置に配置され、前記複数の第１の小レンズに対
応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレ
イと、を備え、前記第１のレンズアレイは、厚みの異な
る第１の小レンズを含んでおり、各第１の小レンズを前
記光線束の中心軸方向から見たときのサイズは、厚みに
応じて変更されていることを特徴とする。

【０００８】ここで、各第１の小レンズの前記サイズ
は、厚みが大きくなるにつれて単調に大きくなっている
ことが好ましい。

【０００９】なお、本明細書において第１の小レンズの
「厚み」とは、第１の小レンズの光入射面と光射出面と
の間の最大距離を意味している。

【００１０】このような第１のレンズアレイを用いれ
ば、第１のレンズアレイの各小レンズから射出される部
分光線束が所定の照明領域上で形成する照射領域のサイ
ズをほぼ一致させることができるので、照明光学系は照
明領域を効率よく照明することが可能となる。

【００１１】上記の装置において、各第１の小レンズを
前記光線束の中心軸方向から見たときの形状は、略矩形
形状であり、前記複数の第１の小レンズの少なくとも一
部は、偏心レンズであり、前記複数の第１の小レンズの
うち、所定方向に配列された第１の小レンズの厚みは、
前記第１のレンズアレイの中央側から外周側に向かうに
つれて単調に変化していてもよい。

【００１２】上記の装置において、前記所定方向に配列
された隣接する２つの第１の小レンズの境界では、前記
隣接する２つの第１の小レンズの曲面同士が連続するよ
うに接続されていることが好ましい。

【００１３】このように、２つの第１の小レンズの境界
で２つの第１の小レンズの曲面同士を連続するように接
続する場合には、２つの第１の小レンズの境界で平面状
の側壁を形成する場合に比べて、第１のレンズアレイを
容易にかつ精度よく製造することができる。

【００１４】さらに、上記の装置において、前記第２の
レンズアレイから射出された前記複数の部分光線束を、
前記所定の照明領域上で重畳するための重畳レンズを備
えるようにしてもよい。

【００１５】本発明の第２の装置は、画像を投写表示す
るプロジェクタであって、上記のいずれかの照明光学系
と、前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調す
る電気光学装置と、前記電気光学装置で得られる変調光
を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。

【００１６】このプロジェクタでは、上記の照明光学系
が用いられているので、照明光学系は所定の照明領域に
相当する電気光学装置を効率よく照明することが可能と
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例：次に、本発明の
実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明
を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図であ
る。プロジェクタ１０００は、照明光学系１００と、色
光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３つの
液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、ク
ロスダイクロイックプリズム３２０と、投写光学系３４
０とを備えている。

【００１８】照明光学系１００から射出された光は、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。分離された各色光
は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに
おいて画像情報に応じて変調される。ここで、液晶ライ
トバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、本発明にお
ける電気光学装置に相当する液晶パネルと、その光入射
面側および光射出面側に配置された偏光板とによって構
成されている。なお、各液晶ライトバルブには、液晶パ
ネルに画像情報を供給して駆動させるための図示しない
駆動部が接続されている。液晶ライトバルブ３００Ｒ，
３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調され
た変調光線束は、クロスダイクロイックプリズム３２０
で合成され、投写光学系３４０によってスクリーンＳＣ
上に投写される。これにより、スクリーンＳＣ上に画像
が表示されることとなる。なお、図１に示すようなプロ
ジェクタの各部の構成および機能については、例えば、
本願出願人によって開示された特開平１０−３２５９５
４号公報に詳述されているので、本明細書において詳細
な説明は省略する。

【００１９】図２は、図１の照明光学系１００を拡大し
て示す説明図である。この照明光学系１００は、光源装
置１２０と、第１および第２のレンズアレイ１４０，１
５０と、偏光発生光学系１６０と、重畳レンズ１７０と
を備えている。各光学部品は、システム光軸１００ａｘ
を基準として配置されている。ここで、システム光軸１
００ａｘは、光源装置１２０から射出される光線束の中
心軸である。なお、図２において、照明光学系１００が
照明する照明領域ＬＡは、図１の液晶ライトバルブ３０
０Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに対応する。

