JP2010014925A - プロジェクタ、並びにレンズアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタ等の照明系を厚みを増加させないで明るくすることができるレンズ
アレイ等を提供すること。
【解決手段】均一化光学系２０の第２レンズアレイ２４がマトリクス状に配列された要素
レンズ２４ａを含み、各要素レンズ２４ａの境界が、特定の要素レンズ２４ａのレンズ曲
面と、隣接する要素レンズ２４ａのレンズ曲面との交線によってそれぞれ形成される。よ
って、各要素レンズ２４ａの厚み等を含む形状を無理に修正することなく、これらの境界
を段差のないものとすることができ、第２レンズアレイ２４の成形を簡易に精密にするこ
とができ、均一化光学系２０による液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの照明を損
失の少ない明るいものとすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置によって形成した画像をスクリーン上に投射する
プロジェクタ、並びにプロジェクタへの組み込みに適したレンズアレイ及びその製造方法
に関する。

プロジェクタとして、例えば、発光管からの光を反射するリフレクタと、リフレクタか
らの光束を均一化する第１及び第２レンズアレイと、両レンズアレイを経た光束の偏光方
向を揃える偏光変換素子と、両レンズアレイを経た光束を重畳させるための重畳レンズと
を備えるものが存在する（特許文献１参照）。

以上のようなレンズアレイが同一形状の小レンズからなるとした場合、レンズアレイに
よって分割された部分光束の照明位置における照明光のサイズや重畳状態が通常ばらつく
。このため、例えば第２レンズアレイを構成する各小レンズのレンズ面の曲率半径や偏芯
量を個別に調整することによって、均一で効率的な照明を確保することが行われており、
例えば各小レンズの厚みを調整して境界部における段差を軽減することも提案されている
（特許文献２参照）。
特開２００５−２５０２３９号公報 特開２００７−１１４２６３号公報

しかしながら、各小レンズのレンズ面の偏芯量や厚みを適切に調整した場合、小レンズ
間に段差を設けざるを得なくなり、段差に形成される稜線部のダレによって、小レンズの
有効サイズが小さくなって照明系が暗くなるという問題がある。なお、各小レンズの厚み
を調整して段差を軽減した場合、レンズアレイの厚みを制御できず結果的に厚みが増加し
てしまう。

また、上記のように小レンズ間に段差を設ける場合、レンズアレイの成形金型は、通常
小レンズごとに分割した多数の金型部分を連結したものになる。この場合、各小レンズの
厚みや偏芯量に関して金型組立時の誤差が追加されるので、照明位置おけるマージンをよ
り大きくとる必要が生じ、照明系を暗くせざるを得なくなる。

そこで、本発明は、プロジェクタ等の照明系を厚みを増加させないで明るくすることが
できるレンズアレイ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のようなレンズアレイを組み込んだプロジェクタを提供すること
を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、（ａ１）光源と、（ａ２）複
数の第１要素レンズを有し、光源から射出された光束を複数の第１要素レンズによって複
数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、（ａ３）複数の第２要素レンズを有し、第
１レンズアレイから射出された複数の部分光束の状態を複数の第２要素レンズによって個
別に調整する第２レンズアレイとを備え、（ｂ）第２レンズアレイを構成する少なくとも
一つの第２要素レンズは、隣接する複数の第２要素レンズのうち一つ以上と比較して異な
る形状を有し、少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、隣接する複数の第２要
素レンズのレンズ曲面との交線によってそれぞれ形成される複数の境界を有する。ここで
、第２要素レンズについて形状とは、レンズ面の曲率半径、光軸の偏芯量、厚み等によっ
て特定される外形を意味するものとする。

上記プロジェクタによれば、少なくとも一つの第２要素レンズが、そのレンズ曲面と、
隣接する第２要素レンズのレンズ曲面との交線によってそれぞれ形成される複数の境界を
有するので、上記少なくとも一つの第２要素レンズやこれに隣接する第２要素レンズの厚
み等を含む形状を無理に修正することなく、これらの境界を段差のないものとすることが
できる。これにより、第２レンズアレイの成形を簡易に精密にすることができ、照明系を
明るくすることができる。

また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクタにおいて、第２レン
ズアレイは、行列状に配列された第２要素レンズを有し、行及び列の一方に関して隣接す
る第２要素レンズ間の境界は、隣接する第２要素レンズのレンズ曲面の交線によって形成
される。この場合、例えば行単位又は列単位で成形用の金型を準備することができ、比較
的安価で組立が簡単な金型によって第２レンズアレイを成形することができる。

本発明の別の態様によれば、第２レンズアレイの局所的領域内において、隣接する第２
要素レンズ間の境界が、当該隣接する第２要素レンズのレンズ曲面の交線によって形成さ
れる。ここで、局所的領域が、第２レンズアレイの中心領域である場合と、局所的領域が
、第２レンズアレイの外周領域である場合とが考えられる。中心領域を局所領域として境
界の段差をなくした場合、光源光束の中心側を無駄なく利用して明るさを効率的に高める
ことができる。一方、外周領域を局所領域として境界の段差をなくした場合、一般的に周
辺で大きくなりやすい段差を無くして、全体として段差の少ない金型による第２レンズア
レイの成形が可能になる。

本発明のさらに別の態様によれば、少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、
隣接する複数の第２要素レンズのレンズ曲面とは、共通する曲率半径を有する。この場合
、第２レンズアレイの設計が簡易なものとなり、その成形用の金型の構造も簡易なものと
なる。

