JP3301321B2 - 照明光学系装置及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光源から放射され
た光を効率よく、かつ輝度むら及び色むらなく照射する
照明光学系装置及び該照明光学系装置を備えた投写型表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は例えば特開平０３−１１１８０
６号公報に記載された従来の照明系の構成を示す図であ
る。図において、２０は光源、４０は放物面反射鏡、６
０は第１レンズアレイ板、８０は第２レンズアレイ板、
１００は結像レンズ、１２０はフィールドレンズ、１４
０は被照射面、１８０は投射レンズ系、矢印の線は光線
である。

【０００３】次に動作について説明する。光源２０から
放射された光は、放物面反射鏡４０によって反射され、
ほぼ平行光として第１レンズアレイ板６０に入射され
る。第１レンズアレイ板６０を構成している各レンズ
は、第２レンズアレイ板８０の対応する各レンズの近傍
にそれぞれ光源像を形成し、第２レンズアレイ板８０と
結像レンズ１００により、第１レンズアレイ板６０の各
レンズ近傍の像を被照射面１４０近傍に重畳結像させ、
フィールドレンズ１２０は、結像レンズ１００からの光
の発散を押さえ、被照射面１４０を通過した光を投射レ
ンズ系１８０へ伝達している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の照明光学系装置
において、第１レンズアレイ板の各レンズは内向きの偏
心、または偏心なしであったため、第２レンズアレイ板
の各レンズの大きさが制限されてしまい、光源がある程
度の大きさを持つと、第１レンズアレイ板の各レンズか
らの光を、対応する第２レンズアレイ板の各レンズで十
分に取り込めなくなる。そのため、被照射面にて十分な
明るさが得られないという欠点があった。

【０００５】また、従来の照明光学系装置を用いた投写
型表示装置では、従来の照明光学系装置によるライトバ
ルブへの照明光の光量が少ないことが、そのまま再生画
像の明るさ低下に結びつき、投写型表示装置としての、
機能向上を阻害する要因となる。

【０００６】この発明は、上述のような問題点を解決す
るためになされたもので、第１の目的は、光源からの光
の利用効率の高い照明光学系装置を得ることである。ま
た、第２の目的は、小型な照明光学系装置を得ることで
ある。また、第３の目的は、再生画像の明るい投写型表
示装置を得ることである。また、第４の目的は、小型な
投写型表示装置を得ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る照明光学
系装置は、光を放射する光源と、前記光源からの光を被
照射面側に反射する反射鏡と、前記反射鏡と前記被照射
面の間の光路中に配置される複数のレンズを有し、前記
複数のレンズのうちの少なくとも一つのレンズは外向き
の偏心を持つ第１レンズアレイ板と、前記第１レンズア
レイ板と前記被照射面の間の光路中に配置され、前記第
１レンズアレイ板の各レンズに対応する複数のレンズを
有し、前記複数のレンズのうちの少なくとも１つのレン
ズは対応する前記第１レンズアレイ板のレンズより大き
い大きさを持つ第２レンズアレイ板と、前記第２レンズ
アレイ板と前記被照射面の間の光路中に配置される少な
くとも一枚のレンズとを備え、前記第１レンズアレイ板
の各レンズを通過する光は、対応する前記第２レンズア
レイ板の各レンズに向かって集束し、前記第２レンズア
レイ板の各レンズ近傍に光源像を形成し、前記第２レン
ズアレイ板の各レンズを通過する光は、対応する前記第
１レンズアレイ板の各レンズ近傍の像を前記被照射面近
傍に重畳結像させるように構成したものである。

【０００８】また、光を放射する光源と、前記光源から
の光を被照射面側に反射する反射鏡と、前記反射鏡と前
記被照射面の間の光路中に配置され、入射する光を発散
光とする凹レンズと、前記凹レンズと前記被照射面の間
の光路中に配置される複数のレンズを有する第１レンズ
アレイ板と、前記第１レンズアレイ板と前記被照射面の
間の光路中に配置され、前記第１レンズアレイ板の各レ
ンズに対応する複数のレンズを有し、前記複数のレンズ
のうちの少なくとも１つのレンズは対応する前記第１レ
ンズアレイ板のレンズより大きい大きさを持つ第２レン
ズアレイ板と、前記第２レンズアレイ板と前記被照射面
の間の光路中に配置される少なくとも一枚のレンズとを
備え、前記第１レンズアレイ板の各レンズを通過する光
は、対応する前記第２レンズアレイ板の各レンズに向か
って集束し、前記第２レンズアレイ板の各レンズ近傍に
光源像を形成し、前記第２レンズアレイ板の各レンズを
通過する光は、対応する前記第１レンズアレイ板の各レ
ンズ近傍の像を前記被照射面近傍に重畳結像させるよう
に構成したものである。

【０００９】また、映像信号を透過型液晶等のライトバ
ルブを用いて光変調し、投写レンズを介してスクリーン
に投写する投写型表示装置において、ライトバルブの照
明光学系装置として、請求項１または請求項２に記載の
照明光学系装置を用いたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて具体的に説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１である照
明光学系装置の構成を示す概略図である。なお、図１６
と同一の部分については同一の符号を付すことにより個
々の説明は省略する。図１において、６１は複数のレン
ズを有する第１レンズアレイ板、８１は第１レンズアレ
イ板６１の各レンズに対応する複数のレンズを有する第
２レンズアレイ板、１２１はフィールドレンズ、２００
は放物面反射鏡４０から出射される光束、ａは第１レン
ズアレイ板６１と第２レンズアレイ板８１の距離、ｂは
第２レンズアレイ板８１と被照射面１４０の距離であ
る。２０１は放物面反射鏡４０の焦点から放射され、放
物面反射鏡４０を介し、第１レンズアレイ板６１の各レ
ンズの中心を通る光線（以下、放物面反射鏡の焦点から
放射され、放物面反射鏡を介し、第１レンズアレイ板の
各レンズの中心を通る光線を主光線という）である。

