JP2002189192A - 照明装置及び液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光利用効率を低下させずにインテグレータ光
学系に入射させる光束の平行度をより一層向上させ、第
２フライアイ面にできる光源像の大きさを点光源状に小
さくできる照明装置を提供する。 【解決手段】 放物面鏡４により反射された平行光は前
面鏡、例えば、平面鏡１２の非鏡面による窓１３を通し
てインテグレータ光学系５に向けて出射される一方、光
源３から発せられて放物面鏡４に直接入らない光は平行
光の光軸に対して直交させた平面鏡１２で反射させるこ
とにより再び放物面鏡４に返し反射させることで焦点位
置付近を経て再度放物面鏡４で反射させて平行光として
出射させることで、光源光の光束の殆ど全部を効率よく
利用できる上に、インテグレータ光学系５に向けて出射
させる光束の平行度も向上するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルなどの
矩形状の被投射体を照明するのに適した照明装置及びこ
の照明装置を用いた液晶プロジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルのような矩形状の被投射体を
均一に照明するための照明光学系としては、従来より、
２組のフライアイレンズアレイを組合せたインテグレー
タ光学系が例えば特開平３−１１１８０６号公報により
知られている。

【０００３】同公報等に示されるインテグレータ光学系
は、放物面反射器、楕円面反射器、双曲面反射器等のリ
フレクタを備えた光源からの光束を、第１のフライアイ
レンズアレイを構成している複数の矩形状の集光レンズ
により分割して２次光源像を形成し、これらの２次光源
像を第１のフライアイレンズアレイの複数の矩形状の集
光レンズに対応させた複数の集光レンズを備えた第２の
フライアイレンズアレイを介して同一の被投射体上に重
畳結像させるようにしたものである。このようなインテ
グレータ光学系によれば、光源光の利用効率が向上する
とともに、被投射体面上の光の強度分布をほぼ一様にす
ることができるとされている。特に、第１，２のフライ
アイレンズアレイにおける各集光レンズの形状を矩形状
の被投射体のアスペクト比率に対応させて、例えば、
４：３なる比率の矩形状に形成することにより光の利用
効率及び強度分布の均一化を図ることができる。

【０００４】即ち、特開平３−１１１８０６号公報にお
いては、インテグレータ光学系として、第１レンズに各
長方形状のレンズを持つマクロレンズアレイ、第１レン
ズに対応したレンズを持つ第２のマクロレンズアレイを
使用し、被照射体に合ったアスペクト比の照射を行なえ
るようにしている。そして、さらにインテグレータ光学
系の外形を小さくするための光源側の構成例として、同
公報中のＦig.２３によれば、回転楕円面鏡の第１焦点
に光源を置き、第２焦点の後にコリメータレンズを置い
てからインテグレータ光学系に導くようにしている。

【０００５】図２５は、特開平３−１１１８０６号公報
中でＦig.２３に示される回転楕円面鏡に代えて回転放
物面鏡を用いた構成例を示す。図２５において、基本的
には、インテグレータ光学系１００の第１レンズに各々
長方形状のレンズを持つマクロレンズアレイ（第１のフ
ライアイレンズ）１０１と第１レンズに対応したレンズ
を持つ第２のマクロレンズアレイ（第２のフライアイレ
ンズ）１０２とを使用し、被照射体である液晶パネル１
０３に合ったアスペクト比の照射を行なうようにしてい
る。そして、光源側としては、回転放物面鏡１０４の焦
点Ｆ１に配設した光源１０５から出射され回転放物面鏡
１０４による反射で平行にした光を凸レンズ１０６で第
２焦点Ｆ２に相当する位置に焦点を結び、コリメータレ
ンズ１０７によりインテグレータ光学系００に入射させ
るように構成されている。なお、図２５において、１０
８はＰ偏光成分とＳ偏光成分とが混在した光源光に関し
てＰ偏光成分のみ又はＳ偏光成分のみに揃える偏光整列
プリズムアレイ、１０９，１１０はレンズである。

【０００６】同公報例によれば、部品点数は一つ多くな
るもののリフレクタ（回転放物面鏡、回転楕円面鏡など
を総称する）の大きさと焦点の位置とを自由に設定でき
る。

【０００７】また、特開平１０−１６１０６５号公報に
よれば、やはりインテグレータ光学系の外形を小さくす
るために放物面鏡の焦点位置に光源を置き、平行光を得
て、凸レンズで絞り凹レンズで再度平行光へ戻してか
ら、偏光変換手段或いはインテグレータ光学系へ導くよ
うにした照明装置が提案されている。

【０００８】図２６は特開平１０−１６１０６５号公報
例の考え方に基づいて照明装置を描いたものである。図
２５との対比では、第２焦点Ｆ２に相当する位置よりも
手前側（光源側）に平行化レンズ１１１を配設し、コリ
メータレンズ１０７を省略したものである。

【０００９】さらに、図２７に示すように、前述の特開
平３−１１１８０６号公報方式の場合と同様に回転楕円
面鏡（回転放物面鏡１０４）の第１焦点Ｆ１に光源１０
５を置き、第２焦点Ｆ２の後にコリメータレンズ１０７
を置いてからインテグレータ光学系１００に導く方式
で、回転楕円面鏡１０４に入らない光束を球心を第１焦
点Ｆ１に持つ凹面鏡１１２で光源１０５に戻し、光源１
０５から発する光束の殆どを利用できるようにしたもの
もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述の特開平３−１１
１８０６号公報に示される思想は光源１０５が発する光
束を一旦集光し、コリメータレンズ１０７で平行光にす
ることによりインテグレータ光学系１００全体のサイズ
を小さくし、大局的な目的を満たそうとするものであ
る。しかしながら、この構成は光源１０５が発散する光
束が再度集光された焦点部での光源像の大きさは元の光
源像の何倍にも拡大されてしまい、コリメータレンズ１
０７で平行光にしようとしても限界があり、インテグレ
ータ光系１００での光利用効率を落とすことになる。こ
の性質は回転放物面鏡１０４に代えて回転楕円面鏡を用
いても、この回転放物面鏡１０４と凸レンズ１０７との
組合せと同じ傾向を示す。

【００１１】また、特開平１０−１６１０６５号公報例
のように構成しても平行化レンズ（凹レンズ）１１１の
出力する平行光は原理的に図２５で示したコリメータレ
ンズ１０７で得る平行光と同程度の平行光しか得られな
い。この方式についても、前述の従来例と同様、この性
質は回転楕円面鏡を用いて第２焦点Ｆ２の手前に平行化
レンズ１１１を置くようにしても、この回転放物面鏡１
０４と平行化レンズ１１１の組合せと同じ傾向を示す。

【００１２】さらに、図２７に示した例では、第１焦点
Ｆ１の位置に球心を一致させた凹面鏡１１２を配置する
ことにより、回転放物面鏡１０４のミラー面に取り込め
ない光を再帰させて利用することで光源１０５の発する
光束の利用効率を向上させている。しかしながら、光束
を一旦集光し、コリメータレンズ１０７で平行光にする
ことによりインテグレータ光学系１００全体のサイズを
小さくし、大局的な目的を満たそうとする考え方は図２
５で示した従来例と同じものである。ということで、こ
の構成は光源１０５が発散する光束が再度集光された焦
点部での光源像の大きさは元の光源像の何倍にも拡大さ
れてしまいコリメータレンズ１０７で平行光にしようと
しても限界があり、インテグレータ光学系１００での光
利用効率を落とすことになることには変わりがない。

【００１３】そこで、本発明は、インテグレータ光学系
等の出力光利用光学系の外形を小さくするととも光源光
の光束の利用効率を向上させることを目的とし、具体的
には、インテグレータ光学系等の出力光利用光学系に入
射させる光束の平行度をより一層向上させることで、例
えば、インテグレータ光学系の第２フライアイレンズ面
にできる光源像の大きさを点光源状に小さくすることが
できる照明装置及びこれを用いた液晶プロジェクタを提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
リフレクタの少なくとも一部に放物面鏡を用い、前記放
物面鏡の焦点付近に光源を配設し、この光源から出射さ
れ前記放物面鏡で反射された平行光を出力光利用光学系
へ向けて出射させる照明装置において、前記出力光利用
光学系の入力部の外形サイズと概略同サイズで透光性を
有する非鏡面の窓が形成されて前記放物面鏡の焦点位置
を通る前記平行光の光軸に対して軸対称となる反射面を
前記光源側に持つ前面鏡を前記平行光の光軸上に配設し
た。

【００１５】従って、基本的に放物面鏡により反射され
た平行光は前面鏡の非鏡面による窓を通して出力光利用
光学系に向けて出射される一方、光源から発せられて放
物面鏡に直接入らない光は放物面鏡の焦点位置を通る平
行光の光軸に対して軸対称となる反射面を光源側に持つ
前面鏡で反射させることにより再び放物面鏡に返し反射
させることで焦点位置を経て再度放物面鏡で反射させて
平行光として出射させることができるので、光源光の光
束の殆ど全部を効率よく利用できる上に、出力光利用光
学系に向けて出射させる光束の平行度を低下させること
もない。さらには、出力光利用光学系の入力部の外形サ
イズと概略同サイズで透光性を有する非鏡面の窓の大き
さを規制することができるので、出力光利用光学系のサ
イズを小さく抑えることもできる。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の照
明装置において、前記前面鏡は、前記放物面鏡の出口に
設けられた前面ガラスと一体に設けられている。

