JP2011107371A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の照度ムラを低減することができる照明装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る照明装置１００は、出射光Ｌが、集光レンズ２０の入射面２２に入射し、入射面２２における出射光Ｌの光軸の位置が、出射面形成領域１２の中心１２ｃと出射面１４との間の距離が大きいほど、入射面２２の中心からの距離が大きくなる位置であり、出射面形成領域１２の中心１２ｃから所定の方向に位置する出射面１２において、入射面２２における出射光Ｌの光軸の位置が、入射面２２の中心から所定の方向に位置し、複数の集光レンズ２０は、出射光Ｌを第１フライアイレンズ５０上で重畳させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。

近年、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の固体光源を有する照明装置を用いたプロジェクターが、開発または商品化されている。固体光源は、小型かつ軽量であり、近年の開発により発光輝度が著しく向上していることから、照明装置の光源として適している。例えば、特許文献１には、照明装置の光源として、複数の半導体レーザーを２次元アレイ状に配列した構成が記載されている。これにより、照明装置の高出力化を実現している。

しかしながら、複数の半導体レーザーを配列した照明装置では、被照明領域を均一に照明しようとしても、光源が点光源の集合に過ぎないため、被照明領域において照度ムラが生じてしまう。したがって、このような照明装置では、照明光の照度ムラを抑制するために新たな光学系が必要となる場合がある。例えば、特許文献２には、複数のレーザー光源を有する照明装置において、フライアイレンズに対する各レーザー光の入射領域をシフトさせることで被照明領域上において重畳される光の強度パターンを増加させて、被照明領域上における照明光の照度ムラを低減する技術が記載されている。

ＷＯ９９／４９３５８号公報 特開２００９−４２６３７号公報

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、照明光の照度ムラを低減することができる照明装置を提供することにある。

本発明に係る照明装置は、
出射面が複数配置された出射面形成領域を有する光源と、
複数の前記出射面に対応して複数配置され、前記出射面から出射された出射光を集光する集光レンズと、
複数の前記集光レンズによって重畳された光の光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズと、
前記複数の部分光束を個別に集光する第２フライアイレンズと、
前記第２フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束を被照明領域上で重畳させるコンデンサーレンズと、
を含み、
前記出射光は、前記集光レンズの入射面に入射し、
前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記出射面形成領域の中心と前記出射面との間の距離が大きいほど、前記入射面の中心からの距離が大きくなる位置であり、
前記出射面形成領域の中心から所定の方向に位置する前記出射面において、前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記入射面の中心から前記所定の方向に位置し、
複数の前記集光レンズは、前記出射光を前記第１フライアイレンズ上で重畳させる。

このような照明装置によれば、前記集光レンズによって、前記出射光を、前記第１フライアイレンズ上に重畳させて入射させることができる。したがって、照明光の照度ムラを低減することができる。

本発明に係る照明装置において、
前記出射面形成領域は、複数設けられ、
複数の前記集光レンズは、前記出射光を前記出射面形成領域ごとに前記第１フライアイレンズ上で重畳させることができる。

このような照明装置によれば、前記第１フライアイレンズに入射する光の入射角を小さくすることができるため、光の利用効率を向上させることができる。

本発明に係る照明装置において、
さらに、前記光源と前記集光レンズの間の光路上に、複数の前記出射面に対応して複数配置され、前記出射光を平行光に変換するコリメートレンズを含むことができる。

このような照明装置によれば、光の利用効率を向上させることができる。

本発明に係る照明装置は、
出射面が複数配置された出射面形成領域を有する光源と、
複数の前記出射面に対応して複数配置され、前記出射面から出射された出射光を平行光に変換するコリメートレンズと、
複数の前記コリメートレンズに対応して複数配置され、前記平行光を集光する集光レンズと、
複数の前記コリメートレンズおよび複数の前記集光レンズによって重畳された光の光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズと、
前記複数の部分光束を個別に集光する第２フライアイレンズと、
前記第２フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束を重畳させるコンデンサーレンズと、
を含み、
前記出射光は、前記コリメートレンズの入射面に入射し、
前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記出射面形成領域の中心と前記出射面との間の距離が大きいほど、前記入射面の中心からの距離が大きくなる位置であり、
前記出射面形成領域の中心から所定の方向に位置する前記出射面において、前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記入射面の中心から前記所定の方向に位置し、
複数の前記コリメートレンズおよび複数の前記集光レンズは、前記出射光を前記第１フライアイレンズ上で重畳させる。

