JP2005266113A - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置への入射角を小さくすることで画質の低下を抑制しつつ、第２レンズアレイの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくして光利用効率の低下を抑制することのできる照明装置を提供する。
【解決手段】 楕円面リフレクタ１１４、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２、楕円面リフレクタ１１４からの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ１１８、平行化レンズ１１８からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ１２０、第１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有する第２レンズアレイ１３０、及び第２レンズアレイ１３０からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ１５０を有する照明装置において、第１レンズアレイ１２０の光入射面又は光射出面は凸レンズ面からなることを特徴とする照明装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は照明装置及びプロジェクタに関する。

従来、プロジェクタとして、光源装置から射出された光束を、ダイクロイックミラーにより赤色、緑色、青色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。

このようなプロジェクタは、図７に示すような照明装置１００ａを有している（例えば、特許文献１参照。）。この照明装置１００ａは、光源装置１１０ａと、第1レンズアレイ１２０ａと、第２レンズアレイ１３０ａと、偏光変換素子１４０ａと、重畳レンズ１５０ａとを有している。光源装置１１０ａは、発光管１１２ａと、楕円面リフレクタ１１４ａと、平行化レンズ１１８ａとを有している。
発光管１１２ａから射出された光は、楕円面リフレクタ１１４ａにより反射され、平行化レンズ１１８ａにより平行化される。平行化レンズ１１８ａから射出された照明光束は、第１レンズアレイ１２０ａによって複数の部分光束に分割され、これら部分光束は第２レンズアレイ１３０ａ及び重畳レンズ１５０ａによって、液晶表示装置４００ａの画像形成領域上に重畳される。第２レンズアレイ１３０ａと重畳レンズ１５０ａの間には、無偏光光を偏光光に変換するための偏光変換素子１４０ａが配置されている。
特開２０００−３４７２９３号公報（図１１)

しかしながら、液晶表示装置４００ａの画像形成領域は、楕円面リフレクタ１１４ａの前方開口部の径寸法よりも非常に短い短辺、長辺から構成される長方形状となっているため、重畳レンズ１５０ａの光束透過領域の一辺の長さ寸法と液晶表示装置４００ａにおける画像形成領域の短辺、長辺の長さ寸法との間には大きな寸法差が生じ、重畳レンズ１５０ａの周縁部から射出された照明光束の液晶表示装置４００ａへの入射角は大きなものとなる。通常、液晶表示装置は、入射光の入射角が大きくなって入射光が画像形成領域に対し斜めに入射した場合には画質が低下する傾向にある。

そこで、平行化レンズの大きさ並びに第１レンズアレイ、第２レンズアレイ、偏光変換素子及び重畳レンズの大きさを液晶表示装置における画像表示領域の大きさに略等しい大きさにすることにより、液晶表示装置への入射角度を小さくして画質の低下を防ぐことが考えられる。

しかしながら、本発明者の検討によれば、この場合には、平行化レンズによって照明光束を大きく絞り込むことになるため収差が発生し、その結果、第２レンズアレイの光入射面近傍における第１レンズアレイの各小レンズの像（第２光源像）の大きさを小さくすることが困難になる。このため、第１レンズアレイにおける各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに入射する割合が低下し、光利用効率が低下するという問題があることがわかった。また、液晶表示装置以外の電気光学変調装置においても同様の問題があることがわかった。

そこで、本発明の目的は、電気光学変調装置への入射角を小さくすることで画質の低下を抑制しつつ、第２レンズアレイの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくして光利用効率の低下を抑制することのできる照明装置及びこのような照明装置を備えたプロジェクタを提供することにある。

（１）本発明の照明装置は、楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置において、前記第１レンズアレイの光入射面又は光射出面は凸レンズ面からなることを特徴とする。

