JP2003287807A - 照明光学装置、およびこの照明光学装置を備えるプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造作業の繁雑化を招くことなく、光源か
ら射出された光束をより一層効率よく利用できる照明光
学装置およびこの照明光学装置を備えるプロジェクタを
提供すること。 【解決手段】光源光を部分光束に分割するレンズアレイ
と、分割された各部分光束が重畳される画像形成領域４
４８を含む液晶パネル４４１とを備える。画像形成領域
４４８の外形は、縦寸法Ａ，横寸法Ｂ（Ａ≦Ｂ）の矩形
状であり、レンズアレイを構成する小レンズの輪郭外形
は、縦寸法α，横寸法β（α≦β）の矩形状であり、画
像形成領域４４８に重畳された照明領域ＬＡは、縦寸法
Ｘ，横寸法Ｙ（Ｘ≦Ｙ）の矩形状である。これらの寸法
α、β、Ａ、Ｂ、Ｘ、Ｙの間には、定数Ｃ（Ｃ＜Ａ≦
Ｂ）を用いて、次式(１)〜(３)の関係が成立する。 ・Ｘ／Ｙ＝α／β ・・・（１） ・Ｘ＝Ａ＋２Ｃ ・・・（２） ・Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ ・・・（３）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学装置、お
よびプロジェクタに関する。

【０００２】

【背景技術】従来、プロジェクタとしては、光源から射
出された光束を、ダイクロイックミラーによりＲＧＢの
三色の色光に分離し、三枚の液晶パネル（光変調装置）
によって色光毎に画像情報に応じて変調し、変調後の光
束をクロスダイクロイックプリズムで合成し、投写レン
ズを介してカラー画像を拡大投写する、いわゆる三板式
のプロジェクタが知られている。

【０００３】このようなプロジェクタには、光源から射
出された光束を無駄なく液晶パネルの画像形成領域に供
給して明るい投写画像を形成し、また、明るさにムラの
ない投写画像を形成するために、光源から液晶パネルに
至る光路中に、光束分割光学素子を含む照明光学装置が
配置されている。この光束分割光学素子は、光源から射
出された光束を複数の部分光束に分割し、これらの分割
された部分光束を、集光レンズを介して液晶パネルの画
像形成領域上に重畳させて、画像形成領域全体を均一に
照明するための光学素子である。この光束分割光学素子
としては、液晶パネルの画像形成領域の輪郭形状に合わ
せて、この輪郭形状と相似関係の輪郭形状を有する小レ
ンズを、照明光軸に直交する面内でマトリクス状に配列
されたマルチレンズアレイが知られている。また、前述
した集光レンズには、液晶パネルの画像形成領域全体を
確実に照明するために、画像形成領域上に形成される照
明領域に一定のマージンが形成されるように集光する設
定とされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たように、小レンズの輪郭形状と、画像形成領域の輪郭
形状とを相似の関係として構成した場合には、通常、画
像形成領域の輪郭形状が長方形状であることから、長辺
側に適正なマージンを持たせようとすると、短辺側には
必要以上のマージンが形成されてしまい、光源からの光
束を十分有効に利用できていないという問題があった。
一方、長辺側のマージンを最小限まで小さくしていく
と、各光学素子の位置調整作業をより一層高精度に行う
必要があり、特に、画像形成領域の大きさが０．７イン
チ等と小さくなればなるほど、製造作業が繁雑になると
いう問題があった。

【０００５】なお、このような問題は、前述したマルチ
レンズアレイに限らず、光源から射出され集光された光
束を入射端面より入射し、内面反射によって複数の光束
に分割して射出端面から射出するロッド等のその他の光
束分割光学素子においても同様に発生していた。

【０００６】本発明の目的は、製造作業の繁雑化を招く
ことなく、光源から射出された光束をより一層効率よく
利用できる照明光学装置およびこの照明光学装置を備え
るプロジェクタを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る照明光学装
置は、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割
する光束分割光学素子と、この光束分割光学素子により
分割された各部分光束を集光する集光素子と、この集光
された光束が重畳される画像形成領域を有し、この画像
形成領域に重畳された光束を、入力画像情報に基づいて
変調する光変調装置とを備える照明光学装置であって、
前記光変調装置の画像形成領域は、照明光軸に直交し互
いに直交する２方向の長さ寸法がＡおよびＢ（Ａ≦Ｂ）
の矩形状として構成され、前記光束分割光学素子におい
て、光束が射出される射出端面の形状が、照明光軸に直
交し、互いに直交する２方向の長さ寸法αおよびβ（α
≦β）の矩形状として構成され、これらの長さ寸法α、
β、Ａ、およびＢの間には、式（５）の関係式が成立す
ることを特徴とする。

【０００８】

【数５】α／Ａ ＞ β／Ｂ ・・・（５）

【０００９】本発明によれば、例えば、光束分割光学素
子の射出端面の縦横の長さ寸法α，β、および画像形成
領域の輪郭形状の縦横の長さ寸法Ａ，Ｂについて、式
（５）の関係を満たすことにより、従来のように、射出
端面の形状と画像形成領域の輪郭形状とを相似形にする
場合に比べて、射出光による照明領域の外形が長辺側に
長い（縦長）の形状となるため、照明領域における短辺
側のマージン量を小さくして、画像形成領域を適切なマ
ージン量で照明できて、射出光をより一層効率よく利用
でき、投写画像の画質を向上できる。また、光束分割光
学素子の外形寸法を、式（５）を満たすように設計変更
するだけでよいから、照明光学装置の製造作業の繁雑化
を招くこともない。以上より、本発明の目的を達成でき
る。