【００１７】従って、放物面鏡の出口に設けられた前面
ガラスと一体に前面鏡を設けることにより、構成を単純
にできる上に精度も維持できる。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の照
明装置において、前記前面鏡は、前記放物面鏡の出口に
設けられた前面ガラスと前記光源の発光部との間に設け
られている。

【００１９】従って、請求項１記載の発明を実現する上
で、全体の大きさをより一層小型化できる。

【００２０】請求項４記載の発明は、請求項１記載の照
明装置において、前記出力光利用光学系は、その入力部
にインテグレータ光学系を有し、前記前面鏡を前記イン
テグレータ光学系の第１フライアイレンズ又は相当部材
と一体に設けられている。

【００２１】従って、インテグレータ光学系の第１フラ
イアイレンズ又は相当部材と一体に平面鏡を設けること
により、構成を単純にできる上に精度も維持できる。

【００２２】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装置において、前記前面鏡が平
面鏡である。

【００２３】即ち、請求項１記載の発明は、リフレクタ
の少なくとも一部に放物面鏡を用い、前記放物面鏡の焦
点付近に光源を配設し、この光源から出射され前記放物
面鏡で反射された平行光を出力光利用光学系へ向けて出
射させる照明装置において、前記出力光利用光学系の入
力部の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する非鏡
面の窓が形成された平面鏡を前記平行光の光軸に対して
直交させて配設した構成を含む。

【００２４】従って、請求項１ないし４の何れか一に記
載の照明装置を実現する上で、前面鏡を平面鏡とするこ
とで、前面鏡を作りやすい。

【００２５】請求項６記載の発明の照明装置は、リフレ
クタの少なくとも一部に放物面鏡を用い、前記放物面鏡
の焦点付近に光源を配設し、この光源から出射され前記
放物面鏡で反射された平行光を出力光利用光学系へ向け
て出射させる照明装置において、前記リフレクタを、少
なくとも当該放物面鏡からの平行光が前記出力光利用光
学系の入力口をカバーする範囲まで放物面形状とし、か
つ、この放物面鏡の外側を前記放物面と共通の焦点を持
つ楕円面形状の楕円面鏡とし、前記出力光利用光学系の
入力部の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する非
鏡面の窓が形成された前面鏡としての平面鏡を前記楕円
面鏡の短軸上付近の位置で前記平行光の光軸に対して直
交させて配設した。

【００２６】従って、基本的には前面鏡として平面鏡を
用いた場合の請求項１記載の発明と同様であるが、特
に、リフレクタとして放物面形状と楕円面形状とを組合
せているので、このリフレクタと平面鏡との間での光束
の反射回数を少なくして光の減衰を抑えることができ、
光の利用効率が向上する。加えて、同じ焦点距離の放物
面鏡を用いた場合、放物面鏡のみによる場合に比べてリ
フレクタの外形を小さくすることができ、結果として、
光の利用効率を低下させることなく全体の小型化を図れ
る。

【００２７】請求項７記載の発明は、請求項６記載の照
明装置において、前記リフレクタは、前記楕円面鏡の途
中から短軸上付近の前記平面鏡までの前記放物面鏡の外
側部分をこの放物面鏡の焦点と共通の焦点を持つ第２の
放物面鏡としてなる。

【００２８】従って、請求項６記載の発明を実現する上
で、リフレクタの型を作りやすくすることができ、面精
度を出しやすくすることができる。

【００２９】請求項８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装置において、前記前面鏡が前
記放物面鏡の焦点と共通の焦点を持つように形成された
第２の放物面鏡である。

【００３０】従って、請求項１ないし４の何れか一に記
載の照明装置を実現する上で、前面鏡をリフレクタ用の
放物面鏡に対向する第２の放物面鏡とすることで、放出
される平行光の平行度をより高くすることができ、質の
よい照明光を作り出すことができる。

【００３１】請求項９記載の発明は、請求項８記載の照
明装置において、前記第２の放物面鏡の前記窓の中心か
らの距離が最小となる部分と前記焦点とを結ぶ直線の延
長線が前記放物面鏡と交わる位置が前記光源を挿入する
ための穴の稜線よりも外側位置に設定されている。

【００３２】従って、光源を実装するための挿入用の穴
を考慮しても、光源から放出される光束を殆ど全部利用
することができ、最も高効率の照明装置を提供できる。

【００３３】請求項１０記載の発明は、請求項１ないし
９の何れか一に記載の照明装置において、前記出力光利
用光学系は、その入力部に偏光方向を揃える偏光変換器
を有し、前記前面鏡の非鏡面の前記窓がこの偏光変換器
の外形サイズと概略同サイズに形成されている。

【００３４】従って、光利用効率を向上させるために偏
光変換器を用いた構成下においても、請求項１ないし９
記載の発明の場合と同様な作用効果を得ることができ
る。

【００３５】請求項１１記載の発明は、請求項１ないし
９の何れか一に記載の照明装置において、前記出力光利
用光学系は、その入力部にインテグレータ光学系を有
し、前記前面鏡の非鏡面の前記窓が前記インテグレータ
光学系の入力部の第１フライアイレンズアレイの有効な
外形サイズと概略同サイズに形成されている。

【００３６】従って、基本的に光源から出射される光束
の密度が不均一であることから、複数の光束に分割して
各々の分割光束を被照射体上で再度インテグレートする
インテグレータ光学系を備える構成下に、請求項１ない
し９記載の発明の場合と同様な作用効果を得ることがで
きる。

【００３７】請求項１２記載の発明は、請求項１ないし
９の何れか一に記載の照明装置において、前記出力光利
用光学系は、その入力部にインテグレータ光学系を有
し、前記前面鏡の非鏡面の前記窓が前記インテグレータ
光学系の入力部の直交シリンドリカルレンズアレイの有
効な外形サイズと概略同サイズに形成されている。

【００３８】従って、基本的に光源から出射される光束
の密度が不均一であることから、複数の光束に分割して
各々の分割光束を被照射体上で再度インテグレートする
インテグレータ光学系を備える構成下に、請求項１ない
し９記載の発明の場合と同様な作用効果を得ることがで
きる。

【００３９】請求項１３記載の発明は、請求項１ないし
１２の何れか一に記載の照明装置において、前記前面鏡
の前記窓は、最小部分で前記放物面鏡の焦点位置を通る
前記平行光の光軸からの距離が前記放物面鏡の焦点距離
の２倍を超えるサイズに設定されている。

【００４０】従って、前面鏡からの反射光を効果的に出
射口に導くことができ、光源から発せられる光束の利用
効率が向上する。

【００４１】請求項１４記載の発明は、請求項８記載の
照明装置において、前記前面鏡は、ばね材により配設位
置に保持されている。

【００４２】従って、前面鏡を接着剤等により固定して
おらず、温度変化量の大きな照明装置において前面鏡と
して用いる第２の放物面鏡の形状を一定に保つことがで
き、常に高効率な照明装置を提供できる。

【００４３】請求項１５記載の発明の液晶プロジェクタ
は、画像情報制御部により投射すべき像が形成される少
なくとも１つの液晶パネルと、この液晶パネルを出力光
利用光学系による被投射体として照明する請求項１ない
し１４の何れか一に記載の照明装置と、前記液晶パネル
の像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、を備え
る。

【００４４】従って、請求項１ないし１４の何れか一に
記載の照明装置を利用して液晶パネルを照明するので、
全体的に光の利用効率の高い照明の下に液晶パネルを照
明して、口径の小さめな投射レンズ系によりスクリーン
上に投射させることができ、液晶プロジェクタ全体の小
型化を図ることができる。

【００４５】ここに、液晶パネルとしては、反射型液晶
パネルであっても透過型液晶パネルであってもよい。特
に、反射型液晶パネルの場合には、液晶パネルに対する
照射光の入射角が理想的には鉛直光のみであることがよ
く、実用的にもコントラストの低下の許容範囲を考慮し
て数度以内に抑える必要があるが、上記の如き平行度の
高い平行光により数度以内の範囲内の入射角で効率よく
照明できる。また、カラー表示の場合であれば、通常、
３原色、ＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の３つの
液晶パネルが、例えば、ダイクロイックプリズム又はミ
ラーのような分光素子等とともに用いられる。

【００４６】

【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。

【００４７】本実施の形態の照明装置Ａ１は、縦横のア
スペクト比が４：３なる矩形状の液晶パネル１を被投射
体とするもので、その前面には各液晶素子が照明光から
受けた光束を画像形成した後、投射レンズに最小径の光
束で通過させるためのコンデンサレンズ２が付設されて
いる。このような液晶パネル１に対して、本実施の形態
の照明装置Ａ１は、点状に近い光源３と、この光源３が
内蔵配設されるリフレクタとしての回転放物面鏡（放物
面鏡）４と、出力光利用光学系としてのインテグレータ
光学系５と、集光レンズ６とにより構成されている。

