JP3798586B2 - 照明装置及び液晶プロジェクタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルなどの矩形状の被投射体を照明するのに適した照明装置及びこの照明装置を用いた液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルのような矩形状の被投射体を均一に照明するための照明光学系としては、従来より、２組のレンズアレイを組合せたインテグレータ光学系が例えば特開平３−１１１８０６号公報により知られている。
【０００３】
同公報等に示されるインテグレータ光学系は、光源からの光束を、第１のレンズアレイを構成している複数の矩形状の集光レンズにより分割して２次光源像を形成し、これらの２次光源像を第１のレンズアレイの複数の矩形状の集光レンズに対応させた複数の集光レンズを備えた第２のレンズアレイを介して同一の被投射体上に重畳結像させるようにしたものである。このようなインテグレータ光学系によれば、光源光の利用効率が向上するとともに、被投射体面上の光の強度分布をほぼ一様にすることができるとされている。特に、第１，２のレンズアレイにおける各集光レンズの形状を矩形状の被投射体のアスペクト比率に対応させて、例えば、４：３なる比率の矩形状に形成することにより光の利用効率及び強度分布の均一化を図ることができる。
【０００４】
一方、偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いた一般的な液晶プロジェクタでは、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分のみの１種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源の場合には、光源光の約半分は利用されないことになってしまい、光源光の利用効率の悪いものとなる。この光源光の利用効率を高めるための偏光変換構造も各種提案されている。
【０００５】
その原理は、ランダムな偏光光を直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）に分離した後、一方の偏光成分を１／２位相板等により９０度回転させて、他方の偏光成分と同じ方向の成分とし、かつ、両者の光軸を合わせるものである。従って、例えば、偏光ビームスプリッタと直角プリズムとを併設させ、偏光ビームスプリッタ又は直角プリズムの出射面側に１／２位相板を配置させるような偏光変換光学系構造で偏光方向を揃え得る。この場合に変換効率を高めるために、光源側からの光をレンズ板により偏光ビームスプリッタの作用面（４５度の誘電体多層膜）に収束させるようにしたものが、例えば、特開平７−２９４９０６号公報により提案されている。
【０００６】
一方、偏光ビームスプリッタと直角プリズムとを単純に併設させるだけの構成では、光学系全体の横幅又は縦幅が約２倍になってしまい、Ｆナンバーの小さな極めて大口径の投射レンズを使用しなければならなくなってしまう点に関しては、前述の特開平３−１１１８０６号公報に示されるインテグレータ光学系を組合せる構成例が例えば特開平８−３０４７３９号公報により提案されている。これは、概略的には、複数の微小な矩形状の集光レンズからなる第１のレンズアレイにより複数の微小な光束（２次光源像）を形成し、これらの光束を偏光方向が異なるＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離した後、一方の偏光成分を回転させて偏光面を揃えて出射させるようにしたものである。つまり、インテグレータ光学系の特徴である微小な２次光源像の生成というプロセスを利用して偏光光の分離を行わせることで、偏光光の分離に伴う光路の空間的な広がりを抑制するようにしたものである。
【０００７】
さらには、特開平１０−１６１０６５号公報によれば、光源側からの平行光を一旦凸レンズにより集光してから再度平行化させることでビーム径を約半分に小さくして偏光変換構造に導くことにより、この偏光変換構造やインテグレータ光学系を実質的に小型化し得る提案がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような各種従来例による場合、例えば、インテグレータ光学系に関する構成が複雑で作製しにくいとか、偏光整列に関する効率が不十分である等の問題がある。
【０００９】
例えば、インテグレータ光学系を考えた場合、第１，２のレンズアレイを共に２次元アレイ状としてｍ×ｎ個分の多くのレンズ要素を有する特殊な形状に形成しなくてはならず、作製しにくい上に、例えば、液晶パネルにおける４：３等のアスペクト比に対応させるのが必ずしも容易でない。
【００１０】
また、特開平８−３０４７３９号公報に示されるように、偏光成分を揃えるために偏光整列手段を第２のレンズアレイの後段に配設させる場合、偏光整列手段の偏光ビームスプリッタ等がアレイ状に形成されているにもかかわらず第２のレンズアレイにより２次元的に絞っている（偏光ビームスプリッタの幅方向に絞っているだけでなく、長手方向に複数に区分けして絞っている）ので、その集光部分でのパワーが大きく偏光ビームスプリッタ側の負荷（ストレス）の大きなものとなってしまう上に、偏光整列手段側の偏光ビームスプリッタ列と全反射ミラー列と第２のレンズアレイの１つのアレイとの対応付けがしにくいものでもある。
【００１１】
そこで、本発明は、インテグレータ光学系に要求される機能を損なうことなく、その構成を簡素化して作製が容易である照明装置及び液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、偏光成分を揃えるための偏光整列手段とのマッチング性に優れ、その偏光分離プリズムに対する負荷を軽減させ得る照明装置及び液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、少なくとも一つの集光用反射鏡と、この集光用反射鏡より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、を備える。
【００１４】
従って、被投射体を照射するための仮想光源となる２次光源像の広がりを小さくするためのいわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに代えて、シリンドリカルレンズのアレイ構造からなる第１，２のレンチキュラを用いて構成することで、必要なレンズ数がｍ×ｎからｍ＋ｎに減らせる上に、単なる一方向のシリンドリカルレンズのアレイ構造であるためその作製も容易となる。また、第１，２のレンチキュラの組合せで液晶パネル等の被投射体の縦横アスペクト比に対処し得るため、第２のレンズアレイによる場合よりも、アスペクト比に対する対応が容易となる。
【００１５】
請求項２記載の発明の照明装置は、発光手段と、第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００１６】
従って、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な作用効果が得られる。特に、光源部分における反射鏡を回転楕円面鏡とし、その第１焦点付近に発光手段を配設し第２焦点よりも外側に凸レンズを配設させることで、発光手段からの光束を回転楕円面鏡により第２焦点に向けて効率よく絞った後で凸レンズにより平行光束化していわゆるインテグレータ光学系の第１のレンズアレイに入射させることができ、第２焦点に向けて絞る途中に配設させた凹レンズにより発散させて平行光束化させる場合よりも光学特性を向上させ得る上に、被投射体を照射するための仮想光源をなす２次光源像の広がりを極力小さくすることができ、発光手段から被投射体までの空間的距離の短い状態で、投射レンズの口径を小さくするために有効な構成となる。
【００１７】
請求項３記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００１８】
従って、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な作用効果が得られる。
【００１９】
請求項４記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、少なくとも一つの集光用反射鏡と、この集光用反射鏡より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されて前記第１のレンチキュラのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、を備える。
【００２０】
従って、請求項1記載の発明にランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイを組合わせることで、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム等がアレイ状に形成されているのに対応して第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズで一方向にのみ絞っているので、その集光部分でのパワーを減らして偏光分離プリズム側の負荷（ストレス）を軽減させることができ、かつ、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム列と全反射プリズム列と第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズとの対応付けが容易となる。
【００２１】
請求項５記載の発明の照明装置は、発光手段と、第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００２２】
従って、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項1及び４記載の発明の作用効果を併せ持つ。
【００２３】
請求項６記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００２４】
従って、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１及び４記載の発明の場合と同様な作用効果が得られる。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記第1のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなる。
【００２６】
従って、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採れる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記第２のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなる。
【００２８】
従って、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採れる。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項４ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記第1のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなり、前記偏光整列プリズムアレイは、前記第1のレンチキュラのシリンドリカルレンズの開口幅に対応させてプリズム対の大きさを変えてなる。
【００３０】
従って、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第1のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させることができる。
【００３１】
請求項１０記載の発明は、請求項４ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記偏光整列プリズムアレイは、中央で前記偏光変換プリズムを対称に配置し、その外側に前記全反射プリズムを対応させ、その外側も含めて全体として対称形としてなる。
【００３２】
従って、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第1のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させ得る上に、対称構造でよいため、偏光整列プリズムアレイの作製も容易となる。
【００３３】
請求項１１記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、少なくとも一つの集光用反射鏡と、偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、前記集光用反射鏡より被投射体側に配設されてランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、この第２の偏光整列プリズム手段の後段に配設されて前記第１のレンチキュラのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、を備える。
【００３４】
従って、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００３５】
請求項１２記載の発明の照明装置は、発光手段と、第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、前記回転楕円面鏡より被投射体側に配設されてランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、この第２の偏光整列手段の後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００３６】
従って、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００３７】
請求項１３記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、ランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、この第２の偏光整列手段の後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える。