このため、本発明の照明装置によれば、第１レンズアレイからの部分光束の光軸は、第１レンズアレイの凸レンズ面におけるレンズ作用により照明光軸側に屈折する。そのため、第１レンズアレイをそれ程小さくしなくても、第２レンズアレイの大きさ、ひいては偏光変換素子や重畳レンズの大きさを小さくすることができるようになる。その結果、第２レンズアレイ、偏光変換素子及び重畳レンズの大きさを電気光学変調装置の大きさに近づけることができるようになり、電気光学変調装置への入射角を小さくすることで画質の低下を効果的に抑制することができるようになる。

また、第１レンズアレイをそれ程小さくしなくてもよくなるため、楕円面リフレクタからの集束光束を平行化レンズでそれほどには絞り込まなくてよくなるため、収差の発生を効果的に抑制することができるようになる。これにより、第２レンズアレイの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが可能になり、第１レンズアレイにおける各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに入射する割合の低下が抑制され、その結果、光利用効率の低下が抑制される。

（２）上記（１）に記載の照明装置においては、前記第１レンズアレイの光入射面を凸レンズ面にするとともに、光射出面に前記複数の小レンズを形成するようにしてもよい。

（３）上記（１）に記載の照明装置においては、前記第１レンズアレイの光射出面を凸レンズ面にするとともに、光入射面に前記複数の小レンズを形成するようにしてもよい。

（４）本発明の照明装置は、楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置において、前記第１レンズアレイにおける複数の小レンズのそれぞれは、射出される部分光束の光軸が照明光軸の側に近づくように偏心したレンズ面を有することを特徴とする。

このため、本発明の照明装置によれば、第１レンズアレイからの部分光束の光軸は、第１レンズアレイの各小レンズのレンズ作用により照明光軸側に屈折する。そのため、上記（１）で説明した場合と同様に、第１レンズアレイをそれ程小さくしなくても、第２レンズアレイの大きさ、ひいては偏光変換素子や重畳レンズの大きさを小さくすることができるようになる。その結果、第２レンズアレイ、偏光変換素子及び重畳レンズの大きさを電気光学変調装置の大きさに近づけることができるようになり、電気光学変調装置への入射角を小さくすることで画質の低下を効果的に抑制することができるようになる。

また、第１レンズアレイをそれ程小さくしなくてもよくなるため、楕円面リフレクタからの集束光束を平行化レンズでそれほどには絞り込まなくてよくなるため、収差の発生を効果的に抑制することができるようになる。これにより、第２レンズアレイの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが可能になり、第１レンズアレイにおける各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに入射する割合の低下が抑制され、その結果、光利用効率の低下が抑制される。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の照明装置においては、前記第２レンズアレイにおける複数の小レンズのそれぞれは、射出される部分光束の光軸が照明光軸に略平行になるように偏心したレンズ面を有することが好ましい。

このため、本発明の照明装置によれば、第１レンズアレイのレンズ作用によって一旦照明光軸側に絞られた光軸を、第２レンズアレイのレンズ作用によって照明光軸に略平行にすることができるようになり、電気光学変調装置の画像形成領域上への良好な重畳を可能にすることができる。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の照明装置においては、前記第１レンズアレイの対角方向に沿った前記楕円面リフレクタの有効径に対する前記第１レンズアレイの対角方向における有効サイズの比率は６０％〜８５％であり、かつ、記第１レンズアレイの対角方向における有効径に対する前記第２レンズアレイの対角方向における第２レンズアレイの有効サイズの比率は６０％〜８０％であることが好ましい。

上記（１）〜（５）に記載の照明装置によれば、楕円面リフレクタからの集束光束を平行化レンズで一旦略平行化し、その後、第１レンズアレイで再度集束光束にして、第２レンズアレイで再び略平行化する。従って、楕円面リフレクタからの照明光束を２段階で絞ることとなるが、本発明者の検討によれば、最初の段階の絞り及び次の段階の絞りを上記したような範囲にすることによって、本発明の目的が効果的に達成されることがわかった。すなわち、電気光学変調装置への入射角を小さくすることで画質の低下を抑制しつつ、第２レンズアレイの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくして光利用効率の低下を抑制することができるようになる。