【００４８】光源３としては、高圧水銀灯、メタルハラ
イドランプ、キセノンランプ等のアーク灯が用いられて
いる。この光源３は放物面を回転させた形状の内周面が
ミラー面４ａとされた回転放物面鏡４の焦点Ｆの位置に
配設されている。従って、回転放物面鏡４のミラー面４
ａは、光源３からの光を受けた場合に平行光として出射
させる光学的特性を有する。このような回転放物面鏡４
の出口は前面ガラス８により閉塞されている。

【００４９】インテグレータ光学系５は、例えば前述し
た特開平３−１１１８０６号公報等により周知のもので
あり、第１フライアイレンズ９と第２フライアイレンズ
１０との組合せからなる構成を基本とし、本発明では、
特に、第２フライアイレンズ１０は２つのシリンドリカ
ルレンズアレイ１０ａ，１０ｂを直交配置させたものに
代えられている。また、本実施の形態では、これらのシ
リンドリカルレンズアレイ１０ａ，１０ｂ間には偏光を
一方に揃えるためにＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）ア
レイと１／２波長板とを組合せた偏光整列プリズムアレ
イ１１が設けられている。このシリンドリカルレンズア
レイ１０ｂの後段に配置された集光レンズ６は、フライ
アイレンズにより分割された各光束を液晶パネル１上に
重ね合わせる役目を果たす。

【００５０】このような照明装置Ａとしての基本的な構
成において、本実施の形態では、平行光束の光軸に直交
する前面ガラス８の内側面を利用して前面鏡としての平
面鏡１２が一体に設けられている。即ち、平面鏡１２は
平行光束の光軸に対して直交させて配設されている。別
の観点から見ると、回転放物面鏡４の焦点Ｆの位置を通
る平行光束の光軸に対して軸対称となる反射面が光軸に
対して直角に形成されて光源３側に位置している。この
平面鏡１２は前面ガラス８の内側面の一部にミラー面を
形成したもので、インテグレータ光学系５の入力部とな
る第１フライアイレンズ９の外形サイズに概略同サイズ
の非鏡面構造の窓１３が中心部に形成されている。即
ち、窓１３部分は光源３の光に対して透光性を有する。
この窓１３部分に関して前面ガラス８の両面には光の透
過効率を向上させるＡＲコート１４が設けられている。

【００５１】従って、本実施の形態の照明装置Ａ１にあ
っては、インテグレータ光学系５の外形を小型化するこ
とを目的とした従来例にあるコリメータレンズ１０７
や、凸レンズ１０６、凹レンズ１１１などによる光学系
を全部省き、回転放物面鏡４によるリフレクタが作る平
行光を直接インテグレータ光学系５に入力させる構成と
されている。しかしながら、これだけでは光源３の発す
る光束の全部を利用できないので、インテグレータ光学
系５に直接入力されない光束は回転放物面鏡４の作る平
行光の光軸に対して直交配置させた平面鏡１２により、
再度回転放物面鏡４側に返す。この返された光束は回転
放物面鏡４により、その焦点Ｆ、即ち、光源３の発光位
置に戻される。ここで、本実施の形態では、光源３とし
て高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ
などのアーク灯が用いられているので、戻された光束は
電極間をすり抜けて（実際は、ここにできる焦点は光源
の像であり、最初発光したときにできる光源像よりも幾
倍か大きくなっているので光束の一部分は電極により、
遮光される）、再び、回転放物面鏡４のミラー面４ａに
達し、再度反射された後、平行光になって、窓１３部分
から、インテグレータ光学系５に向かう。

【００５２】従って、本実施の形態によれば、基本的に
回転放物面鏡４により反射された平行光は平面鏡１２の
非鏡面による窓１３を通してインテグレータ光学系５に
向けて出射される一方、光源３から発せられて回転放物
面鏡４に直接入らない光は平行光の光軸に対して直交さ
せた平面鏡１２で反射させることにより再び回転放物面
鏡４に返し反射させることで焦点Ｆ位置を経て再度回転
放物面鏡４で反射させて平行光として出射させることが
できるので、光源光の光束の殆ど全部を効率よく利用で
きる上に、インテグレータ光学系５に向けて出射させる
光束の平行度を低下させることもない。さらには、イン
テグレータ光学系５の入力部に位置する第１フライアイ
レンズ９の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する
非鏡面の窓１３の大きさに規制することができるので、
インテグレータ光学系５のサイズを小さく抑えることも
でき、インテグレータ光学系５の形状に殆ど左右されず
に光源３からの光束利用効率を維持できる。また、回転
放物面鏡４の出口に設けられた前面ガラス８と一体に平
面鏡１２を設けることにより、構成を単純にできる上に
直交度等の精度も維持できる。

【００５３】本発明の第二の実施の形態を図２に基づい
て説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分
は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実
施の形態でも同様とする）。

【００５４】第一の実施の形態では、前面ガラス８の内
面に直接平面鏡１２を一体に形成したが、本実施の形態
の照明装置Ａ２では、前面ガラス８とは別部材による前
面鏡としての平面鏡１５を前面ガラス８の内面部分（又
は、外側部分）に平行光束の光軸に直交するように設け
たものである。この平面鏡１５は例えば高純度のアルミ
ニウム板を用い、その光源側表面を鏡面仕上げしたもの
が用いられている。また、中心部には、第１フライアイ
レンズ９の外形形状に概略同形の窓１６が開口形成され
ている。

【００５５】このような構成によっても、第一の実施の
形態の場合と同様の効果が得られることは明らかであ
る。

【００５６】なお、本実施の形態の照明装置Ａ２では、
集光レンズ６に代えて、シリンドリカルレンズ１０ｂと
液晶パネル１とのほぼ中間に位置させて凸レンズ１７が
設けられている。この凸レンズ１７も集光レンズ６の場
合と同様に、インテグレータ光学系５により分割された
光束を液晶パネル１面上に重ね合わせる機能を果たす。
特に、本実施の形態のように、凸レンズ１７から液晶パ
ネル１まではフライアイレンズ９，１０の各々の構成レ
ンズが作る光束が各々平行光となっているので、後述す
るような反射型液晶パネルを用いる液晶プロジェクタの
場合には色むらを発生しにくくすることができる。

【００５７】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。本実施の形態では、回転放物面鏡
４付近の構成のみを示す。本実施の形態では、図２に示
したような前面ガラス８とは別部材による平面鏡１５を
前面ガラス８と光源３との間に配置させたものである。
即ち、平面鏡１５を前面ガラス８から離し光源３側に近
づけたものである。窓１６の大きさ・形状は図２の場合
と同じである。

【００５８】このような構成において、光源３から発散
する光束は回転放物面鏡４で概略平行光にされるが、一
般的に５〜１０°の発散角を含んでいる。ここに、本実
施の形態のような構成によれば、光源３から出射されて
その発散が大きくなる前に平面鏡１５で再帰させるので
再帰された光束の焦点Ｆ位置にできる光源像を図２の場
合に比較して小さく抑えることができ、再度、回転放物
面鏡４で反射され平行光にされた後の発散角を小さく抑
えることができるので、インテグレータ光学系５での効
率の降下を抑えることができる。また、本実施の形態の
構成によれば、図中１点鎖線（カット可能位置）で示し
たように平面鏡１５から外れた部分の回転放物面鏡４を
カットすることができ、後述するようなプロジェクタの
筐体を薄くすることができる。上下だけでなく、左右も
同様の加工が可能で、さらには、カットではなく上下左
右２点差線の外側を箱型の形状にしても良く、同様に筐
体を薄くすることができる。

【００５９】本発明の第四の実施の形態を図５及び図６
に基づいて説明する。本実施の形態では、回転放物面鏡
４付近の構成のみを示す。本実施の形態では、インテグ
レータ光学系５の入力部に位置する第１フライアイレン
ズ９と一体に前面鏡としての平面鏡１８を設けたもので
ある。より具体的には、第１フライアイレンズ９の同一
部材による基板１９を回転放物面鏡４の開口をカバーし
得る大きさに形成し、第１フライアイレンズ９のレンズ
部分を窓２０とし、その周囲をミラー面とすることによ
り構成されている。

【００６０】本実施の形態によれば、平面鏡１８を設け
る構成を単純にでき、調整個所を少なくできることから
コストを抑えることが可能となる。また、インテグレー
タ光学系５と回転放物面鏡４との間にＵＶカット、ＩＲ
カットなどのガラス部材を置くような構成の場合、これ
らの部材に第１フライアイレンズを透過する光束部分を
残してその外側を平面鏡としても、同様の効果が得られ
る。

【００６１】本発明の第五の実施の形態を図７及び図８
に基づいて説明する。本実施の形態は、光利用効率をよ
り一層向上させるためにリフレクタ２１自体の構造を工
夫し、放物面鏡と楕円面鏡との組合せ構造としたもので
ある。