【００３８】
従って、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００３９】
請求項１４記載の発明は、請求項１１ないし１３の何れか一に記載の照明装置において、前記第1の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長と、前記第２の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長とを一致させてなる。
【００４０】
従って、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を揃えることで、偏光特性をシャープにし、偏光整列の純度を高めることができる。
【００４１】
請求項１５記載の発明は、請求項１１ないし１３の何れか一に記載の照明装置において、前記第1の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長と、前記第２の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長とを、緑色波長を中心に±所定の波長分だけシフトさせてなる。
【００４２】
従って、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を、緑色波長を中心に±所定の波長分だけシフトさせることで、効率の低下する両側の偏光変換能力を高めることができ、結果として偏光特性を帯域を持たせて平均化させることができる。±所定の波長分としては、例えば、±５０ｎｍであり、約５００ないし６００ｎｍの波長域に対して偏光整列機能を持たせることができる。
【００４３】
請求項１６記載の発明の液晶プロジェクタは、情報表示システムにより投射すべき像が形成される少なくとも一つの液晶パネルと、この液晶パネルを被投射体として照明する請求項１ないし１５の何れか一に記載の照明装置と、前記液晶パネルの像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、を備える。
【００４４】
従って、請求項１ないし１５の何れか一に記載の照明装置を利用して液晶パネルを照明するので、全体的に簡単な構成の照明装置による照明の下に液晶パネルを照明して、口径の小さめな投射レンズ系によりスクリーン上に投射させることができ、液晶プロジェクタ全体の小型化を図ることができる。
【００４５】
ここに、液晶パネルとしては、反射型液晶パネルであっても透過型液晶パネルであってもよい。また、カラー表示の場合であれば、通常、３原色、ＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の３つの液晶パネルが、例えば、ダイクロイックプリズム又はミラーのような分光素子等とともに用いられる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１記載の発明に相当するもので、図１にその照明装置Ａ１の概要を示す。
【００４７】
この照明装置Ａ１は、縦横のアスペクト比率が４：３なる矩形状の液晶パネル１を被投射体とするもので、その前面には各液晶素子に対して光を集光させるためのコンデンサレンズ２が付設されている。このような液晶パネル１に対して、本実施の形態の照明装置Ａ１は、発光手段としての発光源３と、この発光源３が内蔵配設される集光用反射鏡としての放物面鏡４と、インテグレータ光学系５と、凸レンズ６とにより構成されている。
【００４８】
インテグレータ光学系５は、本実施の形態では、液晶パネル１の形状（図１（ｄ）に示すようなアスペクト比率が４：３なる矩形状）と略相似形をなす４：３の比率の矩形状に形成された複数のレンズ要素７が２次元状に配列されたレンズ板８と、各々複数のシリンドリカルレンズ９，１０を互いに直交する一方向に配列させてなる第１のレンチキュラ１１と第２のレンチキュラ１２とによるレンチキュラ対とにより形成されている。即ち、放物面鏡４の開口部に配設されたレンズ板８がいわゆるインテグレータ光学系の第１のレンズアレイに相当し、このレンズ板８は発光源３から出射され放物面鏡４で反射される光から各レンズ要素７毎に２次光源像１３を分割形成することになる。よって、２次光源像１３が形成される面が仮想光源面となる。第１のレンチキュラ１１はこの仮想光源面付近に配設されるもので、レンズ板８のレンズ要素７の各列群を通過して集光する位置に各々のシリンドリカルレンズ９が位置するように設定されている。この第１のレンチキュラ１１の直後に配設される第２のレンチキュラ１２は、そのシリンドリカルレンズ１０がレンズ板８のレンズ要素７の各行群に対応する。即ち、シリンドリカルレンズ９，１０同士は直交する方向に配設されており、レンチキュラ対として見た場合に２次元状に配列されたレンズ要素を有することとなり、いわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに相当する。凸レンズ６は、レンズ板８中の各々のレンズ要素７が作り出す光束の光軸が第１及び第２のレンチキュラ１１，１２を通過した後、液晶パネル１の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設されている。
【００４９】
このような構成において、図１（ａ）はレンズ板８まで主光軸に対して平行であり、全てが平行光で到達した光線の外線を抽出して模式的に表現し、図１（ｂ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ９による作用を受ける部分）を模式的に表現し、図１（ｃ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ１０による作用を受ける部分）であって、他の部分と直角面の状態を９０°回転させて模式的に表現したものである。
【００５０】
よって、発光源３から出射され放物面鏡４で反射された平行光はレンズ板８に入射し、その各レンズ要素７により２次光源像１３が分割形成される（図１（ａ）参照）。ここに、各レンズ要素７により形成される２次光源像１３の光軸を凸レンズ６により液晶パネル１の中心に向けることにより、４：３の比率で矩形状をなす個々のレンズ要素７を通った光束を各々液晶パネル１上で重畳させる形で照明する。この際、現実には、発光源３は点光源ではなく、或る程度の体積を持っているため、個々の２次光源像１３も点光源ではなく体積を持つものとなるが、この位置に個々にシリンドリカルレンズ９，１０を有する第１，２のレンチキュラ１１，１２を配設させることで収束性を高めて液晶パネル１に向けて投影させることにより、良好なる照明状態が得られる。
【００５１】
ここに、本実施の形態によれば、液晶パネル１を照射するための仮想光源となる２次光源像１３の広がりを小さくするためのいわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに代えて、シリンドリカルレンズ９，１０のアレイ構造からなる第１，２のレンチキュラ１１，１２を用いて構成しているので、図２からも明らかなように、必要なレンズ数がｍ×ｎ＝４×４＝１６からｍ＋ｎ＝４＋４＝８に減らせる上に、第１，２のレンチキュラ１１，１２は単なる一方向のシリンドリカルレンズ９，１０のアレイ構造であるためその作製も容易となる。また、第１，２のレンチキュラ１１，１２の組合せで液晶パネル１の縦横アスペクト比に対処することができるため、第２のレンズアレイによる場合よりも、アスペクト比に対する対応が容易となる。
【００５２】
本発明の第二の実施の形態を図３に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実施の形態でも順次同様とする）。本実施の形態の照明装置Ａ２は、凸レンズ６をレンズ板８の直後に配設させたものである。
【００５３】
このような構成において、図２（ａ）はレンズ板８まで主光軸に対して平行であり、全てが平行光で到達した光線の外線を抽出して模式的に表現し、図２（ｂ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ９による作用を受ける部分）を模式的に表現し、図２（ｃ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ１０による作用を受ける部分）であって、他の部分と直角面の状態を９０°回転させて模式的に表現したものである。
【００５４】
本実施の形態の照明装置Ａ２の場合も、機能的には照明装置Ａ１の場合と同様であるが、レンズ板８の直後に凸レンズ６を配設させて光束を絞っているので、その分、後段に配設される第１，２のレンチキュラ１１，１２を小型化させることができ、全体の小型化に有利となる。
【００５５】
本発明の第三の実施の形態を図４ないし図７に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項４記載の発明に相当するもので、図４にその照明装置Ａ３の概要を示す。本実施の形態では、第１，２のレンチキュラ１１，１２間にランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイ１４が介在されている。
【００５６】
図４（ａ）はレンズ板８まで主光軸に対して平行であり、全てが平行光で到達した光線の外線を抽出して模式的に表現し、図４（ｂ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ９による作用を受ける部分）を模式的に表現し、図４（ｃ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ１０による作用を受ける部分）であって、他の部分と直角面の状態を９０°回転させて模式的に表現したものである。
【００５７】
ここに、偏光整列プリズムアレイ１４は、例えば、図５（ａ）に示すように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを分離するための偏光分離プリズム１５と全反射プリズム１６とを交互に配置し、かつ、偏光分離プリズム１５で分離された一方の偏光成分の光束の出力面にλ／２位相差板１７を配置させてなる。もっとも、λ／２位相差板１７の配置は、全反射プリズム１６の出力面側であってもよく、或いは、図５（ｂ）に示すように、偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６間であってもよい。また、第１のレンチキュラ１１との関係では、その個々のシリンドリカルレンズ９に個々の偏光分離プリズム１５を対応させて個々のシリンドリカルレンズ９を通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズム１５を通過するように配置されている（図８（ａ）参照）。
【００５８】
例えば、発光源３から発せられる偏光方向がランダムな各光束（Ｐ＋Ｓ）につき、偏光整列プリズムアレイ１４において、Ｐ偏光成分は偏光分離プリズム１５を透過させてλ／２位相差板１７で９０度回転させてＳ偏光成分に変換し、Ｓ偏光成分は偏光分離プリズム１５、全反射プリズム１６でそのまま反射させて出射させることで全ての光をＳ偏光成分に揃えるものである。即ち、発光源３から発せられる偏光方向がランダムな光束に関して偏光整列プリズムアレイ１４によりＳ偏光成分のみに揃えて出射させるものであるが、この偏光変換処理において偏光整列プリズムアレイ１４に入射させる光は平行光束の方がその変換効率のよいものとなる。
【００５９】
ここに、本実施の形態によれば、偏光整列プリズムアレイ１４の偏光分離プリズム１５の前段にこの偏光分離プリズム１５と同じくアレイ状構造のシリンドリカルレンズ９を配列させてなる第１のレンチキュラ１１を配設させ、第１のレンチキュラ１１の各シリンドリカルレンズ９で一方向（偏光分離プリズム１５の幅方向）にのみ絞っているので、その集光部分でのパワーを減らして偏光分離プリズム１５のビームスプリッタ面の負荷（ストレス）を軽減させることができる。また、形状的に考えても、偏光整列プリズムアレイ１４の偏光分離プリズム１５列と全反射プリズム１６列と第１のレンチキュラ１１の各シリンドリカルレンズ９との対応付けも容易となる。
【００６０】
ところで、前述したように、発光源３は現実には点状光源ではなく、ある程度の体積を持つため、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすい。このように光源を点光源と見倣せない場合には、図７に示すように、中央部分のシリンドリカルレンズ９，１０の開口幅を広めとすることで（請求項７，８記載の発明に相当する）、全体的なバランスを採ることができる。この場合、偏光整列プリズムアレイ１４は、第1，２のレンチキュラ１１，１２のシリンドリカルレンズ９，１０の開口幅に対応させてプリズム対（偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６）の大きさも変更されている（請求項９記載の発明に相当する）。従って、本実施の形態のように、偏光整列プリズムアレイ１４を備えた構成において、第１，２のレンチキュラ１１，１２の中央付近のシリンドリカルレンズ９の開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させることができる。
【００６１】
或いは、図８に示すように、中央部一つのシリンドリカルレンズ９，１０のみ開口を広めとして、偏光整列プリズムアレイ１４を中央部で対称に配列させた構造としてもよい。より具体的には、偏光整列プリズムアレ１４は、中央で偏光変換プリズム１５を対称に配置し、その外側に全反射プリズム１６を対応させ、その外側も含めて全体として対称形としてなる。これによれば、偏光整列プリズムアレイ１４を備えた構成において、第1，２のレンチキュラ１１，１２の中央付近のシリンドリカルレンズ９，１０の開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させ得る上に、対称構造でよいため、偏光整列プリズムアレイ１４の作製も容易となる。
【００６２】
また、変形例として、例えば、レンズ板８のレンズ要素７が３×４個なる構造で、第２のレンチキュラ１２のシリンドリカルレンズ１０を全て同一とする場合には、図９及び図１０に示すように、一つのシリンドリカルレンズ９に中央対称の２対の偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６が対応するように構成してもよい。この場合のλ／２位相差板１７の配置も、全反射プリズム１６の出力面側であってもよく、或いは、偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６間であってもよい。