【００１０】以上の照明光学装置において、前記光束分
割光学素子の射出端面から射出され、前記画像形成領域
上に重畳された照明領域は、照明光軸に直交し、互いに
直交する２方向の長さ寸法ＸおよびＹ（Ｘ≦Ｙ）の矩形
状として構成され、これらの長さ寸法ＸおよびＹは、定
数Ｃ（Ｃ＜Ａ≦Ｂ）を用いて、式（６）〜式（８）の関
係式が成立することが好ましい。

【００１１】

【数６】Ｘ／Ｙ＝α／β ・・・（６）

【００１２】

【数７】Ｘ＝Ａ＋２Ｃ ・・・（７）

【００１３】

【数８】Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ ・・・（８）

【００１４】この場合には、縦横の長さ寸法の比率（ア
スペクト比）に関係なく、画像形成領域の外周に定数Ｃ
の寸法分のマージンが一様に形成されるため、より適切
なマージン量を確保できる。特に、画像形成領域の輪郭
外形を、通常の４：３よりも横長形状である１６：９と
した場合でも、アスペクト比に影響されないことから、
光束を効率的に利用でき画像形成領域を適切に照明でき
る。

【００１５】また、前記定数Ｃは、０．５ｍｍ〜１．０
ｍｍの範囲であることが好ましい。ここで、定数Ｃを
０．５ｍｍよりも小さくした場合には、照明光学装置を
構成する各光学素子の位置調整が繁雑になるという欠点
があり、また、定数Ｃを１．０ｍｍよりも大きくした場
合には光束を効率的に利用できないという欠点があるか
らである。このため、定数Ｃを、前述した範囲とすれ
ば、光束をより一層効率良く利用できるという利点があ
る。

【００１６】以上の照明光学装置において、前記光束分
割光学素子としては、照明光軸に直交する面内で小レン
ズがマトリクス状に配列されたマルチレンズアレイを採
用できる。また、前記光束分割光学素子として、前記光
源から射出され、前記集光素子とは異なる他の集光素子
により集光された光束を入射端面より入射し、内面反射
によって複数の光束に分割して射出端面から射出するロ
ッドを採用することもできる。これらの場合には、小レ
ンズの輪郭外形またはロッド（ロッドインテグレータ）
の射出端面の輪郭外形や、画像形成領域の輪郭外形、光
束による照明領域の輪郭外形の間に、前述した式（５）
または式（６）〜（８）の関係式を成立させるだけの簡
単な設計変更で、光束利用効率をより手軽に向上でき
る。

【００１７】本発明のプロジェクタは、前記照明光学装
置を備えることを特徴とする。本発明によれば、前述し
た照明光学装置と略同様の作用効果を奏することがで
き、プロジェクタから投写される投写画像の画質を向上
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］以下、本発明の
第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発
明に係るプロジェクタ１を上方前面側から見た斜視図で
ある。図２は、プロジェクタ１を下方背面側から見た斜
視図である。図１または図２に示すように、プロジェク
タ１は、射出成形によって成形された略直方体状の外装
ケース２を備える。この外装ケース２は、プロジェクタ
１の本体部分を収納する合成樹脂製の筐体であり、アッ
パーケース２１と、ロアーケース２２とを備え、これら
のケース２１，２２は、互いに着脱自在に構成されてい
る。

【００１９】アッパーケース２１は、図１，２に示すよ
うに、プロジェクタ１の上面、側面、前面、および背面
をそれぞれ構成する上面部２１Ａ、側面部２１Ｂ、前面
部２１Ｃおよび背面部２１Ｄを含んで構成される。同様
に、ロアーケース２２も、図１，２に示すように、プロ
ジェクタ１の下面、側面、前面、および背面をそれぞれ
構成する下面部２２Ａ、側面部２２Ｂ、前面部２２Ｃ、
および背面部２２Ｄを含んで構成される。

【００２０】従って、図１，２に示すように、直方体状
の外装ケース２において、アッパーケース２１およびロ
アーケース２２の側面部２１Ｂ，２２Ｂ同士が連続的に
接続されて直方体の側面部分２１０が構成され、同様
に、前面部２１Ｃ，２２Ｃ同士の接続で前面部分２２０
が、背面部２１Ｄ，２２Ｄ同士の接続で背面部分２３０
が、上面部２１Ａにより上面部分２４０が、下面部２２
Ａにより下面部分２５０がそれぞれ構成される。

【００２１】図１に示すように、上面部分２４０におい
て、その前方側には操作パネル２３が設けられ、この操
作パネル２３の近傍には音声出力用のスピーカ孔２４０
Ａが形成されている。

