JP2003207604A - 型を用いて成型されるレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型を用いて成型されるレンズおよびレンズア
レイに関し、製造時における歩留まりを向上させる。 【解決手段】 偏心レンズ５００Ａは、成型型６００Ａ
を用いて成型される。この偏心レンズ５００Ａは、レン
ズから射出される射出光について、周辺領域の照度が中
央領域の照度よりも弱い照度分布を有する条件下で使用
される。偏心レンズ５００Ａは、射出光の照度が弱い周
辺レンズ部５１０Ａを備えており、周辺レンズ部５１０
Ａは、成型型６００Ａと接する側の内角θｅ１、θｅ２
が鈍角となる形状を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、型を用いて成型さ
れるレンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタは、照明光学系から射出さ
れた光を、液晶ライトバルブなどによって画像信号に応
じて変調し、変調された光をスクリーン上に投写するこ
とによって画像を表示する。

【０００３】図１０は、従来の照明光学系の概略構成を
示す説明図である。照明光学系は、光源装置４１２０
と、第１のレンズアレイ４１３０と、第２のレンズアレ
イ４１４０と、偏光変換光学系４１５０と、重畳レンズ
４１６０とを備えている。光源装置４１２０から射出さ
れた光線束は、第１のレンズアレイ４１３０に備えられ
た複数の小レンズ４１３２によって複数の部分光線束に
分割される。この複数の部分光線束は、第２のレンズア
レイ４１４０が備える複数の小レンズ４１４２を通過し
た後に、偏光変換光学系４１５０によって直線偏光光に
変換され、重畳レンズによって照明領域４１８０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】第１および第２の４１３０、４１４０は、
一般に、型を用いて成型される。従来、レンズアレイ４
１３０、４１４０の各小レンズ４１３２、４１４２に
は、球面形状を有する平凸レンズ（同心レンズ）が用い
られていた。近年では、光源装置４１２０から射出され
る光線束を効率的に利用するために、レンズアレイの小
レンズに、偏心レンズが用いられる場合もある。このよ
うな技術は、例えば、特開２０００−１９４０６８号公
報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１１は、平凸状の偏
心レンズを光軸Ｏａｘと平行に切断したときの断面形状
を示す断面図である。偏心レンズでは、光軸Ｏａｘとレ
ンズの外形の中心を通る軸Ｇａｘとが一致しない。図示
するように、光軸Ｏａｘと中心軸Ｇａｘとのずれが大き
な偏心レンズは、図示した断面形状において、レンズ面
Ｌと側面Ｓとのなす角度θｅが鋭角となるエッジ部分Ｅ
を有している。このような偏心レンズを有するレンズア
レイを型によって成型する場合、離型時にエッジ部分Ｅ
ａが欠ける場合があることや、エッジ部分Ｅａへの光学
材料の充填不足が生じる場合があることなどによって、
製造における歩留まりが悪くなるという問題があった
（図１２）。

【０００６】上述した課題は、プロジェクタの照明光学
系に用いられるレンズアレイに限られず、型によって成
型されるレンズおよびレンズアレイに共通の課題だっ
た。

【０００７】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたものであり、型を用いて成型されるレンズおよび
レンズアレイに関し、製造時における歩留まりを向上さ
せることを目的とする。

【０００８】

【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、本発明で
は、以下の構成を採用した。本発明のレンズは、所定の
型を用いて成型されるレンズであって、該レンズから射
出される射出光は、周辺領域の照度が中央領域の照度よ
りも弱い照度分布を有する光であり、前記射出光の照度
が強い有効レンズ部と、前記射出光の照度が弱い周辺レ
ンズ部と、を備え、前記周辺レンズ部は、光学的要求に
関わらず、前記型成型上の制約を考慮した形状を有する
ことを要旨とする。

【０００９】通常、レンズは、光学的に理想的な形状で
設計され製造される。そして、レンズは、型を用いて成
型される場合がある。一般に、レンズを型を用いて成型
する場合、型からの離型のし易さや、歩留まりを考慮し
て、レンズの周辺部に抜き勾配を設けることが行われ
る。しかし、光学的に理想的な形状を維持したままレン
ズの周辺部に抜き勾配を設けると、必然的にレンズの外
形形状が大きくなる。このレンズの大型化は許容されな
い場合がある。本願発明者は、レンズの使用条件によっ
ては、必ずしも光学的に理想的な形状が要求されない場
合があることに着目した。

【００１０】本発明のレンズは、レンズから射出される
射出光について、周辺領域の照度が中央領域の照度より
も弱い照度分布を有する。かかる周辺レンズ部では、そ
の形状が光学的に理想的な形状からずれたとしても、光
学特性に与える影響は比較的小さい。本発明のレンズで
は、周辺レンズ部が、光学的要求に関わらず、型成型上
の制約を考慮した形状を有するので、レンズの大型化を
招くことなく、型からの離型を容易に行うことができ、
製造時の歩留まりを向上させることができる。

【００１１】本発明のレンズにおいて、周辺レンズ部が
有する型成型上の制約を考慮した形状には、種々の態様
がある。例えば、前記周辺レンズ部は、前記型から離型
する離型方向と平行に切断したときの断面において、前
記型と接する側の内角が直角または鈍角であるようにす
ることができる。

【００１２】図８（ａ）は、レンズ５００Ａと成型型６
００Ａについて、離型方向と平行に切断したときの断面
形状を示す断面図である。図から分かるように、レンズ
５００Ａの周辺レンズ部５１０Ａは、成型型６００Ａと
接する側の内角θｅ１、θｅ２が鈍角となる形状を有し
ている。こうすることによって、成型型６００Ａからの
離型を容易に行うことができ、製造時の歩留まりを向上
させることができる。