【００２０】光源装置１２０は、ランプ１２２と、回転
楕円面形状の凹面を有するリフレクタ１２４と、平行化
レンズ１２６とを備えている。ランプ１２２は、リフレ
クタ１２４の回転楕円面の第１焦点近傍に配置されてい
る。ランプ１２２から射出された光は、リフレクタ１２
４によって反射され、反射光は、リフレクタ１２４の第
２焦点に向かって集光されつつ進む。平行化レンズ１２
６は、入射する集光光をシステム光軸１００ａｘにほぼ
平行な光に変換する。

【００２１】光源装置１２０は、さらに、平行化レンズ
１２６の光入射面側に設けられた紫外線除去フィルタ１
２５を備えている。紫外線除去フィルタ１２５は、光源
装置１２０のランプ１２２から射出された光から、紫外
光を除去するためのフィルタである。これにより、有機
材料を用いた光学部品（例えば、液晶ライトバルブに備
えられた偏光板）の紫外線による劣化を低減させること
が可能となる。紫外線除去フィルタ１２５に代えて、平
行化レンズ１２６の光射出面に紫外線除去フィルムを形
成するようにしてもよい。

【００２２】なお、光源装置１２０としては、回転放物
面形状の凹面を有するリフレクタを用いてもよい。この
場合には、リフレクタで反射された光はシステム光軸１
００ａｘにほぼ平行となるので、平行化レンズ１２６を
省略することができる。

【００２３】第１および第２のレンズアレイ１４０，１
５０は、それぞれ複数の小レンズ１４２，１５２を有し
ている。第１のレンズアレイ１４０は、光源装置１２０
から射出された略平行な光線束を複数の部分光線束に分
割して射出する機能を有している。そして、第２のレン
ズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ１４０から射出
された部分光線束のそれぞれの中心軸をシステム光軸１
００ａｘとほぼ平行に揃える機能を有している。また、
第２のレンズアレイ１５０は、重畳レンズ１７０ととも
に、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の像
を照明領域ＬＡ上に結像させる機能を有している。

【００２４】各小レンズ１４２，１５２は平凸状の偏心
レンズであり、ｘ方向から見たときの外形形状は、照明
領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）とほぼ相似形となるよう
に設定されている。ただし、図２に示すように、第１の
小レンズ１４２と第２の小レンズ１５２とでは、偏心の
仕方が異なる偏心レンズが用いられている。具体的に
は、第１のレンズアレイ１４０の最外周の小レンズ１４
２は、分割された部分光線束の主光線がシステム光軸１
００ａｘに対して斜めに進むように偏心されている。ま
た、第２のレンズアレイ１５０の最外周の小レンズ１５
２は、システム光軸１００ａｘに対して斜めに入射する
部分光線束の主光線がシステム光軸１００ａｘとほぼ平
行となるように偏心されている。

【００２５】第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１
４２から射出された部分光線束は、図２に示すように、
第２のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２を介し
て、その近傍位置、すなわち、偏光発生光学系１６０内
において集光される。

【００２６】偏光発生光学系１６０は、一体化された２
つの偏光発生素子アレイ１６０Ａ，１６０Ｂを備えてい
る。第１および第２の偏光発生素子アレイ１６０Ａ，１
６０Ｂは、システム光軸１００ａｘに対して、対称とな
るように配置されている。

【００２７】図３は、図２の第１の偏光発生素子アレイ
１６０Ａを拡大して示す説明図である。図３（Ａ）は、
第１の偏光発生素子アレイ１６０Ａの斜視図を示してお
り、図３（Ｂ）は、＋ｚ方向から見たときの平面図を示
している。偏光発生素子アレイ１６０Ａは、遮光板１６
２と、偏光ビームスプリッタアレイ１６４と、偏光ビー
ムスプリッタアレイ１６４の光射出面に選択的に配置さ
れた複数のλ／２位相差板１６６とを備えている。な
お、第２の偏光発生素子アレイ１６０Ｂについても同様
である。

【００２８】偏光ビームスプリッタアレイ１６４は、図
３（Ａ），（Ｂ）に示すように、略平行四辺形の断面形
状を有する柱状のガラス材１６４ｃが複数貼り合わされ
て構成されている。各ガラス材１６４ｃの界面には、偏
光分離膜１６４ａと反射膜１６４ｂとが交互に形成され
ている。なお、偏光分離膜１６４ａとしては誘電体多層
膜が用いられ、反射膜１６４ｂとしては誘電体多層膜や
金属膜が用いられる。