本発明のさらに別の態様によれば、少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、
隣接する複数の第２要素レンズのレンズ曲面とは、異なる曲率半径を有する。この場合、
各部分光束の集光状態等の調整が精密になり、照明系の性能向上を図ることができる。

本発明のさらに別の態様によれば、少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、
隣接する複数の第２要素レンズのレンズ曲面とは、光軸方向の厚みが異なる。この場合、
各部分光束の集光状態等の調整が精密になる。

なお、以上のプロジェクタは、一般的には、第１及び第２レンズアレイとともにインテ
グレータ光学系を構成し部分光束を被照明領域に重畳入射させる重畳レンズと、照明光を
各色の光束に分離する色分離導光光学系と、各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調
する各色の光変調装置と、各色の変調光を合成する光合成光学系と、合成された画像光を
投射する投射光学系とをさらに備える。

本発明に係るレンズアレイは、入射光束の状態を個別に調整する複数の要素レンズを配
列したレンズアレイであって、複数の要素レンズのうち少なくとも一つの要素レンズは、
隣接する複数の要素レンズのうち一つ以上と比較して互いに異なる形状を有し、少なくと
も一つの要素レンズのレンズ曲面と、隣接する複数の要素レンズのレンズ曲面との交線に
よってそれぞれ形成される複数の境界を有する。

上記レンズアレイによれば、少なくとも一つの要素レンズが、そのレンズ曲面と、隣接
する複数の要素レンズのレンズ曲面との交線によってそれぞれ形成される複数の境界を有
するので、上記少なくとも一つの要素レンズやこれに隣接する要素レンズの厚み等を含む
形状を無理に修正することなく、これらの境界を段差のないものとすることができる。こ
れにより、レンズアレイの成形を簡易に精密にすることができる。よって、かかるレンズ
アレイをインテグレータに組み込んだ場合、明るい照明が可能になる。

本発明に係るレンズアレイの製造方法は、複数の要素レンズを配列したレンズアレイの
製造方法であって、複数の要素レンズに対応する複数の光学転写面を有する金型を用いて
成形を行う工程を有し、複数の光学転写面のうち少なくとも一つの光学転写面は、隣接す
る複数の光学転写面のうち一つ以上と比較して互いに異なる形状を有し、少なくとも一つ
の光学転写面に対応するレンズ曲面と、隣接する複数の光学転写面に対応するレンズ曲面
との交線によってそれぞれ形成される複数の境界を有する。

上記製造方法によれば、少なくとも一つの光学転写面は、少なくとも一つの光学転写面
に対応するレンズ曲面と隣接する複数の光学転写面に対応するレンズ曲面との交線によっ
てそれぞれ形成される複数の境界を有するので、上記少なくとも一つの光学転写面やこれ
に隣接する光学転写面の形状を変更することなく、これらの境界を段差のないものとする
ことができる。つまり、このような金型によって得られるレンズアレイにおいても、上記
少なくとも一つの光学転写面に対応して得られる一つの要素レンズやこれに隣接する要素
レンズの厚み等を含む形状を無理に修正することなく、これらの境界を段差のないものと
することができる。これにより、レンズアレイの成形を簡易に精密にすることができ、か
かるレンズアレイをインテグレータに組み込んだ場合、明るい照明が可能になる。

また、本発明の具体的な態様によれば、上記製造方法において、各光学転写面間の境界
が、各光学転写面に対応するレンズ曲面の交線上にそれぞれ形成される。この場合、各光
学転写面の境界に段差が形成されず、金型の構造を簡単にでき、各要素レンズの境界に段
差のないレンズアレイを簡易に形成することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図で
ある。

このプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学
像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器である。プロジェ
クタ１００は、光源装置１０と、均一化光学系２０と、色分離導光光学系３０と、光変調
部４０と、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射レンズ６０とを備える。ここで、
光源装置１０及び均一化光学系２０は、照明装置を構成する。また、光変調部４０は、３
つの液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む。各液晶ライトバルブ４０ａ，４０
ｂ，４０ｃは、異なる色光をそれぞれ変調する液晶表示装置である。

上記プロジェクタ１００において、光源装置１０は、放電発光型の発光管１１と、楕円
面型のリフレクタ１２と、球面型の副鏡１３と、平行化レンズ１４とを備える。発光管１
１から周囲に放射された光束は、リフレクタ１２で直接反射され、或いは副鏡１３で反射
された後にリフレクタ１２でさらに反射されて収束光束となる。この収束光束は、平行化
レンズ１４によって平行光束とされて、前方側すなわち均一化光学系２０の第１レンズア
レイ２３に入射する。なお、上述した楕円面型のリフレクタ１２に代えて、放物面等の各
種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、リフレクタ１２の後段に
平行化レンズ１４等を設けなくとも、光源装置１０から平行光束を射出させることが可能
となる。