このような照明装置によれば、前記コリメートレンズおよび前記集光レンズによって、前記出射光を、前記第１フライアイレンズ上に重畳させて入射させることができる。したがって、照明光の照度ムラを低減することができる。

本発明に係る照明装置において、
さらに、前記集光レンズと前記第１フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記集光レンズから射出された光を集光するフィールドレンズを含むことができる。

このような照明装置によれば、光の利用効率を向上させることができる。

本発明に係る照明装置において、
複数の前記集光レンズは、一体的に形成されていることができる。

このような照明装置によれば、簡易な工程で、複数の前記集光レンズを形成することができる。

本発明に係る照明装置において、
前記光源は、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオードのいずれかであることができる。

このような照明装置によれば、前記光源の高輝度化を図ることができる。

本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係るの照明装置と、
前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調素子によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。

このようなプロジェクターによれば、照度ムラを低減することができる照明装置を用いているため、照度ムラの少ない画像を投射することができる。

第１の実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。 第１の実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。 第１フライアイレンズに入射する光の強度分布を示す図。 出射面から出射される光の光路を模式的に示す図。 出射面から出射される光の光路を模式的に示す図。 第１の実施形態の第１変形例に係る照明装置を模式的に示す図。 第１の実施形態の第２変形例に係る照明装置を模式的に示す図。 第２の実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。 第２の実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。 出射面から出射される光の光路を模式的に示す図。 出射面から出射される光の光路を模式的に示す図。 第３の実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 第１の実施形態
１．１． 第１の実施形態に係る照明装置
まず、第１の実施形態に係る照明装置１００について、説明する。図１は、照明装置１００を模式的に示す図である。図２は、図１の一部を拡大した図である。本実施形態では、照明装置１００をプロジェクターの照明装置に適用した場合について説明する。

照明装置１００は、図１に示すように、光源１０と、集光レンズ２０と、第１フライアイレンズ５０と、第２フライアイレンズ６０と、コンデンサーレンズ７０と、を含む。照明装置１００は、さらに、第１フィールドレンズ４０と、第２フィールドレンズ８０と、を含むことができる。

照明装置１００は、光源１０、および、集光レンズ２０と、第１フライアイレンズ５０と、第２フライアイレンズ６０と、コンデンサーレンズ７０と、を有する光学系を備え、これらにより、例えばライトバルブ２の入射面４上に照明光を照射することができる。以下、照明装置１００を構成する部材ごとに説明する。

光源１０としては、例えば、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の固体光源を用いることができる。これにより、光源１０の高輝度化を図ることができる。光源１０は、複数の出射面１４を有していることができる。図示はしないが、例えば、光源１０が端面発光型の発光素子を用いている場合、出射面１４は、クラッド層で挟まれた活性層の側面であることができる。光源１０は、例えば、複数の発光素子（例えばＳＬＤ素子）を支持基板上に配置することで、複数の出射面１４を得ることができる。図示の例では、光源１０は、５つの出射面１４を有しているが、その数は限定されない。出射面１４は、出射面形成領域１２に配置されている。図示の例では、出射面形成領域１２には、例えば、出射面１４が１列配置されているが、複数列配置されていてもよい。出射面形成領域１２は、例えば、出射面１４の列の一方の端に位置する出射面と、他方の端に位置する出射面との間の領域をいうことができる。出射面形成領域１２は、例えば、図示はしないが、複数行、複数列に配置された出射面１４のうちの外側に位置する出射面１４によって囲まれた領域をいうことができる。出射面形成領域１２は、集光レンズ２０によって第１フライアイレンズ５０上で重畳される光を出射する出射面１４が配列している領域であることができる。図２に示すように、複数の出射面１４は、例えば、出射面形成領域１２の中心１２ｃに対して対称となるように配置される。出射面形成領域１２の中心１２ｃとは、例えば、出射面１４の列の一方の端に位置する出射面と、他方の端に位置する出射面とを結ぶ線の中心であることができる。出射面形成領域１２が長方形状であった場合、出射面形成領域１２の中心１２ｃとは、例えば、２つの対角線の交点であることができる。光源１０は、出射面１４から出射された光を集光レンズ２０に導くための光学素子（図示しない）を有していてもよい。光源１０は、複数の出射面１４の各々から出射光Ｌを出射することができる。出射光Ｌは、所定の放射角度で出射される。出射光Ｌの光軸に直交する面における形状は、例えば楕円形状である。