【００６２】まず、図７を参照して本実施の形態の原理
を説明する。ここでは、横軸をＺ軸、縦軸をＹ軸とし、
放物曲線の焦点を原点に採ると、その放物曲線の式は ｙ^２＝４ｆ（ｚ＋ｆ） で表せる（但し、ｆは放物曲線の焦点距離）。さらに、
楕円の第１焦点をその原点に置くと、楕円の式は ｙ^２＝−ｂ^２（ｚ−ｃ）^２／ａ^２＋ｂ^２ で表せる。ここで、ａは楕円の長軸の半分の長さで、ｂ
は短軸の半分の長さを表す。

【００６３】また、 ｃ＝√（ａ^２＋ｂ^２） の関係にあり、第１焦点、第２焦点間の距離の半分であ
る。そして、ｆ＜ａ−ｃの条件を満たすように放物曲線
と楕円を描くと、その２つの曲線は２箇所の交点を持
つ。その交点をｌ，ｌ′と表すと、その座標は（ｙ_ｌ，
ｚ_ｌ），（ｙ_ｌ′，ｚ_ｌ′）となり、ｚ_ｌ＝ｚ_ｌ′であ
る。

【００６４】そこで、リフレクタの反射面ｒを表すＺ軸
上の座標をｚ_ｒとすると、この２つの曲線のうち、ｚ_ｒ
＜ｚ_ｌの範囲を放物線とし、ｚ_ｒ≧ｚ_ｌの範囲は楕円を
用い、Ｚ軸を中心に回転させた構成とする。また、楕円
は短軸位置までを用い、短軸上に平面鏡を置く。さら
に、その平面鏡にはＺ軸の中心周りに窓を設けるが、そ
の大きさは第２焦点と交点ｌ或いはｌ′を結んだ直線
“線９”と“線９′”が楕円の短軸を切る点ｍ，ｍ′を
結ぶ範囲にする（後述するが、その線分を直径とする円
形の窓が最も効率が良いことになる）。

【００６５】このようにして構成したリフレクタを用い
て第１焦点に配設した光源の発光から効率よく平行光を
得る原理を説明する。第1焦点に点光源が置かれている
とすると、 線１上に放出される光線は放物面鏡ミラー面でＺ軸
に平行に反射され、線２上の光線として平面鏡に垂直に
当たるので、平面鏡ミラー面で反射された光はそのまま
線２上を戻り、再び、放物面鏡ミラー面で反射され、線
１上を戻って第１焦点を通過した後に、第１焦点から直
接発する光と重畳され、再度、放物面鏡ミラー面に到達
し、そこで反射されてＺ軸に平行な線３上の光線として
外部に放出される。

【００６６】 線４上に放出される光線は楕円面鏡ミ
ラー面で反射され、第２焦点に向かう線５上の光線とし
て平面鏡に当たる。この平面鏡は楕円の短軸位置に位置
させてＺ軸と直交するように配設されているので、線５
上を辿って入った光線は、第１焦点に向かう線６上を辿
るように平面鏡ミラー面により反射される。この光線も
第１焦点から発する光と重畳され放物面鏡ミラー面に到
達し、そこで反射されてＺ軸に平行な線７上の光線とし
て外部に放出される。

【００６７】 線６上に放出される光線は直接平面鏡
に当たる。この平面鏡は楕円の短軸位置に位置させてＺ
軸と直交するように配設されているので、平面鏡ミラー
面により楕円の第２焦点から楕円面鏡ミラー面に向かう
線５上の光線として反射され、光線は第１焦点に向かう
線４上を辿るように楕円面鏡ミラー面により再度反射さ
れる。この光線も第１焦点から発する光と重畳され放物
面鏡ミラー面に到達し、そこで反射されてＺ軸に平行な
線８上の光線として外部に放出される。

【００６８】図８は、図７に示した原理図に基づく照明
装置Ａ３としての実際的な構成例を示すものである。２
１は放物面鏡２２と楕円面鏡２３との組合せにより構成
されたリフレクタであり、２４は放物面鏡２２と楕円面
鏡２３との境界稜線を示す。光源２５は放物面鏡２２の
焦点（楕円面鏡２３の第１焦点）Ｆ位置に配設されてい
る。リフレクタ２１の出口部分は楕円面の短軸位置に設
定され、前面ガラス２６により閉塞されており、この前
面ガラス２６の内面側を利用して前面鏡としての平面鏡
２７がミラー面として一体に設けられている。この平面
鏡２７の中央部は、インテグレータ光学系５中の第１フ
ライアイレンズ９の外形サイズに概略一致させた大きさ
の矩形状の窓２８が形成されている。

【００６９】なお、前述の放物面鏡２２と楕円面鏡２３
との境界稜線２４と平面鏡２７の窓２８の縁と楕円面鏡
２３の第２焦点との関係は、境界稜線２４と楕円面鏡２
３の第２焦点を結んだ線９或いは線９′と平面鏡２７と
の交点が平面鏡２７の何れの位置であっても平面鏡２７
の窓２８の縁より外側（ミラー面側）になるように設定
されると、一番、光の利用効率がよくなる。即ち、楕円
面鏡２３で反射される光線が全て光源３側（第１焦点）
に戻されるように設定できる。

【００７０】また、放物面鏡２２からの反射光を平面鏡
２７で戻す部分が少しでもある場合、その窓２８のサイ
ズとしては、Ｚ軸からの距離が最短でも２ｆを超える方
が効率がよい。即ち、光源３から放出される光束のう
ち、丁度ｚ＝０の鉛直面に沿って放出される光束は放物
面鏡２２でＺ軸に平行光となった後、平面鏡２７でその
まま元の道筋を通って放物面鏡２２で反射し、ｚ＝０の
点を通過して再度反対側の放物面鏡２２で反射し、平行
光となる。この光束は、平面鏡２７で反射し、元の道筋
に戻るので、この照明装置の外に出ることなく減衰して
しまうことになる。しかしながら、それを犠牲にして
も、本実施の形態による方が従来方式よりも効率はよ
い。

【００７１】このように本実施の形態によれば、前述し
た第一ないし第三の実施の形態の場合に比して、楕円面
鏡ミラー面（楕円面鏡２３）で反射される光線は放物面
鏡ミラー面（放物面鏡２２）で反射される光線よりも１
回少ない反射で外部に放出されるので減衰が少なく、第
１焦点から直接平面鏡２７に向かう光線も平行光として
外部に放出され有効利用できるので、その分も効率よく
光を利用できるので、さらに効率の良い照明を行なえ
る。

【００７２】なお、これまでは光源３として理想に近い
ランプの場合を想定して説明したが、実際に用いるラン
プは電極とガスを封入しているガラス球があり、その肉
厚の不均一性やアークの発生位置のばらつきの関係で平
面鏡２７を正確に短軸上に置くよりも若干Ｚ軸上を前後
させた方がよいことが多い。特に、ＤＣ駆動の或る種の
ランプは、電極の形状が非対称で一方が大きな形状とな
っているものもある。この場合、電極の大きい方がＺ軸
上で小さい側（図では左側）に置かれた場合、再帰光が
電極に遮られる量を少なくするため、第２焦点の像の位
置をわずかにＺ軸上で大きな側（図では右側）に移した
方がよい。そうするためには、平面鏡２７を短軸真上よ
りその分Ｚ軸上で大きな側（図では右側）に移すことで
実現できる。これらの操作は、実際に部品を組み立てる
時に、本発明の照明装置の出力光束を測定しながらその
値が最大となる位置で平面鏡２７の部材を固定する。

【００７３】本発明の第六の実施の形態を図９ないし図
１１に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ４
は、前述の第五の実施の形態の場合と同様なリフレクタ
２１を用いるとともに、出力光利用光学系を構成するイ
ンテグレータ光学系５の入力部に偏光変換器３１（ここ
では、名称を偏光変換器としたが、目的及び機能は、前
述の偏光整列プリズムアレイと同じである。ただし、イ
ンテグレータ光学系５との相対位置の違いで若干形状が
異なるので、別の名称を用いている）を用いたものであ
る。この偏光変換器３１は第１フライアイレンズ９と一
体に設けられたもので、図１０に示すように、４５°の
二等辺三角形形状の６個のプリズム３２ａ〜３２ｆを中
心対称に台形状に組合せ、各斜面にＰＢＳ（偏光ビーム
スプリッタ）膜３３ａ〜３３ｄを形成してなる。ＰＢＳ
膜３３ａ〜３３ｄはＳ偏光を反射しＰ偏光を透過するよ
うに形成されているので、リフレクタ２１側から入射さ
れる平行光は、中央部に位置する最初のＰＢＳ膜３３
ｂ，３３ｃによりＳ偏光とＰ偏光とに分離され、Ｐ偏光
はそのまま透過してインテグレータ光学系５へ導かれ
る。一方、Ｓ偏光は反射され、外側のＰＢＳ膜３３ａ，
３３ｄ（これらは全反射ミラーでもよい）により再度反
射され、そのプリズム３２ａ，３２ｆの出口に配設され
た１／２波長板３４ａ，３４ｂでＰ偏光に変換されてイ
ンテグレータ光学系５側に導かれる。