均一化光学系２０は、均一化された照度の照明光を光変調部４０に供給する。この均一
化光学系２０は、光源装置１０から射出された光束を適当な状態に分割する第１及び第２
レンズアレイ２３，２４と、両レンズアレイ２３，２４を経た複数の光束を重畳させる重
畳レンズ２５と、重畳レンズ２５に入射する光束の偏光方向を揃える偏光変換装置２７と
を備える。第１及び第２レンズアレイ２３，２４は、それぞれシステム光軸ＳＡに直交す
る面内で２次元的にマトリクス状に配置された複数の要素レンズ２３ａ，２４ａからなる
。このうち、第１レンズアレイ２３を構成する要素レンズ（第１要素レンズ）２３ａによ
って、平行化レンズ１４を経た光束は複数の部分光束に分割される。また、第２レンズア
レイ２４を構成する要素レンズ（第２要素レンズ）２４ａによって、第１レンズアレイ２
３からの各部分光束は適当な発散角で射出される。重畳レンズ２５は、第２レンズアレイ
２４から射出され偏光変換装置２７を経た部分光束を全体として適宜収束させて、後段の
液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被照明領域すなわち表示領域で重畳させる。
つまり、第１及び第２レンズアレイ２３，２４と、重畳レンズ２５とは、照明光を均一化
するためのインテグレータ光学系として機能している。偏光変換装置２７は、ＰＢＳアレ
イで形成された偏光変換部であり、第１レンズアレイ２３により分割され第２レンズアレ
イ２４を経た各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。この偏光
変換装置２７は、同様の構造をそれぞれ有しＹ方向にそれぞれ延びる４つのプリズム要素
２７ａをＸ方向に配列した構造を有するプリズムアレイである。各プリズム要素２７ａは
、プリズムの斜面を利用してシステム光軸ＳＡに対して傾斜した状態で配置される偏光分
離膜及び反射膜と、システム光軸ＳＡに対して垂直なプリズムの射出面に固定される位相
差板とを備えている。なお、各プリズム要素２７ａが延びる長手方向は、第１方向に相当
するＹ方向となっており、各プリズム要素２７ａの横方向は、第２方向に相当するＸ方向
となっている。

図２（Ａ）は、第２レンズアレイ２４の構造を説明する平面図である。なお、図２（Ｂ
）は、比較のため従来型の第２レンズアレイ１２４を説明する平面図である。

第２レンズアレイ２４を構成する要素レンズ２４ａは、図１に示すシステム光軸ＳＡが
通過するレンズ中心Ｐのまわりにおいて、直交するｘ軸及びｙ軸に関して対称となるよう
にマス目状に配置されている。図２（Ａ）に示す例では、第２レンズアレイ２４は、８行
４列すなわち８×４個の要素レンズ２４ａで構成されるものとしている。ここでは、各要
素レンズ２４ａを識別するため、各要素レンズ２４ａに対して、行列的な配置に対応して
符号Ｅｍｎ（ｍ＝１〜８、ｎ＝１〜４）が付されている。

要素レンズＥｍｎは、上記のようにマス目状に配列されているが、要素レンズＥｍｎ間
の境界線は、厳密には直線の格子状ではなく、各要素レンズＥｍｎの形状を反映して、図
２（Ｂ）に示すような旧来型の基本的な位置から僅かにシフトした位置に僅かに変形した
状態で設けられている。また、各要素レンズＥｍｎは、複数の要素レンズＥｍｎと隣接し
ているが、そのうち少なくとも１つ以上と比較して異なる形状を有している。ここで、対
比する一対の要素レンズＥｍｎの形状が異なるとは、そのレンズ面の曲率半径、光軸の偏
芯量、厚み等によって特定される外形が互いに異なることを意味する。本実施形態では、
例えば隣接する一対の複数の要素レンズＥｍｎ（具体的には、Ｅ１１，Ｅ１２等）の曲率
半径を互いに異なるものとしている。また、隣接する一対の複数の要素レンズＥｍｎの曲
率半径を互いに同じにして偏芯量に差を設けることもできる。なお、光軸の偏芯量は、第
１レンズアレイ２３を基準としてのものとなる。

以下では、第２レンズアレイ２４の第１象限である右上領域Ｉについて説明する。右上
領域Ｉは、第２象限である左上領域ＩＩとの間に第１〜第４行の左端に対応して境界ＶＢ
１２、ＶＢ２２、ＶＢ３２、ＶＢ４２を有する。これらの境界は、後述するようにそれぞ
れ円弧であるが、平面視でｙ軸に沿って延びている。また、右上領域Ｉは、第４象限であ
る右下領域ＩＶとの間に第４行の下端に対応して境界ＨＢ４３、ＨＢ４４を有する。これ
らの境界は、それぞれ円弧であるが、平面視でｘ軸に沿って延びている。

右上領域Ｉ内において、第１行の要素レンズＥ１３，Ｅ１４間には、境界ＶＢ１３が形
成されており、第２行の要素レンズＥ２３，Ｅ２４間には、境界ＶＢ２３が全体的に形成
されている。また、第３行の要素レンズＥ３３，Ｅ３４間には、境界ＶＢ３３が全体的に
形成されており、第４行の要素レンズＥ４３，Ｅ４４間には、境界ＶＢ４３が全体的に形
成されている。

また、右上領域Ｉ内において、第１行の要素レンズＥ１３，Ｅ１４と第２行の要素レン
ズＥ２３，Ｅ２４と間には、境界ＨＢ１３，ＨＢ１４が全体的に形成されており、第２行
の要素レンズＥ２３，Ｅ２４と第３行の要素レンズＥ３３，Ｅ３４と間には、境界ＨＢ２
３，ＨＢ２４が全体的に形成されており、第３行の要素レンズＥ３３，Ｅ３４と第４行の
要素レンズＥ４３，Ｅ４４との間には、境界ＨＢ３３，ＨＢ３４が全体的に形成されてい
る。