【００２２】前方から見て右側の側面部分２１０には、
２つの側面部２１Ｂ，２２Ｂを跨る開口２１１が形成さ
れている。ここで、外装ケース２内には、上面部分２４
０に沿って、後述するメイン基板５１と、インターフェ
ース基板５２とが設けられており、この開口２１１に取
り付けられたインターフェースパネル５３を介して、メ
イン基板５１に実装された接続部５１Ｂと、インターフ
ェース基板５２に実装された接続部５２Ａとが外部に露
出している。これらの接続部５１Ｂ，５２Ａにおいて、
プロジェクタ１には外部の電子機器等が接続される。

【００２３】前面部分２２０において、前方から見て右
側で、前記操作パネル２３の近傍には、２つの前面部２
１Ｃ，２２Ｃを跨ぐ円形状の開口２２１が形成されてい
る。この開口２２１に対応するように、外装ケース２内
部には、投写レンズ４６が配置されている。この際、開
口２２１から投写レンズ４６の先端部分が外部に露出し
ており、この露出部分の一部であるレバー４６Ａを介し
て、投写レンズ４６のフォーカス操作が手動で行えるよ
うになっている。

【００２４】前面部分２２０において、前記開口２２１
の反対側の位置には、排気口２２２が形成されている。
この排気口２２２には、安全カバー２２２Ａが形成され
ている。

【００２５】図２に示すように、背面部分２３０におい
て、背面から見た右側には矩形状の開口２３１が形成さ
れ、この開口２３１からインレットコネクタ２４が露出
するようになっている。

【００２６】下面部分２５０において、下方から見て右
端側の中央位置には矩形状の開口２５１が形成されてい
る。開口２５１には、この開口２５１を覆うランプカバ
ー２５が着脱自在に設けられている。このランプカバー
２５を取り外すことにより、図示しない光源ランプの交
換が容易に行えるようになっている。

【００２７】また、下面部分２５０において、下方から
見て左側で背面側の隅部には、一段内側に凹んだ矩形面
２５２が形成されている。この矩形面２５２には、外部
から冷却空気を吸入するための吸気口２５２Ａが形成さ
れている。矩形面２５２には、この矩形面２５２を覆う
吸気口カバー２６が着脱自在に設けられている。吸気口
カバー２６には、吸気口２５２Ａに対応する開口２６Ａ
が形成されている。開口２６Ａには、図示しないエアフ
ィルタが設けられており、内部への塵埃の侵入が防止さ
れている。

【００２８】さらに、下面部分２５０において、後方側
の略中央位置にはプロジェクタ１の脚部を構成する後脚
２Ｒが形成されている。また、下面部２２Ａにおける前
方側の左右の隅部には、同じくプロジェクタ１の脚部を
構成する前脚２Ｆがそれぞれ設けられている。つまり、
プロジェクタ１は、後脚２Ｒおよび２つ前脚２Ｆにより
３点で支持されている。２つの前脚２Ｆは、それぞれ上
下方向に進退可能に構成されており、プロジェクタ１の
前後方向および左右方向の傾き（姿勢）を調整して、投
写画像の位置調整ができるようになっている。

【００２９】また、図１，２に示すように、下面部分２
５０と前面部分２２０とを跨るように、外装ケース２に
おける前方側の略中央位置には、直方体状の凹部２５３
が形成されている。この凹部２５３には、収納部として
のカバー部材２７が設けられている。カバー部材２７の
内部には、図１，２では図示しない遠隔操作機器として
のリモートコントローラ（リモコン）が収納されてい
る。

【００３０】ここで、図３，４は、プロジェクタ１の内
部を示す斜視図である。具体的には、図３は、図１の状
態からプロジェクタ１のアッパーケース２１を外した図
である。図４は、図３の状態から制御基板５を外した図
である。

【００３１】外装ケース２には、図３，４に示すよう
に、背面部分に沿って配置され、左右方向に延びる電源
ユニット３と、この電源ユニット３の前側に配置された
平面視略Ｌ字状で光学系としての光学ユニット４と、こ
れらのユニット３，４の上方および右側に配置される制
御部としての制御基板５とを備える。これらの各装置３
〜５によりプロジェクタ１の本体が構成されている。

【００３２】電源ユニット３は、電源３１と、この電源
３１の下方に配置された図示しないランプ駆動回路（バ
ラスト）とを含んで構成される。電源３１は、前記イン
レットコネクタに接続された図示しない電源ケーブルを
通して外部から供給された電力を、前記ランプ駆動回路
や制御基板５等に供給するものである。前記ランプ駆動
回路は、光学ユニット４を構成する図３，４では図示し
ない光源ランプに、電源３１から供給された電力を供給
するものであり、前記光源ランプと電気的に接続されて
いる。このようなランプ駆動回路は、例えば、基板に配
線することにより構成できる。

【００３３】電源３１および前記ランプ駆動回路は、略
平行に上下に並んで配置されており、これらの占有空間
は、プロジェクタ１の背面側で左右方向に延びている。
また、電源３１はおよび前記ランプ駆動回路は、左右側
が開口されたアルミニウム等の金属製のシールド部材３
１Ａによって周囲を覆われている。シールド部材３１Ａ
は、冷却空気を誘導するダクトとしての機能に加えて、
電源３１や前記ランプ駆動回路で発生する電磁ノイズ
が、外部へ漏れないようにする機能も有している。