（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の照明装置においては、前記発光管には、前記発光管から被照明領域側に射出される光を前記楕円面リフレクタに向けて反射する反射手段が設けられていることが好ましい。

このように構成することにより、発光管から被照明領域側に放射される光が楕円面リフレクタに向けて反射されるため、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタの大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタの小型化を図ることができ、結果としてプロジェクタの小型化を図ることができる。
また、楕円面リフレクタの小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第２焦点に向けて集束するビームの集束角を小さくすることができるため、平行化レンズで平行化される際に発生する収差を小さなものにすることができる。これにより、第２レンズアレイの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが可能になり、第１レンズアレイにおける各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイにおける対応する各小レンズに入射する割合の低下がさらに効果的に抑制され、その結果、光利用効率の低下がさらに効果的に抑制されるようになる。

（８）本発明のプロジェクタは、楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置と、この照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置によって変調された照明光束を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、前記第１レンズアレイの光入射面又は光射出面は凸レンズ面からなることを特徴とする。

（９）本発明のプロジェクタは、楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置と、この照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置によって変調された照明光束を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、前記第１レンズアレイにおける複数の小レンズのそれぞれは、射出される部分光束の光軸が照明光軸の側に近づくように偏心したレンズ面を有することを特徴とする。

このため、上記した（８）又は（９）に記載の本発明のプロジェクタによれば、上記したように優れた照明装置を備えているため、画質低下が少なく光利用効率が高いために、高画質・高輝度・低騒音・省エネルギーのプロジェクタとなる。

（１０）上記（８）又は（９）に記載のプロジェクタにおいては、前記電気光学変調装置は、画像形成領域の入射側に画素に対応してマイクロレンズが形成された電気光学変調装置であることが好ましい。

画像形成領域の入射側にマイクロレンズが形成された電気光学変調装置は本来光利用効率の高い電気光学変調装置であるが、重畳レンズから射出される照明光束の電気光学変調装置への入射角度が大きいと、マイクロレンズの作用によりせっかく集光された光の一部が開口部の周囲に形成されたブラックマトリクス等によりその通過を妨げられ、結果として光の利用効率がそれほど高まらない。これに対して、本発明のプロジェクタによれば、重畳レンズから射出される照明光束の光変調装置への入射角度が小さくなるので、マイクロレンズの作用により集光された光はブラックマトリクスによりその通過を妨げられることがなくなり、結果として、光利用効率が高まり、画像の輝度を向上させることができる。この効果は、電気光学変調装置として、例えば対角０．７インチ（対角約１８ｍｍ）以下のサイズの電気光学変調装置（例えば、液晶表示装置）に実施した場合には、画素の開口部が小さくなるので、顕著な効果がある。

（１１）上記（８）〜（１０）のいずれかに記載のプロジェクタにおいては、前記照明装置と前記電気光学変調装置との間に、前記照明装置からの照明光束を複数の色光に分離するための色分離光学系をさらに備え、前記電気光学変調装置として、前記色分離光学系からの複数の色光をそれぞれの色光に対応する画像情報に応じて変調する複数の電気光学変調装置が設けられていることが好ましい。

このように構成することにより、フルカラープロジェクタにおいても、画質低下が少なく光利用効率が高いために、高画質・高輝度・低騒音・省エネルギーのプロジェクタとなる。

以下、本発明の照明装置及びプロジェクタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタを示す図である。図１（ａ）は光学系を上面から見た図であり、図１（ｂ）は光学系を側面から見た図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ方向（図１（ａ）における照明光軸方向）、ｘ方向（図１（ａ）における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）及びｙ方向（図１（ａ）における紙面に垂直かつｚ軸に直交する方向）とする。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、照明装置１００と、照明装置１００からの照明光束を赤、緑及び青の３つの色光に分離する色分離光学系２００と、色分離光学系２００で分離された３つの色光のそれぞれを画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としての３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、これら３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調された色光を合成するクロスダイクロイックプリズム５００と、クロスダイクロイックプリズム５００によって合成された光をスクリーンＳＣＲ等の投写面に投写する投写光学系６００とを備えたプロジェクタである。