【００１３】また、前記周辺レンズ部は、前記型から離
型する離型方向と平行に切断したときの断面において、
前記型と接する側の内角のうち、光学的要求によれば鋭
角となるべき角の少なくとも一部が滑らかな曲線となっ
ているようにしてもよい。

【００１４】図８（ｂ）は、レンズ５００Ｂと成型型６
００Ｂについて、離型方向と平行に切断したときの断面
形状を示す断面図である。図から分かるように、レンズ
５００Ｂの周辺レンズ部５１０Ｂは、成型型６００Ｂと
接する側の内角のうち、光学的要求によれば鋭角となる
べき角（破線で表した部分）が滑らかな曲線形状を有し
ている。こうすることによっても、成型型６００Ｂから
の離型を容易に行うことができ、製造時の歩留まりを向
上させることができる。

【００１５】なお、本発明は、凹レンズなど、光学的に
理想的な形状が鋭角となる部分を有する種々のレンズに
適用可能であり、例えば、偏心レンズに適用可能であ
る。

【００１６】偏心レンズは、型から離型する離型方向と
平行に切断したときの断面形状において、光学的に理想
的な形状が鋭角となる部分を有する場合が多い。従っ
て、偏心レンズに本発明を適用すると、特に効果的であ
る。

【００１７】本発明は、複数のレンズを配置したレンズ
アレイの発明として構成することもできる。即ち、本発
明のレンズアレイは、画像を投写するプロジェクタの照
明光学系に用いられるレンズアレイであって、前記照明
光学系は、所定の光学装置の光入射面を照明領域として
照明する照明光学系であって、非偏光な光を射出する光
源と、前記光源から射出された光を複数の部分光線束に
分割する分割光学系と、非偏光な前記複数の部分光線束
をそれぞれ偏光方向の揃った一種類の直線偏光光にほぼ
変換して射出する偏光変換光学系と、を備えており、前
記分割光学系は、Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の小レンズ
列を有する第１のレンズアレイと、Ｎ列（ＮはＭよりも
小さな１以上の整数）の小レンズ列を有する第２のレン
ズアレイとを備えており、前記分割光学系は、更に、前
記第１のレンズアレイ内の複数の小レンズ列で形成され
た複数列の部分光線束を、より少ない列にまとめて前記
第２のレンズアレイに入射させることによって、前記第
１のレンズアレイのＭ列の小レンズ列で分割された部分
光線束が前記第２のレンズアレイのＮ列の小レンズ列に
入射するように構成されていることを特徴とする照明光
学系であり、前記第１および第２のレンズアレイの少な
くとも一部を構成する小レンズは、所定の型を用いて成
型される小レンズであって、該小レンズから射出される
射出光は、周辺領域の照度が中央領域の照度よりも弱い
照度分布を有する光であり、前記射出光の照度が強い有
効レンズ部と、前記射出光の照度が弱い周辺レンズ部
と、を備え、前記周辺レンズ部は、光学的要求に関わら
ず、前記型成型上の制約を考慮した形状を有する、小レ
ンズを含むことを要旨とする。

【００１８】上記照明光学系は、先に例示した特開２０
００−１９４０６８号公報に開示されている照明光学系
である。この照明光学系では、第１のレンズアレイのＭ
列の小レンズ列で分割された部分光線束を第２のレンズ
アレイのＮ列の小レンズ列に入射させることによって、
偏光変換光学系に入射する光の入射効率を向上させ、光
の利用効率の向上を実現している。このような照明光学
系に用いられるレンズアレイに本発明を適用することに
よって、先に説明したレンズの発明と同様に、レンズア
レイの製造時における歩留まりを向上させることができ
る。

【００１９】本発明のレンズアレイにおいて、前記照明
光学系は、前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レ
ンズ列は２列の小レンズ列であり、前記２列の小レンズ
列は、前記２列の小レンズ列のうちの外側の１列の各小
レンズの位置が、列の方向に沿って、内側の１列の各小
レンズの位置からずれて配列されており、前記第１のレ
ンズアレイの前記２列の小レンズ列に対応する前記第２
のレンズアレイの１列の小レンズ列は、前記第１のレン
ズアレイの前記外側の１列の小レンズに対応する第１の
小レンズと、前記内側の１列の小レンズに対応する第２
の小レンズとが交互に配列されている照明光学系である
ものとしてもよい。

【００２０】上記照明光学系が備える第２のレンズアレ
イは、第１のレンズアレイの２列分の小レンズが１列に
配列されるため、この列における小レンズは他の列の小
レンズよりも小さくなる。本願発明者は、このような配
列の第２のレンズアレイにおいて、特に歩留まりが低下
することを実験的に見出した。上記第２のレンズアレイ
に本発明を適用すると、特に効果的である。

【００２１】また、本発明は、レンズの設計方法の発明
として構成することもできる。即ち、本発明のレンズの
設計方法は、型を用いて成型されるレンズの設計方法で
あって、（ａ）前記レンズの光学的に理想的な形状を決
定する工程と、（ｂ）前記レンズから射出される射出光
の照度分布を特定する工程と、（ｃ）前記照度が所定値
以下の周辺領域において、前記レンズの少なくとも一部
の形状を前記型成型上の制約を満足するように修正する
工程と、を備えることを要旨とする。

【００２２】このようにレンズを設計することによっ
て、レンズの型からの離型を容易にし、製造時の歩留ま
りを向上させることができる。なお、本発明のレンズの
設計方法は、先述したレンズアレイの設計方法として構
成することもできる。