【００７４】このような偏光変換器３１の機能は３個の
プリズムの組合せでも実現できるが、本実施の形態のよ
うに、６個のプリズム３２ａ〜３２ｆを用い、３個組を
２組対称に組合せて構成することにより、偏光変換器３
１の受光側（リフレクタ２１側）に対して出射側（イン
テグレータ光学系５側）の面積が２倍となる小型構成を
採ることができる。即ち、インテグレータ光学系５の入
力部の外形を図８に示した場合と同じとすると、偏光変
換器３１の受光側の面積は半分にできるため、平面鏡２
７の窓２８の開口形状も図９（ｂ）に示すようにプリズ
ム３２ｂ，３２ｅを合わせた大きさ形状に小さくでき
る。

【００７５】なお、本実施の形態のような偏光変換器３
１は、図１，図２等に示した回転放物面鏡４を用いる場
合にも同様に適用できる。図１２はその適用例を示す。
この場合も、平面鏡１５の窓１６部分の大きさ・形状を
偏光変換器３１の受光部の大きさ・形状に小さくするこ
とができる。

【００７６】本発明の第七の実施の形態を図１３に基づ
いて説明する。本実施の形態は、前述の第五の実施の形
態のような光利用効率をより一層向上させるために放物
面鏡と楕円面鏡との組合せ構造としたリフレクタ２１を
前提として、その作成過程をも考慮して改良したもので
ある。

【００７７】一般的に、この種のリフレクタは、溶解し
たガラスを型（最小限の構成として雌型と雄型（矢型と
も言う）とが必要である）によって形成し、ミラー面を
研磨した後に、蒸着で反射面を形成するようにしてい
る。従って、回転楕円面鏡の短軸上に開口部を作ると、
開口部の接線は平行となるため、矢型を外すためには割
型にするなどの点から複雑な形状を作る必要が生じてく
る。この点、開口部の深さ方向に傾斜を付けるようにす
れば、矢型を複雑にすることなくガラスのリフレクタを
形成することができるが、このように単純に作ると、光
源３からの放射光のうち、図１３中に示す角度θ_２３，
θ_２４分が有効に使えなくなってしまう。

【００７８】この解決法として、本実施の形態では、こ
の部分を第２の放物面とすることによって一部分を有効
利用することを可能にしたものである。即ち、第１の放
物面鏡（放物面鏡２２）の焦点距離ｆよりも短い焦点距
離ｆ′を持つ第２の放物曲線の焦点位置を第１の放物面
鏡の焦点位置と共通にすると、やはり回転楕円面鏡とし
た楕円と交差する。その交点をｎ，ｎ′とすると、その
座標は（ｙ_ｎ，ｚ_ｎ），（ｙ_ｎ′，ｚ_ｎ′）となり、ｚ
_ｎ＝ｚ_ｎ′である。ここで、リフレクタの反射面ｒを表
すＺ軸上の座標をｚ_ｒとすると、ｚ_ｒ≧ｚ_ｎの範囲を第
２の放物面鏡を用いる。

【００７９】全体を通して整理すると、今まで述べた３
つの曲線のうち、ｚ_ｒ＜ｚ_ｌの範囲を第１の放物線、ｚ
_ｌ＜ｚ_ｒ＜ｚ_ｎの範囲を楕円、ｚ_ｒ≧ｚ_ｎの範囲を第２
の放物線を用い、Ｚ軸に中心に回転させて各々第１の放
物面鏡、楕円面鏡、第２の放物面鏡を形成した構成とす
る。

【００８０】このようにすれば、角度θ_２３，θ_２４分
に入る光束のうち角度θ_２４分は依然として有効に利用
することができないものの、角度θ_２３分は第２の放物
面鏡により再帰光とすることができ、有効に利用するこ
とができる。

【００８１】本発明の第八の実施の形態を図１４及び図
１５に基づいて説明する。前述した実施の形態では、前
面鏡を平面鏡により構成したが、本実施の形態では、前
面鏡を放物面鏡により構成することで、光利用効率をよ
り一層向上させるようにしたものである。

【００８２】まず、図７の場合と同様に、図１４を参照
して本実施の形態の原理を説明する。前述の場合と同様
に、横軸をＺ軸、縦軸をＹ軸とし、第１の放物面鏡を形
成する放物曲線１の焦点を原点にとると、その放物曲線
１の式は、図７の場合と同様に、 ｙ^２＝４ｆ（ｚ＋ｆ） と表せる（但し、ｆは放物曲線１の焦点距離）。また、
向きを逆とした第２の放物面鏡を形成する放物曲線２の
焦点をその原点に置くと、その放物曲線２の式は、 ｙ^２＝−４ｇ（ｚ−ｇ） と表せる（但し、ｇは放物曲線２の焦点距離）。また、
Ｚ軸から前面鏡（第２の放物面鏡）の窓のサイズの最小
位置までの距離をｗとして第２の放物面鏡との交点を
ｍ，ｍ′とする（図１４中では放物曲線２で表現した曲
線Ｍ、Ｍ′、Ｍ″のうち、曲線Ｍ上に表現している）。

【００８３】このようにして構成されたリフレクタを用
いて光源３の発光を効率よく平行光にして取り出す原理
を説明する。ここで、一般的には光源３をリフレクタに
挿入して取付け・保持させるためには、Ｚ軸中心にｙ＝
ｄ／２で回転させた概略円筒状の穴（φｄ）を明ける必
要がある。即ち、第１の放物面鏡のうち、その部分は反
射面とすることができず、結局、全面を利用することは
できない。また、光源の特性としても電極が位置する方
向には物理的に光束を放射することは不可能であること
を前提として説明する。また、原点から交点ｍまでの線
分は光源から放出する光束の最大の取込み角（包括角
θ）となる。

【００８４】原点（即ち、焦点）に点光源が置かれてい
るとすると、 線１０と放物面鏡１との交点上よりわずかでも内側
に入った線１’（図示せず）に沿った光線はＺ軸に平行
となり、窓から外（図中、右方向）に放出される。

【００８５】 線１０と放物曲線１の交点上よりわず
かでも外側に向かった線１はＺ軸に平行となり、線１０
に沿って右方向に向かうが、放物面鏡２上のミラー面で
反射されて線５に沿って原点に戻り、さらに放物面鏡１
に向かう。

【００８６】この線５上の光線は光源から直接発せられ
る光線と重畳されて、放物面鏡１の交点で反射され、Ｚ
軸に平行となり、線９として窓から外の方向（図中、右
方向）に放出される。

【００８７】 最初から線５上に放出された光線は、
放物面鏡１で反射され、Ｚ軸に平行となり、線１０に沿
って放物面鏡１に向かい、交点で線１に沿った光線とな
り、原点に戻り、さらに放物面鏡１に向かう。

【００８８】この線１上の光線は光源から直接発せられ
る光線と重畳されて、放物面鏡１の交点で反射され、Ｚ
軸に平行となり、線６として窓から外の方向（図中、右
方向）に放出される。

【００８９】 最初から線２上に放出された光線は、
の場合と同様の原理で直接発せられた光線と重畳され
て、線８として外部に放出される。

【００９０】 最初から線４上に放出された光線は、
の場合と同様の原理で直接発された光線と重畳され
て、線７として外部に放出される。

【００９１】 （図示してないが）放物面鏡１と放物
面鏡２との交点に直接向かった光は、原理的にはまた原
点に戻り、直接発せられる光と重畳され、再度、放物面
鏡１で反射されＺ軸に平行となり、外部に放出される。

【００９２】このように、光源３から発せられる光束の
うち、｜θ｜−｜θ′｜の範囲の放射角の光束は全部有
効な平行光として外部に放出でき、効率よく光源３の発
する光束を利用できる。

【００９３】さらに、前述した平面鏡を前面鏡として用
いる方法と比べると、光源３は体積を持っているため放
物面鏡１では完全に平行光とはならない事実に対して、
平面鏡ではそのまま乱れた角度で反射するのに対して、
本実施の形態によれば、放物面鏡２でその乱れた角度を
小さくして反射させるので、外部に放出される光線の平
行度が保たれた状態となっており、その後段で用いる光
学素子の負担を軽くすることができる。

【００９４】次に、放物曲線１、放物曲線２とｍ，ｍ′
の関係を曲線Ｍ，Ｍ′，Ｍ″で説明する。これらのう
ち、曲線Ｍは理想的な位置である。即ち、線５と放物曲
線１との交点のＹ座標の絶対値をｙ＝ｄ／２としてか
ら、線５と線１０との交点がｍとなるような位置に放物
曲線２となるように放物線 ｙ^２＝−４ｇ（ｚ−ｇ） の焦点距離ｇを決定する。こうすることによって、前述
のように｜θ｜−｜θ′｜の範囲の放射角の光束は全て
有効に取り出すことができる。

