JP2007200643A - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが可能な構造を有する照明装置を提供する。
【解決手段】照明光束を射出する光源装置１１０Ａと、光源装置１１０Ａ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第１小レンズ１２２Ａが形成された第１レンズアレイ１２０Ａと、第１レンズアレイ１２０Ａの複数の第１小レンズ１２２Ａに対応して配置され、それぞれが偏心した第２小レンズ１３２Ａが形成された第２レンズアレイ１３０Ａと、第２レンズアレイ１３０Ａ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とを有する照明装置１００。第２レンズアレイ１３０Ａの光入射面及び光射出面のうち第２小レンズ１３２Ａが形成されていない面には凸面１３４Ａが形成されている。
【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、光均一化光学系としての第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び重畳レンズを有し、第１レンズアレイにおける第１小レンズ及び第２レンズアレイにおける第２小レンズがともに偏心している（第１レンズアレイにおける少なくとも１つの第１小レンズは照明光軸に対して外方に向けて偏心し、第２レンズアレイにおける第２小レンズは照明光軸に対して略平行又は内方に向けて偏心している。）プロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

従来のプロジェクタによれば、光源装置から射出される面内光強度分布の比較的不均一な光は、光均一化光学系としての第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び重畳レンズの働きによって面内光強度分布の比較的均一な光に変換されることとなるため、そのような面内光強度分布が比較的均一な光によって、照明対象である電気光学変調装置における画像形成領域を照射することができる。

また、従来のプロジェクタによれば、第１レンズアレイにおける少なくとも１つの第１小レンズは照明光軸に対して外方に向けて偏心しているため、第２レンズアレイにおける各第２小レンズの大きさを大きくすることが可能となり、第１レンズアレイを通過した光のうち各第２小レンズに入射する光の割合を増加することが可能となる。その結果、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。

特開平１０−１１５８７０号公報

しかしながら、従来のプロジェクタにおいては、偏心している各第２小レンズ間の境界部において比較的大きな段差が存在するため、例えばプレス法によって第２レンズアレイを製造する場合には、型離れが悪くなり、その結果、段差の部分に面ダレ（レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと）や欠けを起こし易くなってしまい、高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが困難となるという問題がある。このようになると、電気光学変調装置の画像形成領域に正しく照明光束を重畳することが困難となる。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが可能な構造を有する照明装置及びこのような照明装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、照明光束を射出する光源装置と、前記光源装置からの前記照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズが形成された第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイの前記複数の第１小レンズに対応して配置され、それぞれが偏心した第２小レンズが形成された第２レンズアレイと、前記第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とを有する照明装置において、前記第２レンズアレイの光入射面及び光射出面のうち前記第２小レンズが形成されていない面は凸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２レンズアレイの光入射面及び光射出面のうち第２小レンズが形成されていない面は凸面からなるため、各第２小レンズの曲率を小さなものにすることが可能となる。また、第２小レンズの曲率が小さいので、偏心レンズである各第２小レンズ間の段差をより小さなものにすることが可能になる。その結果、例えばプレス法によって第２レンズアレイを製造する場合には、型離れ性が改善されるため、段差の部分に面ダレ（レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと）や欠けを起こし易くなってしまうということを抑制することが可能になり、高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが可能になる。

なお、本発明の照明装置は、第２小レンズが第２レンズアレイの光射出面に形成され、凸面が第２レンズアレイの光入射面に形成されている照明装置であってもよいし、第２小レンズが第２レンズアレイの光入射面に形成され、凸面が第２レンズアレイの光射出面に形成されている照明装置であってもよい。いずれの場合であっても、第２レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが可能になる。

本発明の照明装置においては、前記第２小レンズの光軸は、当該第２小レンズの領域内又は当該第２小レンズの境界上にあることが好ましい。

このように構成することにより、各第２小レンズ間の段差を小さなレベルに維持することが可能になるため、所定の型離れ性を得ることが可能になる。
この場合、所定の型離れ性を得ることが可能になれば本発明の目的が達成できるため、凸面の曲率をそれほど大きくする必要もなくなる。

