JP4043723B2

JP4043723B2 - 照明装置

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Publication number: JP4043723B2
Application number: JP2001034112A
Authority: JP
Inventors: 佐敏山内; 和弘藤田; 正本田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP2002236317A

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照明体を備えた映像投射装置などにおいて、その被照明体を照明するのに適した照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルのような矩形状の被照明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、複数のレンズをＸーＹ平面上にアレイ状に並べた第１のレンズ板と、それに対応した複数のレンズをＸ´ーＹ´平面上にアレイ状に並べた第２のレンズ板とを用い、そこでできた複数の光束を被照明体上で重畳させるための重畳レンズを備えた構成をとっている。その折、一般的に投影像は矩形をなしているが、横（Ｘ）と縦（Ｙ）との縁の部分の照度は、その周囲の０状態からいきなり一定の照度へとは立ち上がらないので、ある傾斜をもって定常の照度状態となる。
【０００４】
一方、偏光光を変調するタイプの液晶パネルを被照明体として用いた一般的な映像投射装置（液晶プロジェクタ）では、Ｐ偏光光又はＳ偏光光の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、光源から発生した照明光の約半分は利用されないことになってしまい、照明光の利用効率が悪くなる。この照明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つの偏光光（Ｐ偏光光、Ｓ偏光光）に分離した後、一方の偏光光を半波長板等により９０°回転させて、他方の偏光光と同じ方向の偏光光とし、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半波長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ることができる。この場合に変換効率を高めるため、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°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偏光光とＳ偏光光とに分離した後、一方の偏光光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】
特開平０３−１１１８０６号公報に記載されたように、複数のレンズをＸーＹ平面、Ｘ´−Ｙ´平面にアレイ状に並べたレンズ板を用いた場合には、必要とする照明対象の周囲よりも一定幅の広い範囲を照明するように設計し、周囲の立ち上がりの悪い部分の光束を捨てるようにするため、照明光の無駄が生じている。
【０００９】
また、特開平８−３０４７３９号公報に示されるように、偏光光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した場合、第２のレンズアレイの焦点がＸ、Ｙ方向とも偏光整列手段の近傍にできるので、その焦点の近くでは光エネルギーが大きくなり、その光エネルギーの影響によって偏光整列手段が劣化しやすくなる。
【００１０】
本発明の目的は、被照明体に投射される照明光の投射範囲の設定を、その被照明体の横と縦とのサイズに応じて最適の設定を行い、無駄になる照明光を少なくして照明光の有効利用を図ることである。
【００１１】
本発明の別の目的は、光エネルギーの影響による偏光変換器の劣化を抑えることである。
【００１２】
【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、照明光発生装置と、前記照明光発生装置で発生した照明光が被照明体に投射される光路上に配置され、複数のシリンドリカルレンズをＸ方向に配列したシリンドリカルレンズアレイとこのＸ方向に対して直交するＹ方向に複数のシリンドリカルレンズを配列したシリンドリカルレンズアレイとを前後して配置した第１レンズアレイ組と、前記第１レンズアレイ組のうちの一方の前記シリンドリカルレンズアレイに対応してその焦点付近に配置された複数のシリンドリカルレンズからなるシリンドリカルレンズアレイと、前記第１レンズアレイ組のうちの他方のシリンドリカルレンズアレイに対応してその焦点付近に配置された複数のシリンドリカルレンズからなるシリンドリカルレンズアレイとを前後して配置した第２レンズアレイ組と、