集光レンズ２０は、出射光Ｌを集光する光学素子である。より具体的には、集光レンズ２０は、出射光Lを、集光（集束）した後、発散させて第１フィールドレンズ４０を介して、第１フライアイレンズ５０上に入射させる光学素子である。集光レンズ２０は、複数の出射面１４に対応して複数配置されている。図示の例では、集光レンズ２０は、５つの出射面１４に対応して５つ配置されている。すなわち、出射面１４と集光レンズ２０とは、１対１に対応している。複数の集光レンズ２０は、一体的に形成されていることができる。これにより、簡易な工程で、複数の集光レンズ２０を形成することができる。

照明装置１００では、出射光Ｌが、図２に示すように、集光レンズ２０の入射面２２に入射する。集光レンズ２０の入射面２２における出射光Ｌの光軸の位置は、出射面形成領域１２の中心１２ｃと出射面１４との間の距離が大きいほど、入射面２２の中心からの距離が大きくなる位置であることができる。言い換えると、出射光Ｌの光軸の入射位置は、出射面形成領域１２の中心１２ｃから外側方向に位置する出射面１４ほど、入射面２２の中心２２ｃと入射位置との間の距離が大きくなる位置とすることができる。すなわち、集光レンズ２０の入射面２２において、出射面１４と、出射面形成領域１２の中心１２ｃとの間の距離が互いに等しい出射面の光軸の位置は、入射面２２の中心２２ｃからの距離も互いに等しくなる。また、出射面形成領域１２の中心１２ｃに位置する出射面１４の出射光Ｌの光軸の位置は、入射面２２の中心２２ｃと一致する位置である。さらに、出射面形成領域１２の中心１２ｃから第１方向Ａに位置する出射面１４において、集光レンズ２０の入射面２２における出射光Ｌの光軸の位置は、出射光Ｌの進行方向から平面的に見て（入射面２２を平面的に見て）、入射面２２の中心２２ｃから第１方向Ａに位置していることができる。同様に、出射面形成領域１２の中心１２ｃから第２方向Ｂに位置する出射面１４において、集光レンズ２０の入射面２２における出射光Ｌの光軸の位置は、出射光Ｌの進行方向から平面的に見て、入射面２２の中心２２ｃから第２方向Ｂに位置していることができる。このように出射光Ｌを集光レンズ２０の入射面２２に入射させることで、出射面形成領域１２の中心１２ｃからの距離が大きい出射面１４から出射される出射光Ｌほど偏向させることができる。したがって、複数の出射面１４から出射された出射光Ｌを第１フライアイレンズ５０上で重畳させる方向に進行させることができる。すなわち、発光装置１００では、複数の集光レンズ２０によって、複数の出射面１４から出射された出射光Ｌをそれぞれ第１フライアイレンズ５０上で重畳させる方向へ進行させ、かつ出射光Ｌを個別に集光・発散させることができる。これにより、出射光Ｌを、第１フライアイレンズ５０上に重畳させることができる。複数の集光レンズ２０は、例えば、出射光Ｌを第１フライアイレンズ５０の入射面上に重畳させることができる。

図３は、第１フライアイレンズ５０に入射する光（第１フライアイレンズ５０の入射面２２における光）の強度分布を示す図である。Ｘ軸は、第１フライアイレンズ５０に入射する光の光軸に直交する面内における位置（第１フライアイレンズ５０の入射面における位置）を示し、Ｙ軸は、光の強度を示す。第１フライアイレンズ５０に入射する光の強度分布は、集光レンズ２０の入射面２２における入射面２２の中心２２ｃと出射光Ｌの光軸の位置との間の距離が大きくなるに従って、レンズの収差により、ピーク位置がシフトし、かつ歪んだ分布を有する。したがって、集光レンズ２０の入射面２２における出射光Ｌの光軸の入射位置を、出射面形成領域１２の中心１２ｃと出射面１４との間の距離が大きいほど、入射面２２の中心２２ｃからの距離が大きくなる位置とすることで、第１フライアイレンズ５０に重畳された光を、図３に示すような光強度分布が均一化された光とすることができる。これにより、第１フライアイレンズ５０に光強度分布が均一化された光を入射させることができる。