【００２３】また、レンズアレイ、設計方法の発明にお
いても、先にレンズの発明で示した種々の付加的要素を
適用することが可能である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実施例に基づき以下の順で説明する。 Ａ．プロジェクタの構成： Ｂ．照明光学系： Ｃ．レンズアレイ： Ｄ．レンズアレイの成型： Ｅ．変形例：

【００２５】Ａ．プロジェクタの構成：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。

【００２６】プロジェクタ１０００は、照明光学系１０
０から射出された光を、色光分離光学系２００で赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離し、分
離された各色光を液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００
Ｇ，３００Ｂを通して画像情報に応じて変調し、変調さ
れた各色光をクロスダイクロイックプリズム３２０で合
成して、投写光学系３４０を介してスクリーンＳＣ上に
画像を表示する。なお、照明光学系１００以外の各部の
構成および機能については、本明細書において詳細な説
明は省略する。

【００２７】Ｂ．照明光学系：図２は、照明光学系１０
０の概略構成を示す説明図である。照明光学系１００
は、光源装置２０と、分割光学系３０と、偏光変換光学
系６０と、重畳光学系（重畳レンズ）７０と、を備えて
いる。これらの各光学要素２０，３０，６０，７０は、
それぞれの中心軸が照明光学系１００のシステム光軸１
００ａｘに一致するように配置されている。

【００２８】光源装置２０は、放射状の光線を射出する
放射光源としての光源ランプ２２と、光源ランプ２２か
ら射出された放射光をほぼ平行な光線束として射出する
凹面鏡２４とを有している。光源ランプ２２としては、
通常、メタルハライドランプや超高圧水銀灯などの高圧
放電灯が用いられる。本実施例では、凹面鏡２４とし
て、放物面鏡を用いている。放物面鏡の代わりに、楕円
面鏡や球面鏡などを用いることもできる。

【００２９】分割光学系３０は、第１のレンズアレイ４
０と、第２のレンズアレイ５０とを備えている。第１の
レンズアレイ４０と、第２のレンズアレイ５０とは、ほ
ぼ同じ大きさの幅および高さを有している。第１のレン
ズアレイ４０は、光源装置２０から射出されたほぼ平行
な光を、複数の部分光線束に分割するとともに、それぞ
れの部分光線束を集光して第２のレンズアレイ５０およ
び偏光変換光学系６０の近傍に集光像を形成する機能を
有している。この機能については、第２のレンズアレイ
５０の機能とともに後述する。

【００３０】偏光変換光学系６０は、第１の偏光変換光
学系６０Ａと、第２の偏光変換光学系６０Ｂとを備えて
いる。第１の偏光変換光学系６０Ａには、システム光軸
１００ａｘを中心として第２のレンズアレイ５０の＋ｘ
軸方向側から射出される各部分光線束が入射する。第２
の偏光変換光学系６０Ｂには、システム光軸１００ａｘ
を中心として第２のレンズアレイ５０の−ｘ軸方向側か
ら射出される各部分光線束が入射する。

【００３１】図３は、第１の偏光変換光学系６０Ａの構
成を示す説明図である。図３（Ａ）は、第１の偏光変換
光学系６０Ａの斜視図であり、図３（Ｂ）は、第１の偏
光変換光学系６０Ａをｙ方向から見たときの平面図であ
る。第１の偏光変換光学系６０Ａは、遮光板６２と、偏
光ビームスプリッタアレイ６４と、選択位相差板６６と
を備えている。第２の偏光変換光学系６０Ｂについても
同様である。

【００３２】偏光ビームスプリッタアレイ６４は、図示
するように、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の
透光性板材６４ａが、交互に貼り合わされた形状を有し
ている。透光性板材６４ａの界面には、偏光分離膜６４
ｂと反射膜６４ｃとが交互に形成されている。偏光分離
膜６４ｂとしては、誘電体多層膜が用いられる。また、
反射膜６４ｃとしては、誘電体多層膜や金属膜が用いら
れる。

【００３３】遮光板６２は、図３（Ａ）に示すように、
複数の遮光面６２ａと複数の開口面６２ｂとがストライ
プ状に配列されて構成されている。遮光面６２ａと開口
面６２ｂとは、それぞれ偏光分離膜６４ｂと反射膜６４
ｃとに対応して設けられている。この構成によって、第
１のレンズアレイ４０（図２）から射出された部分光線
束は、開口面６２ｂを介して偏光ビームスプリッタアレ
イ６４の偏光分離膜６４ｂのみに入射し、反射膜６４ｃ
には入射しないようにしている。

【００３４】第１のレンズアレイ４０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６２の開口面６２ｂに入射する。開口面６２ｂを通過
した部分光線束は、偏光分離膜６４ｂ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６４ｂを透過して、偏
光ビームスプリッタアレイ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６４ｂで反射され、
反射膜６４ｃにおいて更に反射された後に、偏光ビーム
スプリッタアレイ６４から射出される。

【００３５】選択位相差板６６は、偏光分離膜６４ｂを
通過した光の射出面部分にはλ／２位相差層６６ａを有
しており、反射膜６４ｃで反射された光の射出面部分に
はλ／２位相差層が形成されていない開口層６６ｂを有
している。偏光分離膜６４ｂを透過したｐ偏光光は、λ
／２位相差層６６ａによってｓ偏光光に変換されて射出
する。この結果、第１の偏光変換光学系６０Ａに入射し
た非偏光な光のほとんどは、ｓ偏光光に変換されて射出
する。