また、上記のように構成することにより、各第２小レンズ内に必ずレンズ頂点（光軸）が存在するようになるため、例えば触針式レンズ検査器によって第２レンズアレイの検査を行う場合に、各第２小レンズの中心と第２小レンズの光軸とのずれ量（偏心量）の高精度な測定を容易に行うことが可能になる。

本発明の照明装置においては、前記凸面は、球面、シリンドリカル面及びトーリック面のいずれかであることが好ましい。

凸面を球面とした場合には、高精度の凸面を容易に形成することが可能になる。
凸面をシリンドリカル面とした場合には、凸面における曲率を設けない方向で収差等の発生を抑制しつつ、第２小レンズの光軸の位置を当該第２小レンズの領域内又は当該第２小レンズの境界上に設定することが可能となる。
凸面をトーリック面とした場合には、凸面における曲率が小さい方向で収差等の発生を抑制しつつ、第２小レンズの光軸の位置を当該第２小レンズの領域内又は当該第２小レンズの境界上に設定することが容易となる。

本発明の照明装置においては、前記第２レンズアレイは、前記第２小レンズ及び前記凸面が形成された１つの光学部材からなることが好ましい。

このように構成することにより、部品点数及び接続部分を少なくして信頼性の高い照明装置を構成することが可能になる。

本発明の照明装置においては、前記第２レンズアレイは、前記第２小レンズが形成された光学部材と前記凸面が形成された他の光学部材とが接着により一体化された構造を有することも好ましい。

このように構成することにより、製造工程を単純化して低コストの照明装置を構成することが可能になる。

本発明の照明装置においては、前記光源装置は、照明光軸に対して略平行な光を射出する光源装置であり、前記複数の第１小レンズは、前記光源装置からの光を照明光軸を中心軸とする発散光とするように偏心しており、前記複数の第２小レンズは、前記凸面とともに前記第１レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることが好ましい。

このように構成することにより、第２レンズアレイにおける各第２小レンズの光入射面積をより広くすることが可能となる。その結果、第１レンズアレイを通過した光のうち各第２小レンズに入射する光の割合を増加させることが可能となり、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。

本発明の照明装置においては、前記光源装置は、照明光軸を中心軸とする発散光を射出する光源装置であり、前記複数の第２小レンズは、前記凸面とともに前記第１レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることも好ましい。

このように構成することによっても、第２レンズアレイにおける各第２小レンズの光入射面積をより広くすることが可能となる。その結果、第１レンズアレイを通過した光のうち各第２小レンズに入射する光の割合を増加させることが可能となり、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。

本発明の照明装置においては、前記第２レンズアレイにおける各第２小レンズは、各第２小レンズ毎に偏心量が独立に調整されていてもよいし、各第２小レンズ毎に焦点距離が独立に調整されていてもよい。いずれの場合であっても、第２レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが可能になる。

本発明の照明装置においては、前記第２レンズアレイは、各第２小レンズ間の境界部における段差を軽減するように各第２小レンズの厚みが調整さ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、プレス法によって第２レンズアレイを製造する場合において、型離れ性がより一層改善されるため、段差の部分に面ダレ（レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと）や欠けを起こし易くなってしまうということをさらに抑制することが可能になり、第２レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが容易になる。

なお、この明細書において「第２小レンズの厚み」とは、第２小レンズの光入射面と光射出面との最大距離を意味している。

本発明のプロジェクタは、本発明の照明装置と、前記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、前記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ることを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタによれば、上記のように第２レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが容易な構造を有する照明装置を備える優れたプロジェクタとなる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記電気光学変調装置における画像形成領域の共役点は、前記第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも前記光源装置側又は前記投写光学系側に位置することが好ましい。

このように構成することにより、画像形成領域と第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点とは共役の関係とならず、たとえ第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりしたとしても、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域上に結像されるのが抑制されるようになる。その結果、投写面に投写される画像内にゴミやキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのを抑制することが可能となる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記共役点は、空気中に位置することが好ましい。

このように構成することにより、画像形成領域の共役点は、空気中に位置する、すなわち第１レンズアレイ内（第１レンズアレイの光学媒体内）に存在しないため、第１レンズアレイ内部に気泡やキズ等が存在していたとしても、そのような気泡やキズ等の像が画像形成領域上に結像されるのを抑制することができる。その結果、投写面に投写される画像内に気泡やキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのをさらに抑制することが可能となる。