【００９５】曲線Ｍより外側の曲線Ｍ′の位置に置く
と、線１０と放物曲線２との交点で反射された光線は線
５の外側を通って原点に向かい、その延長線上で放物曲
線１と交差するが、そこでのＹ座標の絶対値はｙ＝ｄ／
２より小さくなりランプ保持用の穴に入ってしまうの
で、有効な光として取り出すことができなくなる。

【００９６】曲線Ｍより内側の曲線Ｍ″の位置に置く
と、線１０と放物曲線２との交点は線５の内側に入って
しまうので、光源から発する線５上の光線は平行光とな
らずに外部に放出される。即ち、包括角θが小さくな
り、光源３から発する光束を無駄にする量が増加する。

【００９７】このように、曲線Ｍに比べると曲線Ｍ′，
Ｍ″は多少効率が落ちるものの従来の方法よりも格段に
効率が良いのは自明である。

【００９８】また、図１４においては防爆ガラスの位置
をこれらの曲線と無関係に設定しているが、これは光源
形状から電極の支持体を内部に取り込む位置に置いたた
めである。光源のランプ電極の支持体を貫通させるよう
に穴を明けたり、ランプ電極の支持体を短くすることが
できたり、放物曲線１の焦点距離と放物曲線２の焦点距
離との関係を変えることにより、ランプの支持体を内部
に取り込むことができれば、曲線Ｍ，Ｍ′，Ｍ″の何れ
の位置に防爆ガラスを配置させてもよい。即ち、放物曲
線２の形状の防爆ガラスとし、その一面に窓付きミラー
を形成することにより部品点数を少なくすることも可能
である。

【００９９】次に、前面鏡としての第２の放物面鏡３５
が有する窓３６の形状について図１５を用いて説明す
る。なお、ここでは、前述したインテグレータ光学系５
の第１のフライアイレンズ９を構成する要素レンズのサ
イズを横Ｈ＝４ｍｍ、縦Ｖ＝３ｍｍとし、７×９個を並
べて構成されている場合を想定している。

【０１００】このような条件下では、基本の窓形状は横
４ｍｍ×７個＝２８mm、縦３ｍｍ×９個＝２７mmの矩形
形状となる。

【０１０１】しかしながら、後述する反射型ＬＣＤを用
いるプロジェクタ用としてはＬＣＤのパネル面に入る入
射角が小さいほどコントラストや色むらに対する性能が
向上する。そのため、入射角が比較的大きくなる対角の
要素レンズを通過する光束は使わなくてよい。しかも、
本実施の形態の方式ではその部分に来る光束を反射さ
せ、再利用し、中心付近の良質な光束とすることができ
るので全体としての効率が向上する。

【０１０２】図１５（ａ）は対角上の要素レンズを各１
個分ずつの範囲を反射面（第２の放物面鏡３５の一部）
とした例であり、図１５（ｂ）はその両隣までの各３個
分ずつの範囲を反射面（第２の放物面鏡３５の一部）と
した例を示す。なお、図１５中の括弧内の数値は、
（ｘ，ｙ，ｌ）、即ち、その点のｘ座標、ｙ座標及び原
点に点対称となる対角の長さｌを示している。この図１
５（ｂ）の場合、窓３６の最短距離は２４．２ｍｍとな
るので、図１４中の線１０の位置はｗ＝１２．１ｍｍと
すると効率が良い。これは、前面鏡として平面鏡を用い
た前述の各実施の形態の方式の場合であっても同様であ
る。

【０１０３】さらに、光軸を精度よく作成し、維持する
ことができれば、図１５（ｃ）又は図１５（ｄ）に示す
ように必ずしも要素レンズの単位で窓を構成する必要性
はない。図１５（ｃ）は外形である矩形に内接する楕円
形状或いは円形状の窓３６に形成した例であり、図１５
（ｄ）は図１５（ｂ）で示した四隅の３個分の要素レン
ズを対角線で区切り、全体を八角形形状の窓３６に形成
した例である。これらの図１５（ｃ）又は図１５（ｄ）
の例は要素レンズの一部分のみを光束が通過するので、
一つの要素レンズだけに注目すると照度むらの出るおそ
れがあるが、全部を重畳した後の照度は互いに補い合っ
ているのでほとんど照度むらにつながらない。特に、図
１５（ｄ）に示す例は、四隅の２個ずつの要素レンズは
互いの対角の要素レンズと完全に補完関係にあるので理
論的にも全く照度むらにつながることはない。この両者
の窓３６の最短距離は矩形の場合と同じで２７ｍｍであ
るので、ｗ＝１３．５ｍｍとしてよい。

【０１０４】このように、本実施の形態の方式によれ
ば、インテグレータ光学系に入射させる光束を円形或い
は円形に近い形にすることにより、その周囲に来る光束
を反射させ、再利用し、中心付近の良質な光束とするこ
とができるので、全体としての効率が向上する。

【０１０５】なお、例えば図１４中の第２の放物面鏡３
５のミラー面位置をＭ′とし、防爆ガラス（前面ガラス
８）と一体化し、さらに、インテグレータ光学系５の第
１のフライアイレンズ９をも一体化して構成してもよ
い。図１６及び図１７はこれを原理的に示すものであ
る。

【０１０６】本発明の第九の実施の形態を図１８及び図
１９に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の実施
の形態の原理において前面鏡として第２の放物面鏡を用
いる場合の具体的な照明装置Ａ５の構成例を示すもので
ある。

【０１０７】リフレクタ用の放物面鏡４（ｆ＝６ｍｍ）
は強化ガラス、前面鏡としての第２の放物面鏡３５（ｇ
＝２１ｍｍ）は強化ガラスないしは通常のガラスで構成
し、各々内側が鏡面として形成している。この場合、両
者の膨張係数がほとんど同じなので両者を耐熱接着剤で
固着させている。放物面鏡４と防爆ガラス（前面ガラス
８）との間は作製型の抜き勾配を設けて直線的に円筒状
に形成されている。３７は光源３をリフレクタ（放物面
鏡４）に挿入して取付け・保持させるために明けた概略
円筒状の穴であり、３８はリード線引き出し孔である。

【０１０８】本発明の第十の実施の形態を図２０及び図
２１に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ６
は、基本的には、照明装置Ａ５の場合と同様であるが、
前面鏡としての第２の放物面鏡３５を高輝アルミニウム
やステンレス鋼などの金属で形成した場合の適用例を示
す。

【０１０９】この場合、放物面鏡４にはやはり強化ガラ
スを用いているので、両者を固着すると両者の熱膨張係
数が異なり、ランプ点灯時の熱により、第２の放物面鏡
３５が変形してしまうおそれがある。そこで、本実施の
形態では、放物面鏡４と第２の放物面鏡４とは接着剤等
により固着せずフリーとし、Ｚ軸中心に対称的な位置に
押える力が働くばね材３９によりその配設位置に保持さ
せるようにしたものである。より具体的には、ステンレ
ス鋼や麟青銅のようなばね性のある１枚の板材３９ａの
中央に窓３６を阻害しないように形成した矩形状の開口
周りに切り欠きにより４個の板ばね片３９ｂを対辺同士
でタスキ掛けとなるような方向に形成したもので、板材
３９ａ自身は防爆ガラス（前面ガラス８）の直下に配置
されて放物面鏡４の本体とは接着剤で一緒に固着されて
いる。もっとも、ばね材３９としては、図示のようなも
のに限らず、線状ばね、コイルばね等であってもよく、
要は、Ｚ軸中心に対称的に第２の放物面鏡３５に放物面
鏡４方向の押し圧が掛かるように配置できれば、形状は
特に問わない。

【０１１０】本発明の第十一の実施の形態を図２２に基
づいて説明する。本実施の形態は、例えば前述の照明装
置Ａ５（又は、Ａ６）を図１，図２，図１１，図１２等
の場合と同様に、液晶パネル１の照明用に用いた適用例
を示す（照明装置Ａ５に関しては簡略化して示してい
る）。この場合、インテグレータ光学系５としては、前
述の場合と同様のものを用い得るが、ここでは、第１の
フライアイレンズ５に代えて、相当部材として直交シリ
ンドリカルレンズアレイ７１ａ，７１ｂを用いた例を示
しており、第２の放物面鏡３５の窓３６が直交シリンド
リカルレンズアレイ７１ａ，７１ｂの大きさに概略対応
するように形成されている。また、第２のフライアイレ
ンズに相当する直交シリンドリカルレンズ１０ａ，１０
ｂ間に配設された偏光整列プリズム１１の前段には、遮
光板アレイ７２が配設されている。７３はＵＶ／ＩＲカ
ットフィルタである。また、図２の場合と同様に、シリ
ンドリカルレンズ１０ｂと照射面とのほぼ中間の位置に
凸レンズ１７（焦点距離はこの凸レンズ１７から液晶パ
ネル１までの距離に一致させる）を置き、第２のフライ
アイレンズ（直交シリンドリカルレンズ１０ａ，１０
ｂ）で分割された光束を照射面である液晶パネル１上に
重ね合わせている。