該第２レンズアレイ組における２つの前記シリンドリカルレンズアレイの間に、偏光変換器が配置されており、
前記第１・第２レンズアレイ組によって作り出された複数の光束のそれぞれを前記第２レンズアレイ組を通過した後に前記被照明体の全面に重畳して投射するように屈曲させる重畳レンズと、を有する。
【００１３】
したがって、いわゆるインテグレータ光学系を構成する第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとして、シリンドリカルレンズアレイを直交する向きに配置した第１レンズアレイ組と第２レンズアレイ組とを用いることにより、被照明体へ照明光を投射するときに、その投射範囲の設定を被照明体の縦横の寸法に応じて最適化することができ、無駄になる照明光を少なくして照明光の有効利用を図ることができる。
また、偏光変換器の近くには一方のシリンドリカルレンズアレイの焦点しかできないため、照明光が焦点に集光されて高くなる光エネルギーの偏光変換器に対する影響が小さくなり、光エネルギーの影響による偏光変換器の劣化を防止することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記Ｘ方向の配列したシリンドリカルレンズアレイのレンズ数と、前記Ｙ方向に配列したシリンドリカルレンズアレイのレンズ数とを異ならせた。
したがって、シリンドリカルレンズアレイの組合せで液晶パネルの横縦アスペクト比率に対処することができるため、アスペクト比率に対する対応が容易となる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の照明装置において、前記重畳レンズは、Ｘ方向とＹ方向とに対応したシリンドリカル面を有する。
【００１５】
したがって、第１・第２レンズアレイ組を通過した照明光をこの重畳レンズで屈曲させることにより、その屈曲に伴う照明光の無駄が生じにくくなり、照明光の有効利用をさらに達成することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の照明装置において、前記重畳レンズは、前記第２レンズアレイ組の前記被照明体に対向する側に近接して配置されている。
【００１７】
したがって、第２レンズアレイ組を通過した照明光が広がる前に重畳レンズにより屈曲させて被照明体に投射することができ、第２レンズアレイ組と被照明体との間の光路幅を抑えることができるので、その光路中に光学素子を介在させる場合にはそれらの光学素子を小さくでき、被照明体に対する照度ムラの発生を抑えることができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の照明装置において、前記重畳レンズは、前記第２レンズアレイ組と前記被照明体との略中間位置に配置されている。
【００１９】
したがって、重畳レンズにより屈曲されて被照明体に投射される照明光を、第１レンズアレイ組と第２レンズアレイ組とで分割されたそれぞれの光束毎に概略平行光とすることができ、被照明体の直前位置に照明光を絞り込むためのコンデンサレンズなどを設けることなく被照明体に対する照明光の投射を行える。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の照明装置において、前記第１レンズアレイ組の前記照明光発生装置に対向する側に、偏光変換器が配置されている。
【００２３】
したがって、請求項１ないし４のいずれかの発明を実施するうえで、偏光変換を行うことにより得られたＰ偏光成分又はＳ偏光成分の偏光光のいずれかを用いることができる。また、照明光が第１・第２レンズアレイ組で集光されることにより高まる光エネルギーの影響が偏光変換器には及ばず、光エネルギーの影響による偏光変換器の劣化を防止できる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の照明装置において、前記照明光発生装置と前記偏光変換器との間に、凸のシリンドリカルレンズと凹のシリンドリカルレンズとが配置されている。
【００２５】
したがって、照明光発生装置で発生した照明光を効率良く偏光変換器に取り込むことができ、照明光の有効利用を図ることができる。
【００２６】