図４は、出射面１４から出射される光の光路を、模式的に示す図である。図５は、図４の一部拡大図である。図４では、２つの出射面１４（第１出射面１４ａ、第２出射面１４ｂ）から出射される光の光路を示した。図４および図５では、実線が、第１出射面１４ａから出射された光の光路を示し、破線が、第２出射面１４ｂから出射された光の光路を示す。照明装置１００では、図４に示すように、出射光Ｌを、集光レンズ２０によって、集光・発散させて第１フライアイレンズ５０に入射させることができる。したがって、出射光Ｌが直接第１フライアイレンズ５０に入射する場合と比較して、第１フライアイレンズ５０上のより広い領域に光を入射させることができる。したがって、１つの出射面１４から出射された光の被照明領域４ａ，４ｂと、複数の出射面１４から出射された光の被照明領域４（図１参照）とを、例えば、同程度の大きさの領域とすることができる。このことは、図４に示す出射面１４ａ，１４ｂとは異なる他の出射面から出射される光についても同様である。

第１フィールドレンズ４０は、集光レンズ２０からの光を、第１フライアイレンズ５０上に集光するための光学素子である。第１フィールドレンズ４０は、集光レンズ２０と第１フライアイレンズ５０の間の光路上に配置されている。第１フィールドレンズ４０は、集光レンズ２０からの光を、第１フライアイレンズ５０により多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。

第１フライアイレンズ５０は、複数の集光レンズ２０によって重畳された光の光束を複数の部分光束に分割する光学素子である。すなわち、第１フライアイレンズ５０によって、複数の集光レンズ２０によって重畳された光の光束を複数の部分光束に分割して第２フライアイレンズ６０に入射させることができる。第１フライアイレンズ５０は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズ５２からなり、これらの要素レンズ５２によって、複数の集光レンズ２０によって重畳された光の光束を複数の部分光束に分割することができる。複数の要素レンズ５２は、例えば、光軸と直交する面内に配置されている。各要素レンズ５２の輪郭形状は、例えば、被照明領域４（図示の例では、ライトバルブ２の入射面４）の形状と相似形状をなすように設定されている。

第２フライアイレンズ６０は、第１フライアイレンズ５０によって分割された複数の部分光束を、個別にコンデンサーレンズ７０上に集光する光学素子である。これにより、第２フライアイレンズ６０は、複数の部分光束を、コンデンサーレンズ７０により多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。第２フライアイレンズ６０は、第１フライアイレンズ５０と同様に、マトリックス状に配置された複数の要素レンズ６２からなることができる。第２フライアイレンズ６０の要素レンズ６２は、第１フライアイレンズ５０の要素レンズ５２に１対１に対応して複数配列されることができる。すなわち、第２フライアイレンズ６０の要素レンズ６２の数は、第１フライアイレンズ５０の要素レンズ５２の数と等しい。なお、第２フライアイレンズ６０は、集光を目的としているため、各要素レンズ６２の輪郭形状が被照明領域４と対応していなくてもよい。第１フライアイレンズ５０、および第２フライアイレンズ６０によってインテグレーター照明光学系を構成することで、照明光の均一化を図ることができる。

コンデンサーレンズ７０は、第１フライアイレンズ５０によって分割された複数の部分光束を重畳させるための光学素子である。すなわち、コンデンサーレンズ７０によって、第１フライアイレンズ５０によって分割された複数の部分光束を、例えば、ライトバルブ２の入射面４上に重畳させることができる。これにより、第１フライアイレンズ５０に入射する光の光強度分布を均一化することができ、ライトバルブ２の入射面４（被照明領域）における照明光の照度ムラを低減することができる。コンデンサーレンズ７０は、複数の部分光束をライトバルブ２の入射面４上で重畳させる重畳レンズともいえる。

第２フィールドレンズ８０は、コンデンサーレンズ７０からの光を、例えば、ライトバルブ２の入射面４上に集光する光学素子である。第２フィールドレンズ８０は、コンデンサーレンズ７０からの光を、ライトバルブ２の入射面４上により多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。なお、第２フィールドレンズ８０は、設けられなくてもよい。

本実施形態では、本実施形態に係る照明装置１００をプロジェクターの照明装置に適用した場合について説明したが、これに限られず、例えば、ディスプレイ、照明器具などに適用されることもできる。このことは、後述する実施形態についても同様である。