【００３４】制御基板５は、図３に示すように、ユニッ
ト３，４の上側を覆うように配置されＣＰＵや接続部５
１Ｂ等を含むメイン基板５１と、このメイン基板５１の
下側に配置され接続部５２Ａを含むインターフェース基
板５２とを備える。この制御基板５では、接続部５１
Ｂ，５２Ａを介して入力された画像情報に応じて、メイ
ン基板５１のＣＰＵ等が、後述する光学装置を構成する
液晶パネルの制御を行う。

【００３５】メイン基板５１は、金属製のシールド部材
５１Ａによって周囲を覆われている。メイン基板５１
は、図３ではわかり難いが、光学ユニット４を構成する
上ライトガイド４７２の上端部分４７２Ａ（図４）に当
接している。

【００３６】〔２．光学ユニットの詳細な構成〕ここ
で、図５は、光学ユニット４を示す分解斜視図である。
図６は、光学ユニット４を模式的に示す図である。光学
ユニット４は、図６に示すように、光源装置４１１を構
成する光源ランプ４１６から射出された光束を光学的に
処理して画像情報に対応した光学像を形成し、この光学
像を拡大して投射するユニットであり、インテグレータ
照明光学系４１と、色分離光学系４２と、リレー光学系
４３と、光学装置４４と、投写レンズ４６と、これらの
光学部品４１〜４４，４６を収納する合成樹脂製のライ
トガイド４７（図５）とを備える。

【００３７】インテグレータ照明光学系４１は、光学装
置４４を構成する３枚の液晶パネル４４１（赤、緑、青
の色光毎にそれぞれ液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４
４１Ｂとする）の画像形成領域をほぼ均一に照明するた
めの光学系であり、光源装置４１１と、光束分割光学素
子としての第１レンズアレイ４１２、および第２レンズ
アレイ４１３と、偏光変換素子４１４と、重畳レンズ４
１５とを備える。

【００３８】光源装置４１１は、放射光源としての光源
ランプ４１６と、リフレクタ４１７とを備え、光源ラン
プ４１６から射出された放射状の光線をリフレクタ４１
７で反射して平行光線とし、この平行光線を外部へと射
出する。光源ランプ４１６には、高圧水銀ランプを採用
している。なお、高圧水銀ランプ以外に、メタルハライ
ドランプやハロゲンランプ等も採用できる。また、リフ
レクタ４１７には、放物面鏡を採用している。なお、放
物面鏡の代わりに、平行化凹レンズおよび楕円面鏡を組
み合わせたものを採用してもよい。

【００３９】第１レンズアレイ４１２は、光軸方向から
見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状
に配列されたマルチレンズアレイである。各小レンズ
は、光源ランプ４１６から射出される光束を、複数の部
分光束に分割している。詳しくは、後述する。

【００４０】第２レンズアレイ４１３は、第１レンズア
レイ４１２と略同様な構成を有しており、小レンズがマ
トリクス状に配列されたマルチレンズアレイである。こ
の第２レンズアレイ４１３は、重畳レンズ４１５ととも
に、第１レンズアレイ４１２の各小レンズの像を液晶パ
ネル４４１上に結像させる集光素子としての機能を有す
る。詳しくは、後述する。

【００４１】偏光変換素子４１４は、第２レンズアレイ
４１３と重畳レンズ４１５との間に配置される。このよ
うな偏光変換素子４１４は、第２レンズアレイ４１３か
らの光を１種類の偏光光に変換するものであり、これに
より、光学装置４４での光の利用効率が高められてい
る。

【００４２】具体的に、偏光変換素子４１４によって１
種類の偏光光に変換された各部分光は、重畳レンズ４１
５によって最終的に光学装置４４の液晶パネル４４１上
にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネ
ル４４１を用いたプロジェクタ１では、１種類の偏光光
しか利用できないため、他種類のランダムな偏光光を発
する光源ランプ４１６からの光束の略半分が利用されな
い。このため、偏光変換素子４１４を用いることによ
り、光源ランプ４１６から射出された光束を全て１種類
の偏光光に変換し、光学装置４４での光の利用効率を高
めている。なお、このような偏光変換素子４１４は、た
とえば特開平８−３０４７３９号公報に紹介されてい
る。

【００４３】色分離光学系４２は、２枚のダイクロイッ
クミラー４２１，４２２と、反射ミラー４２３とを備
え、ダイクロイックミラー４２１、４２２によりインテ
グレータ照明光学系４１から射出された複数の部分光束
を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離す
る機能を有している。

【００４４】リレー光学系４３は、入射側レンズ４３１
と、リレーレンズ４３３と、反射ミラー４３２、４３４
とを備え、色分離光学系４２で分離された色光である赤
色光を液晶パネル４４１Ｒまで導く機能を有している。

【００４５】この際、色分離光学系４２のダイクロイッ
クミラー４２１では、インテグレータ照明光学系４１か
ら射出された光束のうち、赤色光成分と緑色光成分とは
透過し、青色光成分は反射する。ダイクロイックミラー
４２１によって反射した青色光は、反射ミラー４２３で
反射し、フィールドレンズ４１８を通って、青色用の液
晶パネル４４１Ｂに到達する。このフィールドレンズ４
１８は、第２レンズアレイ４１３から射出された各部分
光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換
する。他の液晶パネル４４１Ｇ、４４１Ｒの光入射側に
設けられたフィールドレンズ４１８も同様である。