請求項８記載の照明装置は、請求項１ないし７のいずれか一記載の照明装置において、前記照明光発生装置は、発光ランプと、この発光ランプを囲むように配置された反射鏡と、この反射鏡で反射された光を前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに直交するＺ方向に進行させる窓をもつ平面鏡と、を有する。
【００２７】
したがって、照明光発生装置で発生したほとんど全ての照明光を平行光に整えてから第１・第２レンズアレイ組に取り込むことができ、これにより、照明光の有効利用を図ることができる。
【００２８】
【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。図１は照明装置を示す光学系構成図、図２はその光学系構成の一部を示す斜視図である。
【００２９】
この照明装置Ａ１は、横縦のアスペクト比率が４：３なる矩形状の被照明体である液晶パネル１に対して照明光を投射するもので、照明光発生装置２とインテグレータ光学系３とにより構成されている。液晶パネル１の前面には、液晶パネル１の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４が付設されている。
【００３０】
インテグレータ光学系３は、本実施の形態では、複数のシリンドリカルレンズを一方向（Ｘ方向）に配列したシリンドリカルレンズアレイ５ａと、複数のシリンドリカルレンズレンズをその方向と直交する一方向（Ｙ方向）に配列したシリンドリカルレンズアレイ５ｂとを前後して配置した第１レンズアレイ組５と、複数のシリンドリカルレンズを一方向（Ｘ方向）に配列したシリンドリカルレンズアレイ６ａと、複数のシリンドリカルレンズレンズをその方向と直交する一方向（Ｙ方向）に配列したシリンドリカルレンズアレイ６ｂとを前後して配置した第２レンズアレイ組６と、第２レンズアレイ組６の直後に配置した重畳レンズ７とにより構成されている。
【００３１】
照明光発生装置２側に位置する第１レンズアレイ組５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、この第１レンズアレイ組５は、シリンドリカルレンズの横縦（Ｘ、Ｙ）の数の乗算数に応じた数の２次光源像を分割形成することになる。第２レンズアレイ組６は、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し、その構造は第１レンズアレイ組５と同じである。
【００３２】
重畳レンズ７は、Ｘ方向とＹ方向とに対応したシリンドリカル面を有するレンズであり、第１レンズアレイ組５が作り出す光束の光軸が第２レンズアレイ組６を通過した後、各シリンドリカルレンズが分割した光束をそれぞれ液晶パネル１の全面に重畳して投射する向きに屈折させるように配設されている。なお、この重畳レンズ７としては、一般的な凸レンズを使用してもよい。
【００３３】
照明光発生装置２は、発光ランプ８、発光ランプ８を囲むように配置された反射鏡９、反射鏡９の開口部分に配置されてこの反射鏡９で反射された光を第１レンズアレイ組５の方向（Ｚ方向）へ進行させる窓１０ａをもつ平面鏡１０、紫外線と赤外線とをカットするＵＶ／ＩＲカットフィルタ１１とを備えている。反射鏡９は回転放物面形状に形成されており、その焦点近傍に発光ランプ８が配置されている。
【００３４】
このような構成において、発光ランプ８から出射された光は反射鏡９や平面鏡１０で反射された後、略平行光となった照明光だけが窓１０ａからインテグレータ光学系３に向けて出射され、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１１により紫外線と赤外線とがカットされる。即ち、照明光発生装置２からは紫外線と赤外線とがカットされた照明光が発生し、しかも、平行光として発生する。
【００３５】
照明光発生装置２から発生した照明光は、第１・第２レンズアレイ組５，６に入射され、多数の２次光源像が分割形成される。そして、これらの２次光源像がその光軸が重畳レンズ７により液晶パネル１の中心に向かうように屈曲され、各２次光源像が液晶パネル１上に重畳する形で投射される。この際、現実には、発光ランプ８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次光源像も点光源ではなく体積を持つものとなるが、この２次光源像が形成される位置に第２レンズアレイ組６を配置することで収束性を高めて液晶パネル１に向けて投射することができ、良好なる投射状態が得られる。
【００３６】