【００２９】遮光板１６２は、開口面１６２ａと遮光面
１６２ｂとがストライプ状に配列されて構成されてい
る。開口面１６２ａと遮光面１６２ｂとは、それぞれ偏
光分離膜１６４ａと反射膜１６４ｂとに対応して設けら
れている。これにより、第１のレンズアレイ１４０（図
２）から射出された部分光線束は、開口面１６２ａを介
して偏光ビームスプリッタアレイ１６４の偏光分離膜１
６４ａのみに入射し、反射膜１６４ｂには入射しない。
なお、遮光板１６２としては、平板状の透明体（例えば
ガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜や、アルミニ
ウム膜、誘電体多層膜など）を選択的に形成したものを
用いることができる。また、アルミニウム板のような遮
光性の平板にストライプ状の開口部を設けたものを用い
ることも可能である。さらに、偏光ビームスプリッタア
レイ１６４のガラス材１６４ｃに、遮光性の膜を直接形
成するようにしてもよい。

【００３０】第１のレンズアレイ１４０（図２）から射
出された各部分光線束の主光線（中心軸）は、図３
（Ｂ）に実線で示すように、システム光軸１００ａｘと
ほぼ平行に遮光板１６２の開口面１６２ａに入射する。
開口面１６２ａを通過した部分光線束は、偏光分離膜１
６４ａにおいて、ｓ偏光の部分光線束とｐ偏光の部分光
線束とに分離される。ｐ偏光の部分光線束は、偏光分離
膜１６４ａを透過して、偏光ビームスプリッタアレイ１
６４から射出される。一方、ｓ偏光の部分光線束は偏光
分離膜１６４ａで反射され、反射膜１６４ｂにおいてさ
らに反射された後に、偏光ビームスプリッタアレイ１６
４から射出される。なお、偏光ビームスプリッタアレイ
１６４の光射出面において、ｐ偏光の部分光線束の主光
線とｓ偏光の部分光線束の主光線とは、互いにほぼ平行
となっている。

【００３１】λ／２位相差板１６６は、偏光ビームスプ
リッタアレイ１６４の光射出面のうち、偏光分離膜１６
４ａを透過したｐ偏光の部分光線束の光射出面だけに形
成されている。λ／２位相差板１６６は、入射する直線
偏光光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する機
能を有している。したがって、ｐ偏光の部分光線束は、
λ／２位相差板１６６によって、ｓ偏光の部分光線束に
変換されて射出される。これにより、偏光発生素子アレ
イ１６０Ａに入射した偏りのない部分光線束（ｓ＋ｐ）
は、ｓ偏光の部分光線束に変換されて射出されることと
なる。なお、ｓ偏光の部分光線束の光射出面だけにλ／
２位相差板１６６を配置することにより、偏光発生素子
アレイ１６０Ａに入射する部分光線束をｐ偏光の部分光
線束に変換して射出することもできる。

【００３２】第１のレンズアレイ１４０から射出された
複数の部分光線束は、上記のように、偏光発生光学系１
６０によって各部分光線束ごとに２つの部分光線束に分
離されるとともに、それぞれ偏光方向の揃ったほぼ１種
類の直線偏光光に変換される。偏光方向の揃った複数の
部分光線束は、図２に示す重畳レンズ１７０によって照
明領域ＬＡ上で重畳される。このとき、照明領域ＬＡを
照射する光の強度分布は、ほぼ均一となっている。

【００３３】以上のように、照明光学系１００（図１）
は、偏光方向の揃った照明光（ｓ偏光光）を射出し、色
光分離光学系２００やリレー光学系２２０を介して、液
晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを照明す
る。

【００３４】図４は、図２の第１のレンズアレイ１４０
を拡大して示す説明図である。図４（Ａ）は、第１のレ
ンズアレイ１４０を−ｘ方向から見たときの平面図であ
る。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ−Ｂ面における概略
断面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のＣ−Ｃ面に
おける概略断面図である。

【００３５】第１のレンズアレイ１４０は、サイズが異
なる計３６個の小レンズ１４２を含んでいる。各小レン
ズ１４２は、それぞれｙ方向およびｚ方向に平行な辺を
有する略矩形形状のレンズであり、ｘ方向から見たとき
の外形形状は互いにほぼ相似形となっている。各小レン
ズ１４２は、システム光軸１００ａｘと直交するｙ軸お
よびｚ軸に対して線対称となるように配列されている。