【００４６】また、ダイクロイックミラー４２１を透過
した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイッ
クミラー４２２によって反射し、フィールドレンズ４１
８を通って、緑色用の液晶パネル４４１Ｇに到達する。
一方、赤色光は、ダイクロイックミラー４２２を透過し
てリレー光学系４３を通り、さらにフィールドレンズ４
１８を通って、赤色光用の液晶パネル４４１Ｒに到達す
る。ここで、赤色光にリレー光学系４３が用いられてい
るのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さより
も長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防
止するためである。すなわち、入射側レンズ４３１に入
射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４１８に
伝えるためである。なお、リレー光学系４３には、３つ
の色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限ら
ず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。

【００４７】光学装置４４は、入射された光束を画像情
報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、
色分離光学系４２で分離された各色光が入射される３つ
の入射側偏光板４４２と、各入射側偏光板４４２の後段
に配置される光変調装置としての液晶パネル４４１Ｒ，
４４１Ｇ，４４１Ｂと、各液晶パネル４４１Ｒ，４４１
Ｇ，４４１Ｂの後段に配置される射出側偏光板４４３
と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズ
ム４４４とを備える。

【００４８】液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ
は、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子と
して用いたものである。光学装置４４において、色分離
光学系４２で分離された各色光は、これら３枚の液晶パ
ネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ、入射側偏光板４４
２、および射出側偏光板４４３によって画像情報に応じ
て変調されて光学像を形成する。

【００４９】入射側偏光板４４２は、色分離光学系４２
で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光のみ透過
させ、その他の光束を吸収するものであり、サファイア
ガラス等の基板に偏光膜が貼付されたものである。ま
た、基板を用いずに、偏光膜をフィールドレンズ４１８
に貼り付けてもよい。射出側偏光板４４３も、入射側偏
光板４４２と略同様に構成され、液晶パネル４４１（４
４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）から射出された光束のう
ち、所定方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸
収するものである。また、基板を用いずに、偏光膜をク
ロスダイクロイックプリズム４４４に貼り付けてもよ
い。これらの入射側偏光板４４２および射出側偏光板４
４３は、互いの偏光軸の方向が直交するように設定され
ている。

【００５０】クロスダイクロイックプリズム４４４は、
射出側偏光板４４３から射出され、各色光毎に変調され
た光学像を合成してカラー画像を形成するものである。
クロスダイクロイックプリズム４４４には、赤色光を反
射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜と
が、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設け
られ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成さ
れる。

【００５１】以上説明した液晶パネル４４１、射出側偏
光板４４３およびクロスダイクロイックプリズム４４４
は、一体的にユニット化された光学装置本体４５として
構成されている。図７は、光学装置本体４５を示す斜視
図である。光学装置本体４５は、図７に示すように、ク
ロスダイクロイックプリズム４４４と、このクロスダイ
クロイックプリズム４４４の上面に固定された合成樹脂
製の固定板４４７と、クロスダイクロイックプリズム４
４４の光束入射端面に取り付けられ、射出側偏光板４４
３を保持する金属製の保持板４４６と、この保持板４４
６の光束入射側に取り付けられた透明樹脂製の４つのピ
ン部材４４５によって保持される液晶パネル４４１（４
４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）とを備える。保持板４４
６と液晶パネル４４１との間には、所定間隔の空隙が設
けられており、この空隙部分に冷却空気が流れるように
なっている。光学装置本体４５は、固定板４４７に形成
された４つの腕部４４７Ａの丸穴４４７Ｂを介して、下
ライトガイド４７１にねじ止め固定される。

【００５２】投写レンズ４６は、光学装置４４のクロス
ダイクロイックプリズム４４４で合成されたカラー画像
を拡大して投写するものである。ライトガイド４７は、
図５に示すように、各光学部品４１２〜４１５，４１
８，４２１〜４２３，４３１〜４３４，４４２を上方か
らスライド式に嵌め込む溝部が形成された下ライトガイ
ド４７１と、下ライトガイド４７１の上側開口を閉塞す
る蓋状の上ライトガイド４７２とを備えて構成される。

【００５３】図５に示すように、平面視略Ｌ字状の下ラ
イトガイド４７１の一端側には、光源装置４１１が収容
されている。他端側には、下ライトガイド４７１に形成
されたヘッド部４７３を介して、投写レンズ４６がねじ
止め固定されている。

【００５４】また、図５に示すように、下ライトガイド
４７１に収納された光学装置本体４５は、２つのばね部
材５０を挟んだ状態で下ライトガイド４７１にねじ止め
固定される。この２つのばね部材５０は、フィールドレ
ンズ４１８および入射側偏光板４４２を下方へと付勢し
て位置を特定する。

【００５５】〔３．照明光学装置の構造〕次に、本発明
に係る照明光学装置であるインテグレータ照明光学系４
１について説明する。図８は、インテグレータ照明光学
系４１を示す模式図である。図８に示すように、光源装
置４１１から射出された光束は、第１レンズアレイ４１
２によって複数の部分光束に分割される。この分割され
た各部分光束は、第２レンズアレイ４１３により集光さ
れ、偏光変換素子４１４により一定方向の直線偏光光に
変換された後に、重畳レンズ４１５を含む各レンズによ
り液晶パネル４４１の画像形成領域４４８に重畳され
る。