【００１１】次に、第１レンズアレイ板６１について説
明する。図２はこの発明の実施の形態１である照明光学
系装置の第１レンズアレイ板の概略図である。なお、図
１と同一の部分については、同一の符号を付すことによ
り個々の説明は省略する。図において、７５は第１レン
ズアレイ板である。第１レンズアレイ板は図２（１）に
示すように放物面反射鏡４０から出射される光束２００
をほぼすべて取り込み、前記被照射面１４０とほぼａ／
ｂの倍率で相似な形のレンズを複数個有し、少なくとも
一つのレンズは外向きの偏心を持っている。なお、第１
レンズアレイ板６１は、図２（２）に示す第１レンズア
レイ板７５のような形状としても良い。

【００１２】なお、図１では光源２０から放射された光
を被照射面１４０側に反射する反射鏡に放物面反射鏡を
用いているが、回転楕円体反射鏡及び球面反射鏡等の反
射鏡を用いても良い。

【００１３】次に、動作及び効果について説明する。図
３はこの発明の実施の形態１である照明光学系装置の効
果を説明するための図であり、図３（１）は従来例で図
１６と同一、図３（２）はこの発明で図１と同一であ
る。なお、図１及び図１６と同一の部分については同一
の符号を付すことにより個々の説明は省略する。図にお
いて、４１は放物面反射鏡、６２は第１レンズアレイ
板、８２、８３は第２レンズアレイ板、１２３はフィー
ルドレンズ、２０３は放物面反射鏡４１から出射される
光束、２０２、２０４は主光線、ｃは第１レンズアレイ
板６０と第２レンズアレイ板８２の距離、ｄは第２レン
ズアレイ板８２と被照射面１４０の距離、ｅは第１レン
ズアレイ板６２と第２レンズアレイ板８３の距離及びｆ
は第２レンズアレイ板８３と被照射面１４０の距離であ
る。

【００１４】まず、図３（１）に示す従来の場合につい
て説明すると、光源２０から放射された光は、放物面反
射鏡４０により反射され、第１レンズアレイ板６０に入
射される。第１レンズアレイ板６０は偏心を持っていな
いため、主光線２０２の向きは第１レンズアレイ板６０
を通過しても変化しない。第１レンズアレイ板６０を通
過した光は、第１レンズアレイ板６０の各レンズから対
応する第２レンズアレイ板８２の各レンズに向かって集
束し、第２レンズアレイ板８２の各レンズ近傍に光源像
を形成する。第２レンズアレイ板８２の各レンズは対応
する第１レンズアレイ板６０の各レンズ近傍の像を被照
射面１４０近傍に重畳結像させ、フィールドレンズ１２
０は第２レンズアレイ板８２からの光の発散を押さえ、
第２レンズアレイ板８２からの光を被照射面１４０へと
伝達する。なお、第２レンズアレイ板８２は図１６にお
ける第２レンズアレイ板８０と結像レンズ１００の両機
能を併合して１枚としたものである。

【００１５】このとき、光源２０が大きさを持たない点
光源であれば、光源からの光は放物面反射鏡４０によ
り、完全な平行光線となり、第１レンズアレイ板６０を
通過した光は、第２レンズアレイ板８２の対応する各レ
ンズの中心近傍で点になるのであるが、実際は、光源２
０は有限の大きさを持つため、放物面反射鏡４０を用い
ても、第１レンズアレイ板６０に入射される光は、必ず
しも平行光線にはなっておらず、光源２０の大きさと放
物面反射鏡４０の焦点距離から決まる有限な角度分散を
持ち、第２レンズアレイ板８２の各レンズ近傍に形成さ
れる光源像は有限な大きさを持つ。そのため、図３
（１）において第２レンズアレイ板８２で有効に利用で
きる光の割合、すなわち第１レンズアレイ板６０の各レ
ンズを通過した光のうち、対応する第２レンズアレイ板
８２の各レンズに入射できる光の割合は、第１レンズア
レイ板６０と第２レンズアレイ板８２の距離ｃと第２レ
ンズアレイ板８２の各レンズの大きさとの関係で制限さ
れ、光を有効利用できないことがある。

【００１６】この発明の場合においては、図３（２）に
示すように光源２０、放物面反射鏡４０、レンズに外向
きの偏心を持たせた第１レンズアレイ板６１の外形、第
１レンズアレイ板６１を構成する各レンズと被照射面１
４０の寸法及び第１レンズアレイ板６１と第２レンズア
レイ板８１の距離ａ及び第２レンズアレイ板８１と被照
射面１４０の距離ｂを、図３（１）の光源２０、放物面
反射鏡４０、第１レンズアレイ板６０の外形、各レンズ
と被照射面１４０の寸法及び第１レンズアレイ板６０と
第２レンズアレイ板８２の距離ｃ及び第２レンズアレイ
板８２と被照射面１４０の距離ｄと同じとすると、第１
レンズアレイ板６１のレンズに外向きの偏心を持たせる
ことにより、主光線２０１は第１レンズアレイ板６１の
レンズで外向きに曲げられ、それに伴い、第２レンズア
レイ板８１のレンズを図３（１）の第２レンズアレイ板
８２のレンズより大きくすることができるため、第２レ
ンズアレイ板８１で有効に利用できる光の割合が増加
し、被照射面１４０に効率よく光を照射できる。