【００３６】なお、「小レンズのサイズ」とは、小レン
ズをシステム光軸（光源装置１２０から射出される光線
束の中心軸）１００ａｘ方向から見たときの大きさを意
味している。

【００３７】図４（Ａ）に示すように、ｚ方向に沿って
配列された６つの小レンズのサイズは、互いにほぼ同じ
である。一方、ｙ方向に沿って配列された６つの小レン
ズのサイズは、第１のレンズアレイ１４０の中央側から
外周側に向かうにつれて大きくなっている。具体的に
は、各小レンズのｙ方向のサイズは、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ
の順に大きくなっている。なお、各小レンズのｚ方向の
サイズは、ｙ方向のサイズに所定の係数ｋを乗じたサイ
ズとなっている。この係数ｋは、液晶ライトバルブの有
効表示領域のアスペクト比（縦横比）に応じてほぼ決定
されている。すなわち、有効表示領域のアスペクト比が
３：４ならば、係数ｋはほぼ３／４に設定される。な
お、実際には、有効表示領域の寸法に所望のマージンを
加えたときの比に応じて係数ｋが決定されている。

【００３８】前述したように、第１のレンズアレイ１４
０の各小レンズ１４２としては、偏心レンズが用いられ
ている。そして、本実施例では、図４（Ｃ）に示すよう
に、ｙ方向に沿って配列された小レンズの厚みは、第１
のレンズアレイ１４０の中央側から外周側に向かうにつ
れて順次大きくなっている。なお、小レンズの「厚み」
とは、小レンズの光入射面と光射出面との間の最大距離
を意味する。以上の説明からも分かるように、第１のレ
ンズアレイ１４０の各小レンズ１４２のサイズは、厚み
が大きくなるにつれて大きくなっている。

【００３９】ところで、第１のレンズアレイ１４０の各
小レンズ１４２の厚みが変更されているのは、偏心レン
ズが用いられているためである。図５は、図４と同様に
各小レンズが配列された種々のレンズアレイの概略断面
を示す説明図である。なお、図５（Ｄ）は、図４（Ｃ）
と同じであり、レンズアレイ１４０の概略断面を示して
いる。

【００４０】図５（Ａ）のレンズアレイ１４０Ａでは、
各小レンズ１４２Ａとして偏心レンズが用いられてい
る。このレンズアレイ１４０Ａでは、ｙ方向に配列され
た６つの小レンズ１４２Ａは、ほぼ同じ厚みを有してお
り、ｙ方向のサイズもほぼ同じ（Ｄｚ）に設定されてい
る。そして、ｙ方向に配列された隣接する２つの小レン
ズの境界には、システム光軸（すなわち、入射する光線
束の中心軸）１００ａｘに略平行な平面状の側壁が形成
されている。このレンズアレイ１４０Ａは、図４の第１
のレンズアレイ１４０に代えて利用することが可能であ
る。

【００４１】しかしながら、図５（Ａ）のレンズアレイ
１４０Ａを作成するのは比較的困難であり、実際には、
図５（Ｂ）に示すレンズアレイ１４０Ｂのように、隣接
する２つの小レンズ１４２Ｂの境界に形成される平面状
の側壁の先端部は、丸みを帯びてしまうことが多い。そ
して、図５（Ｂ）のレンズアレイ１４０Ｂを図４の第１
のレンズアレイ１４０に代えて用いる場合には、各小レ
ンズ１４２Ｂは、丸みを帯びた領域Ｗに入射する光を第
２のレンズアレイ１５０（図２）に向けてうまく射出す
ることができない。このため、各小レンズ１４２Ｂから
射出された各部分光線束が液晶ライトバルブ上に形成す
る照射領域のサイズは、領域Ｗのサイズが大きいほど小
さくなってしまう。

【００４２】図５（Ｃ）のレンズアレイ１４０Ｃでは、
ｙ方向に配列された隣接する２つの小レンズ１４２Ｃの
境界に、上記の平面状の壁面が形成されないように工夫
されている。具体的には、２つの小レンズ１４２Ｃの境
界は、隣接する２つの小レンズの曲面同士が連続するよ
うに接続されている。図５（Ｃ）のレンズアレイ１４０
Ｃを図４の第１のレンズアレイ１４０に代えて用いる場
合には、各小レンズ１４２Ｃは、入射するすべての光を
第２のレンズアレイ１５０に向けてうまく射出すること
ができる。