照明装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

照明装置１００によれば、集光レンズ２０によって、複数の出射面１４から出射された出射光Ｌを、第１フライアイレンズ５０上に重畳させて入射させることができる。これにより、照明装置１００では、集光レンズ２０を有さない場合と比べて、より光強度分布の均一な光を第１フライアイレンズ５０に入射させることができる。したがって、被照明領域４における照明光の照度ムラを低減することができる。

照明装置１００によれば、集光レンズ２０の入射面２２における出射光Ｌの光軸の位置を、出射面形成領域１２の中心１２ｃと出射面１４との間の距離が大きいほど、入射面２２の中心からの距離が大きくなる位置とすることができる。これにより、第１フライアイレンズ５０に光強度分布が均一化された光を入射させることができる。したがって、より被照明領域４における照明光の照度ムラを低減することができる。

照明装置１００によれば、集光レンズ２０によって、複数の出射面１４の各々から出射された出射光Ｌを集光・発散させて第１フライアイレンズ５０に入射させることができる。これにより、１つの出射面１４から出射された光の被照明領域と、複数の出射面１４から出射された光の被照明領域４とを、同程度の大きさの領域とすることができる。したがって、例えば、複数の出射面１４のうちの一部の出射面において、出射される光の出力が低下した場合もしくは出射されなかった場合であっても、被照明領域４において照明光の照度ムラが生じることを防止することができる。

１．２． 変形例
次に、第１の実施形態に係る照明装置の変形例について説明する。なお、上述した照明装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については同一の符号を付し説明を省略する。

（１） 第１の変形例
まず、第１の変形例に係る照明装置２００について説明する。図６は、照明装置２００を模式的に示す図である。

照明装置２００では、図６に示すように、出射面形成領域１２は、複数設けられていることができる。

光源１０は、複数の出射面形成領域１２が設けられている。図示の例では、２つの出射面形成領域１２が設けられているが、その数は限定されない。例えば、図示はしないが、出射面形成領域１２は、複数行、複数列に設けられていてもよい。

複数の集光レンズ２０は、出射光Ｌを出射面形成領域１２ごとに第１フライアイレンズ５０上で重畳させることができる。したがって、例えば、出射面形成領域１２ごとに重畳させない場合と比べて、集光レンズ２０から射出される光の放射角度を小さくすることができる。すなわち、例えば、出射面形成領域１２ごとに重畳させない場合と比べて、第１フライアイレンズ５０に入射する光の入射角度を小さくすることができる。ここで、例えば、第１フライアイレンズ５０に入射する光の入射角度が大きいと、第１フライアイレンズ５０の要素レンズ５２に入射した光は、対応する第２フライアイレンズ６０の要素レンズ６２に入射できない場合がある。これにより、第２フライアイレンズ６０の光透過率が低下する。照明装置２００では、第１フライアイレンズ５０に入射する光の入射角度を小さくすることができるため、第２フライアイレンズ６０の光透過率の低下を低減させることができる。なお、出射面形成領域１２の中心１２ｃから離れた位置に配置された出射面１４から出射される光Ｌほど、第１フライアイレンズ５０に入射する光の入射角度が大きくなるため、この形態は、特に光源１０のサイズが大きい場合に有効である。

第１フィールドレンズ４０は、出射面形成領域１２に対応して複数配列されていることができる。

第１フライアイレンズ５０は、集光レンズ２０によって、出射面形成領域１２ごとに重畳された光の光束を、個別に複数の部分光束に分割することができる。第１フライアイレンズ５０によって分割された複数の部分光束は、第２フライアイレンズ６０を介してコンデンサーレンズ７０に入射する。

コンデンサーレンズ７０は、第１フライアイレンズ５０によって分割された複数の部分光束を、例えば、ライトバルブ２の入射面４上に重畳させることができる。さらに、コンデンサーレンズ７０は、集光レンズ２０によって、出射面形成領域１２ごとに第１フライアイレンズ５０上で重畳された光を、例えば、ライトバルブ２の入射面４上に重畳させることができる。

照明装置２００では、集光レンズ２０によって、出射光Ｌを発散させて第１フライアイレンズ５０に入射させることができる。また、さらに、コンデンサーレンズ７０によって、第１フライアイレンズ５０によって分割された複数の部分光束を発散させて、ライトバルブ２の入射面４上に入射させることができる。したがって、１つの出射面１４から光が出射された場合の被照明領域と、複数の出射面１４から光が出射された場合の被照明領域とを、例えば、同程度の大きさの領域とすることができる。