実施形態１に係る照明装置１００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、被照明領域側に略平行な照明光束を射出する光源装置１１０、光源装置１１０からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ１２０、第１レンズアレイ１２０の複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ１３０、照明光束を偏光光に変換するための偏光変換素子１４０及びこの偏光変換素子１４０からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ１５０を有している。

光源装置１１０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、楕円面リフレクタ１１４と、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２と、楕円面リフレクタ１１４からの集束光を略平行な光に変換する平行化レンズ１１８とを有している。発光管１１２には、発光管１１２から被照明領域側に射出される光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する反射手段としての補助ミラー１１６が設けられている。

液晶表示装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂとしては、「ｙ軸方向に沿った縦寸法：ｘ軸方向に沿った横寸法＝３：４の長方形」の平面形状を有する液晶表示装置を用いている。

図２は、実施形態１に係るプロジェクタにおける液晶表示装置の構造を示す図である。
液晶表示装置４００（４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ）は、図２に示すように、表面に画素電極４１２、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子４１３などが形成されたＴＦＴ基板４１１と、表面にブラックマトリクス４１５、共通電極４１６などが形成された対向基板４１４との間隙に液晶層４１７が配置された構造を有し、与えられた画像信号に応じて照明光束の偏光方向を変調するように構成されている。この液晶表示装置４００の画像形成領域は長方形状である。そして、ＴＦＴ基板４１１の他の表面には射出側偏光板４１８が、また対向基板４１４の他の表面には入射側偏光板４１９がそれぞれ貼り付けられている。

液晶表示装置４００は、ＴＦＴ素子４１３の働きによって、画素電極４１２と共通電極４１６との間に印加される電圧の大きさを画素ごとに制御することにより、対向基板４１４側から入射した入射光Ｌの透過率を画素ごとに制御することができる。しかも、ブラックマトリクス４１５の働きによって、画素以外の部分からの不要な光の漏洩を防止することができる。このため、液晶表示装置４００はコントラストの高い液晶表示装置となる。従って、このようなコントラストの高い液晶表示装置４００をプロジェクタ１０００の３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとして用いることにより、コントラストが高く表示品質のよいプロジェクタとなる。
さらに、対向基板４１４の入射側には、各画素に対応してマイクロレンズ４２１が配置されているため、マイクロレンズの無い場合にブラックマトリクス４１５で遮断されていた光をも有効に利用することができ、プロジェクタ１０００の３つ液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとしてこのような液晶表示装置４００を用いることにより、プロジェクタの輝度を高めることができる。

入射側偏光板４１９は、色分離光学系２００で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の偏光光束を吸収する光学変換素子である。また、射出側偏光板４１８も、液晶表示装置４００（４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ）から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の偏光光束を吸収するものである。なお、これらの入射側偏光板及び射出側偏光板は、対向基板又はＴＦＴ基板には貼り付けずに、これらの基板から離隔して配置することもできる。

図３は、実施形態１に係る照明装置を説明するために示す図である。図３（ａ）は照明装置を上面から見た図であり、図３（ｂ）は照明装置を側面から見た図である。ただし、図３（ａ）及び図３（ｂ）においては、フィールドレンズ２４０Ｇ及び液晶表示装置４００Ｇは実際はダイクロイックミラー２２０の上方又は紙面の奥行き方向に配置されているが、わかりやすくするためにともに右方に配置されるよう記載してある。
実施形態１に係るプロジェクタ１０００における照明装置１００は、上述したように、楕円面リフレクタ１１４、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２、楕円面リフレクタ１１４からの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ１１８、平行化レンズ１１８からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ１２０、第１レンズアレイ１２０の複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ１３０、第２レンズアレイ１３０からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ１５０、及び第２レンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０との間に配置され照明光束を偏光光に変換する偏光変換素子１４０を有しているが、実施形態１に係る照明装置１００においては、第１レンズアレイ１２０の光入射面は凸レンズ面からなり、光射出面には複数の小レンズが形成されている点を特徴としている。