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、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００を説明するために示す図である。図１（ａ）はプロジェクタ１０００の光学系を示す図であり、図１（ｂ）は照明装置１００の要部を上から見た図であり、図１（ｃ）は照明装置１００の要部を横から見た図である。図２は、第２レンズアレイ１３０の正面図である。なお、図２において、符号ｐは、各第２小レンズ１３２Ａの光軸の位置を示している。図３は、実施形態１に係るプロジェクタ１０００を説明するために示す図である。

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軸方向（図１（ａ）における照明光軸１００ａｘ方向）、ｘ軸方向（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軸方向（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）に示すように、照明光束を射出する照明装置１００と、照明装置１００からの光を３つの色光に分離して被照明領域に導光する色分離導光光学系２００と、色分離導光光学系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つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調された色光を合成する色合成光学系としての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とを備えている。

実施形態１に係る照明装置１００は、被照明領域側に照明光束を射出する光源装置１１０Ａと、光源装置１１０Ａから射出される照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２Ａを有する第１レンズアレイ１２０Ａと、複数の第１小レンズ１２２Ａに対応する複数の第２小レンズ１３２Ａを有する第２レンズアレイ１３０Ａと、第１レンズアレイ１２０Ａにより分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子１４０と、偏光変換素子１４０から射出される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とを有している。

光源装置１１０Ａは、楕円面リフレクタ１１４Ａと、楕円面リフレクタ１１４Ａの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２Ａと、発光管１１２Ａに設けられ、発光管１１２Ａから被照明領域側に射出される光を発光管１１２Ａに向けて反射する反射手段としての補助ミラー１１６Ａと、楕円面リフレクタ１１４Ａで反射された集束光を略平行光に変換して第１レンズアレイ１２０Ａに向けて射出する凹レンズ１１８Ａとを有している。光源装置１１０Ａは、照明光軸１００ａｘを中心軸とする光束を射出する。

発光管１１２Ａは、管球部と、管球部の両側に延びる一対の封止部とを有している。
楕円面リフレクタ１１４Ａは、発光管１１２Ａの一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管１１２Ａから放射された光を第２焦点位置に向けて反射する反射凹面とを有している。

補助ミラー１１６Ａは、発光管１１２Ａを挟んで楕円面リフレクタ１１４Ａと対向して設けられ、発光管１１２Ａから放射された光のうち楕円面リフレクタ１１４Ａに向かわない光を発光管１１２Ａに戻し楕円面リフレクタ１１４Ａに入射させる。

凹レンズ１１８Ａは、楕円面リフレクタ１１４Ａの被照明領域側に配置されている。そして、楕円面リフレクタ１１４Ａからの光を第１レンズアレイ１２０Ａに向けて射出するように構成されている。

第１レンズアレイ１２０Ａは、凹レンズ１１８Ａからの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第１小レンズ１２２Ａを備えた構成を有している。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２Ａの外形形状は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状に関して相似形である。

第２レンズアレイ１３０Ａは、第１レンズアレイ１２０Ａにより分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１２０Ａと同様に照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第２小レンズ１３２Ａを備えた構成を有している。

なお、第１レンズアレイ１２０Ａ及び第２レンズアレイ１３０Ａについては、詳細に後述する。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０Ａにより分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、第２レンズアレイ１３０Ａからの各部分光束に含まれる偏光方向のうち一方の直線偏光成分に係る照明光束を透過し他方の直線偏光成分に係る照明光束を反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分に係る照明光束を照明光軸に略平行な方向に向けて反射する反射層と、偏光分離層を透過した一方の直線偏光成分に係る照明光束が通過する部分に配置される位相差板とを有している。

重畳レンズ１５０は、第１レンズアレイ１２０Ａ、第２レンズアレイ１３０Ａ及び偏光変換素子１４０を経た複数の部分光束を集光して、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。なお、図１（ａ）に示す重畳レンズ１５０は１枚のレンズで構成されているが、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

色分離導光光学系２００は、第１のダイクロイックミラー２１０及び第２のダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０，２４０，２５０と、入射側レンズ２６０と、リレーレンズ２７０とを有している。色分離導光光学系２００は、重畳レンズ１５０から射出される照明光束を、赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光に分離して、それぞれの色光を照明対象となる３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導く機能を有している。