【００４３】しかしながら、隣接する２つの小レンズ１
４２Ｃをその２つの小レンズの曲面同士が連続するよう
に接続する場合には、図５（Ｃ）に示すように、外周側
の小レンズ１４２Ｃの厚みが、中央側の小レンズ１４２
Ｃの厚みよりも大きくなる。図５（Ｃ）では、最外周の
小レンズの厚みは、最内周の小レンズの厚みよりΔｔだ
け大きくなっている。このように、レンズアレイ１４０
Ｃが厚みの異なる小レンズ１４２Ｃを含んでいる場合に
は、各小レンズ１４２Ｃから射出された部分光線束が液
晶ライトバルブ上に形成する照射領域のサイズが異なっ
てしまい、照明光学系１００は液晶ライトバルブを効率
よく照明することができない。

【００４４】図２に示す照明光学系１００では、第１の
レンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の像は、第１の
レンズアレイ１４０と第２のレンズアレイ１５０との距
離Ｄ１と、第２のレンズアレイ１５０と照明領域ＬＡと
の距離Ｄ２とによってほぼ決定される拡大倍率で、照明
領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）上に形成される。この拡
大倍率は、ほぼＤ２／Ｄ１で表される。なお、図１のプ
ロジェクタ１０００に示すように、照明領域ＬＡである
液晶ライトバルブ３００Ｒの光入射面近傍に、液晶ライ
トバルブに入射する光が略平行となるようにするための
平行化レンズ（フィールドレンズとも呼ばれる）が配置
される場合には、拡大倍率は、上記の距離Ｄ１と、第２
のレンズアレイ１５０とフィールドレンズとの距離Ｄ
２’とによってほぼ決定されることとなる。

【００４５】本実施例では、第２のレンズアレイ１５０
の各小レンズ１５２の厚みはほぼ同じなので、第１のレ
ンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の厚みが異なる
と、距離Ｄ１が実質的に変化する。この結果、液晶ライ
トバルブ上で形成される各小レンズ１４２の像の拡大倍
率が変化する。

【００４６】したがって、図２の照明光学系１００に図
５（Ｃ）のレンズアレイ１４０Ｃを適用する場合には、
各小レンズ１４２Ｃから射出された部分光線束が液晶ラ
イトバルブ上に形成する照射領域のサイズは、小レンズ
１４２Ｃの厚みが大きいほど小さくなってしまう。

【００４７】そこで、本実施例の第１のレンズアレイ１
４０では、各小レンズ１４２から射出された部分光線束
が液晶ライトバルブ上に形成する照射領域のサイズをほ
ぼ一致させるために、図５（Ｄ）に示すように、各小レ
ンズ１４２のサイズを、厚みに応じて変更している。具
体的には、小レンズ１４２のサイズは、厚みが大きくな
るにつれて、大きく設定されている。

【００４８】なお、図５（Ｄ）に示す第１のレンズアレ
イ１４０を用いる場合には、図５（Ａ）に示すレンズア
レイ１４０Ａを用いる場合と同様に、各小レンズ１４２
は、入射するすべての光を第２のレンズアレイ１５０に
向けてうまく射出することができる。また、図５（Ａ）
のレンズアレイ１４０Ａを用いる場合と比べて、レンズ
アレイを容易にかつ精度よく製造することが可能とな
る。

【００４９】以上説明したように、本実施例の照明光学
系１００は、光源装置１２０と、光源装置１２０から射
出された光線束を複数の部分光線束に分割するための複
数の第１の小レンズ１４２を有する第１のレンズアレイ
１４０と、第１のレンズアレイから射出された複数の部
分光線束が集光する近傍位置に配置され、複数の第１の
小レンズ１４２に対応する複数の第２の小レンズ１５２
を有する第２のレンズアレイ１５０と、第２のレンズア
レイ１５０から射出された複数の部分光線束を所定の照
明領域ＬＡ上で重畳するための重畳レンズ１７０とを備
えている。そして、第１のレンズアレイ１４０は、厚み
の異なる第１の小レンズ１４２を含んでおり、各第１の
小レンズ１４２の光線束の中心軸方向から見たときのサ
イズは、厚みに応じて変更されている。このような第１
のレンズアレイ１４０を用いれば、第１のレンズアレイ
の各小レンズから射出された部分光線束が照明領域ＬＡ
において形成する照射領域のサイズをほぼ一致させるこ
とができるので、照明光学系は照明領域ＬＡ（液晶ライ
トバルブ）を効率よく照明することが可能となる。