【００６３】
また、レンズ板８のレンズ要素７が３×４個なる構造の場合において、図１１に示すように、第２のレンチキュラ１２の中央部のシリンドリカルレンズ１０の開口幅を広くするようにしてもよい。
【００６４】
本発明の第四の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項２及び５記載の発明に相当するするもので、図１２にその照明装置Ａ４の概要を示す。
【００６５】
この照明装置Ａ４は、発光源３が内蔵される反射鏡として回転楕円面鏡２１を用いたものである。この回転楕円面鏡２１は、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを有し、これらの第１，２焦点Ｆ１，Ｆ２の中間で開口形成されたもので、第１焦点Ｆ１付近に配設させた発光源３からの光を第２焦点Ｆ２に向けて集光させる集光作用を示す。ここに、この第２焦点Ｆ２よりも外側、即ち、液晶パネル１側の位置に凸レンズ２２が配設されている。この凸レンズ２２は第２焦点Ｆ２に向けて集光され再び発散する光束を平行光束化させる機能を持つ。この凸レンズ６の後段に前述した構成のインテグレータ光学系５が配設されている。ここでは、偏光整列プリズムアレイ１４も含まれている。
【００６６】
このような構成により、第１焦点Ｆ１に配設された発光源３から出射され回転楕円面鏡２１で効率よく反射された光は第２焦点Ｆ２に集光され、再び発散する過程で凸レンズ２２により平行光束化されてレンズ板８に入射し、その各レンズ要素７により２次光源像１３が分割形成される。ここに、各レンズ要素７により形成される２次光源像１３の光軸を液晶パネル１の中心に向けることにより、４：３の比率で矩形状をなす個々のレンズ要素７を通った光束を各々液晶パネル１上で重畳させる形で照明する。この場合、光源装置における反射鏡を回転楕円面鏡２１とし、その第１焦点Ｆ１付近に発光源３を配設し第２焦点Ｆ２よりも外側に凸レンズ２２を配設させることで、発光源３からの光束を回転楕円面鏡２１により第２焦点Ｆ２に向けて効率よく絞った後で凸レンズ２２により平行光束化してインテグレータ光学系５のレンズ板８に入射させることができ、第２焦点に向けて絞る途中に配設させた凹レンズにより発散させて平行光束化させる場合よりも光学特性を向上させ得る上に、液晶パネル１を照射するための仮想光源をなす２次光源像１３の広がりを極力小さくすることができ、発光源３から液晶パネル１までの空間的距離の短い状態で、投射レンズの口径を小さくするために有効な構成となる。この他の点は、前述した実施の形態の場合と同様である。
【００６７】
なお、本実施の形態に対する変形例として、図１３に示すように、２個の凸レンズ２３，２４を設け、凸レンズ２３をレンズ板８の前段に配設し、凸レンズ２４を第１のレンチキュラ１１の前段に配設させることで、凸レンズ２３で少し平行光束化させてレンズ板８に入射させた後、レンズ板８からの出射光の主光軸を凸レンズ２４により平行光束化させて第１のレンチキュラ１１及び偏光整列プリズムアレイ１４に入射させるようにしてもよい。これによれば、凸レンズ２３，２４に関する設計が容易となる。なお、図１３中、２５は回転楕円面鏡２１を９０°向きを異ならせて配置させた場合に用いられる反射鏡を示す。
【００６８】
また、第２のレンチキュラ１２から液晶パネル１までの距離が長い場合には、図１４に示すように、この第２のレンチキュラ１２よりも後段（出力側）の凸レンズ６を省略した構成としてもよい。
【００６９】
本発明の第五の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ５は、請求項１２記載の発明に相当し、凸レンズ２３とレンズ板８との間に第１の偏光整列手段２５を設け、偏光整列プリズムアレイ１４を第２の偏光整列手段としたものである。
【００７０】
第１の偏光整列手段２５は、発光源３から出射される偏光方向がランダムな略平行光束を、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか一方のみの偏光成分に揃えて出射させるもので、基本的には、偏光分離プリズム２６と全反射プリズム２７とλ／２位相差板２８との組を単位として構成されている。例えば、偏光分離プリズム２６に入射するＰ＋Ｓ偏光のうち、Ｓ偏光成分は偏光分離プリズム２６の偏光分離面を透過させてそのまま出射させる。一方、Ｐ偏光成分は偏光分離プリズム２６の偏光分離面で反射させ、さらに、全反射プリズム２７でＳ偏光成分と同一方向に全反射させ、かつ、λ／２位相差板２８でその偏光面を９０度回転させることでＳ偏光に変換し、全て、Ｓ偏光成分の光束としてレンズ板８側に出射させる。ここに、本実施の形態では、第１の偏光整列手段２５として、その要素を２組中心対称に配設させたものが用いられている。即ち、２個の偏光分離プリズム２６と全反射プリズム２７とλ／２位相差板２８とを２個の偏光分離プリズム２６が隣合せとなるように対称に組合せてなる。
【００７１】
従って、本実施の形態の照明装置Ａ５は、偏光整列手段として第１の偏光整列手段２５と偏光整列プリズムアレイ１４との２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列度の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００７２】
ここに、発光手段３ないしは照明装置の使用目的によるが、例えば、第1の偏光整列手段２５におけるλ／２位相差板２８の中心波長と、偏光整列プリズムアレイ１４におけるλ／２位相差板１７の中心波長とを一致させて揃えれば（請求項１４記載の発明に相当する）、整列させる偏光特性をシャープにし、偏光整列の純度を高めることができる。或いは、第1の偏光整列手段２５におけるλ／２位相差板２８の中心波長と、偏光整列プリズムアレイ１４におけるλ／２位相差板１７の中心波長とを、緑色波長を中心に±所定の波長分、例えば約±５０ｎｍだけシフトさせて設定することで、帯域を持たせるようにしてもよい（請求項１５記載の発明に相当する）。これによれば、効率の低下する両側の偏光変換能力を高めることができ、結果として偏光特性を帯域を持たせて平均化させることができる。
【００７３】
なお、凸レンズ６を第２のレンチキュラ１２の後段に代えて、図１６に示すように、レンズ板８の直後に配設させるようにしてもよい。
【００７４】
本発明の第六の実施の形態を図１７及び図１８に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ６は、光源部分に概略平行光を形成する手段として扁平放物面鏡３１を用いたものである。即ち、発光源３に対する反射鏡が断面真円をなす放物面鏡ではなく、その開口３１ａの形状が図１７（ｂ）に示すように、液晶パネル１の縦横のアスペクト比率４：３に応じてＸ，Ｙ方向に４：３の比率を持たせて扁平とさせた回転放物面３１ｂを有する形状に形成されている。図１７（ａ）では、実線と破線とより放物面の広がりの異なる状態を併せて示している。ここに、扁平放物面鏡３１としての焦点Ｆ位置は唯一、即ち、１点のみでＸ，Ｙ方向を問わず共通されるように設定され、この焦点Ｆ位置に発光源３が配設されている。
【００７５】
図１８はこのような扁平放物面鏡３１の開口３１ａの大きさと、レンズ板８の大きさとの関係を模式的に示している。開口３１ａのＸ，Ｙ方向の比率が４：３であり、各レンズ要素７の比率が４：３であり、かつ、レンズ板８自身の比率も４：３とされており、ここでは、レンズ要素７が４行４列分配列された構成とされている。ここに、レンズ要素７の全てに光源側からの光を入射させる場合にはレンズ板８に外接する大きさ（一番大きなもの）、４隅のレンズ要素７を除外する場合には内接する大きさ（一番小さなもの）、或いは、これらの中間の大きさのものとなるように、開口３１ａの大きさが決定される。
【００７６】
なお、３２は扁平放物面鏡３１により略平行光として出射される光束をその第２の焦点に相当する位置に集光させるための凸レンズである。また、集光系レンズ群３３は、例えば、前述した第１，２のレンチキュラ１１，１２、偏光整列プリズムアレイ１４等からなる光学素子を模式的に示しており、前述した図１２ないし図１６等の何れの組合わせ構造でもよいことを示している。
【００７７】
よって、本実施の形態によれば、反射鏡自体が開口形状が真円をなす放物面鏡ではなく、発光源３が配設される焦点を共通にして目的とする液晶パネル１のアスペクト比率に応じた比率で扁平とさせた回転放物面３１ｂを有する扁平放物面鏡３１とされているので、扁平放物面鏡３１により反射されて出射される光が液晶パネル１、即ち、画角に近い形状をなすため、光源側から発せられる全光束を極力効率よく利用できるものとなる。これにより、光源側から発せられてレンズ板８に入射しない光成分を極力減らすことができる。
【００７８】
なお、用いる発光源３等は１個に限らず複数個としてもよい。例えば、図１９に示すように、発光源３と扁平放物面鏡３１との対を複数個設けた構成であってもよく、要は、凸レンズ３２に入射する光束が平行光であればよい。もちろん、扁平放物面鏡３１に限らず、放物面鏡４等であってもよい。
【００７９】
本発明の第七の実施の形態を図２０に基づいて説明する。本実施の形態は、光源部分に球面鏡３４と非球面凸レンズ３５との組合わせを用いて、平行光束を出射させるようにしたものである。非球面凸レンズ３５の後段側の構成に関しては、前述した各実施の形態を適宜適用し得る。
【００８０】
本発明の第八の実施の形態を図２１に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１６記載の発明に相当し、図２１にその液晶プロジェクタの構成例を示す。この液晶プロジェクタは、例えば図４に示したような照明装置Ａ３を用いた例であり（ただし、放物面鏡４とレンズ板８との間の光路上に凸レンズ４１、光路偏向用の全反射ミラー４２、コリメートレンズ４３が介在されている）、全反射プリズム４４、連絡プリズム４５、偏光ビームスプリッタ４６、分光集光素子４７、３枚の反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ毎のコンデンサレンズ４８を備えている。なお、４９は冷却用ファンである。
【００８１】
偏光ビームスプリッタ４６は、照明装置Ａ３から照射されるＳ偏光成分の光を分光集光素子４７側に向けて９０度反射させるものである。分光集光素子４７は、本実施の形態では、ダイクロイックプリズム５０が用いられている。このダイクロイックプリズム５０は、赤色Ｒ以上の長波長の光のみを反射させる特性を持つレッド層５１ｒと青色Ｂ以下の短波長の光のみを反射させる特性を持つブルー層５１ｂとを備えた一対のプリズム５１が上下対称位置に配置され、一対の通常のプリズム５２が左右対称位置に配置された状態で、これらの４つのプリズム５１，５２が接合されて構成された立方体状の光学素子である。従って、１つの分光集光素子４７として見た場合、ダイクロイックプリズム５０には、偏光ビームスプリッタ４６の反射面と平行なレッド層５１ｒとこのレッド層５１ｒに直交するブルー層５１ｂとが形成されている。レッド層５１ｒやブルー層５１ｂは非金属の多層膜として形成されている。
【００８２】
３枚の反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、ダイクロイックプリズム５０のレッド層５１ｒ及びブルー層５１ｂに対応させて配置されている。即ち、レッド層５１ｒで反射される赤色Ｒ以上の長波長の反射方向には反射型液晶パネル１Ｒが配置され、ブルー層５１ｂで反射される青色Ｂ以下の短波長の反射方向には反射型液晶パネル１Ｂが配置され、レッド層５１ｒ及びブルー層５１ｂの透過方向には反射型液晶パネル１Ｇが配置されている。これらの反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは特に図示しないが情報表示システムにより投射すべき各色毎の画像が各液晶素子のオン・オフ制御により形成されるものである。
【００８３】
さらに、偏光ビームスプリッタ４６とスクリーン５３との間の光軸上には投射レンズ６４を備えた投射レンズ系５５が設けられている。ここに、仮想光源面（偏光変換要素１３の位置）から各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂまでの光路長と、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから投射レンズ６４までの光路長は全て等しく設定されている。
【００８４】
このような構成において、照明装置Ａ３からのＳ偏光成分のみに揃えられた光束は、全反射プリズム４４、偏光ビームスプリッタ４６で反射されて分光集光素子４７に入射する。ここで、その波長に応じて赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂに分光されて、各々対応する反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに入射する。ここで、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは情報表示システムにより液晶プロジェクタに入力された画像信号に応じてオン・オフし、オフ時にはＳ偏光成分をＳ偏光成分のまま反射し、オン時にはＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換して反射する。そして、これらのＳ偏光成分又はＰ偏光成分からなる各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからの反射光は、ダイクロイックプリズム５０において各々集合合成されて偏光ビームスプリッタ４６に再帰する。この際、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいてオンしている液晶素子対応部分から反射されたＰ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ４６を透過するため、この透過光が投射レンズ系５５によりスクリーン５３上に拡大投影される。これにより、液晶プロジェクタに入力された画像信号に応じた画像がスクリーン５３にカラー画像として映し出される。