【００３６】第１のレンズアレイ４０から射出された複
数の部分光線束は、上述したように、偏光変換光学系６
０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。

【００３７】重畳光学系７０は、偏光方向の揃った複数
の部分光線束を、照明領域ＬＡ上に重畳する。分割光学
系３０および重畳光学系７０は、照明領域ＬＡの有効照
明領域ＥＬＡをほぼ均一に照明するためのインテグレー
タ光学系を構成している。

【００３８】Ｃ．レンズアレイ：図４は、第１のレンズ
アレイ４０を示す説明図である。図４（Ａ）は、光の入
射面側から見た正面図を示している。第１のレンズアレ
イ４０は、ほぼ矩形形状の輪郭を有する平凸状の第１の
小レンズ４２が複数行複数列に配列された構成を有して
いる。但し、各列の行数（各列に含まれる小レンズの
数）は必ずしも同じである必要はない。ここで、光軸４
０ａｘを通りｙ軸方向に沿った線を基準線４０ｙとし、
光軸４０ａｘを通りｘ軸方向に沿った線を基準線４０ｘ
とする。複数の第１の小レンズ４２は、基準線４０ｙを
中心として左右両方向（±ｘ軸方向）に４列ずつ配列さ
れている。左側第１〜第３列目の各列には、基準線４０
ｘを中心として上下方向に１０個の第１の小レンズ４２
が配列されており、左側第４列目の列には９個の第１の
小レンズ４２が配列されている。左側第４列目の列の各
行の第１の小レンズ４２は、左側第３列目の列の各行の
第１の小レンズ４２のちょうど行間に配列されている。
なお、右側の各列は、左側の各列と同様である。

【００３９】各第１の小レンズ４２のｚ方向から見た外
形形状は、有効照明領域の形状とほぼ相似形をなすよう
に設定されている。即ち、例えば、照明領域として液晶
パネルを想定し、有効照明領域である画像の形成領域の
アスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３である場
合には、第１の小レンズ４２のアスペクト比も４：３に
設定される。

【００４０】図４（Ａ）に示す＋印は、各第１の小レン
ズ４２の光軸を示している。各第１の小レンズ４２の光
軸のｙ軸方向の位置は、それぞれレンズの中心となるよ
うに設定されている。一方、ｘ軸方向の位置は、配列さ
れている列に応じて異なった位置に設定されている。

【００４１】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ−Ｂ断面図
を示し、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のＣ−Ｃ断面図を示
している。なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のレンズア
レイの中央の２行以外の行（「周辺行」と呼ぶ）の断面
図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の中央の２行
（「中央行」と呼ぶ）の断面図である。図４（Ｂ）に示
すように、ｘ軸方向に沿って基準線４０ｙよりも左側に
並ぶ各第１の小レンズ４２は、各列毎に異なった偏心レ
ンズ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄで構成されてい
る。基準線４０ｙよりも右側に並ぶ各第１の小レンズ４
２は、これらの小レンズ４２ａ〜４２ｄと、それぞれ対
称な偏心レンズ４２ａ’，４２ｂ’，４２ｃ’，４２
ｄ’で構成されている。

【００４２】また、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）との比較か
らわかるように、偏心レンズ４２ｅの光軸の位置は、偏
心レンズ４２ａよりも＋ｘ方向にずれており、偏心レン
ズ４２ｅ’の光軸の位置は、偏心レンズ４２ａ’よりも
−ｘ方向にずれている。即ち、図４（Ｃ）の中央に配置
されている２つの偏心レンズ４２ｅ，４２ｅ’は、図４
（Ｂ）の中央に配置されている偏心レンズ４２ａ，４２
ａ’とは異なる形状の偏心レンズで構成されている。こ
のように、同じ列内で異なる偏心レンズが設けられてい
るのは、以下の理由による。即ち、中央行の偏心レンズ
４２ｅ，４２ｅ’を通過する光軸４０ａｘ付近の光によ
る集光像は、周辺行の偏心レンズ４２ａ，４２ａ’を通
過する光の集光像に比べて基準線４０ｙ側に偏る傾向に
ある。そこで、上記のような異なる偏心レンズを用いる
ことによって、各列の第１の小レンズ４２を通過する光
の集光像がほぼ一列に並ぶように、偏りを補正してい
る。

【００４３】図５は、第２のレンズアレイ５０を示す説
明図である。図５（Ａ）は、光の入射面側から見た正面
図を示している。図５（Ｂ）は、底面図を示し、図５
（Ｃ）は、側面図を示している。また、図５（Ｄ）は、
図５（Ａ）のＤ−Ｄ断面図を示し、図５（Ｅ）は、図５
（Ａ）のＥ−Ｅ断面図を示し、図５（Ｆ）は、図５
（Ａ）のＦ−Ｆ断面図を示している。

【００４４】第２のレンズアレイ５０は、ほぼ矩形形状
の輪郭を有する平凸状の第２の小レンズ５２が複数行複
数列に配列された構成を有している。第２のレンズアレ
イ５０は、第１のレンズアレイ４０の第１の小レンズ４
２のそれぞれに対応するように、第１の小レンズ４２と
同じ数の第２の小レンズ５２を有している。但し、以下
に説明するように、第１のレンズアレイ４０の第３列目
と第４列目の小レンズに対応する第２のレンズアレイ５
０の小レンズは、第３列目のみに、即ち１列に並べられ
ている。第２のレンズアレイ５０の縦方向の高さＨ５０
および横方向の長さＬ５０は、第１のレンズアレイ４０
の縦方向の高さＨ４０（図４（Ａ））および横方向の長
さＬ４０にほぼ等しい。ここで、レンズアレイの大きさ
とは、複数行複数列に配列された小レンズ全体の大きさ
をいい、それ以外の部分を含まない。なお、光軸５０ａ
ｘを通りｙ軸方向に沿った線を基準線５０ｙとし、光軸
５０ａｘを通りｘ軸方向に沿った線を基準線５０ｘとす
る。