【００５０】なお、本実施例では、第２のレンズアレイ
１５０は、第１のレンズアレイ１４０と同様に、第２の
小レンズ１５２として偏心レンズを用いている。したが
って、図５（Ｂ）で説明したのと同様の問題、すなわ
ち、隣接する２つの第２の小レンズ１５２の境界に形成
される平面状の側壁の先端部が丸みを帯びてしまうとい
う問題が発生し得る。しかしながら、第１のレンズアレ
イ１４０から射出された各部分光線束は、第２のレンズ
アレイ１５０の各小レンズ１５２の一部に入射するのみ
なので、上記の問題は、第２のレンズアレイ１５０の光
学特性にあまり影響しない。そこで、本実施例では、第
１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２のサイズの
みを厚みに応じて変更している。

【００５１】Ｂ．第２実施例：図６は、本発明の第２実
施例としての照明光学系４００を示す説明図である。こ
の照明光学系４００は、図２の照明光学系１００とほぼ
同じであるが、第１および第２のレンズアレイ４４０，
４５０が変更されている。

【００５２】第１および第２のレンズアレイ４４０，４
５０は、それぞれ複数の小レンズ４４２，４５２を有し
ており、図２の第１および第２のレンズアレイ１４０，
１５０とほぼ同様の機能を有している。

【００５３】本実施例においても第１および第２のレン
ズアレイ４４０，４５０の各小レンズ４４２，４５２と
して平凸状の偏心レンズが用いられている。また、第１
のレンズアレイ４４０の最外周の小レンズ４４２は、分
割された部分光線束の主光線がシステム光軸１００ａｘ
に対して斜めに進むように偏心されており、第２のレン
ズアレイ４５０の最外周の小レンズ４５２は、システム
光軸１００ａｘに対して斜めに入射する部分光線束の主
光線がシステム光軸１００ａｘとほぼ平行となるように
偏心されている。ただし、第１実施例（図２）の第１の
レンズアレイ１４０は、光線束を全体として拡大させる
ように各部分光線束を射出するが、第２実施例（図６）
の第１のレンズアレイ４４０は、光線束を全体として縮
小させるように各部分光線束を射出する。このような第
１および第２のレンズアレイ４４０，４５０を用いるこ
とにより、第２のレンズアレイ４５０より後段に配置さ
れる光学部品（例えば、偏光発生光学系１６０や重畳レ
ンズ１７０）を小型化することが可能となっている。

【００５４】図７は、図６の第１のレンズアレイ４４０
を拡大して示す説明図である。図７（Ａ）は、第１のレ
ンズアレイ４４０を−ｘ方向から見たときの平面図であ
る。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ面における断面
図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＣ−Ｃ面におけ
る断面図である。

【００５５】第１のレンズアレイ４４０は、第１実施例
と同様に、サイズの異なる計３６個の小レンズ４４２を
含んでいる。また、ｚ方向に沿って配列された６つの小
レンズのサイズは、互いにほぼ同じである。一方、ｙ方
向に沿って配列された６つの小レンズのサイズは、第１
実施例と異なり、第１のレンズアレイ４４０の中央側か
ら外周側に向かうにつれて小さくなっている。具体的に
は、各小レンズのｙ方向のサイズは、Ｄｄ，Ｄｅ，Ｄｆ
の順に小さくなっている。なお、各小レンズのｚ方向の
サイズは、第１実施例と同様に、ｙ方向のサイズに所定
の係数ｋを乗じたサイズとなっている。

【００５６】本実施例においても、第１のレンズアレイ
４４０の各小レンズ４４２として偏心レンズが用いられ
ており、ｙ方向に配列された隣接する２つの第１の小レ
ンズ４４２の境界では、隣接する２つの第１の小レンズ
の曲面同士が連続するように接続されている。ただし、
本実施例の第１のレンズアレイ４４０では、図４（Ｃ）
に示すように、ｙ方向に沿って配列された小レンズの厚
みは、第１のレンズアレイ４４０の中央側から外周側に
向かうにつれて順次小さくなっている。すなわち、本実
施例においても、第１のレンズアレイ４４０の各小レン
ズ４４２のサイズは、厚みが大きくなるにつれて大きく
なっている。