図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示す第２レンズアレイ２４の部分領域ＰＡを説明する拡大
図である。この場合、４つの要素レンズＥ３３，Ｅ３４，Ｅ４３，Ｅ４４の境界を拡大し
ている。図からも明らかなように、左右に隣接する一対の要素レンズＥ３３，Ｅ３４は、
境界ＶＢ３３を挟んで隣接して配置されており、左右に隣接する一対の要素レンズＥ４３
，Ｅ４４は、境界ＶＢ４３を挟んで隣接して配置されている。また、上下に隣接する一対
の要素レンズＥ３３，Ｅ４３は、境界ＨＢ３３を挟んで隣接して配置されており、上下に
隣接する一対の要素レンズＥ３４，Ｅ４４は、境界ＨＢ３４を挟んで隣接して配置されて
いる。さらに、左上の要素レンズＥ３３と右下の要素レンズＥ４４とは、短い境界ＳＢを
挟んで配置されている。以上において、平面視で縦に延びる境界ＶＢ３３，ＶＢ４３は、
厳密にはｙ軸に平行に延びておらず僅かに傾いている。また、平面視で横に延びる境界Ｈ
Ｂ３３，ＨＢ３４は、厳密にはｘ軸に平行に延びておらず僅かに傾いている。さらに、こ
れらの境界ＶＢ３３，ＶＢ４３，ＨＢ３３，ＨＢ３４は、図３（Ａ）に点線で示す従来型
の第２レンズアレイ１２４（図２（Ｂ）参照）の境界ＯＢからずれた位置に配置されてい
る。なお、この従来型の境界ＯＢは、平面視でｘ軸やｙ軸に平行な方向に延びている。

図３（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す第２レンズアレイ２４のＡＡ断面図である。この場合
、第４行の要素レンズＥ４１，Ｅ４２，Ｅ４３，Ｅ４４の断面が示されている。図からも
明らかなように、第４行の要素レンズＥ４１，Ｅ４２，Ｅ４３，Ｅ４４間には、段差が形
成されていない。このように段差が形成されない理由を、一対の要素レンズＥ４３，Ｅ４
４に関して説明する。一方の要素レンズＥ４３の表面ＬＳ１は、例えば球面である仮想的
なレンズ曲面ＯＳ１に沿って形成されており、他方の要素レンズＥ４４の表面ＬＳ２は、
例えば球面である仮想的なレンズ曲面ＯＳ２に沿って形成されている。そして、両要素レ
ンズＥ４３，Ｅ４４間の境界ＶＢ４３は、２つのレンズ曲面ＯＳ１，ＯＳ２の交線の円弧
上に形成されているので、段差の存在しない状態となっている。なお、図示の例では、両
レンズ曲面ＯＳ１，ＯＳ２の曲率半径が異なる値に設定されており、両レンズ曲面ＯＳ１
，ＯＳ２の光軸Ｘ１，Ｘ２も、第１レンズアレイ２３側の光軸Ｘ０を基準として、それぞ
れ異なる量だけずれた状態で配置されている。さらに、平坦面２４ｃから両レンズ曲面Ｏ
Ｓ１，ＯＳ２の頂点位置までの距離、すなわち要素レンズＥ４３の厚みｄ１と要素レンズ
Ｅ４４の厚みｄ２も互いに異なるものとなっている。

図３（Ｃ）は、横並びの要素レンズＥ４３，Ｅ４４間の境界部分を説明する拡大断面図
である。この断面は、図２（Ａ）に示す断面Ｌ１に沿ったものである。図３（Ｂ）でも説
明したように、両要素レンズＥ４３，Ｅ４４間の境界ＶＢ４３は、表面ＬＳ１，ＬＳ２が
直接交わる位置に形成されており、段差の存在しない状態となっている。参考のため、図
２（Ｂ）に示す従来型の第２レンズアレイ１２４の境界ＯＢを点線で示している。従来型
の第２レンズアレイ１２４の場合、その境界ＯＢを紙面に垂直なシステム光軸ＳＡ方向に
延長した境界面Ｂ０は、本実施形態の境界ＶＢ４３をシステム光軸ＳＡ方向に延長した境
界面Ｂａよりも要素レンズＥ４４寄りで距離ｄだけ右側に偏った位置に設けられており、
境界ＯＢが段差面ＳＳを有する。このように、境界ＯＢが段差面ＳＳを有する場合、成形
が容易でなく、成形時に型崩れしやすい。

以上は、主に第４行の要素レンズＥ４３，Ｅ４４の説明であったが、他の行内の要素レ
ンズＥ１３，Ｅ１４，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｅ３３，Ｅ３４間の境界ＶＢ１３，ＶＢ２３，Ｖ
Ｂ３３も同様に、対応する一対のレンズ曲面の交線によって形成されており、段差の存在
しない状態となっている。

図３（Ｄ）は、縦並びの要素レンズＥ３３，Ｅ４３間の境界部分を説明する拡大断面図
である。この断面は、図２（Ａ）に示す断面Ｌ２に沿ったものである。両要素レンズＥ３
３，Ｅ４３間の境界ＨＢ３３は、表面ＬＳ３，ＬＳ４が直接交わる位置に形成されており
、段差の存在しない状態となっている。参考のため、図２（Ｂ）に示す従来型の第２レン
ズアレイ１２４の境界ＯＢを点線で示している。従来型の第２レンズアレイ１２４の場合
、その境界ＯＢをシステム光軸ＳＡ方向に延長した境界面Ｂ０は、本実施形態の境界ＨＢ
３３を紙面に垂直なシステム光軸ＳＡ方向に延長した境界面Ｂａよりも要素レンズＥ３３
寄りで上側に偏った位置に設けられており、境界ＯＢが段差面ＳＳを有する。境界ＯＢが
段差面ＳＳを有する場合、成形が容易でなく、成形時に型崩れしやすいことは既に説明し
たとおりである。