このため、実施形態１に係る照明装置１００によれば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１レンズアレイ１２０からの部分光束の光軸は、第１レンズアレイ１２０の凸レンズ面におけるレンズ作用により照明光軸１００ａｘ側に屈折する。そのため、第１レンズアレイ１２０をそれ程小さくしなくても、第２レンズアレイ１３０の大きさ、ひいては偏光変換素子１４０や重畳レンズ１５０の大きさを小さくすることができるようになる。その結果、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０の大きさを液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの大きさに近づけることができるようになり、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂへの入射角を小さくすることで画質の低下を効果的に抑制することができるようになる。

また、第１レンズアレイ１２０をそれ程小さくしなくてもよくなるため、楕円面リフレクタ１１４からの集束光束を平行化レンズ１１８でそれほどには絞り込まなくてよくなるため、収差の発生を効果的に抑制することができるようになる。これにより、第２レンズアレイ１３０の光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが可能になり、第１レンズアレイ１２０における各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイ１３０における対応する各小レンズに入射する割合の低下が抑制され、その結果、光利用効率の低下が抑制される。

実施形態１に係る照明装置１００においては、第２レンズアレイ１３０における複数の小レンズのそれぞれは、射出される部分光束の光軸が照明光軸１００ａｘに略平行になるように偏心したレンズ面を有している（偏心状態は、図３では捨象してある。）。このため、実施形態１に係る照明装置１００によれば、第１レンズアレイ１２０のレンズ作用によって一旦照明光軸１００ａｘ側に絞られた光軸を、第２レンズアレイ１３０のレンズ作用によって照明光軸１００ａｘに略平行にすることができるようになり、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域上への良好な重畳を可能にすることができる。

図４は、比較例に係る照明装置を説明するために示す図である。図４（ａ）は照明装置を上面から見た図であり、図４（ｂ）は照明装置を側面から見た図である。なお、図４においても図３の場合と同様に、図４（ａ）及び図４（ｂ）においては、フィールドレンズ２４０Ｇ及び液晶表示装置４００Ｇは実際はダイクロイックミラー２２０の上方又は紙面の奥行き方向に配置されているが、わかりやすくするためにともに右方に配置されるよう記載してある。
比較例にかかる照明装置１００ｂは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、楕円面リフレクタ１１４ｂからの集束光束を平行化レンズ１１８ｂで略平行化し、その後、第１レンズアレイ１２０ｂでは光軸を絞らずに第２レンズアレイ１３０ｂで再び略平行化している。このため、図３に示す実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なり、平行化レンズ１１８ｂによって照明光束を大きく絞り込むことになるため収差が発生し、その結果、第２レンズアレイ１３０ｂの光入射面近傍における第１レンズアレイ１２０ｂの各小レンズの像（第２光源像）の大きさを小さくすることが困難になる。このため、第１レンズアレイ１２０ｂにおける各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイ１３０ｂにおける対応する各小レンズに入射する割合が低下し、光利用効率が低下する。

実施形態１に係る照明装置１００においては、上述したように、楕円面リフレクタ１１４からの照明光束を２段階で絞ることとなるが、最初の段階の絞り及び次の段階の絞りを所定範囲にすることによって、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂへの入射角を小さくすることで画質の低下を抑制しつつ、第２レンズアレイ１３０の光入射面近傍における第２光源像の大きさをさらに小さくして光利用効率の低下を抑制することができるようになることがわかった。

このため、実施形態１に係る照明装置１００においては、第１レンズアレイ１２０の対角方向に沿った楕円面リフレクタ１１４の有効径に対する第１レンズアレイ１２０の対角方向における有効サイズの比率（第１の比率）を６０％〜８５％にするとともに、第１レンズアレイ１２０の対角方向における有効径に対する第２レンズアレイ１３０の対角方向における第２レンズアレイ１３０の有効サイズの比率（第２の比率）を６０％〜８０％にしている。