【００４５】複数の第２の小レンズ５２は、基準線５０
ｙを中心として左右両方向（±ｘ軸方向）に３列ずつ配
列されている。左側第１、第２列目の各列には、第１の
レンズアレイ４０の左側第１および第２列目の各列に配
列されている第１の小レンズ４２（図２（Ａ））と同じ
数の第２の小レンズ５２が配列されている。即ち、基準
線５０ｘを中心として上下両方向にそれぞれ５行の第２
の小レンズ５２が配列されている。左側第３列目の列に
は、第１のレンズアレイ４０の左側第３および第４列目
に配列された第１の小レンズ４２の数の和と同じ数、即
ち、１９個の第２の小レンズ５２が配列されている。左
側第３列目の列の奇数行に配置されている第２の小レン
ズ５２は、第１のレンズアレイ４０の左側第３列目に配
置されている第１の小レンズ４２に対応している。ま
た、偶数行の第２に配置されている小レンズ５２は、第
１のレンズアレイ４０の左側第４列目に配置されている
第１の小レンズ４２に対応している。

【００４６】左側各列のｙ軸方向の全体の長さは同じに
設定されている。但し、各第２の小レンズ５２のｚ方向
から見た外形形状は、対応する第１のレンズアレイ４０
の第１の小レンズ４２によって形成される集光像をほぼ
含む大きさとなるようにそれぞれ調整されている。ま
た、左側第３列目の列に配列された各第２の小レンズ５
２は、他の列の第２の小レンズ５２に比べてｙ軸方向の
大きさが小さい。なお、第２のレンズアレイ５０の右側
の各第２の小レンズ５２も左側と同様である。

【００４７】図５（Ａ）に示す＋印は、各第２の小レン
ズ５２の光軸を示している。各第２の小レンズ５２の光
軸の位置は、図５（Ｂ）〜図５（Ｆ）に示すように、配
列されている位置に応じて異なった位置に設定されてい
る。

【００４８】図６は、第１のレンズアレイ４０と第２の
レンズアレイ５０と第１の偏光変換光学系６０Ａとの配
置関係を示す説明図である。図６は、システム光軸１０
０ａｘから＋ｘ軸方向側の上面側から見た平面図であ
る。第２のレンズアレイ５０は、第１のレンズアレイ４
０とほぼ同じ大きさを有しているが、図４および図５に
示したように第１のレンズアレイ４０の列数に比べて１
列少ない。従って、第２のレンズアレイ５０の第２の小
レンズ５２（５２ａ〜５２ｄ）は、第１のレンズアレイ
４０の第１の小レンズ４２（４２ａ〜４２ｄ）に比べ
て、個々の小レンズのｘ軸方向の幅が大きい。このた
め、第１のレンズアレイ４０の第１〜第４列目の第１の
小レンズ４２ａ〜４２ｄは、対応する第２のレンズアレ
イ５０の第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄに各部分光線束
をそれぞれ入射させるように、それぞれ異なった位置に
光軸を有する偏心レンズで構成されている。また、第１
のレンズアレイ４０の第３列目に対応する第２の小レン
ズ５２ｃと第４列目に対応する第２の小レンズ５２ｄ
は、上述したように、第２のレンズアレイ５０の第３列
目を構成するように、第２の小レンズ５２ｄと第２の小
レンズ５２ｃとが交互に配列されている。

【００４９】第１のレンズアレイ４０の各列の小レンズ
４２ａ〜４２ｄは、それぞれの光軸４２ａａｘ〜４２ｄ
ａｘが第２のレンズアレイ５０の対応する第２の小レン
ズ５２ａ〜５２ｄの外形の中心を通る中心軸５２ａｃｘ
〜５２ｄｃｘに一致するように配置されている。

【００５０】第２のレンズアレイ５０の第１列目の第２
の小レンズ５２ａの中心軸５２ａｃｘは、偏光変換光学
系６０Ａの第１列目の偏光分離膜６４ｂ１のｘ軸方向の
中心をほぼ通るように設定されている。第２列目の第２
の小レンズ５２ｂの中心軸５２ｂｃｘは、偏光変換光学
系６０Ａの第２列目の偏光分離膜６４ｂ２のｘ軸方向の
中心をほぼ通るように設定されている。第３列目の第２
の小レンズ５２ｃの中心軸５２ｃｃｘは、偏光変換光学
系６０Ａの第３列目の偏光分離膜６４ｂ３のｘ軸方向の
中心をほぼ通るように設定されている。また、第３列目
の第２の小レンズ５２ｄの中心軸５２ｄｃｘも、偏光変
換光学系６０Ａの第３列目の偏光分離膜６４ｂ３のｘ軸
方向の中心をほぼ通るように設定されている。ただし、
第２の小レンズ５２ｃと５２ｄとは、それぞれの中心軸
５２ｃｃｘと５２ｄｃｘとがｙ軸方向で互いにずれてい
る。なお、図６では、２つの中心軸５２ｃｃｘ，５２ｄ
ｃｘを区別できるように、中心軸５２ｃｃｘが中央から
外れた位置に描かれている。