以上は、第３列の要素レンズＥ３３，Ｅ４３の説明であったが、第３列内の要素レンズ
Ｅ１３，Ｅ２３，Ｅ３３間の境界ＨＢ１３，ＨＢ２３も同様に、対応する一対のレンズ曲
面の交線によって形成されており、段差の存在しない状態となっている。さらに、第４列
内の要素レンズＥ１４，Ｅ２４，Ｅ３４，Ｅ４４間の境界ＨＢ１４，ＨＢ２４，ＨＢ３４
も同様に、対応する一対のレンズ曲面の交線によって形成されており、段差の存在しない
状態となっている。

このように、第１象限の右上領域Ｉ内において、要素レンズＥ１３，Ｅ１４，Ｅ２３，
Ｅ２４，Ｅ３３，Ｅ３４，Ｅ４３，Ｅ４４間の境界は、いずれも段差を有していない。同
様に、詳細な説明を省略するが、第２象限の左上領域ＩＩ内において、要素レンズＥ１１
，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ４１，Ｅ４２間の境界は、いずれも段差
を有していない。同様に、第３象限の左下領域ＩＩＩ内において、要素レンズＥ５１，Ｅ
５２，Ｅ６１，Ｅ６２，Ｅ７１，Ｅ７２，Ｅ８１，Ｅ８２間の境界は、いずれも段差を有
していない。同様に、第４象限の左下領域ＩＶ内において、要素レンズＥ５３，Ｅ５４，
Ｅ６３，Ｅ６４，Ｅ７３，Ｅ７４，Ｅ８３，Ｅ８４間の境界は、いずれも段差を有してい
ない。さらに、各象限領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶの境界も、段差を有していない状態と
なっている。

図４（Ａ）〜４（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す第２レンズアレイ２４の製造方法を説明す
る断面図である。

まず、図４（Ａ）に示すような金型８０を準備する。この金型８０は、第１型部分８１
と第２型部分８２とを備える。第１型部分８１は、図３（Ｂ）等に示す第２レンズアレイ
２４の主に平坦面２４ｃ側を成形するための平坦な第１転写面８１ａを有する。また、第
２型部分８２は、第２レンズアレイ２４の主に凹凸面２４ｄ側を成形するための立体的な
第２転写面８２ａを有する。第２型部分８２の第２転写面８２ａは、第２レンズアレイ２
４の各要素レンズ２４ａに対応してマトリクス状に配列される光学転写面ＭＳを有する。
各光学転写面ＭＳは、光学設計上の光学面に相当するレンズ曲面上に形成されている。複
数の光学転写面ＭＳのうち隣接する一対の光学転写面ＭＳ間の境界ＶＢａは、両光学転写
面ＭＳに対応する一対のレンズ曲面の交線によってそれぞれ画定されている。この結果、
これら光学転写面ＭＳ間の境界ＶＢａには段差が存在しない状態となっている。なお、図
示の例では、第１転写面８１ａを構成する光学転写面ＭＳのうち列間の境界ＶＢａのみを
示しているが、行間の境界も同様に、段差が存在しない状態となっている。

次に、図４（Ｂ）に示すように、金型８０を閉じてキャビティＣＶを形成する。つまり
、第１型部分８１の第１転写面８１ａと第２型部分８２の第２転写面８２ａとを突き合わ
せた状態で型締めし、キャビティＣＶ中に流体の樹脂ＭＲを充填する。その後、キャビテ
ィＣＶ中で樹脂ＭＲを硬化させ、第１転写面８１ａに対応する平坦面２４ｃと、第２転写
面８２ａに対応する凹凸面２４ｄとを有する第２レンズアレイ２４を形成する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、金型８０を開いて第２レンズアレイ２４を第２型部分
８２から取り出す。これにより、第２レンズアレイ２４の製造を完了する。このようにし
て得られた第２レンズアレイ２４は、マトリクス状に配列される多数の要素レンズ２４ａ
を有しており、これら要素レンズ２４ａのうち任意の隣接する一対の要素レンズ２４ａの
表面ＬＳ間の境界ＶＢは、両表面ＬＳに対応する一対のレンズ曲面の交線によってそれぞ
れ画定されている。この結果、これら表面ＬＳ間の境界ＶＢには段差が存在しない状態と
なっている。なお、図示の例では、第２レンズアレイ２４の列間の境界ＶＢのみを示して
いるが、行間の境界も同様に、段差が存在しない状態となっている。

図１に戻って、色分離導光光学系３０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，
３１ｂと、反射ミラー３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、３つのフィールドレンズ３３ａ，３３
ｂ，３３ｃとを備え、均一化光学系２０から出射した照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び
青（Ｂ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，
４０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー３１ａは、ＲＧ
Ｂの３色のうちＲ光を反射しＧ光及びＢ光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラ
ー３１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ光を反射しＢ光を透過させる。この色分離導光光学系３
０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、反射ミラー３２ａを
経て入射角調節用のフィールドレンズ３３ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラ
ー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、入射角調節用
のフィールドレンズ３３ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂを通過
したＢ光は、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー３２ｂ，３２ｃを経て入射角調
節用のフィールドレンズ３３ｃに入射する。

光変調部４０において、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、非発光型の光
変調装置として、入射した照明光の空間的強度分布を変調する。液晶ライトバルブ４０ａ
，４０ｂ，４０ｃは、色分離導光光学系３０から射出された各色光に対応してそれぞれ照
明される３つの液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４
１ｃの入射側にそれぞれ配置される３つの第１偏光フィルタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、
各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの射出側にそれぞれ配置される３つの第２偏光フィ
ルタ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備える。