【０１１１】このような構成をとることにより、凸レン
ズ１７から被照射面となる液晶パネル１までは、フライ
アイレンズの各構成レンズが作る光束は各々平行光とな
っているので、特に反射型液晶パネル１を用いるプロジ
ェクタの場合でも色むらが発生しにくく、都合がよい。

【０１１２】本発明の第十二の実施の形態を図２３に基
づいて説明する。本実施の形態は、例えば、図１に示し
た照明装置Ａ１の液晶プロジェクタへの適用例を示す。
なお、この照明装置Ａ１において、第１フライアイレン
ズ９の前端にはＵＶ／ＩＲカットガラス４１が介在さ
れ、また、第１、第２フライアイレンズ９，１０間には
照射方向を９０°変更させるためのミラー４２が介在さ
れている。

【０１１３】照明装置Ａ１によりＳ偏光に揃えられた平
行光束は、ダイクロイックミラー（分光ミラー）４３，
４４及び全反射ミラー４５でＢ，Ｇ，Ｒ各色成分光に分
離され、各々対応するＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
４６，４７，４８へ導き、そのＰＢＳ膜で反射させ、各
々反射型液晶パネル１Ｂ，１Ｇ，１Ｒを照射する。２
Ｂ，２Ｇ，２Ｒはコンデンサレンズであり、４９，５０
はリレーレンズである。

【０１１４】各反射型液晶パネル１Ｂ，１Ｇ，１Ｒで
は、画像情報制御部（図示せず）から与えられる画像信
号がオフの画素はそのまま反射して返すので、ＰＢＳ膜
で再度反射し、照明装置Ａ１側へ戻されるが、オンの画
素ではＰ偏光に変換して反射されるのでＰＢＳ膜を透過
し、ダイクロイックプリズムを用いた光合成プリズム５
１へ到達する。各色画像はこの光合成プリズム５１のダ
イクロイック膜で合成され、投射レンズ系としての投射
レンズ５２を通してスクリーン５３上に液晶パネル表示
画像を投射結像させる。

【０１１５】本発明の第十三の実施の形態を図２４に基
づいて説明する。本実施の形態は、例えば、図２に示し
たような凸レンズ１７を用いたインテグレータ光学系５
構成の照明装置の液晶プロジェクタへの適用例を示す。
但し、ここでは、第１フライアイレンズの前段にＵＶ／
ＩＲカットガラス４１が介在されており、平面鏡はこの
ＵＶ／ＩＲカットガラス４１の片面に平面鏡６０として
設けられている。

【０１１６】照明装置によりＰ偏光に揃えられた平行光
束は、ＰＢＳ６１へ導かれそのＰＢＳ膜を透過し、さら
にダイクロイックプリズムを用いた光分離・合成プリズ
ム６２へ導かれる。ここで、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色成分光に分
離されて、各々対応する反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，
１Ｂを照射する。各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ
では画像情報制御部（図示せず）から与えられる画像信
号がオフの画素はそのまま反射して返すので、光分離・
合成プリズム６２で合成された後、ＰＢＳ６１のＰＢＳ
膜を再度透過し照明系の方へ戻されるが、オンの画素で
はＳ偏光に変換して反射されるので光分離・合成プリズ
ム６２で合成された後、ＰＢＳ６１のＰＢＳ膜で反射さ
れ、投射レンズ系としての投射レンズ６３を通してスク
リーン６４上に反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの表
示画像を投射結像させる。

【０１１７】なお、図示例では、ガラスの密度も考慮し
て、インテグレータ光学系５における光学的な距離の関
係は、ｌ_１＋ｌ_１′≒ｌ_２に設定されている。

【０１１８】なお、これらの第十二、第十三の実施の形
態で示した液晶プロジェクタに関するリフレクタとイン
テグレータ光学系の組合せ（照明装置）は、本発明の効
果を分かりやすく示すために選んだのみであり、前述し
た実施の形態における照明装置の何れの方式の組合せで
も本発明の本質が崩れるものではない。特に、リフレク
タの形状については目的に応じて前述のどの方式を用い
ても何ら差し支えない。

【０１１９】また、これらの第十二、第十三のの実施の
形態では、照明光の角度依存性の強い反射型液晶ディス
プレイを用いたプロジェクタへの適用例を示したが、本
発明の本質は集光能力が大きいことから、透過型液晶パ
ネルを用いたプロジェクタやＤＭＤ（ダイナミックミラ
ーデバイス）を用いたプロジェクタ（この場合は、偏光
変換機能は省略できる）への応用も可能であることは言
うまでもない。

【０１２０】

【発明の効果】請求項１記載の発明の照明装置によれ
ば、基本的に放物面鏡により反射された平行光は前面鏡
の非鏡面による窓を通して出力光利用光学系に向けて出
射される一方、光源から発せられて放物面鏡に直接入ら
ない光は平行光の光軸に対して直交させた前面鏡で反射
させることにより再び放物面鏡に返し反射させることで
焦点位置を経て再度放物面鏡で反射させて平行光として
出射させることができるので、光源光の光束の殆ど全部
を効率よく利用できる上に、出力光利用光学系に向けて
出射させる光束の平行度を低下させることもなく、さら
には、出力光利用光学系の入力部の外形サイズと概略同
サイズで透光性を有する非鏡面の窓の大きさを規制する
ことができるので、出力光利用光学系のサイズを小さく
抑えることもできる。

【０１２１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の照明装置において、放物面鏡の出口に設けられた前
面ガラスと一体に前面鏡を設けたので、構成を単純にで
きる上に直交度等の精度も維持することができる。

【０１２２】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の照明装置において、前面鏡を放物面鏡の出口に設け
られた前面ガラスと光源の発光部との間に設けるように
したので、請求項１記載の発明を実現する上で、全体の
大きさをより一層小型化でき、かつ、光源光が発散する
前に前面鏡で再帰反射させることができ、発散角が小さ
くなるように抑制できる。

【０１２３】請求項４記載の発明によれば、請求項１記
載の照明装置において、インテグレータ光学系の第１フ
ライアイレンズ又は相当部材と一体に前面鏡を設けるこ
とにより、構成を単純にできる上に直交度等の精度も維
持することができる。

【０１２４】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし４の何れか一に記載の照明装置を実現する上で、前
面鏡を平面鏡とすることで、前面鏡を作りやすくするこ
とができる。

【０１２５】請求項６記載の発明の照明装置によれば、
基本的には前面鏡として平面鏡を用いた場合の請求項１
記載の発明と同様であるが、特に、リフレクタとして放
物面形状と楕円面形状とを組合せているので、このリフ
レクタと平面鏡との間での光束の反射回数を少なくして
光の減衰を抑えることができ、光の利用効率を向上させ
ることができ、加えて、同じ焦点距離の放物面鏡を用い
た場合、放物面鏡のみによる場合に比べてリフレクタの
外形を小さくすることができ、結果として、光の利用効
率を低下させることなく全体の小型化を図ることができ
る。

【０１２６】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載の発明を実現する上で、リフレクタの型を作りやすく
することができ、面精度を出しやすくすることができ
る。

【０１２７】請求項８記載の発明によれば、請求項１な
いし４の何れか一に記載の照明装置を実現する上で、前
面鏡をリフレクタ用の放物面鏡に対向する第２の放物面
鏡とすることで、放出される平行光の平行度をより高く
することができ、質のよい照明光を作り出すことができ
る。

【０１２８】請求項９記載の発明によれば、請求項８記
載の照明装置において、光源を実装するための挿入用の
穴を考慮しても、光源から放出される光束を殆ど全部利
用することができ、最も高効率の照明装置を提供するこ
とができる。

【０１２９】請求項１０記載の発明によれば、請求項１
ないし９の何れか一に記載の照明装置において、光利用
効率を向上させるために偏光変換器を用いた構成下にお
いても、請求項１ないし９記載の発明の場合と同様な作
用効果を得ることができる上に、特に偏光変換器の構造
を工夫することにより、前面鏡の窓の大きさも半減させ
ることが可能となる。

【０１３０】請求項１１記載の発明によれば、基本的に
光源から出射される光束の密度が不均一であることか
ら、複数の光束に分割して各々の分割光束を被照射体上
で再度インテグレートするインテグレータ光学系を備え
る構成下に、請求項１ないし９記載の発明の場合と同様
な作用効果を得ることができる。

【０１３１】請求項１２記載の発明によれば、基本的に
光源から出射される光束の密度が不均一であることか
ら、複数の光束に分割して各々の分割光束を被照射体上
で再度インテグレートするインテグレータ光学系を備え
る構成下に、請求項１ないし９記載の発明の場合と同様
な作用効果を得ることができる。

【０１３２】請求項１３記載の発明によれば、請求項１
ないし１２の何れか一に記載の照明装置において、前面
鏡からの反射光を効果的に出射口に導くことができ、光
源から発せられる光束の利用効率を向上させることがで
きる。

【０１３３】請求項１４記載の発明によれば、請求項８
記載の照明装置において、前面鏡をばね材により配設位
置に保持させ、前面鏡を接着剤等により固定していない
ので、温度変化量の大きな照明装置において前面鏡とし
て用いる第２の放物面鏡の形状を一定に保つことがで
き、常に高効率な照明装置を提供することができる。