【００５１】第１のレンズアレイ４０の各第１の小レン
ズ４２ａ〜４２ｄから射出された各部分光線束は、各レ
ンズの光軸４２ａａｘ〜４２ｄａｘの位置に応じて屈折
し、それぞれ対応する各第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄ
に入射する。各第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄの光軸５
２ａａｘ〜５２ｄａｘは、それぞれに入射した各部分光
線束の中心軸がシステム光軸１００ａｘにほぼ平行とな
るように設定されている。

【００５２】図７は、第１のレンズアレイ４０によって
偏光分離膜６４ｂの近傍に形成される集光像を示す説明
図である。図７（Ａ）は、基準線４０ｘよりも＋ｙ軸方
向および基準線４０ｙよりも＋ｘ軸方向側の第１のレン
ズアレイ４０によって分割された複数の部分光線束の集
光像（複数の閉曲線図形）と、これらの部分光線束が入
射する偏光変換光学系６０Ａの偏光分離膜６４ｂとの関
係を示している。破線で示された図形は、第２のレンズ
アレイ５０の各小レンズの位置を示している。

【００５３】なお、各集光像の外側の領域の照度は、画
像の投写光にほとんど寄与しない程度に弱い。破線で示
した第２のレンズアレイ５０の各小レンズにおいて、集
光像の内側が本発明の有効レンズ部に相当し、集光像の
外側が本発明の周辺レンズ部に相当する。

【００５４】図７（Ｂ）は、従来の照明光学系におい
て、第１のレンズアレイ４０’によって偏光分離膜６４
ｂ’の近傍に形成される集光像を示している。ここで、
「従来の照明光学系」とは、第１のレンズアレイ４０’
（図示省略）および第２のレンズアレイ５０’として、
偏心レンズではなく、同心レンズを図４（Ａ）に示す配
列に並べたものを用いた光学系を意味している。破線で
示された図形は、第２のレンズアレイ５０’の各小レン
ズの位置を示している。偏光変換光学系６０Ａ’は、第
１のレンズアレイ４０’の小レンズの列数に等しい偏光
分離膜６４ｂ１’〜６４ｂ４’を備えている。

【００５５】なお、図７（Ａ）に示す本発明の第２のレ
ンズアレイ５０と偏光変換光学系６０とは、通常、密接
して配置されるので、第２のレンズアレイ５０の射出面
における集光像は、偏光変換光学系６０の入射面におけ
る集光像とほぼ等しい。従って、偏光変換光学系６０の
偏光分離膜６４ｂのｘ軸方向の幅に対する各集光像のｘ
軸方向の幅が、偏光変換光学系６０への各部分光線束の
光の入射効率と考えることができる。図７（Ｂ）におい
ても同様である。

【００５６】ここで、偏光変換光学系における光の利用
効率を比較するため、偏光変換光学系６０Ａ’のｘ軸方
向の幅Ｗｘａと、偏光変換光学系６０Ａのｘ軸方向の幅
Ｗｘとがほぼ等しいものとする。また、第１のレンズア
レイ４０’は、構成する小レンズが同心レンズであるこ
とを除いて、第１のレンズアレイ４０と同じであるもの
とする。また、第１のレンズアレイ４０’によって形成
される各集光像と第１のレンズアレイ４０によって形成
される各集光像とは、ほぼ同じ形状（大きさ）を有する
ものとする。図７（Ａ）と図７（Ｂ）との比較から分か
るように、偏光変換光学系６０Ａ’は、４列の偏光分離
膜６４ｂ１’〜６４ｂ４’を備えているのに対して、偏
光変換光学系６０Ａは、３列の偏光分離膜６４ｂ１〜６
４ｂ３を備えている。従って、偏光変換光学系６０Ａの
偏光分離膜６４ｂ１〜６４ｂ３のｘ軸方向の幅Ｗｐは、
偏光変換光学系６０Ａ’の偏光分離膜６４ｂ１’〜６４
ｂ４’のｘ軸方向の幅Ｗｐａよりも広くすることができ
る。この結果、偏光変換光学系６０Ａの各偏光分離膜６
４ｂ１〜６４ｂ３には、偏光変換光学系６０Ａ’の各偏
光分離膜６４ｂ１’〜６４ｂ４’よりも多くの光が入射
するので、偏光変換光学系６０Ａは、より多くの光を偏
光変換して射出することができる。

【００５７】Ｄ．レンズアレイの成型：上述した偏心レ
ンズを備えるレンズアレイは、成型型を用いて成型され
ている。本実施例では、レンズ用の光学材料として、溶
融プラスチックを用いるものとした。レンズ用の光学材
料として、溶融ガラスを用いるものとしてもよい。

【００５８】先に図７を用いて説明したように、第２の
レンズアレイ５０から射出される射出光は、周辺レンズ
部の照度が中央部の照度よりも弱い。この照度の弱い光
は、投写光にほとんど寄与しないので、各小レンズ５２
は、必ずしも光学的に理想的な形状を有する必要はな
い。従って、本実施例では、小レンズ５２の周辺レンズ
部は、成型型からの離型を考慮した形状で設計されてい
る。

【００５９】図８は、第２のレンズアレイ５０を構成す
る小レンズ（偏心レンズ）の成型について示す説明図で
ある。ここでは、説明を容易にするために、１つの小レ
ンズについて示したが、実際には、第２のレンズアレイ
５０は、１つの成型型で一体的に成型される。図８
（ａ）および図８（ｂ）に、小レンズの２つの態様を示
した。なお、図中には、偏心レンズの光学的に理想的な
形状を破線で示している。