【００５６】図９は、第１レンズアレイ４１２および第
２レンズアレイ４１３を模式的に示す正面図である。図
９に示すように、第１レンズアレイ４１２は、断面形状
が等しい２種類の小レンズ５００Ａ、５００Ｂを照明光
軸に直交する面内でマトリックス状にＭ行Ｎ列に配列さ
れて構成されている。具体的には、第１レンズアレイ４
１２において、その中央部分には小レンズ５００Ａが配
置され、この中央部分の小レンズ５００Ａの周囲には、
この小レンズ５００Ａを囲むように小レンズ５００Ｂが
配置されている。また、第２レンズアレイ４１３も、第
１レンズアレイ４１２と同様に、断面形状の等しい２種
類の小レンズ５００Ａ、５００ＢがＭ行Ｎ列のマトリク
ス状に配列されて構成されている。

【００５７】図１０は、小レンズ５００Ａ，５００Ｂの
射出端面の形状を示す図である。図１０に示すように、
小レンズ５００Ａ，５００Ｂの射出端面は、照明光軸に
直交し、互いに直交する２方向としての縦方向と横方向
の寸法が、縦寸法α（ｍｍ）、横寸法β（ｍｍ）で、α
≦βの横長矩形状として構成されている。

【００５８】図１１は、液晶パネル４４１の画像形成領
域４４８に投写された光束による照明領域ＬＡを示す図
である。図１１に示すように、液晶パネル４４１の画像
形成領域４４８は、照明光軸に直交し、互いに直交する
２方向としての縦方向と横方向の寸法が、縦横比（アス
ペクト比）３：４となるような縦寸法Ａ（ｍｍ），横寸
法Ｂ（ｍｍ）で、かつＡ≦Ｂである横長矩形状として構
成されている。ここでは、縦寸法Ａを１０．８ｍｍと
し、横寸法Ｂを１４．４ｍｍとする。要するに、従来か
ら使用されていた液晶パネル４４１をそのまま有効に採
用できている。

【００５９】また、図１１に示すように、第２レンズア
レイ４１３から射出された光束は、平行光束として液晶
パネル４４１の画像形成領域４４８に略垂直に照射され
るため、縦寸法αおよび横寸法βの矩形状と相似関係と
なる矩形状の照明領域ＬＡとして画像形成領域４４８に
形成される。すなわち、図１１に示すように、照明領域
ＬＡは、その縦寸法がＸ（ｍｍ）および横寸法がＹ（ｍ
ｍ）で、Ｘ≦Ｙの横長の矩形状として形成され、以下の
式（９）が成立することになる。

【００６０】

【数９】Ｘ／Ｙ ＝ α／β ・・・（９）

【００６１】また、照明領域ＬＡの縦寸法Ｘおよび横寸
法Ｙは、重畳レンズ４１５を含む集光用レンズの設定に
より、Ｃ＜Ａ≦Ｂとなる定数Ｃ（ｍｍ）を用いて、以下
の式（10），(11)が成立するように設定されている。

【００６２】

【数１０】Ｘ＝Ａ＋２Ｃ ・・・（10）

【数１１】Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ ・・・（11）

【００６３】以上より、図１１に示すように、液晶パネ
ル４４１の画像形成領域４４８に対して、照明領域ＬＡ
は、画像形成領域４４８の周囲を定数Ｃの寸法分のマー
ジン領域ＭＡを有して照明していることになる。ここ
で、定数Ｃとしては、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の
数値が好ましく、ここでは、０．８ｍｍとして設定す
る。なお、前述した式(９)〜(11)を満たすことから、以
下の式(12)も満たすこととなる。

【００６４】

【数１２】α／Ａ ＞ β／Ｂ ・・・（12）

【００６５】すなわち、式(９)に式(10)，(11)を代入し
て、Ｘ，Ｙを消去すると、以下の式(13)が得られ、Ｃ＜
Ｂ≦Ａより、式(12)が成立することとなる。

【００６６】

【数１３】 （Ａ＋２Ｃ）／（Ｂ＋２Ｃ）＝α／β ・・・（13）

【００６７】〔４．第１実施形態の効果〕前述した第１
実施形態によれば、以下のような効果がある。 <１>レンズアレイ４１２，４１３の射出端面の縦横の長
さ寸法α，βと、液晶パネル４４１の画像形成領域４４
８の輪郭形状の縦横の長さ寸法Ａ，Ｂとの間で、式(９)
〜(11)の関係を満たすことにより、画像形成領域４４８
の縦横の長さ寸法Ａ，Ｂの比（アスペクト比）に関係な
く、画像形成領域４４８の外周に一定寸法となる定数Ｃ
（ｍｍ）分のマージン領域を一様に形成できるため、射
出光をより一層効率よく利用でき、光学ユニット４、ひ
いてはプロジェクタ１からの投写画像の画質を向上でき
る。特に、画像形成領域４４８のアスペクト比を通常の
４：３よりも横長形状である１６：９とした場合でも、
マージン領域ＭＡの寸法がアスペクト比に影響されない
ことから、光束をより効率的に利用でき、画像形成領域
４４８を適切に照明できる。