第１のダイクロイックミラー２１０及び第２のダイクロイックミラー２２０は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。第１のダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射し、その他の色光成分を透過するミラーである。第２のダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射し、青色光成分を透過するミラーである。

第１のダイクロイックミラー２１０で反射された赤色光成分は、反射ミラー２３０により曲折され、集光レンズ３００Ｒを介して赤色光用の液晶装置４００Ｒの画像形成領域Ｓに入射する。

集光レンズ３００Ｒは、重畳レンズ１５０からの各部分光束を各主光線に対して略平行な光束に変換するために設けられている。他の液晶装置４００Ｇ，４００Ｂの光路前段に配設される集光レンズ３００Ｇ，３００Ｂも、集光レンズ３００Ｒと同様に構成されている。

第１のダイクロイックミラー２１０を通過した緑色光成分及び青色光成分のうち緑色光成分は、第２のダイクロイックミラー２２０によって反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶装置４００Ｇの画像形成領域Ｓを照明する。一方、青色光成分は、第２のダイクロイックミラー２２０を透過し、入射側レンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０及び集光レンズ３００Ｂを通過して青色光用の液晶装置４００Ｂの画像形成領域Ｓを照明する。入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、第２のダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を液晶装置４００Ｂまで導く機能を有している。

なお、青色光の光路にこのような入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の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。実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。

液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、照明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、光源装置１１０Ａの照明対象となる。なお、図示を省略したが、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、各液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置されている。これら入射側偏光板、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射する各色光の光変調が行われる。
液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものである。例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された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光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で大画面画像を形成する。

次に、第１レンズアレイ１２０Ａと第２レンズアレイ１３０Ａについてより詳細に説明する。

第１レンズアレイ１２０Ａにおける複数の第１小レンズ１２２Ａは、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、光源装置１１０Ａからの光を照明光軸１００ａｘを中心軸とする発散光とするように偏心しており、第２レンズアレイ１３０Ａにおける複数の第２小レンズ１３２Ａは、凸面１３４Ａとともに第１レンズアレイ１２０Ａからの各部分光束の主光線を照明光軸１００ａｘに対して略平行な光とするように偏心している。このため、第２小レンズ１３２Ａの光入射面積をより広くすることが可能となる。その結果、第１レンズアレイ１２０Ａを通過した光のうち各第２小レンズ１３２Ａに入射する光の割合を増加させることが可能となり、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。

図３に示すように、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける画像形成領域Ｓの共役点Ｃは、第１レンズアレイ１２０Ａの各第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０Ａ側に位置している。このため、画像形成領域Ｓと第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点とは共役の関係とならず、たとえ第１小レンズ１２２Ａのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりしたとしても、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されるのが抑制されるようになる。その結果、スクリーンＳＣＲに投写される画像内にゴミやキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのを抑制することが可能となる。

画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０Ａの各第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が、１．５ｍｍとなるように設定している。

画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０Ａの各第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が０．５ｍｍ未満であると、第１小レンズ１２２Ａのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりした場合において、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されてしまう可能性がある。一方、画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０Ａの各第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が５．０ｍｍを超えると、画像形成領域Ｓから比較的大きく離れた位置に第１レンズアレイ１２０Ａにおける各第１小レンズ１２２Ａの像が結像されてしまうため、画像形成領域Ｓよりも外側の領域に照射される照明光束の光量がさらに増加してしまう。そして、このように画像形成領域Ｓから比較的大きく離れた位置に第１レンズアレイ１２０Ａにおける各第１小レンズ１２２Ａの像が結像されてしまう場合、第１レンズアレイ１２０Ａにおける各第１小レンズ１２２Ａを通過する各主光線が画像形成領域Ｓ上で画像形成領域Ｓの略中心部を通過するように、第２レンズアレイ１３０Ａにおける各第２小レンズ１３２Ａの偏心量を調整するのが容易ではなくなる。
以上の観点から、画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０Ａの各第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることがさらに好ましい。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、図３に示すように、画像形成領域Ｓの共役点Ｃは、空気中に位置する、すなわち第１レンズアレイ１２０Ａ内（第１レンズアレイ１２０Ａの光学媒体内）に存在しないため、第１レンズアレイ１２０Ａ内部に気泡やキズ等が存在していたとしても、そのような気泡やキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されるのを抑制することができる。その結果、スクリーンＳＣＲに投写される画像内に気泡やキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのをさらに抑制することが可能となる。