この光変調部４０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、第
２光路ＯＰ２上のフィールドレンズ３３ａ等を介して液晶ライトバルブ４０ａに入射し、
液晶ライトバルブ４０ａを構成する液晶パネル４１ａ上の表示領域を照明する。第１ダイ
クロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は
、第１光路ＯＰ１上のフィールドレンズ３３ｂ等を介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射
し、液晶ライトバルブ４０ｂを構成する液晶パネル４１ｂ上の表示領域を照明する。第１
及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，３１ｂの双方を透過したＢ光は、第３光路ＯＰ３
上のフィールドレンズ３３ｃ等を介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射し、液晶ライトバ
ルブ４０ｃを構成する液晶パネル４１ｃ上の表示領域を照明する。各液晶パネル４１ａ〜
４１ｃは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変調し、各液晶パネル４１ａ〜４１
ｃにそれぞれ入射した３色の光は、画素単位で偏光状態を調節される。この際、第１偏光
フィルタ４２ａ〜４２ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する照明光の偏光
方向が調整されるとともに、第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃによって、各液晶パネル４
１ａ〜４１ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。以上に
より、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれに対応する各色の変調光
すなわち像光を形成する。

クロスダイクロイックプリズム５０は、像光用の光合成光学系として、各液晶ライトバ
ルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロ
スダイクロイックプリズム５０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界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層
膜５１ａ，５１ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜５１ａは、Ｒ光を反射し、
他方の第２誘電体多層膜５１ｂは、Ｂ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０
は、液晶ライトバルブ４０ａからのＲ光を誘電体多層膜５１ａで反射して進行方向左側に
射出させ、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を誘電体多層膜５１ａ，５１ｂを介して直
進・射出させ、液晶ライトバルブ４０ｃからのＢ光を誘電体多層膜５１ｂで反射して進行
方向右側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＲ光
、Ｇ光及びＢ光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。

投射レンズ６０は、投射光学系であり、クロスダイクロイックプリズム５０を経て形成
された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン（不図示）上にカラーの
画像を投射する。

本実施形態のプロジェクタ１００においては、均一化光学系２０の第２レンズアレイ２
４がマトリクス状に配列された要素レンズ２４ａを含み、各要素レンズ２４ａの境界が、
特定の要素レンズ２４ａのレンズ曲面と、隣接する要素レンズ２４ａのレンズ曲面との交
線によってそれぞれ形成される。よって、各要素レンズ２４ａの厚み等を含む形状を無理
に修正することなく、これらの境界を段差のないものとすることができ、第２レンズアレ
イ２４の成形を簡易に精密にすることができる。つまり、第２レンズアレイ２４を構成す
る要素レンズ２４ａの外周に稜線のダレが形成されにくくなり、その有効サイズを大きく
することができるので、要素レンズ２４ａ間の境界近傍で遮光が生じて照明光量が減少す
ることを防止できる。よって、均一化光学系２０を介しての各液晶ライトバルブ４０ａ，
４０ｂ，４０ｃの照明を損失の少ない明るいものとすることができる。また、本実施形態
の製造方法では、第１型部分８１や第２金型部分８２を一体ものとできるので、第２レン
ズアレイ２４を構成する要素レンズ２４ａの高さや偏芯量の公差を低減することができる
。よって、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ上の被照明領域を表示領域よりも
広く確保する照明マージンを小さく設定することができ、この面でも、各液晶ライトバル
ブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの照明を損失の少ない明るいものとすることができる。

〔第２実施形態〕
以下、図５を参照して、第２実施形態における第２レンズアレイについて説明する。な
お、本実施形態の第２レンズアレイは、第１実施形態のプロジェクタ１００に組み込まれ
ている第２レンズアレイ２４を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態
と同様であるものとする。

この場合、第２レンズアレイ２２４は、局所的領域として、外周領域ＯＡと中心領域Ｃ
Ａとに分けて見ることができる。外周領域ＯＡは、第１実施形態の第２レンズアレイ２４
と略同様の形状を有しており、第２レンズアレイ２２４を構成する要素レンズ２４ａ間の
境界（第一象限の場合、境界ＶＢ１２，ＶＢ１３，ＨＢ１４，ＨＢ２４，ＨＢ３４，ＨＢ
４４）には、段差が存在しない状態となっている。一方、中心領域ＣＡは、旧来型の形状
を有しており、第２レンズアレイ２２４を構成する要素レンズ２４ａ間の境界（第一象限
の場合、境界ＨＢ１３，ＨＢ２３，ＨＢ３３，ＨＢ４３）には、通常段差が存在する状態
となっている。なお、外周領域ＯＡと中心領域ＣＡとの境界には、結果的に段差が形成さ
れることになる。

本実施形態のように、外周領域ＯＡで要素レンズ２４ａ間の段差をなくした場合、全体
として段差の少ない第２レンズアレイ２４を提供することができる。つまり、一般的には
、外周領域ＯＡ内の要素レンズ２４ａの変形が大きくなる傾向があり、外周領域ＯＡに比
較して中心領域ＣＡで段差を小さくできるので、外周領域ＯＡ内の段差をなくせば、第２
レンズアレイ２４中の最大段差を小さくすることができる。

〔第３実施形態〕
以下、図６を参照して、第３実施形態における第２レンズアレイについて説明する。な
お、本実施形態の第２レンズアレイは、第１実施形態の第２レンズアレイ２４を変形した
ものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であるものとする。