図３は、液晶パネル１上での照度分布をＸ軸、Ｙ軸上で表現したものである。ｘとｙとが、特開平３−１１１８０６号公報に記載されたような従来例のインテグレータ光学系の場合を示し、ｘとｙ´とが本実施の形態のインテグレータ光学系３の場合であり、Ｘ方向を最適値に合わせた例である。従来例では、Ｘ方向の照度が最適値となるように設定した場合、Ｙ方向のエッジ部分の立ち上りが悪くなり、Ｙ方向の照明範囲を広くしてその立ち上がりの悪い部分の光束を捨てるようにするため、照明光の無駄が生じている。これに対し、本実施の形態によれば、ｙ´で示すようにＹ方向のエッジ部分の立ち上がりが鋭くなり、照度の立ち上がりが悪いために捨てる光束が少なくなり、照明光の無駄が少なくなる。
【００３７】
重畳レンズ７は、第２レンズアレイ組６の直後の位置に近接して配置されているので、第２レンズアレイ組６を通過した照明光が広がる前に重畳レンズ７により屈曲させて液晶パネル１に投射することができる。これにより、第２レンズアレイ組６と液晶パネル１との間の光路幅を抑えることができるので、その光路中に光学素子を介在させる場合にはそれらの光学素子を小さくでき、液晶パネル１に対する照度ムラの発生を抑えることができる。
【００３８】
さらに、重畳レンズ７がＸ方向とＹ方向とに対応したシリンドリカル面を有するので、第２レンズアレイ組６を通過した照明光をこの重畳レンズ７で屈曲させることにより、その屈曲に伴う照明光の無駄が生じにくくなり、照明光の有効利用をさらに達成することができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、液晶パネル１を照明する仮想光源となる２次光源像を形成するためのいわゆるインテグレータ光学系の第１のレンズアレイに代えて、シリンドリカルレンズアレイ５ａ，５ｂを用いた第１レンズアレイ組５を用い、さらに、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アレイ６ａ，６ｂを用いた第２レンズアレイ組６を用いているので、図２からも明らかなように、必要なレンズ数がｍ×ｎ＝４×５＝２０からｍ＋ｎ＝４＋５＝９に減らせる上に、各シリンドリカルレンズアレイ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは単純に一方向に配列した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、シリンドリカルレンズアレイ５ａ，５ｂ（６ａ，６ｂ）の組合せで液晶パネル１の横縦アスペクト比率に対処することができるため、アスペクト比率に対する対応が容易となる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、照明光発生装置２が窓１０ａをもつ平面鏡１０と反射鏡９とを有するので、窓１０ａを通過して平行光となった照明光のみを第１レンズアレイ組５に入射させることができ、これにより、照明光の有効利用を図ることができる。
【００４１】
本発明の第２の実施の形態を図４に基づいて説明する。なお、先行して説明した他の実施の形態と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００４２】
本実施の形態の照明装置Ａ２は、焦点距離を第２レンズアレイ組６と液晶パネル１との間の距離の略１／２とした重畳レンズ７が第２レンズアレイ組６と液晶パネル１との略中間位置に配置されている。また、第１の実施の形態において液晶パネル１の前面に付設されたコンデンサレンズ４が省かれている。
【００４３】
このような構成において、第２レンズアレイ組６を通過した照明光は重畳レンズ７に到達するまで広がり、重畳レンズ７において屈曲されて平行光となり、液晶パネル１に投射される。このため、第１の実施の形態において説明したような、液晶パネル１の前面に位置して液晶パネル１に投射される照明光を絞り込んでいたコンデンサレンズ４は不要となる。なお、この重畳レンズ７としては、通常の凸レンズを用いてもよい。
【００４４】
本発明の第３の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ３は、第２レンズアレイ組６におけるシリンドリカルレンズアレイ６ａとシリンドリカルレンズアレイ６ｂとの間に、ランダムな光束を一方の偏光光（Ｐ偏光光又はＳ偏光光）のみに揃える偏光変換器１２が設けられている。
【００４５】
偏光変換器１２は、遮光板アレイ１３と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）アレイ１４と、半波長板アレイ１５とにより構成されている。
【００４６】