【００１７】また、この発明の場合においては、図３
（３）に示すように、レンズに外向きの偏心を持たせた
第１レンズアレイ板６２は図３（１）のレンズアレイ板
６０と同数のレンズを有し、光源２０、第２レンズアレ
イ板８３の外形、各レンズと、被照射面１４０の寸法及
び第２レンズアレイ板８３と被照射面１４０の距離ｆを
図３（１）の光源２０、第２レンズアレイ板８２の外
形、各レンズと被照射面１４０の寸法及び第２レンズア
レイ板８２と被照射面１４０の距離ｄと同じとすると、
第１レンズアレイ板６２のレンズに外向きの偏心を持た
せることにより、主光線２０４が外向きに曲げられるこ
とから、放物面反射鏡４１及び第１レンズアレイ板６２
を図３（１）の放物面反射鏡４０及び第１レンズアレイ
板６０より小型化できる。このとき、第１レンズアレイ
板６２と第２レンズアレイ板８３の距離ｅは（第１レン
ズアレイ板６２の各レンズの寸法）／（被照射面１４０
の寸法）≒ｅ／ｆとなるように決定されるが、第１レン
ズアレイ板６２の各レンズの寸法は図３（１）の第１ア
レイ板６０の各レンズの寸法より小さいことから、第１
レンズアレイ板６２と第２レンズアレイ板８３の距離ｅ
は、図３（１）の第１レンズアレイ板６０と第２レンズ
アレイ板８２の距離ｃより短くなる。ここで、放物面反
射鏡４１が同図（１）の放物面反射鏡４０より小型化さ
れたことによって、出射される光の角度分散が増加する
ことによる、第２レンズアレイ板８３で有効に利用でき
る光の割合の減少と、第２レンズアレイ板８３の各レン
ズの大きさは図３（１）の第２レンズアレイ板８２の各
レンズの大きさと同じで、第１レンズアレイ板６２と第
２レンズアレイ板８３の距離ｅが図３（１）の第１レン
ズアレイ板６０と第２レンズアレイ板８２の距離ｃより
短かくなることにより、第２レンズアレイ板８３で有効
に利用できる光の割合の増加が、ほぼ等しくできること
により、光の利用効率を減少させずに照明光学系装置を
小型化できる。

【００１８】図４はこの発明の実施の形態１である照明
光学系装置の他の構成を示す概略図である。なお、図１
と同一の部分については同一の符号を付すことにより個
々の説明は省略する。図において、６３は第１レンズア
レイ板、８４は第２レンズアレイ板、１０１は結像レン
ズ、１２４はフィールドレンズ及び２０５は主光線であ
る。第１レンズアレイ板６３は、放物面反射鏡４０から
出射される光束２００をほぼすべて取り込み、被照射面
１４０とほぼ相似な形のレンズを複数個有し、少なくと
も一つのレンズは外向きの偏心を持っている。また、第
２レンズアレイ板８４は第１レンズアレイ板６３の各レ
ンズに対応する複数のレンズを有する。

【００１９】光源２０から放射された光は放物面反射鏡
４０により、ほぼ平行光として第１レンズアレイ板６３
に入射される。第１レンズアレイ板６３の各レンズは対
応する第２レンズアレイ板８４の各レンズ近傍に光源像
を形成し、第２レンズアレイ板８４は通過する光を結像
レンズ１０１に伝達し、第１レンズアレイ板６３の各レ
ンズの近傍の像は、対応する第２レンズアレイ板８４の
各レンズと結像レンズ１０１によって、被照射面１４０
近傍に重畳結像され、フィールドレンズ１２４は結像レ
ンズ１０１からの光の発散を押さえ、被照射面１４０へ
伝達する。ここで、第１レンズアレイ板６３の各レンズ
のうち少なくとも一つのレンズは外向きの偏心を持たせ
ているので、主光線２０５は外向きに曲げられ、それに
伴い、第２レンズアレイ板８４のレンズを大きくでき、
第１レンズアレイ板６３を通過した光のうち、対応する
第２レンズアレイ板８４の各レンズに入射できる光の割
合が増加することにより、効率よく被照射面１４０を照
射することができる。

【００２０】図１に示したように第２レンズアレイ板８
１によって、第２レンズアレイ板８１の各レンズに対応
する第１レンズアレイ板６１の各レンズの近傍の像を被
照射面近傍に重畳結像させる構成に対し、第２レンズア
レイ板８４と結像レンズ１０１によって、第２レンズア
レイ板８４の各レンズに対応する第１レンズアレイ板６
３の各レンズの近傍の像を被照射面１４０近傍に重畳結
像させる構成とすることにより、第２レンズアレイ板８
４と結像レンズ１０１の配置位置に自由度が増し、光路
中に含まれるミラー、フィルタ等の配置位置に合わせた
光路設計が可能となる。

【００２１】なお、図４では光源２０から放射された光
を被照射面１４０側に反射する反射鏡に放物面反射鏡を
用いているが、回転楕円体反射鏡及び球面反射鏡等の反
射鏡を用いても良い。また、図４では結像レンズを１枚
にしているが、複数の枚数で構成されていても良い。

【００２２】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２である照明光学装置の構成を示す概略図である。な
お、実施の形態１と同一の部分については同一の符号を
付すことにより個々の説明は省略する。図において、６
４は第１レンズアレイ板、８５は第２レンズアレイ板、
１２５はフィールドレンズ、１６０は凹レンズ、２０６
は主光線、２０７は凹レンズ１６０からの光束、ｇは第
１レンズアレイ板６４と第２レンズアレイ板８５の距離
及びｈは第２レンズアレイ板８５と被照射面１４０の距
離である。第１レンズアレイ板６４は凹レンズ１６０か
らの光束２０７をほぼすべて取り込み、被照射面１４０
とほぼｇ／ｈの倍率で相似な形のレンズを複数個有して
いる。また、第２レンズアレイ板８５は第１レンズアレ
イ板６４の各レンズに対応する複数のレンズを有する。

【００２３】なお、図５では光源２０から放射された光
を被照射面１４０側に反射する反射鏡に放物面反射鏡を
用いているが、回転楕円体反射鏡及び球面反射鏡等の反
射鏡を用いても良い。

【００２４】次に、動作及び効果について説明する。図
６はこの発明の実施の形態２である照明光学系装置の効
果を説明するための図であり、図６（１）は従来例で図
１６と同一、図６（２）はこの発明で図５と同一であ
る。なお、実施の形態１及び図５と同一の部分について
は同一の符号を付すことにより個々の説明は省略する。
図において、６５は第１レンズアレイ板、８６は第２レ
ンズアレイ板、１２６はフィールドレンズ、１６１は凹
レンズ、２０９は主光線、２１０は凹レンズ１６１から
の光束、ｉは第１レンズアレイ板６５と第２レンズアレ
イ板８６の距離及びｊは第２レンズアレイ板８６と被照
射面１４０の距離である。