【００８５】
ここに、本実施の形態では、前述したような照明装置Ａ３を用いているので、液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを照射するための仮想光源をなす２次光源像の広がりを小さくすることができ、投射レンズ６４の口径を小さくするために有効な構成となる。
【００８６】
なお、本実施の形態では、図４に例示した照明装置Ａ３を用いた例で示したが、これに限らず、前述した何れの形態の照明装置であってもよい。
【００８７】
さらには、図２２に示すように、透過型液晶パネル１Ｒ′，１Ｇ′，１Ｂ′を用いるタイプの液晶プロジェクタにも同様に適用し得る。図２２の場合、図１３に示した照明装置Ａ４′からの偏光方向の揃えられた光束は、青色用の分光ミラー６１で反射され、かつ、全反射ミラー６２により反射された青色Ｂ以下の波長光が透過型液晶パネル１Ｂ′に導かれ、青色用の分光ミラー６１を透過し緑色用の分光ミラー６３で反射された青色Ｂより大きく緑色Ｇ以下の波長光が透過型液晶パネル１Ｇ′に導かれ、緑色用の分光ミラー６３を透過しリレーレンズ６４、全反射ミラー６５、リレーレンズ６６、全反射ミラー６７により光路長を補正されつつ反射された赤色Ｒ以上の波長光が透過型液晶パネル１Ｒ′に導かれるように設定されている。また、本実施の形態では、各透過型液晶パネル１Ｒ′，１Ｇ′，１Ｂ′に対してコンデンサレンズ４８に代えてマイクロレンズアレイ６８が用いられ、分光集光素子４７に代えて光合成プリズム６９が用いられている。マイクロレンズアレイ６８は液晶パネルにおける各液晶素子毎に光の利用効率を高めるために液晶素子単位でマトリクス状に形成されたものである。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、被投射体を照射するための仮想光源となる２次光源像の広がりを小さくするためのいわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに代えて、シリンドリカルレンズのアレイ構造からなる第１，２のレンチキュラを用いて構成したので、必要なレンズ数がｍ×ｎからｍ＋ｎに減らせる上に、単なる一方向のシリンドリカルレンズのアレイ構造であるためその作製も容易となり、さらには、第１，２のレンチキュラの組合せで液晶パネル等の被投射体の縦横アスペクト比に対処し得るため、第２のレンズアレイによる場合よりも、アスペクト比に対する対応が容易となる。
【００８９】
請求項２記載の発明によれば、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な効果を得ることができ、特に、光源部分における反射鏡を回転楕円面鏡とし、その第１焦点付近に発光手段を配設し第２焦点よりも外側に凸レンズを配設させることで、発光手段からの光束を回転楕円面鏡により第２焦点に向けて効率よく絞った後で凸レンズにより平行光束化していわゆるインテグレータ光学系の第１のレンズアレイに入射させることができ、第２焦点に向けて絞る途中に配設させた凹レンズにより発散させて平行光束化させる場合よりも光学特性を向上させ得る上に、被投射体を照射するための仮想光源をなす２次光源像の広がりを極力小さくすることができ、発光手段から被投射体までの空間的距離の短い状態で、投射レンズの口径を小さくするために有効な構成となる。
【００９０】
請求項３記載の発明によれば、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な効果を得ることができる。
【００９１】
請求項４記載の発明によれば、請求項1記載の発明にランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイを組合わせることで、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム等がアレイ状に形成されているのに対応して第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズで一方向にのみ絞っているので、その集光部分でのパワーを減らして偏光分離プリズム側の負荷（ストレス）を軽減させることができ、かつ、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム列と全反射プリズム列と第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズとの対応付けが容易となる。
【００９２】
請求項５記載の発明によれば、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項1及び４記載の発明の効果を併せ持つ。
【００９３】
請求項６記載の発明によれば、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１及び４記載の発明の場合と同様な効果を得ることができる。
【００９４】
請求項７記載の発明によれば、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採ることができる。
【００９５】
請求項８記載の発明によれば、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採ることができる。
【００９６】
請求項９記載の発明によれば、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第１のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させることができる。
【００９７】
請求項１０記載の発明によれば、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第１のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させ得る上に、対称構造でよいため、偏光整列プリズムアレイの作製も容易となる。
【００９８】
請求項１１記載の発明によれば、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００９９】
請求項１２記載の発明によれば、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【０１００】
請求項１３記載の発明によれば、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【０１０１】
請求項１４記載の発明によれば、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を揃えることで、偏光特性をシャープにし、偏光整列の純度を高めることができる。
【０１０２】
請求項１５記載の発明によれば、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を、緑色波長を中心に±所定の波長分だけシフトさせることで、効率の低下する両側の偏光変換能力を高めることができ、結果として偏光特性を帯域を持たせて平均化させることができる。
【０１０３】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１ないし１５の何れか一に記載の照明装置を利用して液晶パネルを照明するので、全体的に簡単な構成の照明装置による照明の下に液晶パネルを照明して、口径の小さめな投射レンズ系によりスクリーン上に投射させることができ、液晶プロジェクタ全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図２】レンズ板及び第１，２のレンチキュラの対応関係を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図５】偏光整列プリズムアレイの構成例を示す斜視図である。
【図６】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係を示す斜視図である。
【図７】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係を示す構成図である。
【図８】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係の変形例を示す構成図である。
【図９】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係の別の変形例を示す構成図である。
【図１０】その偏光整列プリズムアレイの構成例を示す斜視図である。
【図１１】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係のさらに別の変形例を示す構成図である。
【図１２】本発明の第四の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図１３】その変形例を示す光学系構成図である。
【図１４】別の変形例を示す光学系構成図である。
【図１５】本発明の第五の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図１６】その変形例を示す光学系構成図である。
【図１７】本発明の第六の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図１８】その扁平放物面鏡の開口とフライ板との対応関係を示す説明図である。
【図１９】その変形例を示す光学系構成図である。
【図２０】本発明の第七の実施の形態の光源装置を示す光学系構成図である。
【図２１】本発明の第八の実施の形態の液晶プロジェクタを示す光学系構成図である。
【図２２】その変形例を示す光学系構成図である。
【符号の説明】
１ 液晶パネル、被投射体
３ 発光手段
４ 集光用反射鏡
６ 凸レンズ、第２の凸レンズ
７ レンズ要素
８ レンズ板
９，１０ シリンドリカルレンズ
１１ 第１のレンチキュラ
１２ 第２のレンチキュラ
１４ 偏光整列プリズムアレイ、第２の偏光整列手段
１５ 偏光分離プリズム
１６ 全反射プリズム
１７ λ／２位相差板
２１ 回転楕円面鏡
２２〜２４ 第１の凸レンズ
２５ 第１の偏光整列手段
２６ 偏光分離プリズム
２７ 全反射プリズム
２８ λ／２位相差板
３１ 反射鏡
３４ 反射鏡
３５ 平行化手段
５５ 投射レンズ系
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルなどの矩形状の被投射体を照明するのに適した照明装置及びこの照明装置を用いた液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルのような矩形状の被投射体を均一に照明するための照明光学系としては、従来より、２組のレンズアレイを組合せたインテグレータ光学系が例えば特開平３−１１１８０６号公報により知られている。
【０００３】
同公報等に示されるインテグレータ光学系は、光源からの光束を、第１のレンズアレイを構成している複数の矩形状の集光レンズにより分割して２次光源像を形成し、これらの２次光源像を第１のレンズアレイの複数の矩形状の集光レンズに対応させた複数の集光レンズを備えた第２のレンズアレイを介して同一の被投射体上に重畳結像させるようにしたものである。このようなインテグレータ光学系によれば、光源光の利用効率が向上するとともに、被投射体面上の光の強度分布をほぼ一様にすることができるとされている。特に、第１，２のレンズアレイにおける各集光レンズの形状を矩形状の被投射体のアスペクト比率に対応させて、例えば、４：３なる比率の矩形状に形成することにより光の利用効率及び強度分布の均一化を図ることができる。
【０００４】
一方、偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いた一般的な液晶プロジェクタでは、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分のみの１種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源の場合には、光源光の約半分は利用されないことになってしまい、光源光の利用効率の悪いものとなる。この光源光の利用効率を高めるための偏光変換構造も各種提案されている。
【０００５】
その原理は、ランダムな偏光光を直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）に分離した後、一方の偏光成分を１／２位相板等により９０度回転させて、他方の偏光成分と同じ方向の成分とし、かつ、両者の光軸を合わせるものである。従って、例えば、偏光ビームスプリッタと直角プリズムとを併設させ、偏光ビームスプリッタ又は直角プリズムの出射面側に１／２位相板を配置させるような偏光変換光学系構造で偏光方向を揃え得る。この場合に変換効率を高めるために、光源側からの光をレンズ板により偏光ビームスプリッタの作用面（４５度の誘電体多層膜）に収束させるようにしたものが、例えば、特開平７−２９４９０６号公報により提案されている。
【０００６】
一方、偏光ビームスプリッタと直角プリズムとを単純に併設させるだけの構成では、光学系全体の横幅又は縦幅が約２倍になってしまい、Ｆナンバーの小さな極めて大口径の投射レンズを使用しなければならなくなってしまう点に関しては、前述の特開平３−１１１８０６号公報に示されるインテグレータ光学系を組合せる構成例が例えば特開平８−３０４７３９号公報により提案されている。これは、概略的には、複数の微小な矩形状の集光レンズからなる第１のレンズアレイにより複数の微小な光束（２次光源像）を形成し、これらの光束を偏光方向が異なるＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離した後、一方の偏光成分を回転させて偏光面を揃えて出射させるようにしたものである。つまり、インテグレータ光学系の特徴である微小な２次光源像の生成というプロセスを利用して偏光光の分離を行わせることで、偏光光の分離に伴う光路の空間的な広がりを抑制するようにしたものである。
【０００７】
さらには、特開平１０−１６１０６５号公報によれば、光源側からの平行光を一旦凸レンズにより集光してから再度平行化させることでビーム径を約半分に小さくして偏光変換構造に導くことにより、この偏光変換構造やインテグレータ光学系を実質的に小型化し得る提案がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような各種従来例による場合、例えば、インテグレータ光学系に関する構成が複雑で作製しにくいとか、偏光整列に関する効率が不十分である等の問題がある。