ＰＢＳアレイ１４は、複数個のＰＢＳプリズムを一直線上に配列し、又は、ＰＢＳプリズムと全反射プリズムとを交互に一直線上に配列することにより形成され、その数はシリンドリカルレンズアレイ６ｂを構成するシリンドリカルレンズの２倍である。各ＰＢＳプリズムには、Ｐ偏光光を透過させてＳ偏光光を反射させるＰＢＳ膜１４ａを有している。また、ＰＢＳアレイ１４は、遮光板アレイ１３により遮光されていない部分の中央部がシリンドリカルレンズアレイ６ｂの各シリンドリカルレンズの中央部に対向するように配置されている。
【００４７】
遮光板アレイ１３は、ＰＢＳアレイ１４の所望の開口部以外にフレア光が入ることを防止するための短冊状の板である。
【００４８】
半波長板アレイ１５は、ＰＢＳアレイ１４の出射口を1つおきに覆うように配置されている。
【００４９】
なお、この偏光変換器１２については、図７の変形例で示すように、半波長板アレイ１５を用いず、ＰＢＳプリズムの間に１つおきに半波長板１５ａを配置する構造としてもよい。
【００５０】
このような構成において、照明光発生装置２で発生された偏光方向がランダムな照明光（Ｐ偏光成分＋Ｓ偏光成分）が図６に示した偏光変換器１２に達すると、その照明光は遮光板アレイ１３の開口部分からＰＢＳアレイ１４内に入り、ＰＢＳ膜１４ａでＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、Ｐ偏光光はそのまま直進し、及び、半波長板アレイ１５の開口部分を通過して出射される。一方、Ｓ偏光光は、ＰＢＳ膜１４ａで９０°反射され、さらに、隣に位置するＰＢＳプリズムのＰＢＳ膜１４ａで再度９０°反射され、半波長板アレイ１５の半波長板１５ａの部分を通過して出射される。そして、この半波長板アレイ１５の半波長板１５ａの部分を通過するときに、Ｓ偏光成分が９０°回転してＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光として出射される。すなわち、偏光方向がランダムであった照明光が偏光変換器１２によりＰ偏光光に揃えられる。
【００５１】
偏光方向がランダムな照明光（Ｐ偏光光＋Ｓ偏光光）が図７に示した偏光変換器１２に達した場合にも、同様にして偏光光の分離と変換とが行われ、Ｐ偏光光に揃えて出射される。
【００５２】
このようにして、本実施の形態によれば、偏光光を揃えた照明光を用いて液晶パネル１を照明することができる。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、シリンドリカルレンズアレイ６ａとシリンドリカルレンズアレイ６ｂとの間に偏光変換器１２を配置し、この偏光変換器１２の近傍にはシリンドリカルレンズアレイ６ｂによる一方向（Ｙ方向）のみを絞っているので、その集光部分における光が集光されることによる光エネルギーの上昇を抑えることができ、偏光変換器１２のＰＢＳ膜１４ａへの負荷（ストレス）を低減させることができ、偏光変換器１２の劣化を防止して耐久性をアップすることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、変更変換器１２において照明光をＰ偏光光に揃える場合を例に挙げて説明したが、半波長板１５ａの位置を変更することにより、Ｓ偏光光に揃えることもできる。
【００５５】
さらに、偏光変換器１２を用いた本実施の形態において、第２レンズアレイ組６の以降の部分を、図４に示した第２の実施の形態と同じ構造に変更することもできる。
【００５６】
つぎに、本発明の第４の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ４は、第１レンズアレイ組５における照明光発生装置２に対向する側の直前に偏光変換器１６が配置され、さらに、照明光発生装置２と偏光変換器１６との間に、凸のシリンドリカルレンズ１７と凹のシリンドリカルレンズ１８とが配置されている。
【００５７】
偏光変換器１６は、２個のＰＢＳプリズム１９とその両側に位置する反射プリズム２０と半波長板２１とにより構成されている。
【００５８】
凸のシリンドリカルレンズ１７は、照明光発生装置２の窓１０ａから出射された平行光をＸ軸方向のみ集光し、Ｙ軸方向はそのまま平行光として通す。凹のシリンドリカルレンズ１８は、凸のシリンドリカルレンズ１７が集光した光束が略半分となる位置に配置され、集光された光束を平行光に戻す。
【００５９】
このような構成において、本実施の形態では、照明光発生装置２で発生した照明光を最初にＰ偏光光又はＳ偏光光に偏光変換しているので、偏光変換された偏光光を用いた液晶パネル１への投射、その投射に当たっての投射範囲の最適化などを行える。
【００６０】
そして、本実施の形態の偏光変換器１６は、照明光が第１・第２レンズアレイ組５，６で集光されることにより高まる光エネルギーの影響が殆ど及ばず、光エネルギーの影響による偏光変換器１６の劣化を確実に防止できる。