【００２５】まず、図６（１）に示す従来の場合につい
ては、図３（１）と同じであるので説明を省略する。

【００２６】この発明の場合においては、図６（２）に
示すように光源２０、放物面反射鏡４０、第１レンズア
レイ板６４の外形、各レンズと被照射面１４０の寸法及
び第１レンズアレイ板６４と第２レンズアレイ板８５の
距離ｇ及び第２レンズアレイ板８５と被照射面１４０の
距離ｈを、図６（１）の光源２０、放物面反射鏡４０、
第１レンズアレイ板６０の外形、各レンズと被照射面１
４０の寸法及び第１レンズアレイ板６０と第２レンズア
レイ板８２の距離ｃ及び第２レンズアレイ板８２と被照
射面１４０の距離ｄと同じとすると、放物面反射鏡４０
と第１レンズアレイ板６４の間の光路中に凹レンズ１６
０を配置することにより、光束２０７は光束２００より
広がるため、第１レンズアレイ板６４を取り込める光の
割合は、図６（１）において第１レンズ板６０で取り込
める光の割合に比べ若干減少するものの、主光線２０６
が凹レンズ１６０で外向きに曲げられ、それに伴い、第
２レンズアレイ板８５のレンズを図６（１）の第２レン
ズアレイ板８２のレンズより大きくすることができるこ
とにより、第２レンズアレイ板８５で有効に利用できる
光の割合が増加する効果の方が大きくできるため、被照
射面１４０に効率よく光を照射できる。

【００２７】また、この発明の場合においては、図６
（３）に示すように、第１レンズアレイ板６５は図６
（１）のレンズアレイ板６０と同数のレンズを有し、光
源２０、第２レンズアレイ板８６の外形、各レンズと被
照射面１４０の寸法及び第２レンズアレイ板８６と被照
射面１４０の距離ｊを図６（１）の光源２０、第２レン
ズアレイ板８２の外形と各レンズと被照射面１４０の寸
法及び第２レンズアレイ板８２と被照射面１４０の距離
ｄと同じとすると、放物面反射鏡４２と第１レンズアレ
イ板６５の間の光路中に配置した凹レンズ１６１によっ
て、主光線２０９が外向きに曲げられることから、放物
面反射鏡４２及び第１レンズアレイ板６５を図６（１）
の放物面反射鏡４０及び第１レンズアレイ板６０より小
型化できる。このとき、第１レンズアレイ板６５と第２
レンズアレイ板８６の距離ｉは（第１レンズアレイ板６
５の各レンズの寸法）／（被照射面１４０の寸法）≒ｉ
／ｊとなるように決定されるが、第１アレイ板６５の各
レンズの寸法は図６（１）の第１レンズアレイ板６０の
各レンズの寸法より小さいことから、第１レンズアレイ
板６５と第２レンズアレイ板８６の距離ｉは、図６
（１）の第１レンズアレイ板６０と第２レンズアレイ板
８２の距離ｃより短かくなる。ここで、放物面反射鏡４
２が図６（１）の放物面反射鏡４０より小型化されたこ
とによって、出射される光の角度分散が増加したことに
より、第２レンズアレイ板８６で有効に利用できる光の
割合の減少と、第２レンズアレイ板８６の各レンズの大
きさは図６（１）の第２レンズアレイ板８２の各レンズ
の大きさと同じで、第１レンズアレイ板６５と第２レン
ズアレイ板８６の距離ｉが図６（１）の第１レンズアレ
イ板６０と第２レンズアレイ板８２の距離ｃより短かく
なることにより、第２レンズアレイ板８６で有効に利用
できる光の割合の増加が、ほぼ等しくできることによ
り、光の利用効率を減少させずに照明光学系装置を小型
化できる。

【００２８】図７はこの発明の実施の形態２である照明
光学系装置の他の構成を示す概略図である。なお、実施
の形態１と同一の部分については同一の符号を付すこと
により、個々の説明は省略する。図において、６６は第
１レンズアレイ板、８７は第２レンズアレイ板、１２７
はフィールドレンズ、１６２は凹レンズ、１０２は結像
レンズ、２１１は主光線及び２１２は凹レンズ１６２か
らの光束である。第１レンズアレイ板６６は凹レンズ１
６２からの光束２１２をほぼすべて取り込み、前記被照
射面１４０とほぼ相似な形のレンズを複数個有してい
る。また、第２レンズアレイ板８７は第１レンズアレイ
板６６の各レンズに対応する複数のレンズを有する。

【００２９】光源２０から放射された光は放物面反射鏡
４０により、ほぼ平行光として凹レンズ１６２に入射
し、凹レンズ１６２により主光線を外側に曲げられ第１
レンズアレイ板６６に入射される。第１レンズアレイ板
６６の各レンズは、対応する第２レンズアレイ板８７の
各レンズ近傍に光源像を形成し、第２レンズアレイ板８
７は通過する光を結像レンズ１０２に伝達し、第１レン
ズアレイ板６６の各レンズの近傍の像は、第２レンズア
レイ板８７の各レンズと結像レンズ１０２によって、被
照射面１４０近傍に重畳結像され、フィールドレンズ１
２７は結像レンズ１０２からの光の発散を押さえ、結像
レンズ１０２からの光を被照射面１４０へ伝達する。こ
こで、凹レンズ１６２により主光線を外側に曲げている
ので、第２レンズアレイ板８７のレンズを大きくでき、
第１レンズアレイ板６６を通過した光のうち、対応する
第２レンズアレイ板８７の各レンズに入射できる光の割
合が増加することにより、効率よく被照射面１４０を照
射することができる。

【００３０】図５に示したように、第２レンズアレイ板
８５によって、第２レンズアレイ板８５の各レンズに対
応する第１レンズアレイ板６４の各レンズの近傍の像を
被照射面１４０近傍に重畳結像させる構成に対し、第２
レンズアレイ板８７と結像レンズ１０２によって、第２
レンズアレイ板８７の各レンズに対応する第１レンズア
レイ板６６の各レンズの近傍の像を被照射面１４０近傍
に重畳結像させる構成とすることにより、第２レンズア
レイ板８７と結像レンズ１０２の配置位置に自由度が増
し、光路中に含まれるミラー、フィルタ等の配置位置に
合わせた光路設計が可能となる。