第２レンズアレイ１３０Ａは、上述したように、第１レンズアレイ１２０Ａによって発散光となった各部分光束の主光線を照明光軸１００ａｘに略平行な光に戻す機能を有する。

実施形態１に係る照明装置１００においては、図１に示すように、第２レンズアレイ１３０Ａの光入射面には凸面１３４Ａが形成され、光射出面には複数の第２小レンズ１３２Ａが形成されている。すなわち、第１レンズアレイ１２０Ａからの各部分光束の主光線を照明光軸１００ａｘに略平行とさせる屈折力を、凸面１３４Ａと第２小レンズ１３２Ａとに分散させている。

第２レンズアレイ１３０Ａの光入射面には凸面１３４Ａが形成されているため、各第２小レンズ１３２Ａの曲率を小さなものにすることが可能となる。また、各第２小レンズ１３２Ａの曲率が小さいので、偏心レンズである各第２小レンズ１３２Ａ間の段差をより小さなものにすることが可能になる。その結果、例えばプレス法によって第２レンズアレイ１３０Ａを製造する場合には、型離れ性が改善されるため、段差の部分に面ダレ（レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと）や欠けを起こし易くなってしまうということを抑制することが可能になり、高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイ１３０Ａを製造することが可能になる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、上述のように第２小レンズ１３２Ａの屈折力を小さくできるので、図２に示すように、第２小レンズ１３２Ａの光軸ｐは、第２小レンズ１３２Ａの領域内に設定することができる。すなわち、第２小レンズ１３２Ａの偏心量を小さくすることが可能となる。このため、各第２小レンズ１３２Ａ間の段差を小さなレベルに維持することが可能になり、所定の型離れ性を得ることが可能になる。

また、実施形態１に係る照明装置１００においては、各第２小レンズ１３２Ａ内に必ずレンズ頂点（光軸）が存在するようになるため、例えば触針式レンズ検査器によって第２レンズアレイの検査を行う場合に、各第２小レンズ１３２Ａの中心と第２小レンズ１３２Ａの光軸とのずれ量（偏心量）の高精度な測定を容易に行うことが可能になる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、凸面１３４Ａは、球面であるため、高精度の凸面を容易に形成することが可能になる。
凸面１３４Ａの曲率は、第２レンズアレイ１３０Ａの全ての第２小レンズ１３２Ａの光軸が、その第２小レンズ１３２Ａ自体の領域内であって端部付近（隣接する第２小レンズとの境界部分）に存在させられる程度になるべく小さく設定する。

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１３０Ａにおける各第２小レンズ１３２Ａは、球面で形成された凸面１３４Ａの収差を補正するように、各第２小レンズ１３２Ａ毎に偏心量及び焦点距離が独立に調整されている。このため、第２レンズアレイ１３０Ａとして高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが可能になる。また、上記のように構成することにより、第２レンズアレイ１３０Ａにおいて所定の型離れ性を得ることが可能となるとともに、凸面１３４Ａによる収差等の発生を抑制することが可能になるという効果もある。

なお、凸面１３４Ａは、球面に限られず、シリンドリカル面も適宜採用することができる。この場合、第２小レンズの光軸のｘ座標及びｙ座標のうち一方の座標が当該第２小レンズの幅内に存在する場合において、当該第２小レンズの幅内に存在しない他方の座標が当該第２小レンズの幅内に存在するように他方方向においてのみ曲率を有するシリンドリカル面を好ましく採用することができる。凸面１３４Ａにこのようなシリンドリカル面を採用した場合には、凸面１３４Ａにおける曲率を設けない方向で収差等の発生を抑制しつつ、第２小レンズ１３２Ａの光軸の位置を当該第２小レンズ１３２Ａの領域内又は当該第２小レンズ１３２Ａの境界上に設定することが可能となる。