【００６８】<２>この際、<１>の作用効果を奏するため
に、レンズアレイ４１２，４１３の外形寸法を、式
（9）〜(11)を満たすように設計するだけでよいから、
光学ユニット４の製造作業の繁雑化を招くことなく容易
に製造でき、これにより、製造コストの増加も抑えるこ
とができる。

【００６９】<３>定数Ｃを０．８ｍｍとしたので、位置
調整に十分なマージン領域ＭＡを確保できるとともに、
光束の利用効率をより一層向上できる。

【００７０】<４>以上のように、画像形成領域４４８に
対して射出光を適切な照明領域ＬＡとして集光させるの
で、重畳レンズ４１５等の集光素子による集光率を従来
よりも大きくできる。このため、光学ユニット４の光路
全体を短くできて、光学ユニット４ひいてはプロジェク
タ１の小型化，軽量化を図ることができる。

【００７１】<５>光束分割光学素子として、レンズアレ
イ４１２，４１３を採用したので、小レンズ５００Ａ，
５００Ｂの形状を、前述した式(9)〜(11)の関係を成立
するように構成し、これらの小レンズ５００Ａ，５００
Ｂを組み合わせるだけでよいから、比較的簡単に製造で
きて、光束利用効率を手軽に向上できる。

【００７２】［第２実施形態］次に、本発明の第２実施
形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、前記
第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号
を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。前
記第１実施形態では、インテグレータ照明光学系４１を
構成する光束分割光学素子としてレンズアレイ４１２，
４１３を採用していたが、第２実施形態では、光束分割
光学素子としてロッドを採用している。つまり、第１実
施形態と第２実施形態とは、主に、光束分割光学素子が
異なる点で相違している。

【００７３】図１２は、本発明の第２実施形態に係る照
明光学装置としてのインテグレータ照明光学系４１を示
す模式図である。インテグレータ照明光学系４１は、図
１２に示すように、前記光源装置４１１と、ロッド（ロ
ッドインテグレータ）６００と、他の集光素子としての
第１集光レンズ６０１と、第２集光レンズ６０２と、第
３集光レンズ６０３と、前記偏光変換素子４１４と、前
記フィールドレンズ４１８とを備え、前記液晶パネル４
４１の画像形成領域４４８を照射するものである。な
お、これ以外の構成部材については、前記第１実施形態
と同様である。

【００７４】第１集光レンズ６０１は、前記光源装置４
１１から射出された光束を、ロッド６００の入射端面近
傍に集光するレンズである。ロッド６００は、断面矩形
状で柱状のガラスまたは樹脂製のロッドである。このロ
ッド６００の入射端面Ｐに集光され入射された光束は、
ロッド６００内で内面反射によって複数の光束に分割
し、分割された各光束が重畳され射出端面Ｑから射出さ
れる。

【００７５】第２集光レンズ６０２は、ロッド６００の
射出端面Ｑに貼付されており、ロッド６００の射出端面
Ｑから射出される光束が発散しないように機能してい
る。また、第３集光レンズ６０３は、第２レンズ６０２
から射出された光束を液晶パネル４４１の画像形成領域
４４８に結像する機能を有している。

【００７６】ここで、ロッド６００の射出端面Ｑの縦横
寸法や輪郭形状、および液晶パネル４４１の画像形成領
域４４８の縦横寸法や輪郭形状は、前記第１実施形態と
同様に、図１０，１１に示す関係となっている。すなわ
ち、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様
に、前述した式(9)〜(11)の関係が成立する。

【００７７】〔５．第２実施形態の効果〕本実施形態に
よれば、前記<１>〜<４>と略同様な作用効果に加えて、
次のような効果を奏することができる。 <６>光束分割光学素子として、ロッド６００を採用した
ので、射出端面Ｑの輪郭形状を、前述した式(9)〜(11)
の関係を成立するように構成するだけでよいから、比較
的簡単に製造できて、光束利用効率を手軽に向上でき
る。

【００７８】〔６．実施形態の変形〕なお、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的
を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形
等も本発明に含まれる。例えば、前記各実施形態におい
て、定数Ｃを０．８ｍｍとしたが、これに限らず、例え
ば、０．１ｍｍ等のその他の数値としてもよく、適宜、
選択すればよい。また、α，β，Ａ，Ｂの数値について
は、所定の関係式を満たす範囲で、適宜、設定すればよ
い。この際、これに合わせて、集光素子による集光率も
適宜変更すればよい。

【００７９】また、前記各実施形態では、光変調装置と
して液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用い
たデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよ
い。さらに、前記各実施形態では、光入射面と光射出面
とが異なる透過型の光変調装置を用いていたが、光入射
面と光射出面とが同一となる反射型の光変調装置を用い
てもよい。

【００８０】また、前記各実施形態では、３つの光変調
装置を用いたプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明
は、１つの光変調装置のみを用いたプロジェクタ、２つ
の光変調装置を用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以
上の光変調装置を用いたプロジェクタにも適用可能であ
る。