照明装置２００によれば、集光レンズ２０によって、出射光Ｌを出射面形成領域１２ごとに第１フライアイレンズ５０上で重畳させることができる。これにより、第１フライアイレンズ５０に入射する光の入射角を小さくすることができるため、例えば、第２フライアイレンズ６０の光透過率の低下を低減させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。

（２） 第２の変形例
次に、第２の変形例に係る照明装置３００について説明する。図７は、照明装置３００を模式的に示す図である。なお、図７は、図２に対応している。

照明装置３００では、図７に示すように、光源１０と集光レンズ２０との間の光路上にコリメートレンズ３１０を有することができる。

コリメートレンズ３１０は、出射光Ｌを平行光に変換する光学素子である。すなわち、コリメートレンズ３１０によって、出射光Ｌを平行光に変換して、集光レンズ２０に入射させることができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。また、光学系の設計の自由度を向上させることができる。

コリメートレンズ３１０は、複数の出射面１４に対応して複数配置されている。図示の例では、コリメートレンズ３１０は、５つの出射面１４に対応して５つ配置されている。すなわち、出射面１４とコリメートレンズ３１０とは、１対１に対応している。複数のコリメートレンズ３１０は、一体的に形成されていることができる。これにより、簡易な工程で、複数のコリメートレンズ３１０を形成することができる。

照明装置３００によれば、光源１０と集光レンズ２０との間の光路上にコリメートレンズ３１０を有することができる。これにより、出射光Ｌを平行光に変換することができるため、光の利用効率を向上させることができる。また、光学系の設計の自由度を向上させることができる。

２． 第２の実施形態
次に、第２の実施形態に係る照明装置について、説明する。図８は、第２の実施形態に係る照明装置４００を模式的に示す図である。図９は、図８の一部を拡大した図である。本実施形態では、照明装置１００をプロジェクターの照明装置に適用した場合について説明する。なお、第２の実施形態に係る照明装置４００において、上述した第１の実施形態に係る照明装置１００，２００，３００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

照明装置４００は、図８に示すように、光源１０と、コリメートレンズ３１０と、集光レンズ２０と、第１フライアイレンズ５０と、第２フライアイレンズ６０と、コンデンサーレンズ７０と、を含む。照明装置４００は、さらに、第１フィールドレンズ４０と、第２フィールドレンズ８０と、を含むことができる。

照明装置４００では、出射光Ｌが、図９に示すように、コリメートレンズ３１０の入射面３１２に入射する。コリメートレンズ３１０の入射面３１２における出射光Ｌの光軸の位置は、出射面形成領域１２の中心１２ｃと出射面１４との間の距離が大きいほど、入射面３１２の中心からの距離が大きくなる位置であることができる。言い換えると、出射光Ｌの光軸の入射位置は、出射面形成領域１２の中心１２ｃから外側方向に位置する出射面１４ほど、入射面３１２の中心３１２ｃと入射位置との間の距離が大きくなる位置とすることができる。すなわち、コリメートレンズ３１０の入射面３１２において、出射面１４と、出射面形成領域１２の中心１２ｃとの間の距離が互いに等しい出射面１４の光軸の位置は、入射面３１２の中心３１２ｃからの距離が互いに等しくなる。また、出射面形成領域１２の中心１２ｃに位置する出射面１４の出射光Ｌの光軸の位置は、入射面３１２の中心３１２ｃと一致する位置である。さらに、出射面形成領域１２の中心１２ｃから第１方向Ａに位置する出射面１４において、コリメートレンズ３１０の入射面３１２における出射光Ｌの光軸の位置は、出射光Ｌの進行方向から平面的に見て（入射面３１２を平面的に見て）、入射面２２の中心２２ｃから第１方向Ａに位置していることができる。同様に、出射面形成領域１２の中心１２ｃから第２方向Ｂに位置する出射面１４において、コリメートレンズ３１０の入射面３１２における出射光Ｌの光軸の位置は、出射光Ｌの進行方向から平面的に見て、入射面３１２の中心３１２ｃから第２方向Ｂに位置していることができる。このように出射光Ｌをコリメートレンズ３１０の入射面３１２に入射させることで、出射面形成領域１２の中心１２ｃからの距離が大きい出射面１４から出射される出射光Ｌほど偏向させることができる。したがって、複数の出射面１４から出射された出射光Ｌを第１フライアイレンズ５０上（例えば、第１フライアイレンズ５０の入射面上）で重畳させる方向に進行させることができる。