【００３１】なお、図７では光源２０から放射された光
を被照射面１４０側に反射する反射鏡に放物面反射鏡を
用いているが、回転楕円体反射鏡及び球面反射鏡等の反
射鏡を用いても良い。また、図７では結像レンズを１枚
にしているが、複数の枚数で構成されていても良い。

【００３２】図８はこの発明の実施の形態２である照明
光学系装置のさらに他の構成を示す概略図である。な
お、実施の形態１と同一の部分については同一の符号を
付すことにより、個々の説明は省略する。図において、
５０は回転楕円体反射鏡、６７は第１レンズアレイ板、
８８は第２レンズアレイ板、１０３は結像レンズ、１２
８はフィールドレンズ、１６３は凹レンズ、２１３は回
転楕円体反射鏡５０から出射される光束、２１４は回転
楕円体鏡５０の焦点から放射され、回転楕円体鏡５０を
介し第１レンズアレイ板６７の各レンズの中心を通る光
線、２１５は凹レンズ１６３からの光束、ｋは第１レン
ズアレイ板６７と第２レンズアレイ板８８の距離及びｌ
は結像レンズ１０３と被照射面１４０の距離である。第
１レンズアレイ板６７は光束２１５をほぼすべて取り込
み、焦点距離がほぼ第１レンズアレイ板６７と第２レン
ズアレイ板８８の距離ｋであり、被照射面１４０とほぼ
ｋ／ｌの倍率で相似な形で偏心を持たないレンズを複数
個有している。また、第２レンズアレイ板８８は第１レ
ンズアレイ板６７と同じ仕様のものである。

【００３３】光源２０から放射された光は回転楕円体反
射鏡５０により、集束光線として凹レンズ１６３に入射
し、凹レンズ１６３は光線２１４を第１レンズアレイ板
６７の各レンズにほぼ平行で入射するように外側に曲げ
る。第１レンズアレイ板６７の各レンズの焦点距離が第
１レンズアレイ板６７と第２レンズアレイ板８８の距離
ｋであるため、第１レンズアレイ板６７の各レンズを通
過した光は対応する第２レンズ板８８の各レンズ近傍に
光源の像を形成し、第２レンズアレイ板８８は、各レン
ズの焦点距離が第１レンズアレイ板６７と第２レンズア
レイ板８８の距離ｋであることにより、第１レンズアレ
イ板６７の各レンズの中心からの発散光を平行光として
結像レンズ１０３に伝達する。第１レンズアレイ板６７
の各レンズの近傍の像は、対応する第２レンズアレイ板
８８の各レンズと結像レンズ１０３によって、被照射面
１４０近傍に重畳結像され、フィールドレンズ１２８は
結像レンズ１０３からの光の発散を押さえ、被照射面１
４０へ伝達することにより、効率よく被照射面１４０を
照射する。ゆえに、第１レンズアレイ板６７と第２レン
ズアレイ板８８を同一仕様のレンズアレイ板とすること
ができ、安価に光の利用効率の良い照明光学系を得るこ
とができる。

【００３４】実施の形態３．図９はこの発明の実施の形
態３である投写型表示装置の構成を示す概略図である。
なお、実施の形態１及び実施の形態２と同一の部分につ
いては同一の符号を付すことにより個々の説明は省略す
る。図において、１４１は映像信号に応じて光変調する
透過型液晶等のライトバルブであり、実施の形態１、２
における被照射面に対応する。６８は第１レンズアレイ
板、８９は第２レンズアレイ板、１２９はフィールドレ
ンズ、１８１は投写レンズ系、２１６は主光線、２１７
は投写レンズ系１８１で取り込める領域、ｍは第１レン
ズアレイ板６８と第２レンズアレイ板８９の距離及びｎ
は第２レンズアレイ板８９とライトバルブ１４１の距離
である。第１レンズアレイ板６８は放物面反射鏡４０か
ら出射される光束２００をほぼすべて取り込み、ライト
バルブ１４１とほぼｍ／ｎの倍率で相似な形のレンズを
複数個有し、少なくとも一つのレンズは外向きの偏心を
持っている。また、第２レンズアレイ板８９は第１レン
ズアレイ板６８の各レンズに対応する複数のレンズを有
する。

【００３５】なお、図９では光源２０から放射された光
をライトバルブ１４１側に反射する反射鏡に放物面反射
鏡を用いているが、回転楕円体反射鏡及び球面反射鏡等
の反射鏡を用いても良い。

【００３６】次に、動作及び効果を、従来例とこの発明
の場合について図を参照して説明する。

【００３７】図１５は従来の投写型表示装置の構成例を
示す概略図である。なお、図３、図９及び図１６と同一
の部分については同一の符号を付すことにより個々の説
明は省略する。

【００３８】図１５（１）において、光源２０から放射
された光は、放物面反射鏡４０により反射され、ほぼ平
行光線として第１レンズアレイ板６０に入射される。第
１レンズアレイ板６０は偏心を持っていないため、主光
線２０２の向きは第１レンズアレイ板を通過しても変化
しない。第１レンズアレイ板６０を通過した光は、第１
レンズアレイ板６０の各レンズから対応する第２レンズ
アレイ板８２の各レンズに向かって集束し、第２レンズ
アレイ板８２の各レンズ近傍に光源像を形成する。第２
レンズアレイ板８２の各レンズは対応する第１レンズア
レイ板６０の各レンズ近傍の像をライトバルブ１４１近
傍に重畳結像し、フィールドレンズ１２０は第２レンズ
アレイ板８２からの光の発散を押さえ、ライトバルブ１
４１を通過した光を投写レンズ系１８１へと伝達する。

【００３９】このとき、第２レンズアレイ板８２の大き
さは主光線２０２の向きと第１レンズアレイ板６０によ
って制限されるため、図１５（２）に示すように、投写
レンズ系１８１で取り込める領域２１７に対し小さくな
り、投写レンズ系１８１の能力を十分に発揮できないこ
とがある。

【００４０】図１０はこの発明の実施の形態３である投
写型表示装置の効果を説明するための図である。なお、
図９と同一の部分については同一の符号を付すことによ
り個々の説明は省略する。図において、９３、９４、９
５は第２レンズアレイ板である。