また、凸面１３４Ａは、球面に限られず、トーリック面も適宜採用することができる。この場合、第２小レンズの光軸のｘ座標及びｙ座標がともに当該第２小レンズの幅内に存在せず、かつ、第２小レンズの光軸のｘ座標及びｙ座標のうち一方の座標が当該第２小レンズの幅内から大きくはずれている場合において、当該第２小レンズの幅内からより離れている一方方向の曲率が他方方向よりも大きいトーリック面を好ましく採用することができる。凸面１３４Ａにこのようなトーリック面を採用した場合には、凸面１３４Ａにおける曲率の小さい方向で収差等の発生を抑制しつつ、第２小レンズ１３２Ａの光軸の位置を当該第２小レンズ１３２Ａの領域内又は当該第２小レンズ１３２Ａの境界上に設定することが容易となる。

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１３０Ａは、各第２小レンズ１３２Ａ間の境界部における段差を軽減するように各第２小レンズ１３２Ａの厚みが調整されている。このため、プレス法によって第２レンズアレイ１３０Ａを製造する場合において、型離れ性がより一層改善されるため、段差の部分に面ダレ（レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと）や欠けを起こし易くなってしまうということをさらに抑制することが可能になり、第２レンズアレイ１３０Ａとして高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが容易になる。

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１３０Ａは、第２小レンズ１３２Ａ及び凸面１３４Ａが形成された１つの光学部材からなるため、部品点数及び接続部分を少なくして信頼性の高い照明装置を構成することが可能になる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、上記した実施形態１に係る照明装置１００と、照明装置１００からの照明光束を画像情報に応じて変調する液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調された照明光束を投写する投写光学系６００とを備えている。

このため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００によれば、上記のように第２レンズアレイ１３０Ａとして高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイを製造することが容易な構造を有する照明装置１００を備える優れたプロジェクタ１０００となる。

なお、実施形態１に係る照明装置１００においては、第２レンズアレイとして、第２小レンズ１３２Ａ及び凸面１３４Ａが形成された１つの光学部材からなる第２レンズアレイ１３０Ａを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形も可能である。

［変形例］
図４は、実施形態１の変形例に係る照明装置１００ａにおける第２レンズアレイ１３０ａを上から見た図である。

実施形態１の変形例に係る照明装置１００ａにおいては、上記した第２レンズアレイ１３０Ａに代えて、図４に示すように、第２レンズアレイ１３０ａを用いている。

第２レンズアレイ１３０ａは、図４に示すように、第２小レンズ１３２ａが形成された光学部材１３６ａと凸面１３４ａとが形成された他の光学部材１３８ａが接着剤Ｑにより一体化された構造を有している。接着剤Ｑは、光学部材１３６ａ及び他の光学部材１３８ａとほぼ等しい屈折率を有している。

このため、実施形態１の変形例に係る照明装置１００ａによれば、製造工程を単純化して低コストの照明装置を構成することが可能になる。

［実施形態２］
図５は、実施形態２に係る照明装置１０２及びプロジェクタ１００２を説明するために示す図である。図５（ａ）はプロジェクタ１００２の光学系を示す図であり、図５（ｂ）は照明装置１０２の要部を上から見た図であり、図５（ｃ）は照明装置１０２の要部を横から見た図である。なお、図５において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施形態２に係る照明装置１０２及びプロジェクタ１００２は、基本的には実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００とよく似た構成を有しているが、図５に示すように、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００とは、光源装置、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイの構成が異なっている。

すなわち、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００においては、図１に示したように、光源装置、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイとして、照明光軸１００ａｘに対して略平行な光を射出する光源装置１１０Ａと、光源装置１１０Ａからの光を照明光軸１００ａｘを中心軸とする発散光とするように偏心した複数の第１小レンズ１２２Ａが形成された第１レンズアレイ１２０Ａと、第１レンズアレイ１２０Ａからの各部分光束の主光線を照明光軸１００ａｘに対して略平行な光とするように偏心した複数の第２小レンズ１３２Ａが形成された第２レンズアレイ１３０Ａとを用いている。