【００８１】前記各実施形態では、スクリーンを観察す
る方向から投写を行なうフロントタイプのプロジェクタ
の例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する
方向とは反対側から投写を行なうリアタイプのプロジェ
クタにも適用可能である。また、本発明に係る照明光学
装置は、プロジェクタ以外のその他の光学機器において
も採用できる。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、製造作業の繁雑化を招
くことなく、光源から射出された光束をより一層効率よ
く利用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを上
方前面側から見た斜視図である。

【図２】前記プロジェクタを下方背面側から見た斜視図
である。

【図３】前記プロジェクタの内部を示す斜視図であり、
具体的には、図１の状態からアッパーケースを外した図
である。

【図４】前記プロジェクタの内部を示す斜視図であり、
具体的には、図３の状態から制御基板を外した図であ
る。

【図５】前記プロジェクタを構成する光学ユニットを示
す分解斜視図である。

【図６】前記光学ユニットを模式的に示す図である。

【図７】前記光学ユニットを構成する光学装置本体を示
す斜視図である。

【図８】前記光学ユニットを構成する照明光学装置とし
てのインテグレータ照明光学系を示す模式図である。

【図９】前記インテグレータ照明光学系を構成する第１
レンズアレイおよび第２レンズアレイを模式的に示す図
である。

【図１０】前記第１レンズアレイおよび第２レンズアレ
イを構成する小レンズの射出端面の形状を示す図であ
る。

【図１１】前記光学装置本体を構成する液晶パネルの画
像形成領域に投写された光束による照明領域を示す図で
ある。

【図１２】本発明の第２実施形態に係る照明光学装置と
してのインテグレータ照明光学系を示す模式図である。

【符号の説明】

１ プロジェクタ ４ 光学ユニット ４１ インテグレータ照明光学系 ４１２ 光束分割光学素子としての第１レンズアレイ ４１３ 光束分割光学素子としての第２レンズアレイ ４１５ 集光素子を構成する重畳レンズ ４１６ 光源ランプ ４１８ 集光素子を構成するフィールドレンズ ４４１ （４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）光変調装置
としての液晶パネル ４４８ 画像形成領域 ５００Ａ，５００Ｂ 小レンズ ６００ 光束分割光学素子としてのロッド（ロッドイン
テグレータ） ６０１ 他の集光素子としての第１集光レンズ ６０２ 集光素子を構成する第２集光レンズ ６０３ 集光素子を構成する第３集光レンズ Ａ 縦寸法 Ｂ 横寸法 Ｃ 定数 ＬＡ 照明領域 Ｐ 入射端面 Ｑ 射出端面 Ｘ 縦寸法 Ｙ 横寸法 α 縦寸法 β 横寸法

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年６月２７日（２００２．６．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA15 EA18 EA19 HA13 HA25 HA28 MA02 MA05 MA06 MA16 2H091 FA05Z FA29Z FB07 FD04 FD07 FD12 FD24 GA17 LA03 LA11 LA12 LA15 2K103 AA01 AA05 AA11 AB04 BC26 CA17 CA76

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から射出された光束を複数の部分光
   束に分割する光束分割光学素子と、この光束分割光学素
   子により分割された各部分光束を集光する集光素子と、
   この集光された光束が重畳される画像形成領域を有し、
   この画像形成領域に重畳された光束を、入力画像情報に
   基づいて変調する光変調装置とを備える照明光学装置で
   あって、 前記光変調装置の画像形成領域は、照明光軸に直交し、
   かつ互いに直交する２方向の長さ寸法がＡおよびＢ（Ａ
   ≦Ｂ）の矩形状として構成され、 前記光束分割光学素子において、光束が射出される射出
   端面の形状が、照明光軸に直交し、かつ互いに直交する
   ２方向の長さ寸法αおよびβ（α≦β）の矩形状として
   構成され、 これらの長さ寸法α、β、Ａ、およびＢの間には、式
   （１）の関係式が成立することを特徴とする照明光学装
   置。 【数１】α／Ａ ＞ β／Ｂ ・・・（１）
2. 【請求項２】 請求項１に記載の照明光学装置におい
   て、 前記光束分割光学素子の射出端面から射出され、前記画
   像形成領域上に重畳された照明領域は、照明光軸に直交
   し、互いに直交する２方向の長さ寸法ＸおよびＹ（Ｘ≦
   Ｙ）の矩形状として構成され、これらの長さ寸法Ｘおよ
   びＹは、定数Ｃ（Ｃ＜Ａ≦Ｂ）を用いて、式（２）〜式
   （４）の関係式が成立することを特徴とする照明光学装
   置。 【数２】Ｘ／Ｙ＝α／β ・・・（２） 【数３】Ｘ＝Ａ＋２Ｃ ・・・（３） 【数４】Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ ・・・（４）
3. 【請求項３】 請求項２に記載の照明光学装置におい
   て、 前記定数Ｃは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の数値で
   あることを特徴とする照明光学装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
   照明光学装置において、 前記光束分割光学素子は、照明光軸に直交する面内でレ
   ンズがマトリクス状に配列されたマルチレンズアレイで
   あることを特徴とする照明光学装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   照明光学装置において、 前記光束分割光学素子は、前記光源から射出され、前記
   集光素子とは異なる他の集光素子により集光された光束
   を入射端面より入射し、内面反射によって複数の光束に
   分割して射出端面から射出するロッドであることを特徴
   とする照明光学装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の
   照明光学装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。