【０００９】
例えば、インテグレータ光学系を考えた場合、第１，２のレンズアレイを共に２次元アレイ状としてｍ×ｎ個分の多くのレンズ要素を有する特殊な形状に形成しなくてはならず、作製しにくい上に、例えば、液晶パネルにおける４：３等のアスペクト比に対応させるのが必ずしも容易でない。
【００１０】
また、特開平８−３０４７３９号公報に示されるように、偏光成分を揃えるために偏光整列手段を第２のレンズアレイの後段に配設させる場合、偏光整列手段の偏光ビームスプリッタ等がアレイ状に形成されているにもかかわらず第２のレンズアレイにより２次元的に絞っている（偏光ビームスプリッタの幅方向に絞っているだけでなく、長手方向に複数に区分けして絞っている）ので、その集光部分でのパワーが大きく偏光ビームスプリッタ側の負荷（ストレス）の大きなものとなってしまう上に、偏光整列手段側の偏光ビームスプリッタ列と全反射ミラー列と第２のレンズアレイの１つのアレイとの対応付けがしにくいものでもある。
【００１１】
そこで、本発明は、インテグレータ光学系に要求される機能を損なうことなく、その構成を簡素化して作製が容易である照明装置及び液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、偏光成分を揃えるための偏光整列手段とのマッチング性に優れ、その偏光分離プリズムに対する負荷を軽減させ得る照明装置及び液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、少なくとも一つの集光用反射鏡と、この集光用反射鏡より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、を備える。
【００１４】
従って、被投射体を照射するための仮想光源となる２次光源像の広がりを小さくするためのいわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに代えて、シリンドリカルレンズのアレイ構造からなる第１，２のレンチキュラを用いて構成することで、必要なレンズ数がｍ×ｎからｍ＋ｎに減らせる上に、単なる一方向のシリンドリカルレンズのアレイ構造であるためその作製も容易となる。また、第１，２のレンチキュラの組合せで液晶パネル等の被投射体の縦横アスペクト比に対処し得るため、第２のレンズアレイによる場合よりも、アスペクト比に対する対応が容易となる。
【００１５】
請求項２記載の発明の照明装置は、発光手段と、第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００１６】
従って、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な作用効果が得られる。特に、光源部分における反射鏡を回転楕円面鏡とし、その第１焦点付近に発光手段を配設し第２焦点よりも外側に凸レンズを配設させることで、発光手段からの光束を回転楕円面鏡により第２焦点に向けて効率よく絞った後で凸レンズにより平行光束化していわゆるインテグレータ光学系の第１のレンズアレイに入射させることができ、第２焦点に向けて絞る途中に配設させた凹レンズにより発散させて平行光束化させる場合よりも光学特性を向上させ得る上に、被投射体を照射するための仮想光源をなす２次光源像の広がりを極力小さくすることができ、発光手段から被投射体までの空間的距離の短い状態で、投射レンズの口径を小さくするために有効な構成となる。
【００１７】
請求項３記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００１８】
従って、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な作用効果が得られる。
【００１９】
請求項４記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、少なくとも一つの集光用反射鏡と、この集光用反射鏡より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されて前記第１のレンチキュラのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、を備える。
【００２０】
従って、請求項1記載の発明にランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイを組合わせることで、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム等がアレイ状に形成されているのに対応して第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズで一方向にのみ絞っているので、その集光部分でのパワーを減らして偏光分離プリズム側の負荷（ストレス）を軽減させることができ、かつ、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム列と全反射プリズム列と第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズとの対応付けが容易となる。
【００２１】
請求項５記載の発明の照明装置は、発光手段と、第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００２２】
従って、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項1及び４記載の発明の作用効果を併せ持つ。
【００２３】
請求項６記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００２４】
従って、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１及び４記載の発明の場合と同様な作用効果が得られる。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記第1のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなる。
【００２６】
従って、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採れる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記第２のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなる。
【００２８】
従って、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採れる。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項４ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記第1のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなり、前記偏光整列プリズムアレイは、前記第1のレンチキュラのシリンドリカルレンズの開口幅に対応させてプリズム対の大きさを変えてなる。
【００３０】
従って、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第1のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させることができる。
【００３１】
請求項１０記載の発明は、請求項４ないし６の何れか一に記載の照明装置において、前記偏光整列プリズムアレイは、中央で前記偏光変換プリズムを対称に配置し、その外側に前記全反射プリズムを対応させ、その外側も含めて全体として対称形としてなる。
【００３２】
従って、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第1のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させ得る上に、対称構造でよいため、偏光整列プリズムアレイの作製も容易となる。
【００３３】
請求項１１記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、少なくとも一つの集光用反射鏡と、偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、前記集光用反射鏡より被投射体側に配設されてランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、この第２の偏光整列プリズム手段の後段に配設されて前記第１のレンチキュラのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、を備える。
【００３４】
従って、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００３５】
請求項１２記載の発明の照明装置は、発光手段と、第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、前記回転楕円面鏡より被投射体側に配設されてランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、この第２の偏光整列手段の後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、を備える。
【００３６】
従って、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００３７】
請求項１３記載の発明の照明装置は、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、ランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、この第２の偏光整列手段の後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える。
【００３８】
従って、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００３９】
請求項１４記載の発明は、請求項１１ないし１３の何れか一に記載の照明装置において、前記第1の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長と、前記第２の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長とを一致させてなる。
【００４０】
従って、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を揃えることで、偏光特性をシャープにし、偏光整列の純度を高めることができる。
【００４１】
請求項１５記載の発明は、請求項１１ないし１３の何れか一に記載の照明装置において、前記第1の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長と、前記第２の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長とを、緑色波長を中心に±所定の波長分だけシフトさせてなる。
【００４２】
従って、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を、緑色波長を中心に±所定の波長分だけシフトさせることで、効率の低下する両側の偏光変換能力を高めることができ、結果として偏光特性を帯域を持たせて平均化させることができる。±所定の波長分としては、例えば、±５０ｎｍであり、約５００ないし６００ｎｍの波長域に対して偏光整列機能を持たせることができる。
【００４３】
請求項１６記載の発明の液晶プロジェクタは、情報表示システムにより投射すべき像が形成される少なくとも一つの液晶パネルと、この液晶パネルを被投射体として照明する請求項１ないし１５の何れか一に記載の照明装置と、前記液晶パネルの像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、を備える。
【００４４】
従って、請求項１ないし１５の何れか一に記載の照明装置を利用して液晶パネルを照明するので、全体的に簡単な構成の照明装置による照明の下に液晶パネルを照明して、口径の小さめな投射レンズ系によりスクリーン上に投射させることができ、液晶プロジェクタ全体の小型化を図ることができる。
【００４５】
ここに、液晶パネルとしては、反射型液晶パネルであっても透過型液晶パネルであってもよい。また、カラー表示の場合であれば、通常、３原色、ＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の３つの液晶パネルが、例えば、ダイクロイックプリズム又はミラーのような分光素子等とともに用いられる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１記載の発明に相当するもので、図１にその照明装置Ａ１の概要を示す。
【００４７】
この照明装置Ａ１は、縦横のアスペクト比率が４：３なる矩形状の液晶パネル１を被投射体とするもので、その前面には各液晶素子に対して光を集光させるためのコンデンサレンズ２が付設されている。このような液晶パネル１に対して、本実施の形態の照明装置Ａ１は、発光手段としての発光源３と、この発光源３が内蔵配設される集光用反射鏡としての放物面鏡４と、インテグレータ光学系５と、凸レンズ６とにより構成されている。
【００４８】