【００４１】図１０（１）において、光源２０から放射
された光は、放物面反射鏡４０により反射され、ほぼ平
行光線として第１レンズアレイ板６８に入射し、主光線
２１６は第１レンズアレイ板６８により外側に曲がり、
第１レンズアレイ板６８を通過した光は、第１レンズア
レイ板６８の各レンズから対応する第２レンズアレイ板
８９の各レンズに向かって集束し、第２レンズアレイ板
８９の各レンズ近傍に光源像を形成する。第２レンズア
レイ板８９の各レンズは対応する第１レンズアレイ板６
８の各レンズ近傍の像をライトバルブ１４１近傍に重畳
結像し、フィールドレンズ１２９は第２レンズアレイ板
８９からの光の発散を押さえ、ライトバルブ１４１を通
過した光を投写レンズ系１８１へと伝達している。

【００４２】ここで、光源２０、放物面反射鏡４０、第
１レンズアレイ板６８の外形と各レンズの寸法、ライト
バルブ１４１、投写レンズ系１８１及び第１レンズアレ
イ板６８と第２レンズアレイ板８９の距離ｍ及び第２レ
ンズアレイ板８９とライトバルブ１４１の距離ｎを図１
５の光源２０、放物面反射鏡４０、第１レンズアレイ板
６０の外形と各レンズの寸法、ライトバルブ１４１、投
写レンズ系１８１及び第１レンズアレイ板６０と第２レ
ンズアレイ板８２の距離ｃ及び第２レンズアレイ板８２
とライトバルブ１４１の距離ｄと同じとすると、第１レ
ンズアレイ板６８のレンズに外向きの偏心を持たせてい
るため、主光線２１６は第１レンズアレイ板６８のレン
ズで外向きに曲げられ、それに伴い、第２レンズアレイ
板８９のレンズを図１０（２）に示すように、投写レン
ズ系１８１取り込める領域２１７に対しやや大きめの寸
法とすることや、１０図（３）に示すように、投写レン
ズ系１８１で取り込める領域２１７に対し同等の寸法と
すること、または、図１０（４）に示すように第２レン
ズアレイ板のレンズの大きさをそれぞれ変化させ、投写
レンズ系１８１で取り込める領域２１７に適した形状と
することが可能となり、第１レンズアレイ板６８の各レ
ンズを通過した光のうち、対応する第２レンズアレイ板
８９のレンズに入射できる光の割合と、第２レンズアレ
イ板８９を通過した光のうち、投写レンズ系１８１で取
り込める光の割合の関係を最適化することにより、効率
よく光源の光を利用し、再生画像の明るい投写型表示装
置を得ることができる。

【００４３】図１１はこの発明の実施の形態３である照
明光学系装置の他の構成を示す概略図である。図におい
て、３０１は光源、３０２は回転楕円体反射鏡、３０３
は紫外線及び赤外線を吸収または反射するフィルタ、３
０４は第一レンズアレイ板、３０５は第２レンズアレイ
板、３０６、３０７、３０８及び３０９はミラー、３１
０、３１１及び３１２は結像レンズ、３１３、３１４は
所定の範囲の波長の光を反射または透過するダイクロイ
ックミラー、３１５、３１６及び３１７はフィールドレ
ンズ、３１８、３１９及び３２０はライトバルブ、３２
１は各ライトバルブ３１８、３１９、３２０を通過した
光を合成するダイクロイックプリズム、３２２は投写レ
ンズ系である。第１レンズアレイ板３０４は回転楕円体
反射鏡３０２からの光束をほぼすべて取り込み、ライト
バルブ３１８、３１９、３２０とほぼ相似な形のレンズ
を複数個有し、少なくとも一つのレンズは外向きの偏心
を持っている。また、第２レンズアレイ板３０５は第１
レンズアレイ板３０４の各レンズに対応する複数のレン
ズを有している。

【００４４】光源３０１から放射された光は回転楕円体
反射鏡３０２により集束光線となり、フィルタ３０３で
紫外線及び赤外線を除去され、第１レンズアレイ板３０
４に入射される。第１レンズアレイ板３０４の各レンズ
は、対応する第２レンズアレイ板３０５の各レンズ近傍
に光源像を形成し、第１レンズアレイ板３０４の各レン
ズ近傍の像は、対応する第２レンズアレイ板３０５の各
レンズ及び結像レンズ３１０、３１１、３１２によっ
て、各ライトバルブ３１８、３１９、３２０近傍に重畳
結像し、フィールドレンズ３１５、３１６、３１７は結
像レンズ３１０、３１２からの光の発散を押さえ、ライ
トバルブ３１８、３１９、３２０を通過した光を投射レ
ンズ系３２２へ伝達する。ここで、第１レンズアレイ板
３０４に外向きの偏心を持たせているので、第２レンズ
アレイ板３０５を図１０で説明した概念に基づき、適し
た寸法及び形状とすることができ、再生画像の明るい投
写型表示装置を得ることができる。

【００４５】実施の形態４．図１２はこの発明の実施の
形態４である投写型表示装置の構成を示す概略図であ
る。なお、図９と同一の部分については同一の符号を付
すことにより個々の説明は省略する。図において、６９
は第１レンズアレイ板、９０は第２レンズアレイ板、１
３０はフィールドレンズ、１６４は凹レンズ、２１８は
主光線、２１９は凹レンズからの光束、ｏは第１レンズ
アレイ板と第２レンズアレイ板の距離及びｐは第２レン
ズアレイ板とライトバルブ１４１の距離である。第１レ
ンズアレイ板６９は、凹レンズ１６４から出射される光
束２１９をほぼすべて取り込み、ライトバルブ１４１と
ほぼｏ／ｐの倍率で相似な形のレンズを複数個有してい
る。また、第２レンズアレイ板９０は第１レンズアレイ
板６９の各レンズに対応する複数のレンズを有する。

【００４６】なお、図１２では光源２０から放射された
光をライトバルブ１４１側に反射する反射鏡に放物面反
射鏡を用いているが、回転楕円体反射鏡及び球面反射鏡
等の反射鏡を用いても良い。