【００５７】このような第１のレンズアレイ４４０を用
いる場合にも、第１のレンズアレイの各小レンズから射
出された部分光線束が照明領域ＬＡにおいて形成する照
射領域のサイズをほぼ一致させることができるので、照
明光学系は照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）を効率よ
く照明することが可能となる。

【００５８】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
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。

【００５９】（１）上記実施例では、照明光学系１０
０，４００は、偏光発生光学系１６０を備えているが、
偏光を発生させる必要がない場合などには、偏光発生光
学系１６０は省略してもよい。なお、この場合には、第
２のレンズアレイ１５０，４５０の各小レンズは、射出
される各部分光線束の中心軸がシステム光軸１００ａｘ
ととほぼ平行になるように、偏心されている必要はな
い。

【００６０】（２）上記実施例では、照明光学系１０
０，４００は、重畳レンズ１７０を備えているが、第２
のレンズアレイ１５０，４５０が重畳機能を有する場合
には、省略可能である。この場合には、第２のレンズア
レイ１５０，４５０の各小レンズ１５２，４５２の偏心
の度合いを変更すればよい。

【００６１】（３）上記実施例では、第１のレンズアレ
イ１４０，４４０には、光源装置１２０から射出された
略平行な光線束が入射しているが、光源装置１２０から
射出され、集光しつつ進む光や広がりつつ進む光が入射
するようにしてもよい。一般に、第１のレンズアレイ
は、光源装置から射出された光線束を複数の部分光線束
に分割するための複数の第１の小レンズを有していれば
よい。

【００６２】（４）上記実施例では、第１のレンズアレ
イ１４０，４４０の各小レンズは、略矩形形状を有して
いるが、各小レンズは他の形状を有していてもよい。一
般には、照明光学系１００が照明する所定の照明領域と
相似形とすることが望ましい。

【００６３】（５）第１実施例の第１のレンズアレイ１
４０（図４）では、複数の第１の小レンズ１４２のう
ち、ｙ方向に配列された第１の小レンズの厚みは、第１
のレンズアレイ１４０の中央側から外周側に向かうにつ
れて順次大きくなっている。一方、第２実施例の第１の
レンズアレイ４４０（図７）では、複数の第１の小レン
ズ４４２のうち、ｙ方向に配列された第１の小レンズの
厚みは、第１のレンズアレイ１４０の中央側から外周側
に向かうにつれて順次小さくなっている。

【００６４】このように、上記実施例では、ｙ方向に沿
って中央側から外周側に配列された３つの第１の小レン
ズの厚みが順次変化する場合について説明したが、３つ
の第１の小レンズのうちの隣接する２つの第１の小レン
ズの厚みが同じであってもよい。

【００６５】一般には、複数の第１の小レンズのうち、
所定方向に配列された第１の小レンズの厚みが、第１の
レンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて単調
に変化していればよい。

【００６６】（６）上記実施例では、第１のレンズアレ
イ１４０，４４０（図４，図７）の各第１の小レンズ１
４２，４４２のサイズは、厚みが大きくなるにつれて順
次大きくなっているが、２つの第１の小レンズ間の厚み
の差が小さい場合などには、第１の小レンズのサイズを
同じにしてもよい。

【００６７】一般には、各第１の小レンズのサイズは、
厚みが大きくなるにつれて単調に大きくなっていればよ
い。

【００６８】（７）上記実施例では、図５において説明
したように、第１のレンズアレイ１４０，４４０の各小
レンズとして偏心レンズを用いているので、各小レンズ
の厚みに応じてサイズを変更しているが、複数の小レン
ズの少なくとも一部に偏心レンズを用いる場合や、各小
レンズとして偏心レンズを用いない場合にも本発明を適
用可能である。一般には、第１のレンズアレイが、厚み
の異なる第１の小レンズを含み、各第１の小レンズを光
源装置１２０から射出される光線束の中心軸方向から見
たときのサイズが、厚みに応じて変更されていればよ
い。

【００６９】（８）上記実施例では、電気光学装置とし
て、透過型の液晶パネルが用いられているが、反射型の
液晶パネルを利用するようにしてもよい。この場合に
も、透過型の液晶パネルを用いる場合と同様の作用・効
果を奏する。