インテグレータ光学系５は、本実施の形態では、液晶パネル１の形状（図１（ｄ）に示すようなアスペクト比率が４：３なる矩形状）と略相似形をなす４：３の比率の矩形状に形成された複数のレンズ要素７が２次元状に配列されたレンズ板８と、各々複数のシリンドリカルレンズ９，１０を互いに直交する一方向に配列させてなる第１のレンチキュラ１１と第２のレンチキュラ１２とによるレンチキュラ対とにより形成されている。即ち、放物面鏡４の開口部に配設されたレンズ板８がいわゆるインテグレータ光学系の第１のレンズアレイに相当し、このレンズ板８は発光源３から出射され放物面鏡４で反射される光から各レンズ要素７毎に２次光源像１３を分割形成することになる。よって、２次光源像１３が形成される面が仮想光源面となる。第１のレンチキュラ１１はこの仮想光源面付近に配設されるもので、レンズ板８のレンズ要素７の各列群を通過して集光する位置に各々のシリンドリカルレンズ９が位置するように設定されている。この第１のレンチキュラ１１の直後に配設される第２のレンチキュラ１２は、そのシリンドリカルレンズ１０がレンズ板８のレンズ要素７の各行群に対応する。即ち、シリンドリカルレンズ９，１０同士は直交する方向に配設されており、レンチキュラ対として見た場合に２次元状に配列されたレンズ要素を有することとなり、いわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに相当する。凸レンズ６は、レンズ板８中の各々のレンズ要素７が作り出す光束の光軸が第１及び第２のレンチキュラ１１，１２を通過した後、液晶パネル１の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設されている。
【００４９】
このような構成において、図１（ａ）はレンズ板８まで主光軸に対して平行であり、全てが平行光で到達した光線の外線を抽出して模式的に表現し、図１（ｂ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ９による作用を受ける部分）を模式的に表現し、図１（ｃ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ１０による作用を受ける部分）であって、他の部分と直角面の状態を９０°回転させて模式的に表現したものである。
【００５０】
よって、発光源３から出射され放物面鏡４で反射された平行光はレンズ板８に入射し、その各レンズ要素７により２次光源像１３が分割形成される（図１（ａ）参照）。ここに、各レンズ要素７により形成される２次光源像１３の光軸を凸レンズ６により液晶パネル１の中心に向けることにより、４：３の比率で矩形状をなす個々のレンズ要素７を通った光束を各々液晶パネル１上で重畳させる形で照明する。この際、現実には、発光源３は点光源ではなく、或る程度の体積を持っているため、個々の２次光源像１３も点光源ではなく体積を持つものとなるが、この位置に個々にシリンドリカルレンズ９，１０を有する第１，２のレンチキュラ１１，１２を配設させることで収束性を高めて液晶パネル１に向けて投影させることにより、良好なる照明状態が得られる。
【００５１】
ここに、本実施の形態によれば、液晶パネル１を照射するための仮想光源となる２次光源像１３の広がりを小さくするためのいわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに代えて、シリンドリカルレンズ９，１０のアレイ構造からなる第１，２のレンチキュラ１１，１２を用いて構成しているので、図２からも明らかなように、必要なレンズ数がｍ×ｎ＝４×４＝１６からｍ＋ｎ＝４＋４＝８に減らせる上に、第１，２のレンチキュラ１１，１２は単なる一方向のシリンドリカルレンズ９，１０のアレイ構造であるためその作製も容易となる。また、第１，２のレンチキュラ１１，１２の組合せで液晶パネル１の縦横アスペクト比に対処することができるため、第２のレンズアレイによる場合よりも、アスペクト比に対する対応が容易となる。
【００５２】
本発明の第二の実施の形態を図３に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実施の形態でも順次同様とする）。本実施の形態の照明装置Ａ２は、凸レンズ６をレンズ板８の直後に配設させたものである。
【００５３】
このような構成において、図２（ａ）はレンズ板８まで主光軸に対して平行であり、全てが平行光で到達した光線の外線を抽出して模式的に表現し、図２（ｂ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ９による作用を受ける部分）を模式的に表現し、図２（ｃ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ１０による作用を受ける部分）であって、他の部分と直角面の状態を９０°回転させて模式的に表現したものである。
【００５４】
本実施の形態の照明装置Ａ２の場合も、機能的には照明装置Ａ１の場合と同様であるが、レンズ板８の直後に凸レンズ６を配設させて光束を絞っているので、その分、後段に配設される第１，２のレンチキュラ１１，１２を小型化させることができ、全体の小型化に有利となる。
【００５５】
本発明の第三の実施の形態を図４ないし図７に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項４記載の発明に相当するもので、図４にその照明装置Ａ３の概要を示す。本実施の形態では、第１，２のレンチキュラ１１，１２間にランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイ１４が介在されている。
【００５６】
図４（ａ）はレンズ板８まで主光軸に対して平行であり、全てが平行光で到達した光線の外線を抽出して模式的に表現し、図４（ｂ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ９による作用を受ける部分）を模式的に表現し、図４（ｃ）は点状光源と見倣せず体積を持つ場合にその発光源３の外縁から発する光がレンズ板８の各レンズ要素７の中心を通過する光線（シリンドリカルレンズ１０による作用を受ける部分）であって、他の部分と直角面の状態を９０°回転させて模式的に表現したものである。
【００５７】
ここに、偏光整列プリズムアレイ１４は、例えば、図５（ａ）に示すように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを分離するための偏光分離プリズム１５と全反射プリズム１６とを交互に配置し、かつ、偏光分離プリズム１５で分離された一方の偏光成分の光束の出力面にλ／２位相差板１７を配置させてなる。もっとも、λ／２位相差板１７の配置は、全反射プリズム１６の出力面側であってもよく、或いは、図５（ｂ）に示すように、偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６間であってもよい。また、第１のレンチキュラ１１との関係では、その個々のシリンドリカルレンズ９に個々の偏光分離プリズム１５を対応させて個々のシリンドリカルレンズ９を通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズム１５を通過するように配置されている（図８（ａ）参照）。
【００５８】
例えば、発光源３から発せられる偏光方向がランダムな各光束（Ｐ＋Ｓ）につき、偏光整列プリズムアレイ１４において、Ｐ偏光成分は偏光分離プリズム１５を透過させてλ／２位相差板１７で９０度回転させてＳ偏光成分に変換し、Ｓ偏光成分は偏光分離プリズム１５、全反射プリズム１６でそのまま反射させて出射させることで全ての光をＳ偏光成分に揃えるものである。即ち、発光源３から発せられる偏光方向がランダムな光束に関して偏光整列プリズムアレイ１４によりＳ偏光成分のみに揃えて出射させるものであるが、この偏光変換処理において偏光整列プリズムアレイ１４に入射させる光は平行光束の方がその変換効率のよいものとなる。
【００５９】
ここに、本実施の形態によれば、偏光整列プリズムアレイ１４の偏光分離プリズム１５の前段にこの偏光分離プリズム１５と同じくアレイ状構造のシリンドリカルレンズ９を配列させてなる第１のレンチキュラ１１を配設させ、第１のレンチキュラ１１の各シリンドリカルレンズ９で一方向（偏光分離プリズム１５の幅方向）にのみ絞っているので、その集光部分でのパワーを減らして偏光分離プリズム１５のビームスプリッタ面の負荷（ストレス）を軽減させることができる。また、形状的に考えても、偏光整列プリズムアレイ１４の偏光分離プリズム１５列と全反射プリズム１６列と第１のレンチキュラ１１の各シリンドリカルレンズ９との対応付けも容易となる。
【００６０】
ところで、前述したように、発光源３は現実には点状光源ではなく、ある程度の体積を持つため、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすい。このように光源を点光源と見倣せない場合には、図７に示すように、中央部分のシリンドリカルレンズ９，１０の開口幅を広めとすることで（請求項７，８記載の発明に相当する）、全体的なバランスを採ることができる。この場合、偏光整列プリズムアレイ１４は、第1，２のレンチキュラ１１，１２のシリンドリカルレンズ９，１０の開口幅に対応させてプリズム対（偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６）の大きさも変更されている（請求項９記載の発明に相当する）。従って、本実施の形態のように、偏光整列プリズムアレイ１４を備えた構成において、第１，２のレンチキュラ１１，１２の中央付近のシリンドリカルレンズ９の開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させることができる。
【００６１】
或いは、図８に示すように、中央部一つのシリンドリカルレンズ９，１０のみ開口を広めとして、偏光整列プリズムアレイ１４を中央部で対称に配列させた構造としてもよい。より具体的には、偏光整列プリズムアレ１４は、中央で偏光変換プリズム１５を対称に配置し、その外側に全反射プリズム１６を対応させ、その外側も含めて全体として対称形としてなる。これによれば、偏光整列プリズムアレイ１４を備えた構成において、第1，２のレンチキュラ１１，１２の中央付近のシリンドリカルレンズ９，１０の開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させ得る上に、対称構造でよいため、偏光整列プリズムアレイ１４の作製も容易となる。
【００６２】
また、変形例として、例えば、レンズ板８のレンズ要素７が３×４個なる構造で、第２のレンチキュラ１２のシリンドリカルレンズ１０を全て同一とする場合には、図９及び図１０に示すように、一つのシリンドリカルレンズ９に中央対称の２対の偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６が対応するように構成してもよい。この場合のλ／２位相差板１７の配置も、全反射プリズム１６の出力面側であってもよく、或いは、偏光分離プリズム１５・全反射プリズム１６間であってもよい。
【００６３】
また、レンズ板８のレンズ要素７が３×４個なる構造の場合において、図１１に示すように、第２のレンチキュラ１２の中央部のシリンドリカルレンズ１０の開口幅を広くするようにしてもよい。
【００６４】
本発明の第四の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項２及び５記載の発明に相当するするもので、図１２にその照明装置Ａ４の概要を示す。
【００６５】
この照明装置Ａ４は、発光源３が内蔵される反射鏡として回転楕円面鏡２１を用いたものである。この回転楕円面鏡２１は、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを有し、これらの第１，２焦点Ｆ１，Ｆ２の中間で開口形成されたもので、第１焦点Ｆ１付近に配設させた発光源３からの光を第２焦点Ｆ２に向けて集光させる集光作用を示す。ここに、この第２焦点Ｆ２よりも外側、即ち、液晶パネル１側の位置に凸レンズ２２が配設されている。この凸レンズ２２は第２焦点Ｆ２に向けて集光され再び発散する光束を平行光束化させる機能を持つ。この凸レンズ６の後段に前述した構成のインテグレータ光学系５が配設されている。ここでは、偏光整列プリズムアレイ１４も含まれている。
【００６６】
このような構成により、第１焦点Ｆ１に配設された発光源３から出射され回転楕円面鏡２１で効率よく反射された光は第２焦点Ｆ２に集光され、再び発散する過程で凸レンズ２２により平行光束化されてレンズ板８に入射し、その各レンズ要素７により２次光源像１３が分割形成される。ここに、各レンズ要素７により形成される２次光源像１３の光軸を液晶パネル１の中心に向けることにより、４：３の比率で矩形状をなす個々のレンズ要素７を通った光束を各々液晶パネル１上で重畳させる形で照明する。この場合、光源装置における反射鏡を回転楕円面鏡２１とし、その第１焦点Ｆ１付近に発光源３を配設し第２焦点Ｆ２よりも外側に凸レンズ２２を配設させることで、発光源３からの光束を回転楕円面鏡２１により第２焦点Ｆ２に向けて効率よく絞った後で凸レンズ２２により平行光束化してインテグレータ光学系５のレンズ板８に入射させることができ、第２焦点に向けて絞る途中に配設させた凹レンズにより発散させて平行光束化させる場合よりも光学特性を向上させ得る上に、液晶パネル１を照射するための仮想光源をなす２次光源像１３の広がりを極力小さくすることができ、発光源３から液晶パネル１までの空間的距離の短い状態で、投射レンズの口径を小さくするために有効な構成となる。この他の点は、前述した実施の形態の場合と同様である。
【００６７】
なお、本実施の形態に対する変形例として、図１３に示すように、２個の凸レンズ２３，２４を設け、凸レンズ２３をレンズ板８の前段に配設し、凸レンズ２４を第１のレンチキュラ１１の前段に配設させることで、凸レンズ２３で少し平行光束化させてレンズ板８に入射させた後、レンズ板８からの出射光の主光軸を凸レンズ２４により平行光束化させて第１のレンチキュラ１１及び偏光整列プリズムアレイ１４に入射させるようにしてもよい。これによれば、凸レンズ２３，２４に関する設計が容易となる。なお、図１３中、２５は回転楕円面鏡２１を９０°向きを異ならせて配置させた場合に用いられる反射鏡を示す。
【００６８】
また、第２のレンチキュラ１２から液晶パネル１までの距離が長い場合には、図１４に示すように、この第２のレンチキュラ１２よりも後段（出力側）の凸レンズ６を省略した構成としてもよい。
【００６９】
本発明の第五の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ５は、請求項１２記載の発明に相当し、凸レンズ２３とレンズ板８との間に第１の偏光整列手段２５を設け、偏光整列プリズムアレイ１４を第２の偏光整列手段としたものである。
【００７０】