この場合、第１の比率が６０％未満になると、平行化レンズによって照明光束を大きく絞り込むことになるため収差が発生し易くなる。また、第１の比率が８５％を超えると、液晶表示装置への入射角を小さくするためには第１レンズアレイによって照明光束を大きく絞りこむことが必要となり、そのためにやはり第２レンズアレイの入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが容易ではなくなる。
また、第２の比率が６０％未満になると、第１レンズアレイによって照明光束を大きく絞り込むことになるため、第２レンズアレイの入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが容易ではなくなる。また、第２の比率が８０％を超えると、液晶表示装置への入射角度を小さくするためには第１の比率を小さくすることが必要となり、このため、平行化レンズによって照明光束を大きく絞り込むことになり、収差が発生し易くなる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、発光管１１２には、発光管１１２から被照明領域側に射出される光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する反射手段としての補助ミラー１１６が設けられている。このため、発光管１１２から被照明領域側に放射される光が楕円面リフレクタ１１４に向けて反射されるため、発光管１１２の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタ１１４の大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタ１１４の小型化を図ることができ、結果としてプロジェクタの小型化を図ることができる。

また、楕円面リフレクタ１１４の小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタ１１４から楕円面リフレクタ１１４の第２焦点に向けて集束するビームの集束角を小さくすることができるため、平行化レンズ１１８で平行化される際に発生する収差を小さなものにすることができる。これにより、第２レンズアレイ１３０の光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが可能になり、第１レンズアレイ１２０における各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイ１３０における対応する各小レンズに入射する割合の低下がさらに効果的に抑制され、その結果、光利用効率の低下がさらに効果的に抑制されるようになる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、上記したように優れた照明装置１００を備えているため、画質低下が少なく光利用効率が高くなり、高画質・高輝度・低騒音・省エネルギーのプロジェクタとなる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、上記したように、電気光学変調装置として、画像形成領域の入射側に画素に対応してマイクロレンズが形成された液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを用いている。このため、画像形成領域の入射側にマイクロレンズが形成された電気光学変調装置は本来光利用効率の高い電気光学変調装置であるが、重畳レンズから射出される照明光束の電気光学変調装置への入射角度が大きいと、マイクロレンズの作用によりせっかく集光された光の一部が開口部の周囲に形成されたブラックマトリクスによりその通過を妨げられ、結果として光の利用効率がそれほど高まらないのであるが、実施形態１に係るプロジェクタ１０００によれば、重畳レンズ１５０から射出される照明光束の液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂへの入射角度が小さくなるので、マイクロレンズ４２１（図２参照。）の作用により集光された光はブラックマトリクス４１５によりその通過を妨げられることがなくなり、結果として、光利用効率が高まり、画像の輝度を向上させることができる。

〔実施形態２〕
図５は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタを示す図である。図５（ａ）は光学系を上面から見た図であり、図５（ｂ）は光学系を側面から見た図である。
実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂは、第１レンズアレイの構成が実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは異なっている。
すなわち、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂにおいては、第１レンズアレイ１２０Ｂの光射出面を凸レンズ面にするとともに、光入射面に複数の小レンズを形成するようにしている。

このように、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂは、第１レンズアレイの構成が実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と異なるが、第１レンズアレイ１２０Ｂの光射出面を凸レンズ面にするとともに、光入射面に複数の小レンズを形成するようにしているため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と同様に、第１レンズアレイ１２０Ｂからの部分光束の光軸は、第１レンズアレイ１２０Ｂの凸レンズ面におけるレンズ作用により照明光軸１００Ｂａｘ側に屈折する。そのため、第１レンズアレイ１２０Ｂをそれ程小さくしなくても、第２レンズアレイ１３０Ｂの大きさ、ひいては偏光変換素子１４０や重畳レンズ１５０の大きさを小さくすることができるようになる。その結果、第２レンズアレイ１３０Ｂ、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０の大きさを液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの大きさに近づけることができるようになり、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂへの入射角を小さくすることで画質の低下を効果的に抑制することができるようになる。