【００７０】（９）上記実施例では、プロジェクタ１０
００は、電気光学装置として液晶パネルを備えている
が、これに代えて、マイクロミラー型光変調装置を備え
るようにしてもよい。マイクロミラー型光変調装置とし
ては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイ
ス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。電気光学
装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調
するものであればよい。

【００７１】（１０）上記実施例においては、カラー画
像を表示するプロジェクタ１０００を例に説明している
が、モノクロ画像を表示するプロジェクタにおいても同
様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概
略構成図である。

【図２】図１の照明光学系１００を拡大して示す説明図
である。

【図３】図２の第１の偏光発生素子アレイ１６０Ａを拡
大して示す説明図である。

【図４】図２の第１のレンズアレイ１４０を拡大して示
す説明図である。

【図５】図４と同様に各小レンズが配列された種々のレ
ンズアレイの概略断面を示す説明図である。

【図６】本発明の第２実施例としての照明光学系４００
を示す説明図である。

【図７】図６の第１のレンズアレイ４４０を拡大して示
す説明図である。

【符号の説明】

１０００…プロジェクタ １００…照明光学系 １００ａｘ…システム光軸 １２０…光源装置 １２２…ランプ １２４…リフレクタ １２５…紫外線除去フィルタ １２６…平行化レンズ １３０…レンズアレイユニット １３２…透光部 １４０…第１のレンズアレイ １４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ…第１のレンズアレイ １４２…第１の小レンズ １４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃ…第１の小レンズ １５０…第２のレンズアレイ １５２…第２の小レンズ １６０…偏光発生光学系 １６０Ａ，１６０Ｂ…偏光発生素子アレイ １６２…遮光板 １６２ａ…開口面 １６２ｂ…遮光面 １６４…偏光ビームスプリッタアレイ １６４ａ…偏光分離膜 １６４ｂ…反射膜 １６４ｃ…ガラス材 １６６…λ／２位相差板 １７０…重畳レンズ ２００…色光分離光学系 ２２０…リレー光学系 ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ ３２０…クロスダイクロイックプリズム ３４０…投写光学系 ４００…照明光学系 ４４０…第１のレンズアレイ ４４２…第１の小レンズ ４５０…第２のレンズアレイ ４５２…第２の小レンズ Ｄ１，Ｄ２…距離 ＬＡ…照明領域 ＳＣ…スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ 1/13357 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の照明領域を照明するための照明光
   学系であって、 光源装置と、 前記光源装置から射出された光線束を複数の部分光線束
   に分割するための複数の第１の小レンズを有する第１の
   レンズアレイと、 前記第１のレンズアレイから射出された複数の部分光線
   束が集光する近傍位置に配置され、前記複数の第１の小
   レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２の
   レンズアレイと、を備え、 前記第１のレンズアレイは、厚みの異なる第１の小レン
   ズを含んでおり、 各第１の小レンズを前記光線束の中心軸方向から見たと
   きのサイズは、厚みに応じて変更されていることを特徴
   とする照明光学系。
2. 【請求項２】 請求項１記載の照明光学系であって、 各第１の小レンズの前記サイズは、厚みが大きくなるに
   つれて単調に大きくなっている、照明光学系。
3. 【請求項３】 請求項２記載の照明光学系であって、 各第１の小レンズを前記光線束の中心軸方向から見たと
   きの形状は、略矩形形状であり、 前記複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レ
   ンズであり、 前記複数の第１の小レンズのうち、所定方向に配列され
   た第１の小レンズの厚みは、前記第１のレンズアレイの
   中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化してい
   る、照明光学系。
4. 【請求項４】 請求項３記載の照明光学系であって、 前記所定方向に配列された隣接する２つの第１の小レン
   ズの境界では、前記隣接する２つの第１の小レンズの曲
   面同士が連続するように接続されている、照明光学系。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の照
   明光学系であって、 さらに、 前記第２のレンズアレイから射出された前記複数の部分
   光線束を、前記所定の照明領域上で重畳するための重畳
   レンズを備える、照明光学系。
6. 【請求項６】 画像を投写表示するプロジェクタであっ
   て、 請求項１ないし５のいずれかに記載の照明光学系と、 前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する電
   気光学装置と、 前記電気光学装置で得られる変調光を投写する投写光学
   系と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。