これに対し、実施形態２に係る照明装置１０２及びプロジェクタ１００２においては、図５に示すように、光源装置、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイとして、照明光軸１０２ａｘを中心軸とする発散光を射出する光源装置１１０Ｂと、偏心していない複数の第１小レンズ１２２Ｂが形成された第１レンズアレイ１２０Ｂと、第１レンズアレイ１２０Ｂからの各部分光束の主光線を照明光軸１０２ａｘに対して略平行な光とするように偏心した複数の第２小レンズ１３２Ｂが形成された第２レンズアレイ１３０Ｂとを用いている。

光源装置１１０Ｂは、放物面リフレクタ１１４Ｂと、放物面リフレクタ１１４Ｂの焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２Ｂと、発光管１１２Ｂに設けられ、発光管１１２Ｂから被照明領域側に射出される光を発光管１１２Ｂに向けて反射する反射手段としての補助ミラー１１６Ｂと、放物面リフレクタ１１４Ｂで反射された光を照明光軸１０２ａｘを中心軸とする発散光に変換する凹レンズ１１８Ｂとを有している。光源装置１１０Ｂは、照明光軸１０２ａｘを中心軸とする光束を射出する。

発光管１１２Ｂは、管球部と、管球部の両側に延びる一対の封止部とを有している。
放物面リフレクタ１１４Ｂは、発光管１１２Ｂの一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管１１２Ｂから放射された光を被照明領域側に向けて反射する反射凹面とを有している。

補助ミラー１１６Ｂは、発光管１１２Ｂを挟んで放物面リフレクタ１１４Ｂと対向して設けられ、発光管１１２Ｂから放射された光のうち放物面リフレクタ１１４Ｂに向かわない光を発光管１１２Ｂに戻し放物面リフレクタ１１４Ｂに入射させる。

凹レンズ１１８Ｂは、放物面リフレクタ１１４Ｂの被照明領域側に配置されている。そして、放物面リフレクタ１１４Ｂからの光を照明光軸１０２ａｘを中心軸とする発散光に変換して第１レンズアレイ１２０Ｂに向けて射出するように構成されている。

第１レンズアレイ１２０Ｂは、凹レンズ１１８Ｂからの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸１０２ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第１小レンズ１２２Ｂを備えた構成を有している。図示による説明を省略するが、第１小レンズ１２２Ｂの外形形状は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状に関して相似形である。第１レンズアレイ１２０Ｂの複数の第１小レンズ１２２Ｂは偏心していない。

第２レンズアレイ１３０Ｂは、第１レンズアレイ１２０Ｂにより分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１２０Ｂと同様に照明光軸１０２ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第２小レンズ１３２Ｂを備えた構成を有している。第２レンズアレイ１３０Ｂの光入射面には凸面１３４Ｂが形成され、光射出面には複数の第２小レンズ１３２Ｂが形成されている。

このように、実施形態２に係る照明装置１０２及びプロジェクタ１００２は、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００とは、光源装置、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイの構成が異なっているが、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００の場合と同様に、第２レンズアレイ１３０Ｂの光入射面には凸面１３４Ｂが形成されているため、各第２小レンズ１３２Ｂの曲率を小さなものにすることが可能となる。また、各第２小レンズ１３２Ｂの曲率が小さいので、偏心レンズである各第２小レンズ１３２Ｂ間の段差をより小さなものにすることが可能になる。その結果、例えばプレス法によって第２レンズアレイ１３０Ｂを製造する場合には、型離れ性が改善されるため、段差の部分に面ダレ（レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと）や欠けを起こし易くなってしまうということを抑制することが可能になり、高精度に偏心量が設定された第２レンズアレイ１３０Ｂを製造することが可能になる。

実施形態２に係る照明装置１０２及びプロジェクタ１００２は、光源装置、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイの構成以外の点では、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００と同様の構成を有するため、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００の場合と同様の効果を有する。

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定されるものではなく、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）上記各実施形態の照明装置１００，１０２においては、第２レンズアレイとして、光入射面に凸面１３４Ａ，１３４Ｂが形成され、光射出面に複数の第２小レンズ１３２Ａ，１３２Ｂが形成された第２レンズアレイ１３０Ａ，１３０Ｂを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、光入射面に複数の第２小レンズが形成され、光射出面に凸面が形成された第２レンズアレイを用いてもよい。

（２）上記実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域Ｓの共役点Ｃが、第１レンズアレイ１２０Ａの各第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０Ａ側に位置している場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１レンズアレイ１２０Ａの各第１小レンズ１２２Ａにおけるレンズ曲面の頂点よりも投写光学系６００側に位置する構成であってもよい。