【０１３４】請求項１５記載の発明の液晶プロジェクタ
によれば、請求項１ないし１４の何れか一に記載の照明
装置を利用して液晶パネルを照明するようにしたので、
全体的に光の利用効率の高い照明の下に液晶パネルを照
明して、口径の小さめな投射レンズ系によりスクリーン
上に投射させることができ、液晶プロジェクタ全体の小
型化を図ることができる。特に、反射型液晶パネルの場
合には、液晶パネルに対する照射光の入射角が理想的に
は鉛直光のみであることがよく、実用的にもコントラス
トの低下の許容範囲を考慮して数度以内に抑える必要が
あるが、上記の如き平行度の高い平行光により数度以内
の範囲内の入射角で効率よく照明することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図２】本発明の第二の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図３】本発明の第三の実施の形態の照明装置の要部を
示すリフレクタ付近の断面構造図である。

【図４】そのリフレクタの正面図である。

【図５】本発明の第四の実施の形態の照明装置の要部を
示すリフレクタ付近の断面構造図である。

【図６】その正面図である。

【図７】本発明の第五の実施の形態のリフレクタ構成を
示す原理図である。

【図８】その実際的な照明装置への適用例を示す光学系
構成図である。

【図９】本発明の第六の実施の形態の照明装置の要部を
示し、（ａ）はリフレクタ付近の断面構造図である。

【図１０】その偏光変換器の平面図である。

【図１１】その照明装置全体の光学系構成図である。

【図１２】変形例を示す光学系構成図である。

【図１３】本発明の第七の実施の形態のリフレクタ構成
を示す原理図である。

【図１４】本発明の第八の実施の形態のリフレクタ構成
を示す原理図である。

【図１５】その第２の放物面鏡の窓形状を示す正面図で
ある。

【図１６】その照明装置の要部を示すリフレクタ付近の
断面構造図である。

【図１７】その正面図である。

【図１８】本発明の第九の実施の形態の照明装置の要部
を示すリフレクタ付近の断面構造図である。

【図１９】その正面図である。

【図２０】本発明の第十の実施の形態の照明装置の要部
を示すリフレクタ付近の断面構造図である。

【図２１】その正面図である。

【図２２】本発明の第十一の実施の形態の照明装置を示
す光学系構成図である。

【図２３】本発明の第十二の実施の形態の液晶プロジェ
クタを示す光学系構成図である。

【図２４】本発明の第十三の実施の形態の液晶プロジェ
クタを示す光学系構成図である。

【図２５】第１の従来例の照明装置を示す光学系構成図
である。

【図２６】第２の従来例の照明装置のリフレクタ付近を
示す光学系構成図である。

【図２７】第３の従来例の照明装置のリフレクタ付近を
示す光学系構成図である。

【符号の説明】

１ 被投射体、液晶パネル ３ 光源 ４ 放物面鏡、リフレクタ ５ インテグレータ光学系、出力光利用光学系 ８ 前面ガラス ９ 第１フライアイレンズ １０ 第２フライアイレンズ １２ 平面鏡、前面鏡 １３ 窓 １５ 平面鏡、前面鏡 １６ 窓 １８ 平面鏡、前面鏡 ２０ 窓 ２１ リフレクタ ２２ 放物面鏡 ２３ 楕円面鏡 ２５ 光源 ２６ 前面ガラス ２７ 平面鏡、前面鏡 ２８ 窓 ３１ 偏光変換器 ３５ 第２の放物面鏡、前面鏡 ３６ 窓 ３７ 穴 ３９ ばね材 ５２ 投射レンズ系 ５３ スクリーン ６０ 平面鏡、前面鏡 ６３ 投射レンズ系 ６４ 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 1/13357 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ Ｇ０３Ｂ 21/00 21/14 Ａ 21/14 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ (72)発明者 本田 正 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 永瀬 修 岩手県花巻市大畑第10地割109 リコー光 学株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 DD06 DD07 DD10 DE04 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA13 HA23 HA25 HA28 MA06 2H091 FA17Z FA26Z FA29Z FA41Z FD06 FD07 FD12 FD22 LA03 LA18 MA07

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リフレクタの少なくとも一部に放物面鏡
   を用い、前記放物面鏡の焦点付近に光源を配設し、この
   光源から出射され前記放物面鏡で反射された平行光を出
   力光利用光学系へ向けて出射させる照明装置において、 前記出力光利用光学系の入力部の外形サイズと概略同サ
   イズで透光性を有する非鏡面の窓が形成されて前記放物
   面鏡の焦点位置を通る前記平行光の光軸に対して軸対称
   となる反射面を前記光源側に持つ前面鏡を前記平行光の
   光軸上に配設したことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記前面鏡は、前記放物面鏡の出口に設
   けられた前面ガラスと一体に設けられていることを特徴
   とする請求項１記載の照明装置。
3. 【請求項３】 前記前面鏡は、前記放物面鏡の出口に設
   けられた前面ガラスと前記光源の発光部との間に設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 【請求項４】 前記出力光利用光学系は、その入力部に
   インテグレータ光学系を有し、前記前面鏡を前記インテ
   グレータ光学系の第１フライアイレンズ又は相当部材と
   一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載の
   照明装置。
5. 【請求項５】 前記前面鏡が平面鏡であることを特徴と
   する請求項１ないし４の何れか一に記載の照明装置。
6. 【請求項６】 リフレクタの少なくとも一部に放物面鏡
   を用い、前記放物面鏡の焦点付近に光源を配設し、この
   光源から出射され前記放物面鏡で反射された平行光を出
   力光利用光学系へ向けて出射させる照明装置において、 前記リフレクタを、少なくとも当該放物面鏡からの平行
   光が前記出力光利用光学系の入力口をカバーする範囲ま
   で放物面形状とし、かつ、この放物面鏡の外側を前記放
   物面と共通の焦点を持つ楕円面形状の楕円面鏡とし、 前記出力光利用光学系の入力部の外形サイズと概略同サ
   イズで透光性を有する非鏡面の窓が形成された前面鏡と
   しての平面鏡を前記楕円面鏡の短軸上付近の位置で前記
   平行光の光軸に対して直交させて配設したことを特徴と
   する照明装置。
7. 【請求項７】 前記リフレクタは、前記楕円面鏡の途中
   から短軸上付近の前記平面鏡までの前記放物面鏡の外側
   部分をこの放物面鏡の焦点と共通の焦点を持つ第２の放
   物面鏡としてなることを特徴とする請求項６記載の照明
   装置。
8. 【請求項８】 前記前面鏡が前記放物面鏡の焦点と共通
   の焦点を持つように形成された第２の放物面鏡であるこ
   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
   明装置。
9. 【請求項９】 前記第２の放物面鏡の前記窓の中心から
   の距離が最小となる部分と前記焦点とを結ぶ直線の延長
   線が前記放物面鏡と交わる位置が前記光源を挿入するた
   めの穴の稜線よりも外側位置に設定されている請求項８
   記載の照明装置。
10. 【請求項１０】 前記出力光利用光学系は、その入力部
    に偏光方向を揃える偏光変換器を有し、前記前面鏡の非
    鏡面の前記窓がこの偏光変換器の外形サイズと概略同サ
    イズに形成されていることを特徴とする請求項１ないし
    ９の何れか一に記載の照明装置。
11. 【請求項１１】 前記出力光利用光学系は、その入力部
    にインテグレータ光学系を有し、前記前面鏡の非鏡面の
    前記窓が前記インテグレータ光学系の入力部の第１フラ
    イアイレンズアレイの有効な外形サイズと概略同サイズ
    に形成されていることを特徴とする請求項１ないし９の
    何れか一に記載の照明装置。
12. 【請求項１２】 前記出力光利用光学系は、その入力部
    にインテグレータ光学系を有し、前記前面鏡の非鏡面の
    前記窓が前記インテグレータ光学系の入力部の直交シリ
    ンドリカルレンズアレイの有効な外形サイズと概略同サ
    イズに形成されていることを特徴とする請求項１ないし
    ９の何れか一に記載の照明装置。
13. 【請求項１３】 前記前面鏡の前記窓は、最小部分で前
    記放物面鏡の焦点位置を通る前記平行光の光軸からの距
    離が前記放物面鏡の焦点距離の２倍を超えるサイズに設
    定されていることを特徴とする請求項１ないし１２の何
    れか一に記載の照明装置。
14. 【請求項１４】 前記前面鏡は、ばね材により配設位置
    に保持されていることを特徴とする請求項８記載の照明
    装置。
15. 【請求項１５】 画像情報制御部により投射すべき像が
    形成される少なくとも１つの液晶パネルと、 この液晶パネルを出力光利用光学系による被投射体とし
    て照明する請求項１ないし１４の何れか一に記載の照明
    装置と、 前記液晶パネルの像をスクリーン上に投射する投射レン
    ズ系と、を備える液晶プロジェクタ。