【００６１】
また、本実施の形態では、照明光発生装置２の窓１０ａから出射された平行光の一方向を凸のシリンドリカルレンズ１７で集光し、その後、凹のシリンドリカルレンズ１８で平行光に戻しているので、照明光発生装置２から出射された照明光を効率良く偏光変換器１６に取り込むことができ、照明光の有効利用を図ることができる。また、偏光変換器１６やインテグレータ光学系３の小型化を図ることができる。
【００６２】
ここで、上述した各実施の形態におけるＸ軸とＹ軸との関係は便宜的に定めたものであり、Ｘ軸とＹ軸との方向を入れ替えた場合でも、本発明の本質を変えるものではない。
【００６３】
また、第１・第２レンズアレイ組５，６において、それぞれのシリンドリカルレンズアレイ５ａ，５ｂ（６ａ，６ｂ）を別個に形成した場合を例に挙げて説明したが、一体成形する構造であってもよい。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の照明装置によれば、いわゆるインテグレータ光学系を構成する第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとして、シリンドリカルレンズアレイを互いに直交する向きに配置した第１レンズアレイ組と第２レンズアレイ組とを用いることにより、被照明体に対する照明光の投射範囲の設定を、被照明体の横縦の寸法に応じて最適化することができ、無駄になる照明光を少なくして照明光の有効利用を図ることができる。
また、第２レンズアレイ組における２つのシリンドリカルレンズアレイの間に偏光変換器が配置されているので、偏光変換器の近くには一方のシリンドリカルレンズアレイの焦点しかできないため、照明光が焦点に集光されて高くなる光エネルギーの偏光変換器に対する影響が小さくなり、光エネルギーの影響による偏光変換器の劣化を防止することができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の照明装置において、偏光変換器の近くには一方のシリンドリカルレンズアレイの焦点しかできないため、照明光が焦点に集光されて高くなる光エネルギーの偏光変換器に対する影響が小さくなり、光エネルギーの影響による偏光変換器の劣化を防止することができる。
【００６５】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の照明装置において、第１・第２レンズアレイ組により分割された複数の光束を被照明体の全面に重畳して投射するように屈曲させる重畳レンズは、Ｘ方向とＹ方向とに対応したシリンドリカル面を有するので、第１・第２レンズアレイ組を通過した照明光をこのレンズで屈曲させることにより、その屈曲に伴う照明光の無駄が生じにくくなり、照明光の有効利用をさらに達成することができる。
【００６６】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一記載の照明装置において、重畳レンズは、第２レンズアレイ組の被照明体に対向する側に近接して配置されているので、第２レンズアレイ組を通過した照明光が広がる前に重畳レンズにより屈曲させて被照明体に投射することができ、第２レンズアレイ組と被照明体との間の光路幅を抑えることができるので、その光路中に光学素子を介在させる場合にはそれらの光学素子を小さくでき、被照明体に対する照度ムラの発生を抑えることができる。
【００６７】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一記載の照明装置において、重畳レンズは、第２レンズアレイ組と被照明体との略中間位置に配置されているので、重畳レンズにより屈曲されて被照明体に投射される照明光を、第１レンズアレイ組と第２レンズアレイ組とで分割されたそれぞれの光束毎に概略平行光とすることができ、被照明体の直前位置に照明光を絞り込むためのコンデンサレンズなどを設けることなく被照明体に対して照明光を投射することができる。
【００６９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載の照明装置において、第１レンズアレイ組の照明光発生装置に対向する側に偏光変換器が配置されているので、請求項１ないし４のいずれかの発明を実施するうえで、偏光変換器で偏光変換を行うことにより得られたＰ偏光成分又はＳ偏光成分の偏光光のいずれかを用いることができ、また、照明光が第１・第２レンズアレイ組で集光されることにより高まる光エネルギーの影響が偏光変換器には及ばず、光エネルギーの影響による偏光変換器の劣化を防止できる。