また、第１レンズアレイ１２０Ｂをそれ程小さくしなくてもよくなるため、楕円面リフレクタ１１４からの集束光束を平行化レンズ１１８でそれほどには絞り込まなくてよくなるため、収差の発生を効果的に抑制することができるようになる。これにより、第２レンズアレイ１３０Ｂの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが可能になり、第１レンズアレイ１２０Ｂにおける各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイ１３０Ｂにおける対応する各小レンズに入射する割合の低下が抑制され、その結果、光利用効率の低下が抑制される。

〔実施形態３〕
図６は、本発明の実施形態３に係るプロジェクタを示す図である。図６（ａ）は光学系を上面から見た図であり、図６（ｂ）は光学系を側面から見た図である。
実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃは、第１レンズアレイの構成が実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは異なっている。
すなわち、実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃにおいては、第１レンズアレイ１２０Ｃにおける複数の小レンズのそれぞれを、射出される部分光束の光軸が照明光軸１００Ｃａｘの側に近づくように偏心したレンズ面を有するようなレンズにしている。

このように、実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃは、第１レンズアレイの構成が実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と異なるが、第１レンズアレイ１２０Ｃにおける複数の小レンズのそれぞれを、射出される部分光束の光軸が照明光軸１００Ｃａｘの側に近づくように偏心したレンズ面を有するようなレンズにしているため、第１レンズアレイ１２０Ｃからの部分光束の光軸は、第１レンズアレイ１２０Ｃの小レンズにおけるレンズ作用により照明光軸１００Ｃａｘ側に屈折する。そのため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と同様に、第１レンズアレイ１２０Ｃをそれ程小さくしなくても、第２レンズアレイ１３０Ｃの大きさ、ひいては偏光変換素子１４０や重畳レンズ１５０の大きさを小さくすることができるようになる。その結果、第２レンズアレイ１３０Ｃ、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０の大きさを液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの大きさに近づけることができるようになり、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂへの入射角を小さくすることで画質の低下を効果的に抑制することができるようになる。

また、第１レンズアレイ１２０Ｃをそれ程小さくしなくてもよくなるため、楕円面リフレクタ１１４からの集束光束を平行化レンズ１１８でそれほどには絞り込まなくてよくなるため、収差の発生を効果的に抑制することができるようになる。これにより、第２レンズアレイ１３０Ｃの光入射面近傍における第２光源像の大きさを小さくすることが可能になり、第１レンズアレイ１２０Ｃにおける各小レンズからの部分光束が、第２レンズアレイ１３０Ｃにおける対応する各小レンズに入射する割合の低下が抑制され、その結果、光利用効率の低下が抑制される。

以上、本発明の照明装置及びプロジェクタを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各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。

（１）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｃは透過型のプロジェクタであるが、本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型液晶表示装置のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。

（２）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｃは、電気光学変調装置として液晶表示装置を用いているが、本発明はこれに限られない。電気光学変調装置としては、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く、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。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。

（３）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｃにおいては、被照明領域における平面形状の縦横寸法比を縦寸法：横寸法＝３：４とする液晶表示装置である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被照明領域における平面形状の縦横寸法比を縦寸法：横寸法＝９：１６とする液晶表示装置であっても勿論よい。

（４）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクタに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクタにも適用できる。

実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図。 実施形態１に係るプロジェクタにおける液晶表示装置の構造を示す図。 実施形態１に係るプロジェクタの照明装置を説明するために示す図。 比較例に係るプロジェクタの照明装置を説明するために示す図。 実施形態２に係るプロジェクタの光学系を示す図。 実施形態３に係るプロジェクタの光学系を示す図。 従来のプロジェクタを説明するために示す図。