第１フライアイレンズ５０に入射する光の強度分布は、コリメートレンズ３１０の入射面３１２における入射面３１２の中心３１２ｃと出射光Ｌの光軸の位置との間の距離が大きくなるに従って、レンズの収差により、ピーク位置がシフトし、かつ歪んだ分布を有する。したがって、コリメートレンズ３１０の入射面２２における出射光Ｌの光軸の位置を、出射面形成領域１２の中心１２ｃと出射面１４との間の距離が大きいほど、入射面３１２の中心３１２ｃからの距離が大きくなる位置とすることで、光強度分布が均一化された光を得ることができる。これにより、第１フライアイレンズ５０に光強度分布が均一化された光を入射させることができる。

集光レンズ２０は、コリメートレンズ３１０に対応して複数配置されている。コリメートレンズ３１０と集光レンズ２０とは、１対１に対応している。集光レンズ２０は、コリメートレンズ３１０によって平行光に変換された光を集光する光学素子である。より具体的には、集光レンズ２０は、コリメートレンズ３１０によって平行光に変換された光を、集光（集束）した後、発散させて第１フライアイレンズ５０に入射させる光学素子である。ここで、平行光に変換された光は、集光する方向に進行している。したがって、集光レンズ２０によって、平行光に変換された光を、集光・発散させることで、第１フライアイレンズ５０上に重畳させて入射させることができる。すなわち、コリメートレンズ３１０および集光レンズ２０によって、複数の出射面１４から出射された出射光Ｌを、第１フライアイレンズ５０（例えば、第１フライアイレンズ５０の入射面）上に重畳させることができる。

図１０は、出射面１４から出射される光の光路を、模式的に示す図である。図１１は、図１０の一部拡大図である。図１０では、２つの出射面１４（第１出射面１４ａ、第２出射面１４ｂ）から出射される光の光路を示した。図１０および図１１では、実線が、第１出射面１４ａから出射された光の光路を示し、破線が、第２出射面１４ｂから出射された光の光路を示す。照明装置４００では、図１０に示すように、コリメートレンズ３１０から射出された光を、集光レンズ２０によって、集光・発散させて第１フライアイレンズ５０に入射させることができる。したがって、出射光Ｌが直接第１フライアイレンズ５０に入射する場合と比較して、第１フライアイレンズ５０上のより広い領域に光を入射させることができる。したがって、１つの出射面１４から出射された光の被照明領域４ａ，４ｂと、複数の出射面１４から光が出射された場合の被照明領域４（図８参照）とを、例えば、同程度の大きさの領域とすることができる。このことは、図１０に示す出射面１４ａ，１４ｂとは異なる他の出射面から出射される光についても同様である。

照明装置４００は、例えば、以下の特徴を有する。

照明装置４００によれば、コリメートレンズ３１０および集光レンズ２０によって、複数の出射面１４から出射された出射光Ｌを、第１フライアイレンズ５０上に重畳させて入射させることができる。これにより、照明装置４００では、コリメートレンズ３１０および集光レンズ２０を有さない場合と比べて、より光強度分布の均一な光を第１フライアイレンズ５０に入射させることができる。したがって、被照明領域４における照明光の照度ムラを低減することができる。

照明装置４００によれば、コリメートレンズ３１０の入射面３１２における出射光Ｌの光軸の位置を、出射面形成領域１２の中心１２ｃと出射面１４との間の距離が大きいほど、入射面３１２の中心からの距離が大きくなる位置とすることができる。これにより、第１フライアイレンズ５０に光強度分布が均一化された光を入射させることができる。したがって、より被照明領域４における照明光の照度ムラを低減することができる。

照明装置４００によれば、集光レンズ２０によって、複数の出射面１４の各々から出射された出射光Ｌを集光・発散させて第１フライアイレンズ５０に入射させることができる。これにより、１つの出射面１４から出射された光の被照明領域と、複数の出射面１４から出射された光の被照明領域４とを、同程度の大きさの領域とすることができる。したがって、例えば、複数の出射面１４のうちの一部の出射面において、出射される光の出力が低下した場合もしくは出射されなかった場合であっても、被照明領域４において照明光の照度ムラが生じることを防止することができる。