この場合、第２レンズアレイ３２４は、局所的領域として、外周領域ＯＡと中心領域Ｃ
Ａとを有する。中心領域ＣＡは、第１実施形態の第２レンズアレイ２４と略同様の形状を
有しており、第２レンズアレイ３２４を構成する要素レンズ２４ａ間の境界（第一象限の
場合、境界ＶＢ２２，ＶＢ３２，ＶＢ４２，ＨＢ２３，ＨＢ３３，ＨＢ４３）には、段差
が存在しない状態となっている。一方、外周領域ＯＡは、旧来型の形状を有しており、第
２レンズアレイ３２４を構成する要素レンズ２４ａ間の境界（第一象限の場合、ＶＢ１２
，ＶＢ１３，ＨＢ１４，ＨＢ２４，ＨＢ３４，ＨＢ４４）には、通常段差が存在する状態
となっている。なお、外周領域ＯＡと中心領域ＣＡとの境界には、結果的に段差が形成さ
れることになる。

本実施形態のように、中心領域ＣＡで要素レンズ２４ａ間の段差をなくした場合、光源
装置１０及び均一化光学系２０による照明輝度を高めることができる。すなわち、光量の
多い中心領域ＣＡで段差をなくせば、照明光の損失を低減でき、各液晶ライトバルブ４０
ａ，４０ｂ，４０ｃを高輝度で照明することができる。

〔第４実施形態〕
以下、図７を参照して、第４実施形態における第２レンズアレイについて説明する。な
お、本実施形態の第２レンズアレイは、第１実施形態の第２レンズアレイ２４を変形した
ものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であるものとする。

この場合、第２レンズアレイ４２４は、局所的領域として、第１列領域Ａ１と、第２列
領域Ａ２と、第３列領域Ａ３と、第４列領域Ａ４とを有する。各列領域Ａ１〜Ａ４は、第
１実施形態の第２レンズアレイ２４と略同様の形状を有しているが、各列領域Ａ１〜Ａ４
間の境界は、直線状に延びている。よって、第２レンズアレイ４２４の各列領域Ａ１〜Ａ
４内の隣接する要素レンズ２４ａ間の境界には、段差が存在しない状態となっている。例
えば、第１及び第２象限の場合、第３列領域Ａ３内の要素レンズ２４ａ（Ｅ１３，Ｅ２３
，Ｅ３３，Ｅ４３，Ｅ５３，Ｅ６３，Ｅ７３，Ｅ８３）間の境界ＨＢ１３，ＨＢ２３，Ｈ
Ｂ３３，ＨＢ４３，ＨＢ５３，ＨＢ６３，ＨＢ７３には、段差が存在しない状態となって
いる。また、第４列領域Ａ４内の要素レンズ２４ａ（Ｅ１４，Ｅ２４，Ｅ３４，Ｅ４４，
Ｅ５４，Ｅ６４，Ｅ７４，Ｅ８４）間の境界ＨＢ１４，ＨＢ２４，ＨＢ３４，ＨＢ４４，
ＨＢ５４，ＨＢ６４，ＨＢ７４には、段差が存在しない状態となっている。

本実施形態のように、第１〜第４列領域Ａ１〜Ａ４に分けた場合、第２レンズアレイ４
２４の凹凸面２４ｄ側の第２型部分８２（図４（Ａ）参照）は、例えば各列領域Ａ１〜Ａ
４に対応して４分割されたものとする。

なお、図７の例では、第２レンズアレイ４２４を列単位に分けて段差のないものにした
が、第２レンズアレイ４２４を行単位に分けて段差のないものにすることもできる。

この発明は、上記の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
。

例えば、上記実施形態では、第１レンズアレイ２３や第２レンズアレイ２４，２２４，
３２４，４２４を構成する要素レンズ２３ａ，２４ａがマトリクス状に配列されるとした
が、これらの要素レンズ２３ａ，２４ａをハニカム等の他の配列とすることができる。

また、上記実施形態では、各象限領域を構成する要素レンズ２４ａが互いに異なる曲率
半径を有することを前提としているが、各象限領域を構成する要素レンズ２４ａが全て同
じ曲率半径を有していてもよい。要素レンズ２４ａが互いに異なる曲率半径を有する場合
、各要素レンズ２４ａを通過する光束の状態制御が正確になり、性能が向上するといえる
。一方、要素レンズ２４ａが同一の曲率半径を有する場合、要素レンズ２４ａすなわち第
２レンズアレイ２４の設計が容易になり、第２レンズアレイ２４の製造コストを抑えやす
くなる。

また、上記実施形態では、第２レンズアレイ２４，２２４，３２４，４２４をプロジェ
クタ１００の均一化光学系２０に組み込む場合について説明したが、第１レンズアレイ２
３、第２レンズアレイ２４，２２４，３２４，４２４、及び重畳レンズ２５を備えるオプ
ティカルインテグレータをプロジェクタ１００以外の別の用途の照明装置に組み込むこと
もできる。

また、上記実施形態の光源装置１０に用いるランプとしては、高圧水銀ランプやメタル
ハライドランプ等種々のものが考えられる。また、光源装置１０は、副鏡１３を有しない
タイプの光源とすることができる。

また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について
説明したが、本発明は、反射型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、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブ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、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意
味している。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用い
た光変調装置であってもよい。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェ
クタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがある
が、図１等に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、３つの液晶パネル４１ａ〜４１ｃを用いたプロジェクタ１０
０の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、４つ以
上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