符号の説明

１００，１００ａ，１００ｂ，１００Ｂ，１００Ｃ…照明装置、１００ａｘ，１００ａａｘ，１００ｂａｘ，１００Ｂａｘ，１００Ｃａｘ…照明光軸、１１０，１１０ａ…光源装置、１１２，１１２ａ…発光管、１１４，１１４ａ…楕円面リフレクタ、１１６…補助ミラー、１１８、１１８ａ，１１８ｂ…平行化レンズ、１２０、１２０ａ，１２０ｂ，１２０Ｂ，１２０Ｃ…第１レンズアレイ、１３０、１３０ａ，１３０ｂ，１３０Ｂ，１３０Ｃ…第２レンズアレイ、１４０，１４０ａ…偏光変換素子、１５０，１５０ａ…重畳レンズ、２００…色分離光学系、３００…リレー光学系、４００，４００ａ，４００ｂ，４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶表示装置、４１１…ＴＦＴ基板、４１２…画素電極、４１３…ＴＦＴ素子、４１４…対向基板、４１５…ブラックマトリクス、４１６…共通電極、４１７…液晶層、４１８…射出側偏光板、４１９…入射側偏光板、４２１…マイクロレンズ、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００，１０００Ｂ，１０００Ｃ…プロジェクタ、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (11)

1. 楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置において、
   前記第１レンズアレイの光入射面又は光射出面は凸レンズ面からなることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、前記第１レンズアレイの光入射面は凸レンズ面からなり、光射出面には前記複数の小レンズが形成されていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１に記載の照明装置において、前記第１レンズアレイの光射出面は凸レンズ面からなり、光入射面には前記複数の小レンズが形成されていることを特徴とする照明装置。
4. 楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置において、
   前記第１レンズアレイにおける複数の小レンズのそれぞれは、射出される部分光束の光軸が照明光軸の側に近づくように偏心したレンズ面を有することを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置において、前記第２レンズアレイにおける複数の小レンズのそれぞれは、射出される部分光束の光軸が照明光軸に略平行になるように偏心したレンズ面を有することを特徴とする照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置において、前記第１レンズアレイの対角方向に沿った前記楕円面リフレクタの有効径に対する前記第１レンズアレイの対角方向における有効サイズの比率は６０％〜８５％であり、かつ、記第１レンズアレイの対角方向における有効径に対する前記第２レンズアレイの対角方向における第２レンズアレイの有効サイズの比率は６０％〜８０％であることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置において、前記発光管には、前記発光管から被照明領域側に射出される光を前記楕円面リフレクタに向けて反射する反射手段が設けられていることを特徴とする照明装置。
8. 楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置と、
   この照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
   この電気光学変調装置によって変調された照明光束を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、
   前記第１レンズアレイの光入射面又は光射出面は凸レンズ面からなることを特徴とするプロジェクタ。
9. 楕円面リフレクタ、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管、前記楕円面リフレクタからの照明光束を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ、前記平行化レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、及びこの第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置と、
   この照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
   この電気光学変調装置によって変調された照明光束を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、
   前記第１レンズアレイにおける複数の小レンズのそれぞれは、射出される部分光束の光軸が照明光軸の側に近づくように偏心したレンズ面を有することを特徴とするプロジェクタ。
10. 請求項８又は９に記載のプロジェクタにおいて、
    前記電気光学変調装置は、画像形成領域の入射側に画素に対応してマイクロレンズが形成された電気光学変調装置であることを特徴とするプロジェクタ。
11. 請求項８〜１０のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
    前記照明装置と前記電気光学変調装置との間に、前記照明装置からの照明光束を複数の色光に分離するための色分離光学系をさらに備え、
    前記電気光学変調装置として、前記色分離光学系からの複数の色光をそれぞれの色光に対応する画像情報に応じて変調する複数の電気光学変調装置が設けられていることを特徴とするプロジェクタ。