【００４７】次に、動作及び効果を従来例とこの発明の
場合について、図を参照して説明する。

【００４８】図１５は従来の投写型表示装置の構成を示
す概略図である。なお、図１５に示す従来の場合につい
ては先に説明をしたので、説明を省略する。

【００４９】この発明の場合について図１３に示す。図
１３はこの発明の実施の形態４である投写型表示装置の
効果を説明するための図である。なお、図１２と同一の
部分については同一の符号を付すことにより個々の説明
は省略する。図において、９６、９７及び９８は第２レ
ンズアレイ板である。

【００５０】図１３（１）において、光源２０から放射
された光は、放物面反射鏡４０により反射され、ほぼ平
行光線として凹レンズ１６４に入射し、主光線２１８は
凹レンズ１６４により外側に曲がり、第１レンズアレイ
板６９を通過した光は、第１レンズアレイ板６９の各レ
ンズから対応する第２レンズアレイ板９０の各レンズに
向かって集束し、第２レンズアレイ板９０の各レンズ近
傍に光源像を形成する。第２レンズアレイ板９０の各レ
ンズは対応する第１レンズアレイ板６９の各レンズ近傍
の像をライトバルブ１４１近傍に重畳結像し、フィール
ドレンズ１３０は第２レンズアレイ板９０からの光の発
散を押さえ、ライトバルブ１４１を通過した光を投写レ
ンズ系１８１へと伝達している。

【００５１】ここで、光源２０、放物面反射鏡４０、第
１レンズアレイ板６９の外形と各レンズの寸法、ライト
バルブ１４１、投写レンズ系１８１及び第１レンズアレ
イ板６９と第２レンズアレイ板９０の距離ｏ及び第２レ
ンズアレイ板９０とライトバルブ１４１の距離ｐを図１
５の光源２０、放物面反射鏡４０、第１レンズアレイ板
６０の外形と各レンズの寸法、ライトバルブ１４１、投
写レンズ系１８１及び第１レンズアレイ板６０と第２レ
ンズアレイ板８２の距離ｃ及び第２レンズアレイ板８２
とライトバルブ１４１の距離ｄと同じとすると、放物面
反射鏡４０と第１レンズアレイ板６９の間の光路中に凹
レンズ１６４を配置しているため、主光線２１８は凹レ
ンズ１６４で外向きに曲げられ、それに伴い、第２レン
ズアレイ板９０のレンズを図１３（２）に示すように、
投写レンズ系１８１で取り込める領域２１７に対しやや
大きめの寸法とすることや、図１３（３）に示すよう
に、投写レンズ系１８１で取り込める領域２１７に対し
同等の寸法とすること、または、図１３（４）に示すよ
うに第２レンズアレイ板のレンズの大きさをそれぞれ変
化させ、投写レンズ系１８１で取り込める領域２１７に
適した形状とすることが可能となり、第１レンズアレイ
板６９の各レンズを通過した光のうち、対応する第２レ
ンズアレイ板９０のレンズに入射できる光の割合と、第
２レンズアレイ板９０を通過した光のうち、投写レンズ
系１８１で取り込める光の割合の関係を最適化すること
により、効率よく光源の光を利用し、再生画像の明るい
投写型表示装置を得ることができる。

【００５２】図１４はこの発明の実施の形態４である照
明光学系装置の他の構成を示す概略図である。なお、図
１２と同一の部分については同一の符号を付すことによ
り個々の説明は省略する。図において、３２３は凹レン
ズ、３２４は第１レンズアレイ板である。第１レンズア
レイ板３２４は回転楕円体反射鏡３０２からの光束をほ
ぼすべて取り込み、ライトバルブ３１８、３１９、３２
０とほぼ相似な形のレンズを複数個有している。また、
第２レンズアレイ板３０５は第１レンズアレイ板３２４
の各レンズに対応する複数のレンズを有する。

【００５３】光源３０１から放射された光は回転楕円体
反射鏡３０２により集束光線となり、フィルタ３０３で
紫外線及び赤外線を除去され、凹レンズ３２３に入射さ
れ、凹レンズ３２３は入射する光線を外向きに曲げて第
１レンズアレイ板３２４に伝達する。第１レンズアレイ
板３２４の各レンズは、対応する第２レンズアレイ板３
０５の各レンズ近傍に光源像を形成し、第１レンズアレ
イ板３２４の各レンズ近傍の像は、第２レンズアレイ板
３０５及び結像レンズ３１０、３１１、３１２によっ
て、各ライトバルブ３１８、３１９、３２０近傍に重畳
結像し、フィールドレンズ３１５、３１６、３１７は結
像レンズ３１０、３１２からの光の発散を押さえ、ライ
トバルブ３１８、３１９、３２０を通過した光を投射レ
ンズ系３２２へ伝達する。ここで、凹レンズ３２３によ
り第１レンズアレイ板３２４に入射する光線の向きを外
向きに曲がるので、第２レンズアレイ板３０５を図１３
で説明した概念に基づき、適した寸法及び形状とするこ
とができ、再生画像の明るい投写型表示装置を得ること
ができる。

【００５４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００５５】請求項１に係る照明光学系装置において
は、第１レンズアレイ板のレンズのうち少なくとも一つ
のレンズに外向きの偏心を持たせると共に、第２レンズ
アレイ板のうちの少なくとも１つのレンズの大きさを対
応する第１レンズアレイ板のレンズより大きくしたの
で、光源からの光を効率よく被照射面に照射することが
可能となる。

【００５６】

【００５７】また、請求項２に係る照明光学系装置にお
いては、光源からの光を被照射面側に反射する反射鏡と
第１レンズアレイ板の間の光路中に、入射する光を発散
光とする凹レンズを配置すると共に、第２レンズアレイ
板のうちの少なくとも１つのレンズの大きさを対応する
第１レンズアレイ板のレンズより大きくしたので、光源
からの光を効率よく被照射面に照射することが可能とな
る。

【００５８】

【００５９】

【００６０】また、請求項３に係る投写型表示装置にお
いては、請求項１または請求項２に記載した照明光学系
装置をライトバルブの照明光学系装置として使用したの
で、再生画像が明るい投写型表示装置を得ることが可能
となる。