【００６０】図８（ａ）は、偏心レンズ５００Ａと成型
型６００Ａについて、離型方向と平行に切断したときの
断面形状を示す断面図である。図から分かるように、偏
心レンズ５００Ａの周辺レンズ部５１０Ａは、成型型６
００Ａと接する側の内角θｅ１、θｅ２が鈍角となる形
状を有している。

【００６１】図８（ｂ）は、偏心レンズ５００Ｂと成型
型６００Ｂについて、離型方向と平行に切断したときの
断面形状を示す断面図である。図から分かるように、レ
ンズ５００Ｂの周辺レンズ部５１０Ｂは、成型型６００
Ｂと接する側の内角のうち、光学的要求によれば鋭角と
なるべき角が滑らかな曲線形状を有している。

【００６２】このようにすることによって、偏心レンズ
５００Ａ，５００Ｂの成型型６００Ａ，６００Ｂからの
離型を容易に行うことができ、製造時の歩留まりを向上
させることができる。なお、本実施例では、第２のレン
ズアレイ５０に本発明を適用したが、第１のレンズアレ
イ４０についても同様に適用するものとしてもよい。

【００６３】第２のレンズアレイ５０は、以下に示す工
程で設計されている。図９は、第２のレンズアレイ５０
の設計工程を示す説明図である。まず、光学的に理想的
な形状の設計を行う（ステップＳ１００）。この際、照
明領域ＬＡや、照明光学系１００における他の光学要素
の特性が考慮される。次に、理想形状の第２のレンズア
レイ５０から射出される射出光の照度分布を特定する
（ステップＳ１１０）。そして、照度が所定値以下の周
辺レンズ部の形状を、型成型を考慮して修正する（ステ
ップＳ１２０）。第２のレンズアレイ５０は、これらの
工程を経て設計され、型成型される。

【００６４】以上で説明した本実施例のプロジェクタ１
０００では、照明光学系１００において、偏光変換光学
系６０に入射する光の入射効率を向上させることができ
るので、偏光変換光学系の光の利用効率を向上させるこ
とができる。

【００６５】また、照明光学系１００に用いられ、型に
よって成型されるレンズアレイは、射出光の照度が弱い
周辺レンズ部において、型成型上の制約を考慮して、光
学的に理想的な形状を修正した形状を有しているので、
レンズアレイ全体の大型化を招くことなく、製造時の歩
留まりを向上させることができる。

【００６６】Ｅ．変形例：以上、本発明の実施の形態に
ついて説明したが、本発明はこのような実施の形態にな
んら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲内において種々なる態様での実施が可能である。例え
ば、以下のような変形例が可能である。

【００６７】Ｅ１．変形例１：上記実施例では、本発明
を３つの液晶パネル（液晶ライトバルブ）を用いてカラ
ー画像を投写するプロジェクタに適用した場合を説明し
たが、これに限られない。例えば、１枚の液晶パネルを
用いてモノクロ画像やカラー画像を投写するプロジェク
タにも適用可能である。また、先に説明した条件下で使
用されるレンズアレイを備える他の光学装置にも適用可
能である。

【００６８】Ｅ２．変形例２：上記実施例では、２つの
レンズアレイ４０，５０の複数の小レンズ４２，５２
は、ほぼマトリクス状に配列されているが、これに限ら
れない。複数の小レンズは、例えば、ハニカム状などの
他の形状に配列されていてもよい。

【００６９】Ｅ３．変形例３：上記実施例では、プロジ
ェクタ１０００は、透過型の液晶パネルを備えている
が、この代わりに、反射型の液晶パネルを備えるように
してもよい。また、液晶パネルの代わりに、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）（商標）を用いること
ができる。