３． 第３の実施形態
次に、第３の実施形態に係るプロジェクター５００について説明する。図１２は、プロジェクター５００を模式的に示す図である。なお、図１２では、便宜上、プロジェクター３００を構成する筐体は省略している。プロジェクター３００は、本発明に係る照明装置を有する。以下では、本発明に係る照明装置として、照明装置１００を用いた例について説明する。

プロジェクター５００において、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色照明装置１００Ｒ，緑色照明装置１００Ｇ、青色照明装置１００Ｂは、上述した照明装置１００である。

プロジェクター５００は、照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂと、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）５１０に投射する投射レンズ（投射装置）５０８と、を備えている。また、プロジェクター５００は、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂから出射された光を合成して投写レンズ５０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）５０６を備えていることができる。

各液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に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十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ５０６によりスクリーン５１０上に投写され、拡大された画像が表示される。

なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。

また、照明装置１００を、照明装置１００からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置（プロジェクター）の照明装置にも適用することが可能である。

プロジェクター５００によれば、照度ムラを低減することができる照明装置を用いているため、照度ムラの少ない画像を投射することができる。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、上述した実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

２ ライトバルブ、４ 入射面、１０ 光源、１２ 出射面形成領域、１２ｃ 中心、１４ 出射面、２０ 集光レンズ、２２ 入射面、２２ｃ 中心、４０ 第１フィールドレンズ、５０ 第１フライアイレンズ、５２ 要素レンズ、６０ 第２フライアイレンズ、６２ 要素レンズ、７０ コンデンサーレンズ、８０ 第２フィールドレンズ、１００，２００，３００ 照明装置、３１０ コリメートレンズ、４００ 照明装置、５００ プロジェクター、５０４ 液晶ライトバルブ、５０６ クロスダイクロイックプリズム、５０８ 投写レンズ、５１０ スクリーン

Claims (8)

1. 出射面が複数配置された出射面形成領域を有する光源と、
   複数の前記出射面に対応して複数配置され、前記出射面から出射された出射光を集光する集光レンズと、
   複数の前記集光レンズによって重畳された光の光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズと、
   前記複数の部分光束を個別に集光する第２フライアイレンズと、
   前記第２フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束を被照明領域上で重畳させるコンデンサーレンズと、
   を含み、
   前記出射光は、前記集光レンズの入射面に入射し、
   前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記出射面形成領域の中心と前記出射面との間の距離が大きいほど、前記入射面の中心からの距離が大きくなる位置であり、
   前記出射面形成領域の中心から所定の方向に位置する前記出射面において、前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記入射面の中心から前記所定の方向に位置し、
   複数の前記集光レンズは、前記出射光を前記第１フライアイレンズ上で重畳させる、照明装置。
2. 請求項１において、
   前記出射面形成領域は、複数設けられ、
   複数の前記集光レンズは、前記出射光を前記出射面形成領域ごとに前記第１フライアイレンズ上で重畳させる、照明装置。
3. 請求項１または２において、
   さらに、前記光源と前記集光レンズの間の光路上に、複数の前記出射面に対応して複数配置され、前記出射光を平行光に変換するコリメートレンズを含む、照明装置。
4. 出射面が複数配置された出射面形成領域を有する光源と、
   複数の前記出射面に対応して複数配置され、前記出射面から出射された出射光を平行光に変換するコリメートレンズと、
   複数の前記コリメートレンズに対応して複数配置され、前記平行光を集光する集光レンズと、
   複数の前記コリメートレンズおよび複数の前記集光レンズによって重畳された光の光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズと、
   前記複数の部分光束を個別に集光する第２フライアイレンズと、
   前記第２フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束を重畳させるコンデンサーレンズと、
   を含み、
   前記出射光は、前記コリメートレンズの入射面に入射し、
   前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記出射面形成領域の中心と前記出射面との間の距離が大きいほど、前記入射面の中心からの距離が大きくなる位置であり、
   前記出射面形成領域の中心から所定の方向に位置する前記出射面において、前記入射面における前記出射光の光軸の位置は、前記入射面の中心から前記所定の方向に位置し、
   複数の前記コリメートレンズおよび複数の前記集光レンズは、前記出射光を前記第１フライアイレンズ上で重畳させる、照明装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   さらに、前記集光レンズと前記第１フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記集光レンズから射出された光を集光するフィールドレンズを含む、照明装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   複数の前記集光レンズは、一体的に形成されている、照明装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、
   前記光源は、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオードのいずれかである、照明装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置と、
   前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
   を含む、プロジェクター。