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１である照明光学系装
置の構成を示す概略図である。

【図２】 この発明の実施の形態１である照明光学系装
置の第１レンズアレイ板の概略図である。

【図３】 この発明の実施の形態１である照明光学系装
置の効果を説明するための図である。

【図４】 この発明の実施の形態１である照明光学系装
置の他の構成を示す概略図である。

【図５】 この発明の実施の形態２である照明光学系装
置の構成を示す概略図である。

【図６】 この発明の実施の形態２である照明光学系装
置の効果を説明するための図である。

【図７】 この発明の実施の形態２である照明光学系装
置の他の構成を示す概略図である。

【図８】 この発明の実施の形態２である照明光学系装
置のさらに他の構成を示す概略図である。

【図９】 この発明の実施の形態３である投写型表示装
置の構成を示す概略図である。

【図１０】 この発明の実施の形態３である投写型表示
装置の効果を説明するための図である。

【図１１】 この発明の実施の形態３である投写型表示
装置の他の構成を示す概略図である。

【図１２】 この発明の実施の形態４である投写型表示
装置の構成を示す概略図である。

【図１３】 この発明の実施の形態４である投写型表示
装置の効果を説明するための図である。

【図１４】 この発明の実施の形態４である投写型表示
装置の他の構成を示す概略図である。

【図１５】 従来の投写型表示装置の構成を示す概略図
である。

【図１６】 従来の照明系の構成を示す図である。

【符号の説明】

２０，３０１ 光源、４０，４１，４２ 放物面反射
鏡、６０〜６９，７５，３０４，３２４ 第１レンズア
レイ板、８０〜９０，９３〜９８，３０５， 第２レン
ズアレイ板、１４０ 被照射面、５０，３０２ 回転楕
円体反射鏡、１２０，１２１，１２３〜１３０，３１
５，３１６，３１７ フィールドレンズ、１００〜１０
３，３１０，３１１，３１２ 結像レンズ、１８０、１
８１，３２２投写レンズ系、１６０〜１６４，３２３
凹レンズ、１４１、３１８，３１９，３２０ ライトバ
ルブ、２１７，２２０ 投写レンズ系にて取り込める領
域、３０３ 紫外光及び赤外光吸収または反射フィル
タ、３０６〜３０９ ミラー、３１３，３１４ ダイク
ロイックミラー、３２１ ダイクロイックプリズム、２
００，２０３，２０８ 放物面鏡から出射される光束、
２１３ 回転楕円体反射鏡から出射される光束、２０
７，２１０，２１２，２１５，２１９ 凹レンズから出
射される光束、２０１，２０２，２０４，２０５，２０
６，２０９，２１１，２１６，２１８ 主光線、２１４
回転楕円体反射鏡の焦点から放射され、第１レンズア
レイ板の各レンズ中心を通る光線、２１７ 投写レンズ
系で取り込める領域、ａ，ｃ，ｅ，ｇ，ｉ，ｋ，ｍ，ｏ
第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板の距離、
ｂ，ｄ，ｆ，ｈ，ｊ，ｐ 第２レンズアレイ板と被照射
面の距離、ｎ 第２レンズアレイ板とライトバルブの距
離、ｌ 結像レンズと被照射面の距離。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都出 英一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 大上戸 晃 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−150317（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 G03B 21/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を放射する光源と、前記光源からの光
   を被照射面側に反射する反射鏡と、前記反射鏡と前記被
   照射面の間の光路中に配置される複数のレンズを有し、
   前記複数のレンズのうちの少なくとも一つのレンズは外
   向きの偏心を持つ第１レンズアレイ板と、前記第１レン
   ズアレイ板と前記被照射面の間の光路中に配置され、前
   記第１レンズアレイ板の各レンズに対応する複数のレン
   ズを有し、前記複数のレンズのうちの少なくとも１つの
   レンズは対応する前記第１レンズアレイ板のレンズより
   大きい大きさを持つ第２レンズアレイ板と、前記第２レ
   ンズアレイ板と前記被照射面の間の光路中に配置される
   少なくとも一枚のレンズとを備え、前記第１レンズアレ
   イ板の各レンズを通過する光は、対応する前記第２レン
   ズアレイ板の各レンズに向かって集束し、前記第２レン
   ズアレイ板の各レンズ近傍に光源像を形成し、前記第２
   レンズアレイ板の各レンズを通過する光は、対応する前
   記第１レンズアレイ板の各レンズ近傍の像を前記被照射
   面近傍に重畳結像させるように構成したことを特徴とす
   る照明光学系装置。
2. 【請求項２】 光を放射する光源と、前記光源からの光
   を被照射面側に反射する反射鏡と、前記反射鏡と前記被
   照射面の間の光路中に配置され、入射する光を発散光と
   する凹レンズと、前記凹レンズと前記被照射面の間の光
   路中に配置される複数のレンズを有する第１レンズアレ
   イ板と、前記第１レンズアレイ板と前記被照射面の間の
   光路中に配置され、前記第１レンズアレイ板の各レンズ
   に対応する複数のレンズを有し、前記複数のレンズのう
   ちの少なくとも１つのレンズは対応する前記第１レンズ
   アレイ板のレンズより大きい大きさを持つ第２レンズア
   レイ板と、前記第２レンズアレイ板と前記被照射面の間
   の光路中に配置される少なくとも一枚のレンズとを備
   え、前記第１レンズアレイ板の各レンズを通過する光
   は、対応する前記第２レンズアレイ板の各レンズに向か
   って集束し、前記第２レンズアレイ板の各レンズ近傍に
   光源像を形成し、前記第２レンズアレイ板の各レンズを
   通過する光は、対応する前記第１レンズアレイ板の各レ
   ンズ近傍の像を前記被照射面近傍に重畳結像させるよう
   に構成したことを特徴とする照明光学系装置。
3. 【請求項３】 映像信号をライトバルブを用いて光変調
   し、投写レンズを介してスクリーンに投写する投写型表
   示装置において、前記ライトバルブの照明光学系装置と
   して、請求項１または請求項２に記載の照明光学系装置
   を用いたことを特徴とする投写型表示装置。