【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】照明光学系１００の概略構成を示す説明図であ
る。

【図３】第１の偏光変換光学系６０Ａの構成を示す説明
図である。

【図４】第１のレンズアレイ４０を示す説明図である。

【図５】第２のレンズアレイ５０を示す説明図である。

【図６】第１のレンズアレイ４０と第２のレンズアレイ
５０と第１の偏光変換光学系６０Ａとの配置関係を示す
説明図である。

【図７】第１のレンズアレイ４０によって偏光分離膜６
４ｂの近傍に形成される集光像を示す説明図である。

【図８】第２のレンズアレイ５０を構成する小レンズ
（偏心レンズ）の成型について示す説明図である。

【図９】第２のレンズアレイ５０の設計工程を示す説明
図である。

【図１０】従来の照明光学系の概略構成を示す説明図で
ある。

【図１１】平凸状の偏心レンズを光軸Ｏａｘと平行に切
断したときの断面形状を示す断面図である。

【図１２】偏心レンズのエッジ部分が離型時に欠けた様
子を示す説明図である。

【符号の説明】

２０・・・光源装置 ２２・・・光源ランプ ２４・・・凹面鏡 ３０・・・分割光学系 ４０・・・第１のレンズアレイ ４２・・・第１の小レンズ ４２ａ〜４２ｅ、４２ａ’〜４２ｅ’・・・偏心レンズ ５０・・・第２のレンズアレイ ５２・・・第２の小レンズ ５２ａ〜５２ｄ、５２ａ’〜５２ｄ’・・・偏心レンズ ６０・・・偏光変換光学系 ６０Ａ、６０Ａ’・・・第１の偏光変換光学系 ６０Ｂ・・・第２の偏光変換光学系 ６２・・・遮光板 ６２ａ・・・遮光面 ６２ｂ・・・開口面 ６４・・・偏光ビームスプリッタアレイ ６４ａ・・・透光性板材 ６４ｂ、６４ｂ’・・・偏光分離膜 ６４ｂ１〜６４ｂ３・・・偏光分離膜 ６４ｂ１’〜６４ｂ４’・・・偏光分離膜 ６４ｃ・・・反射膜 ６６・・・選択位相差板 ６６ａ・・・λ／２位相差層 ６６ｂ・・・開口層 ７０・・・重畳光学系（重畳レンズ） ８０・・・照明領域 １００・・・照明光学系 １０００・・・プロジェクタ ２００・・・色光分離光学系 ２０２・・・第１のダイクロイックミラー ２０４・・・第２のダイクロイックミラー ２０８・・・反射ミラー ２２０・・・リレー光学系 ２２２・・・入射側レンズ ２２４，２２８・・・反射ミラー ２２６・・・リレーレンズ ２３０・・・フィールドレンズ（射出側レンズ） ２３２，２３４・・・フィールドレンズ 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 ３２１・・・赤色光反射ダイクロイック面 ３２２・・・青色光反射ダイクロイック面 ３４０・・・投写光学系 ５００Ａ，５００Ｂ…偏心レンズ ５１０Ａ，５１０Ｂ…周辺レンズ部 ６００Ａ，６００Ｂ…成型型 ４１２０・・・光源装置 ４１３０・・・第１のレンズアレイ ４１３２・・・小レンズ ４１４０・・・第２のレンズアレイ ４１４２・・・小レンズ ４１５０・・・偏光変換光学系 ４１５２・・・偏光分離膜 ４１５４・・・反射膜 ４１６０・・・重畳レンズ ４１８０・・・照明領域 ＥＬＡ・・・有効照明領域 ＬＡ・・・照明領域 ＳＣ・・・スクリーン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の型を用いて成型されるレンズであ
   って、 該レンズから射出される射出光は、周辺領域の照度が中
   央領域の照度よりも弱い照度分布を有する光であり、 前記射出光の照度が強い有効レンズ部と、 前記射出光の照度が弱い周辺レンズ部と、を備え、 前記周辺レンズ部は、光学的要求に関わらず、前記型成
   型上の制約を考慮した形状を有する、レンズ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレンズであって、 前記周辺レンズ部は、前記型から離型する離型方向と平
   行に切断したときの断面において、前記型と接する側の
   内角が直角または鈍角である、レンズ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のレンズであって、 前記周辺レンズ部は、前記型から離型する離型方向と平
   行に切断したときの断面において、前記型と接する側の
   内角のうち、光学的要求によれば鋭角となるべき角の少
   なくとも一部が滑らかな曲線となっている、レンズ。
4. 【請求項４】 偏心レンズであることを特徴とする請求
   項１記載のレンズ。
5. 【請求項５】 画像を投写するプロジェクタの照明光学
   系に用いられるレンズアレイであって、 前記照明光学系は、 所定の光学装置の光入射面を照明領域として照明する照
   明光学系であって、 非偏光な光を射出する光源と、 前記光源から射出された光を複数の部分光線束に分割す
   る分割光学系と、 非偏光な前記複数の部分光線束をそれぞれ偏光方向の揃
   った一種類の直線偏光光にほぼ変換して射出する偏光変
   換光学系と、を備えており、 前記分割光学系は、Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の小レン
   ズ列を有する第１のレンズアレイと、Ｎ列（ＮはＭより
   も小さな１以上の整数）の小レンズ列を有する第２のレ
   ンズアレイとを備えており、 前記分割光学系は、更に、前記第１のレンズアレイ内の
   複数の小レンズ列で形成された複数列の部分光線束を、
   より少ない列にまとめて前記第２のレンズアレイに入射
   させることによって、前記第１のレンズアレイのＭ列の
   小レンズ列で分割された部分光線束が前記第２のレンズ
   アレイのＮ列の小レンズ列に入射するように構成されて
   いることを特徴とする照明光学系であり、 前記第１および第２のレンズアレイの少なくとも一部を
   構成する小レンズは、 所定の型を用いて成型される小レンズであって、 該小レンズから射出される射出光は、周辺領域の照度が
   中央領域の照度よりも弱い照度分布を有する光であり、 前記射出光の照度が強い有効レンズ部と、 前記射出光の照度が弱い周辺レンズ部と、を備え、 前記周辺レンズ部は、光学的要求に関わらず、前記型成
   型上の制約を考慮した形状を有する、 レンズアレイ。
6. 【請求項６】 請求項５記載のレンズアレイであって、 前記照明光学系は、 前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レンズ列は２
   列の小レンズ列であり、 前記２列の小レンズ列は、前記２列の小レンズ列のうち
   の外側の１列の各小レンズの位置が、列の方向に沿っ
   て、内側の１列の各小レンズの位置からずれて配列され
   ており、 前記第１のレンズアレイの前記２列の小レンズ列に対応
   する前記第２のレンズアレイの１列の小レンズ列は、前
   記第１のレンズアレイの前記外側の１列の小レンズに対
   応する第１の小レンズと、前記内側の１列の小レンズに
   対応する第２の小レンズとが交互に配列されている照明
   光学系である、 レンズアレイ。
7. 【請求項７】 型を用いて成型されるレンズの設計方法
   であって、 （ａ）前記レンズの光学的に理想的な形状を決定する工
   程と、 （ｂ）前記レンズから射出される射出光の照度分布を特
   定する工程と、 （ｃ）前記照度が所定値以下の周辺領域において、前記
   レンズの少なくとも一部の形状を前記型成型上の制約を
   満足するように修正する工程と、 を備える設計方法。