（３）上記各実施形態のプロジェクタ１０００，１００２は透過型のプロジェクタであるが、これに限定されるものではない。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、透過型の液晶装置等のように光変調手段としての液晶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、反射型の液晶装置のように光変調手段としての液晶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。

（４）上記各実施形態のプロジェクタ１０００，１００２は、電気光学変調装置として、３つの液晶装置を備えるいわゆる３板式のプロジェクタであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つ、２つ又は４つ以上の液晶装置を備えるプロジェクタに本発明を適用することも可能である。

（５）上記各実施形態のプロジェクタ１０００，１００２は、電気光学変調装置として液晶装置を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。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。

（６）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適用する場合にも可能である。

実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクタ１０００を説明するために示す図。 第２レンズアレイ１３０の正面図。 実施形態１に係るプロジェクタ１０００を説明するために示す図。 実施形態１の変形例に係る照明装置１００ａにおける第２レンズアレイ１３０ａを上から見た図。 実施形態２に係る照明装置１０２及びプロジェクタ１００２を説明するために示す図。

符号の説明

１００，１０２…照明装置、１００ａｘ，１０２ａｘ…照明光軸、１１０Ａ，１１０Ｂ…光源装置、１１２Ａ，１１２Ｂ…発光管、１１４Ａ…楕円面リフレクタ、１１４Ｂ…放物面リフレクタ、１１６Ａ，１１６Ｂ…補助ミラー、１１８Ａ，１１８Ｂ…凹レンズ、１２０Ａ，１２０Ｂ…第１レンズアレイ、１２２Ａ，１２２Ｂ…第１小レンズ、１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０ａ…第２レンズアレイ、１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２ａ…第２小レンズ、１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４ａ…凸面、１３６ａ…光学部材、１３８ａ…他の光学部材、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０…入射側レンズ、２７０…リレーレンズ、３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…集光レンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００，１００２…プロジェクタ、Ｃ…画像形成領域の共役点、ｐ…第２小レンズの光軸、Ｑ…接着剤、Ｓ…画像形成領域、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (12)

1. 照明光束を射出する光源装置と、
   前記光源装置からの前記照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズが形成された第１レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイの前記複数の第１小レンズに対応して配置され、それぞれが偏心した第２小レンズが形成された第２レンズアレイと、
   前記第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とを有する照明装置において、
   前記第２レンズアレイの光入射面及び光射出面のうち前記第２小レンズが形成されていない面は凸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２小レンズの光軸は、当該第２小レンズの領域内又は当該第２小レンズの境界上にあることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置において、
   前記凸面は、球面、シリンドリカル面及びトーリック面のいずれかであることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置において、
   前記第２レンズアレイは、前記第２小レンズ及び前記凸面が形成された１つの光学部材からなることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置において、
   前記第２レンズアレイは、前記第２小レンズが形成された光学部材と前記凸面が形成された他の光学部材とが接着により一体化された構造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、
   前記光源装置は、照明光軸に対して略平行な光を射出する光源装置であり、
   前記複数の第１小レンズは、前記光源装置からの光を照明光軸を中心軸とする発散光とするように偏心しており、
   前記複数の第２小レンズは、前記凸面とともに前記第１レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置において、
   前記光源装置は、照明光軸を中心軸とする発散光を射出する光源装置であり、
   前記複数の第２小レンズは、前記凸面とともに前記第１レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１〜７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各第２小レンズは、各第２小レンズ毎に偏心量が独立に調整されていることを特徴とする照明装置。
9. 請求項１〜８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各第２小レンズは、各第２小レンズ毎に焦点距離が独立に調整されていることを特徴とする照明装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置において、
    前記第２レンズアレイは、各第２小レンズ間の境界部における段差を軽減するように各第２小レンズの厚みが調整されていることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置と、
    前記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、
    前記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ることを特徴とするプロジェクタ。
12. 請求項１１に記載のプロジェクタにおいて、
    前記電気光学変調装置における画像形成領域の共役点は、前記第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも前記光源装置側又は前記投写光学系側に位置することを特徴とするプロジェクタ。

Images