本発明の第１実施形態のプロジェクタについて説明する平面図である。 （Ａ）は、プロジェクタに組み込まれる第２レンズアレイの構造を説明する図であり、（Ｂ）は、従来型の第２レンズアレイを説明する図である。 （Ａ）は、第２レンズアレイの部分領域を説明する拡大図であり、（Ｂ）は、第２レンズアレイのＡＡ断面図である。（Ｃ）は、横に並ぶ一対の要素レンズ間の境界を説明する拡大断面図であり、（Ｄ）は、縦に並ぶ一対の要素レンズ間の境界を説明する拡大断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第２レンズアレイの製造方法を説明する図である。 第２実施形態における第２レンズアレイの図である。 第３実施形態における第２レンズアレイの図である。 第４実施形態における第２レンズアレイの図である。

符号の説明

１０…光源装置、 １２…リフレクタ、 ２０…均一化光学系、 ２３…第１レンズア
レイ、 ２４…第２レンズアレイ、 ２３ａ，２４ａ…要素レンズ、 ２４ｃ…平坦面、
２４ｄ…凹凸面、 ２５…重畳レンズ、 ２７…偏光変換装置、 ３０…色分離導光光
学系、 ３１ａ，３１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４０…光変調部、 ４０ａ，４０ｂ
，４０ｃ…液晶ライトバルブ、 ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…液晶パネル、 ４２ａ〜４２
ｃ…第１偏光フィルタ、 ４３ａ〜４３ｃ…第２偏光フィルタ、 ５０…クロスダイクロ
イックプリズム、 ６０…投射レンズ、 ８０…金型、 ８１…第１型部分、 ８２…第
２型部分、 １００…プロジェクタ、 ＣＡ…中心領域、 ＯＡ…外周領域、 Ｅｍｎ…
各要素レンズ、 Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ…各象限領域、 ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，Ｌ
Ｓ４…表面、 ＭＳ…光学転写面、 ＯＢ…境界、 ＯＳ１，ＯＳ２…レンズ曲面、 Ｓ
Ａ…システム光軸、 ＶＢ，ＳＢ…境界、 ＳＳ…段差面

Claims (12)

1. 光源と、
   複数の第１要素レンズを有し、前記光源から射出された光束を前記複数の第１要素レン
   ズによって複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
   複数の第２要素レンズを有し、前記第１レンズアレイから射出された前記複数の部分光
   束の状態を前記複数の第２要素レンズによって個別に調整する第２レンズアレイと、を備
   え、
   前記第２レンズアレイを構成する少なくとも一つの第２要素レンズは、隣接する複数の
   第２要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記少なくとも一つの第２
   要素レンズのレンズ曲面と、前記隣接する複数の第２要素レンズのレンズ曲面との交線に
   よってそれぞれ形成される複数の境界を有する、
   プロジェクタ。
2. 前記第２レンズアレイは、行列状に配列された第２要素レンズを有し、行及び列の一方
   に関して隣接する第２要素レンズ間の境界は、前記隣接する第２要素レンズのレンズ曲面
   の交線によって形成される、請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記第２レンズアレイの局所的領域内において、隣接する第２要素レンズ間の境界は、
   当該隣接する第２要素レンズのレンズ曲面の交線によって形成される、請求項１記載のプ
   ロジェクタ。
4. 前記局所的領域は、前記第２レンズアレイの中心領域である、請求項３記載のプロジェ
   クタ。
5. 前記局所的領域は、前記第２レンズアレイの外周領域である、請求項３記載のプロジェ
   クタ。
6. 前記少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、前記隣接する複数の第２要素レ
   ンズのレンズ曲面とは、共通する曲率半径を有する、請求項１から請求項５までのいずれ
   か一項に記載のプロジェクタ。
7. 前記少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、前記隣接する複数の第２要素レ
   ンズのレンズ曲面とは、異なる曲率半径を有する、請求項１から請求項５までのいずれか
   一項に記載のプロジェクタ。
8. 前記少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、前記隣接する複数の第２要素レ
   ンズのレンズ曲面とは、光軸方向の厚みが異なる、請求項１から請求項７までのいずれか
   一項に記載のプロジェクタ。
9. 前記第２レンズアレイを経た前記複数の部分光束を対象とする被照明領域に重畳して入
   射させる重畳レンズと、
   前記重畳レンズから射出された光束を各色の光束に分離する色分離導光光学系と、
   前記色分離導光光学系から射出された各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調する
   各色の光変調装置と、
   前記各色の光変調装置から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、
   前記光合成光学系を経て合成された画像光を投射する投射光学系とをさらに備える、
   請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
10. 入射光束の状態を個別に調整する複数の要素レンズを配列したレンズアレイであって、
    前記複数の要素レンズのうち少なくとも一つの要素レンズは、隣接する複数の要素レン
    ズのうち一つ以上と比較して互いに異なる形状を有し、前記少なくとも一つの要素レンズ
    のレンズ曲面と、前記隣接する複数の要素レンズのレンズ曲面との交線によってそれぞれ
    形成される複数の境界を有する、
    レンズアレイ。
11. 複数の要素レンズを配列したレンズアレイの製造方法であって、
    前記複数の要素レンズに対応する複数の光学転写面を有する金型を用いて成形を行う工
    程を有し、
    前記複数の光学転写面のうち少なくとも一つの光学転写面は、隣接する複数の光学転写
    面のうち一つ以上と比較して互いに異なる形状を有し、前記少なくとも一つの光学転写面
    に対応するレンズ曲面と、前記隣接する複数の光学転写面に対応するレンズ曲面との交線
    によってそれぞれ形成される複数の境界を有する、
    レンズアレイの製造方法。
12. 各光学転写面間の境界は、各光学転写面に対応するレンズ曲面の交線上にそれぞれ形成
    される、請求項１１に記載のレンズアレイの製造方法。

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