【００７０】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の照明装置において、照明光発生装置と偏光変換器との間に、凸のシリンドリカルレンズと凹のシリンドリカルレンズとが配置されているので、これらの凸のシリンドリカルレンズと凹のシリンドリカルレンズとを用いることにより照明光発生装置で発生した照明光を効率良く偏光変換器に取り込むことができ、照明光の有効利用を図ることができる。
【００７１】
請求項８記載の照明装置によれば、請求項１ないし７のいずれか一記載の照明装置において、照明光発生装置は、発光ランプと、この発光ランプを囲むように配置された反射鏡と、この反射鏡で反射された光を前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに直交するＺ方向に進行させる窓をもつ平面鏡とを有するので、照明光発生装置で発生した照明光を平行光に整えてから第１・第２レンズアレイ組に取り込むことができ、これにより、照明光の有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】第１レンズアレイ組と第２レンズアレイ組との対応関係を示す斜視図である。
【図３】液晶パネル上でのＸ軸、Ｙ軸方向の照度分布について説明するグラフである。
【図４】本発明の第２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】本発明の第３の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図６】偏光変換器の構造を示す断面図である。
【図７】偏光変換器の変形例の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【符号の説明】
１被照明体
２照明光発生装置
５第１レンズアレイ組
５ａ，５ｂシリンドリカルレンズアレイ
６第２レンズアレイ組
６ａ，６ｂシリンドリカルレンズアレイ
７重畳レンズ
８発光ランプ
９反射鏡
１０平面鏡
１０ａ窓
１２，１６偏光変換器
１７凸のシリンドリカルレンズ
１８凹のシリンドリカルレンズ

Claims

照明光発生装置と、前記照明光発生装置で発生した照明光が被照明体に投射される光路上に配置され、複数のシリンドリカルレンズをＸ方向に配列したシリンドリカルレンズアレイとこのＸ方向に対して直交するＹ方向に複数のシリンドリカルレンズを配列したシリンドリカルレンズアレイとを前後して配置した第１レンズアレイ組と、前記第１レンズアレイ組のうちの一方の前記シリンドリカルレンズアレイに対応してその焦点付近に配置された複数のシリンドリカルレンズからなるシリンドリカルレンズアレイと、前記第１レンズアレイ組のうちの他方のシリンドリカルレンズアレイに対応してその焦点付近に配置された複数のシリンドリカルレンズからなるシリンドリカルレンズアレイとを前後して配置した第２レンズアレイ組と、
該第２レンズアレイ組における２つの前記シリンドリカルレンズアレイの間に、偏光変換器が配置されており、
前記第１・第２レンズアレイ組によって作り出された複数の光束のそれぞれを前記第２レンズアレイ組を通過した後に前記被照明体の全面に重畳して投射するように屈曲させる重畳レンズと、を有する照明装置。
前記Ｘ方向の配列したシリンドリカルレンズアレイのレンズ数と、前記Ｙ方向に配列したシリンドリカルレンズアレイのレンズ数とを異ならせたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記重畳レンズは、Ｘ方向とＹ方向とに対応したシリンドリカル面を有する請求項１又は２記載の照明装置。
前記重畳レンズは、前記第２レンズアレイ組の前記被照明体に対向する側に近接して配置されている請求項１ないし３のいずれか一記載の照明装置。
前記重畳レンズは、前記第２レンズアレイ組と前記被照明体との略中間位置に配置されている請求項１ないし３のいずれか一記載の照明装置。
前記第１レンズアレイ組の前記照明光発生装置に対向する側に、偏光変換器が配置されている請求項１ないし４のいずれか一記載の照明装置。
前記照明光発生装置と前記偏光変換器との間に、凸のシリンドリカルレンズと凹のシリンドリカルレンズとが配置されている請求項６記載の照明装置。
前記照明光発生装置は、発光ランプと、この発光ランプを囲むように配置された反射鏡と、この反射鏡で反射された光を前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに直交するＺ方向に進行させる窓をもつ平面鏡と、を有する請求項１ないし７のいずれか一記載の照明装置。