第１の偏光整列手段２５は、発光源３から出射される偏光方向がランダムな略平行光束を、Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分の何れか一方のみの偏光成分に揃えて出射させるもので、基本的には、偏光分離プリズム２６と全反射プリズム２７とλ／２位相差板２８との組を単位として構成されている。例えば、偏光分離プリズム２６に入射するＰ＋Ｓ偏光のうち、Ｓ偏光成分は偏光分離プリズム２６の偏光分離面を透過させてそのまま出射させる。一方、Ｐ偏光成分は偏光分離プリズム２６の偏光分離面で反射させ、さらに、全反射プリズム２７でＳ偏光成分と同一方向に全反射させ、かつ、λ／２位相差板２８でその偏光面を９０度回転させることでＳ偏光に変換し、全て、Ｓ偏光成分の光束としてレンズ板８側に出射させる。ここに、本実施の形態では、第１の偏光整列手段２５として、その要素を２組中心対称に配設させたものが用いられている。即ち、２個の偏光分離プリズム２６と全反射プリズム２７とλ／２位相差板２８とを２個の偏光分離プリズム２６が隣合せとなるように対称に組合せてなる。
【００７１】
従って、本実施の形態の照明装置Ａ５は、偏光整列手段として第１の偏光整列手段２５と偏光整列プリズムアレイ１４との２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列度の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００７２】
ここに、発光手段３ないしは照明装置の使用目的によるが、例えば、第1の偏光整列手段２５におけるλ／２位相差板２８の中心波長と、偏光整列プリズムアレイ１４におけるλ／２位相差板１７の中心波長とを一致させて揃えれば（請求項１４記載の発明に相当する）、整列させる偏光特性をシャープにし、偏光整列の純度を高めることができる。或いは、第1の偏光整列手段２５におけるλ／２位相差板２８の中心波長と、偏光整列プリズムアレイ１４におけるλ／２位相差板１７の中心波長とを、緑色波長を中心に±所定の波長分、例えば約±５０ｎｍだけシフトさせて設定することで、帯域を持たせるようにしてもよい（請求項１５記載の発明に相当する）。これによれば、効率の低下する両側の偏光変換能力を高めることができ、結果として偏光特性を帯域を持たせて平均化させることができる。
【００７３】
なお、凸レンズ６を第２のレンチキュラ１２の後段に代えて、図１６に示すように、レンズ板８の直後に配設させるようにしてもよい。
【００７４】
本発明の第六の実施の形態を図１７及び図１８に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ６は、光源部分に概略平行光を形成する手段として扁平放物面鏡３１を用いたものである。即ち、発光源３に対する反射鏡が断面真円をなす放物面鏡ではなく、その開口３１ａの形状が図１７（ｂ）に示すように、液晶パネル１の縦横のアスペクト比率４：３に応じてＸ，Ｙ方向に４：３の比率を持たせて扁平とさせた回転放物面３１ｂを有する形状に形成されている。図１７（ａ）では、実線と破線とより放物面の広がりの異なる状態を併せて示している。ここに、扁平放物面鏡３１としての焦点Ｆ位置は唯一、即ち、１点のみでＸ，Ｙ方向を問わず共通されるように設定され、この焦点Ｆ位置に発光源３が配設されている。
【００７５】
図１８はこのような扁平放物面鏡３１の開口３１ａの大きさと、レンズ板８の大きさとの関係を模式的に示している。開口３１ａのＸ，Ｙ方向の比率が４：３であり、各レンズ要素７の比率が４：３であり、かつ、レンズ板８自身の比率も４：３とされており、ここでは、レンズ要素７が４行４列分配列された構成とされている。ここに、レンズ要素７の全てに光源側からの光を入射させる場合にはレンズ板８に外接する大きさ（一番大きなもの）、４隅のレンズ要素７を除外する場合には内接する大きさ（一番小さなもの）、或いは、これらの中間の大きさのものとなるように、開口３１ａの大きさが決定される。
【００７６】
なお、３２は扁平放物面鏡３１により略平行光として出射される光束をその第２の焦点に相当する位置に集光させるための凸レンズである。また、集光系レンズ群３３は、例えば、前述した第１，２のレンチキュラ１１，１２、偏光整列プリズムアレイ１４等からなる光学素子を模式的に示しており、前述した図１２ないし図１６等の何れの組合わせ構造でもよいことを示している。
【００７７】
よって、本実施の形態によれば、反射鏡自体が開口形状が真円をなす放物面鏡ではなく、発光源３が配設される焦点を共通にして目的とする液晶パネル１のアスペクト比率に応じた比率で扁平とさせた回転放物面３１ｂを有する扁平放物面鏡３１とされているので、扁平放物面鏡３１により反射されて出射される光が液晶パネル１、即ち、画角に近い形状をなすため、光源側から発せられる全光束を極力効率よく利用できるものとなる。これにより、光源側から発せられてレンズ板８に入射しない光成分を極力減らすことができる。
【００７８】
なお、用いる発光源３等は１個に限らず複数個としてもよい。例えば、図１９に示すように、発光源３と扁平放物面鏡３１との対を複数個設けた構成であってもよく、要は、凸レンズ３２に入射する光束が平行光であればよい。もちろん、扁平放物面鏡３１に限らず、放物面鏡４等であってもよい。
【００７９】
本発明の第七の実施の形態を図２０に基づいて説明する。本実施の形態は、光源部分に球面鏡３４と非球面凸レンズ３５との組合わせを用いて、平行光束を出射させるようにしたものである。非球面凸レンズ３５の後段側の構成に関しては、前述した各実施の形態を適宜適用し得る。
【００８０】
本発明の第八の実施の形態を図２１に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１６記載の発明に相当し、図２１にその液晶プロジェクタの構成例を示す。この液晶プロジェクタは、例えば図４に示したような照明装置Ａ３を用いた例であり（ただし、放物面鏡４とレンズ板８との間の光路上に凸レンズ４１、光路偏向用の全反射ミラー４２、コリメートレンズ４３が介在されている）、全反射プリズム４４、連絡プリズム４５、偏光ビームスプリッタ４６、分光集光素子４７、３枚の反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ毎のコンデンサレンズ４８を備えている。なお、４９は冷却用ファンである。
【００８１】
偏光ビームスプリッタ４６は、照明装置Ａ３から照射されるＳ偏光成分の光を分光集光素子４７側に向けて９０度反射させるものである。分光集光素子４７は、本実施の形態では、ダイクロイックプリズム５０が用いられている。このダイクロイックプリズム５０は、赤色Ｒ以上の長波長の光のみを反射させる特性を持つレッド層５１ｒと青色Ｂ以下の短波長の光のみを反射させる特性を持つブルー層５１ｂとを備えた一対のプリズム５１が上下対称位置に配置され、一対の通常のプリズム５２が左右対称位置に配置された状態で、これらの４つのプリズム５１，５２が接合されて構成された立方体状の光学素子である。従って、１つの分光集光素子４７として見た場合、ダイクロイックプリズム５０には、偏光ビームスプリッタ４６の反射面と平行なレッド層５１ｒとこのレッド層５１ｒに直交するブルー層５１ｂとが形成されている。レッド層５１ｒやブルー層５１ｂは非金属の多層膜として形成されている。
【００８２】
３枚の反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、ダイクロイックプリズム５０のレッド層５１ｒ及びブルー層５１ｂに対応させて配置されている。即ち、レッド層５１ｒで反射される赤色Ｒ以上の長波長の反射方向には反射型液晶パネル１Ｒが配置され、ブルー層５１ｂで反射される青色Ｂ以下の短波長の反射方向には反射型液晶パネル１Ｂが配置され、レッド層５１ｒ及びブルー層５１ｂの透過方向には反射型液晶パネル１Ｇが配置されている。これらの反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは特に図示しないが情報表示システムにより投射すべき各色毎の画像が各液晶素子のオン・オフ制御により形成されるものである。
【００８３】
さらに、偏光ビームスプリッタ４６とスクリーン５３との間の光軸上には投射レンズ６４を備えた投射レンズ系５５が設けられている。ここに、仮想光源面（偏光変換要素１３の位置）から各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂまでの光路長と、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから投射レンズ６４までの光路長は全て等しく設定されている。
【００８４】
このような構成において、照明装置Ａ３からのＳ偏光成分のみに揃えられた光束は、全反射プリズム４４、偏光ビームスプリッタ４６で反射されて分光集光素子４７に入射する。ここで、その波長に応じて赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂに分光されて、各々対応する反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに入射する。ここで、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは情報表示システムにより液晶プロジェクタに入力された画像信号に応じてオン・オフし、オフ時にはＳ偏光成分をＳ偏光成分のまま反射し、オン時にはＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換して反射する。そして、これらのＳ偏光成分又はＰ偏光成分からなる各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからの反射光は、ダイクロイックプリズム５０において各々集合合成されて偏光ビームスプリッタ４６に再帰する。この際、各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいてオンしている液晶素子対応部分から反射されたＰ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ４６を透過するため、この透過光が投射レンズ系５５によりスクリーン５３上に拡大投影される。これにより、液晶プロジェクタに入力された画像信号に応じた画像がスクリーン５３にカラー画像として映し出される。
【００８５】
ここに、本実施の形態では、前述したような照明装置Ａ３を用いているので、液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを照射するための仮想光源をなす２次光源像の広がりを小さくすることができ、投射レンズ６４の口径を小さくするために有効な構成となる。
【００８６】
なお、本実施の形態では、図４に例示した照明装置Ａ３を用いた例で示したが、これに限らず、前述した何れの形態の照明装置であってもよい。
【００８７】
さらには、図２２に示すように、透過型液晶パネル１Ｒ′，１Ｇ′，１Ｂ′を用いるタイプの液晶プロジェクタにも同様に適用し得る。図２２の場合、図１３に示した照明装置Ａ４′からの偏光方向の揃えられた光束は、青色用の分光ミラー６１で反射され、かつ、全反射ミラー６２により反射された青色Ｂ以下の波長光が透過型液晶パネル１Ｂ′に導かれ、青色用の分光ミラー６１を透過し緑色用の分光ミラー６３で反射された青色Ｂより大きく緑色Ｇ以下の波長光が透過型液晶パネル１Ｇ′に導かれ、緑色用の分光ミラー６３を透過しリレーレンズ６４、全反射ミラー６５、リレーレンズ６６、全反射ミラー６７により光路長を補正されつつ反射された赤色Ｒ以上の波長光が透過型液晶パネル１Ｒ′に導かれるように設定されている。また、本実施の形態では、各透過型液晶パネル１Ｒ′，１Ｇ′，１Ｂ′に対してコンデンサレンズ４８に代えてマイクロレンズアレイ６８が用いられ、分光集光素子４７に代えて光合成プリズム６９が用いられている。マイクロレンズアレイ６８は液晶パネルにおける各液晶素子毎に光の利用効率を高めるために液晶素子単位でマトリクス状に形成されたものである。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、被投射体を照射するための仮想光源となる２次光源像の広がりを小さくするためのいわゆるインテグレータ光学系の第２のレンズアレイに代えて、シリンドリカルレンズのアレイ構造からなる第１，２のレンチキュラを用いて構成したので、必要なレンズ数がｍ×ｎからｍ＋ｎに減らせる上に、単なる一方向のシリンドリカルレンズのアレイ構造であるためその作製も容易となり、さらには、第１，２のレンチキュラの組合せで液晶パネル等の被投射体の縦横アスペクト比に対処し得るため、第２のレンズアレイによる場合よりも、アスペクト比に対する対応が容易となる。
【００８９】
請求項２記載の発明によれば、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な効果を得ることができ、特に、光源部分における反射鏡を回転楕円面鏡とし、その第１焦点付近に発光手段を配設し第２焦点よりも外側に凸レンズを配設させることで、発光手段からの光束を回転楕円面鏡により第２焦点に向けて効率よく絞った後で凸レンズにより平行光束化していわゆるインテグレータ光学系の第１のレンズアレイに入射させることができ、第２焦点に向けて絞る途中に配設させた凹レンズにより発散させて平行光束化させる場合よりも光学特性を向上させ得る上に、被投射体を照射するための仮想光源をなす２次光源像の広がりを極力小さくすることができ、発光手段から被投射体までの空間的距離の短い状態で、投射レンズの口径を小さくするために有効な構成となる。
【００９０】
請求項３記載の発明によれば、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１記載の発明の場合と同様な効果を得ることができる。
【００９１】
請求項４記載の発明によれば、請求項1記載の発明にランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイを組合わせることで、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム等がアレイ状に形成されているのに対応して第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズで一方向にのみ絞っているので、その集光部分でのパワーを減らして偏光分離プリズム側の負荷（ストレス）を軽減させることができ、かつ、偏光整列プリズムアレイの偏光分離プリズム列と全反射プリズム列と第１のレンチキュラの各シリンドリカルレンズとの対応付けが容易となる。
【００９２】
請求項５記載の発明によれば、光源部分に回転楕円面鏡を用いた構成においても、請求項1及び４記載の発明の効果を併せ持つ。
【００９３】
請求項６記載の発明によれば、光源部分に、少なくとも一つの発光手段と、概略平行光を形成する手段と、概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズとを用いた構成、例えば、放物面鏡や球面鏡を用いた構成においても、請求項１及び４記載の発明の場合と同様な効果を得ることができる。
【００９４】
請求項７記載の発明によれば、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採ることができる。
【００９５】
請求項８記載の発明によれば、発光手段による光源を点光源と見倣せない場合には、中央付近のエネルギーが大きくてぼけるため、中央ほど光束が広がりやすいが、この部分のシリンドリカルレンズの開口幅を広めとすることで、全体的なバランスを採ることができる。
【００９６】
請求項９記載の発明によれば、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第１のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させることができる。
【００９７】
請求項１０記載の発明によれば、偏光整列プリズムアレイを備えた構成において、第１のレンチキュラの中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くした場合の偏光整列機能を十分に発揮させ得る上に、対称構造でよいため、偏光整列プリズムアレイの作製も容易となる。
【００９８】
請求項１１記載の発明によれば、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【００９９】
請求項１２記載の発明によれば、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【０１００】
請求項１３記載の発明によれば、偏光整列手段を２つ備えて２段階に渡って偏光整列処理を行わせるようにしているので、偏光整列の純度が上がり、結果として、光の利用効率を向上させることができる。
【０１０１】
請求項１４記載の発明によれば、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を揃えることで、偏光特性をシャープにし、偏光整列の純度を高めることができる。
【０１０２】
請求項１５記載の発明によれば、発光手段ないし使用目的によるが、第１，２の偏光整列手段におけるλ／２位相差板の中心波長を、緑色波長を中心に±所定の波長分だけシフトさせることで、効率の低下する両側の偏光変換能力を高めることができ、結果として偏光特性を帯域を持たせて平均化させることができる。
【０１０３】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１ないし１５の何れか一に記載の照明装置を利用して液晶パネルを照明するので、全体的に簡単な構成の照明装置による照明の下に液晶パネルを照明して、口径の小さめな投射レンズ系によりスクリーン上に投射させることができ、液晶プロジェクタ全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図２】レンズ板及び第１，２のレンチキュラの対応関係を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図５】偏光整列プリズムアレイの構成例を示す斜視図である。
【図６】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係を示す斜視図である。
【図７】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係を示す構成図である。
【図８】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係の変形例を示す構成図である。
【図９】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係の別の変形例を示す構成図である。
【図１０】その偏光整列プリズムアレイの構成例を示す斜視図である。
【図１１】レンズ板、第１，２のレンチキュラ及び偏光整列プリズムアレイの対応関係のさらに別の変形例を示す構成図である。
【図１２】本発明の第四の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図１３】その変形例を示す光学系構成図である。
【図１４】別の変形例を示す光学系構成図である。
【図１５】本発明の第五の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図１６】その変形例を示す光学系構成図である。
【図１７】本発明の第六の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図１８】その扁平放物面鏡の開口とフライ板との対応関係を示す説明図である。
【図１９】その変形例を示す光学系構成図である。
【図２０】本発明の第七の実施の形態の光源装置を示す光学系構成図である。
【図２１】本発明の第八の実施の形態の液晶プロジェクタを示す光学系構成図である。
【図２２】その変形例を示す光学系構成図である。
【符号の説明】
１ 液晶パネル、被投射体
３ 発光手段
４ 集光用反射鏡
６ 凸レンズ、第２の凸レンズ
７ レンズ要素
８ レンズ板
９，１０ シリンドリカルレンズ
１１ 第１のレンチキュラ
１２ 第２のレンチキュラ
１４ 偏光整列プリズムアレイ、第２の偏光整列手段
１５ 偏光分離プリズム
１６ 全反射プリズム
１７ λ／２位相差板
２１ 回転楕円面鏡
２２〜２４ 第１の凸レンズ
２５ 第１の偏光整列手段
２６ 偏光分離プリズム
２７ 全反射プリズム
２８ λ／２位相差板
３１ 反射鏡
３４ 反射鏡
３５ 平行化手段
５５ 投射レンズ系
Claims (16)
- 少なくとも一つの発光手段と、
少なくとも一つの集光用反射鏡と、
この集光用反射鏡より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、
を備える照明装置。 - 発光手段と、
第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、
この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、
この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える照明装置。 - 少なくとも一つの発光手段と、
概略平行光を形成する手段と、
前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、
その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、
この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
この第１のレンチキュラの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える照明装置。 - 少なくとも一つの発光手段と、
少なくとも一つの集光用反射鏡と、
この集光用反射鏡より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、
この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されて前記第１のレンチキュラのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、
を備える照明装置。 - 発光手段と、
第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、
この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、
この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、
この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える照明装置。 - 少なくとも一つの発光手段と、
概略平行光を形成する手段と、
前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、
その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、
この第１の凸レンズより被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイと、
この偏光整列プリズムアレイの後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える照明装置。 - 前記第1のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなる請求項１ないし６の何れか一に記載の照明装置。
- 前記第２のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなる請求項１ないし６の何れか一に記載の照明装置。
- 前記第1のレンチキュラは、その中央付近のシリンドリカルレンズの開口幅を広くしてなり、前記偏光整列プリズムアレイは、前記第1のレンチキュラのシリンドリカルレンズの開口幅に対応させてプリズム対の大きさを変えてなる請求項４ないし６の何れか一に記載の照明装置。
- 前記偏光整列プリズムアレイは、中央で前記偏光変換プリズムを対称に配置し、その外側に前記全反射プリズムを対応させ、その外側も含めて全体として対称形としてなる請求項４ないし６の何れか一に記載の照明装置。
- 少なくとも一つの発光手段と、
少なくとも一つの集光用反射鏡と、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、前記集光用反射鏡より被投射体側に配設されてランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、
この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、
この第２の偏光整列手段の後段に配設されて前記第１のレンチキュラのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの凸レンズと、
を備える照明装置。 - 発光手段と、
第１焦点付近に前記発光手段が配設された回転楕円面鏡と、
この回転楕円面鏡の第２焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、前記回転楕円面鏡より被投射体側に配設されてランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、
この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、
この第２の偏光整列手段の後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える照明装置。 - 少なくとも一つの発光手段と、
概略平行光を形成する手段と、
前記概略平行光を集光し焦点を形成する手段と、
その焦点よりも外側に配設された第１の凸レンズと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとλ／２位相差板との組合せからなり、ランダムな光束を一方の偏光成分に揃える第１の偏光整列手段と、
この第１の偏光整列手段より被投射体側に配設されて投射レンズ系と前記被投射体の主光軸に対して概略垂直に、前記被投射体の形状と略相似形で略同一の形状をなす複数光束に分割する２次元状に配列した複数のレンズ要素を有するレンズ板と、
複数のシリンドリカルレンズを配列させてなり前記レンズ板の各レンズ要素を通過して集光する位置付近に配設された第１のレンチキュラと、
偏光分離プリズムと全反射プリズムとを交互に配置し、前記偏光分離プリズムで分離された一方の光束側にλ／２位相差板を配置させてなり、前記第１のレンチキュラの個々のシリンドリカルレンズに個々の偏光分離プリズムを対応させて個々のシリンドリカルレンズを通過する全光束が概略対応する偏光分離プリズムを通過するように配置されてランダムな光束を一方の偏光成分のみに揃えるアレイ構造の第２の偏光整列手段と、
この第２の偏光整列手段の後段に配設されてそのシリンドリカルレンズの配列方向と直交する方向に複数のシリンドリカルレンズが配列された第２のレンチキュラと、
前記レンズ板中の各々のレンズ要素が作り出す光束の光軸が前記第１及び第２のレンチキュラを通過した後、前記被投射体の全面を照射するように光軸を屈折させるよう配設された少なくとも一つの第２の凸レンズと、
を備える照明装置。 - 前記第1の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長と、前記第２の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長とを一致させてなる請求項１１ないし１３の何れか一に記載の照明装置。
- 前記第1の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長と、前記第２の偏光整列手段における前記λ／２位相差板の中心波長とを、緑色波長を中心に±所定の波長分だけシフトさせてなる請求項１１ないし１３の何れか一に記載の照明装置。
- 情報表示システムにより投射すべき像が形成される少なくとも一つの液晶パネルと、
この液晶パネルを被投射体として照明する請求項１ないし１５の何れか一に記載の照明装置と、
前記液晶パネルの像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、
を備える液晶プロジェクタ。
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