JP6078956B2 - プロジェクター及びレンズアレイ - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクター及びレンズアレイに関するものである。

近年、プロジェクターの高性能化に関して、均一で明るい照明を確保することが可能な技術の要求が高まっている。

このようなプロジェクターにおいては、光源、第１レンズアレイ、第２レンズアレイ、及び重畳光学系が設けられている。第１レンズアレイは、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する。第２レンズアレイは、第１レンズアレイと対になり、第１レンズアレイから射出された複数の部分光束が入射する。重畳光学系は、第２レンズアレイから射出される部分光束を被照明領域にて重畳させる。

ところで、光源から射出される光束はある光量分布を有している。そのため、第１レンズアレイで前記光束が分割されると、分割された場所によって第２レンズアレイに入射する部分光束の照明領域の形状が異なる。仮に、第２レンズアレイを構成する複数の第２要素レンズが互いに同一形状からなる場合、第２レンズアレイに入射する照明領域の形状と第２要素レンズとの形状とのずれが大きくなる。そのため、被照明領域における部分光束の重畳状態にばらつきが生じてしまう。その結果、均一で明るい照明を確保することが困難となる。

このような問題を解決するための方法としては、レンズアレイを構成する各要素レンズのレンズ面の外形形状を調整する方法が考えられる。しかしながら、当該外形形状を調整すると、個々の要素レンズの外形形状が異なるため、個々の要素レンズの端と端とが合わなくなる。これにより、各要素レンズの間の境界部分に段差が生じる領域ができる。このようなレンズアレイは一般に成形金型により作成されるため、各要素レンズの端部にテーパーを設ける必要があり、光のロスが生じる。金型を各要素レンズごとに分割した金型部分を連結したものを使用した場合には、各金型部分の金型組み立て時の誤差が生じ、さらに光のロスが大きいものとなる。これらにより、照明が局所的に暗くなり、均一で明るい照明を確保することが困難となる。

そこで、各要素レンズの間の境界部分に段差が生じることを抑制するとともに、均一で明るい照明を確保することが可能な技術の要求が高まっている。

この要求に対して、例えば特許文献１では、第２レンズアレイを構成する少なくとも一つの第２要素レンズが、隣接する第２要素レンズのうち一つ以上と異なる形状を有している。少なくとも一つの第２要素レンズのレンズ曲面と、隣接する複数の第２要素レンズのレンズ曲面との交線によって形成される複数の領域を有している。

特開２０１０−１４９２５号公報

このような構成によれば、被照明領域を高輝度で照明することができることが記載されている。そのためには、光源から射出される光束の光量が多い第２レンズアレイの中心領域で段差を無くす必要がある。しかしながら、第２要素レンズのレンズ曲面と、隣接する複数の第２要素レンズのレンズ曲面との交線によって境界を形成しているため、境界線が曲線となり、設計が難しく、各金型部分の外形を曲線にしなければならなく、金型の製造が困難である上、製造管理も非常に困難であるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、各要素レンズの境界部分での段差をレンズアレイ全体で小さく抑制するとともに、均一で明るい照明を確保することが可能なプロジェクター及びレンズアレイを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明のプロジェクターは、光源と、複数の第１要素レンズを有し、前記光源から射出された光束を前記複数の第１要素レンズによって複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、複数の第２要素レンズを有し、前記第１レンズアレイから射出された前記複数の部分光束の状態を前記複数の第２要素レンズによって調整する第２レンズアレイと、を含み、前記光源から射出された前記光束の光軸が、前記第１レンズアレイの中心を通過するとともに前記第２レンズアレイの中心を通過するよう構成されており、前記複数の第２要素レンズのうち前記第２レンズアレイの中心領域に配置された少なくとも一つの第２要素レンズは、前記少なくとも一つの第２要素レンズに隣接して配置された複数の第２要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記少なくとも一つの第２要素レンズと、前記隣接して配置された複数の第２要素レンズとによって形成される複数の境界を有し、前記光軸に平行な方向から見て、前記複数の境界によって形成された前記少なくとも一つの第２要素レンズの輪郭形状が八角形形状であることを特徴とする。

この構成によれば、第２レンズアレイの中心領域の少なくとも一つの第２要素レンズと当該第２要素レンズに隣接する複数の第２要素レンズとによって複数の境界が形成されている。そのため、中心領域の少なくとも一つの第２要素レンズと隣接する複数の第２要素レンズとの間の境界部分での段差を小さく抑制するとともに、境界を直線で形成することができる。さらに、第２レンズアレイの中心領域の少なくとも一つの第２要素レンズの輪郭形状が、八角形形状となっているため、部分光束の照明領域に概ね適合した形状となる。つまり、当該第２要素レンズにおいて部分光束の照明領域の大部分を補完することができる。そのため、均一で明るい照明を得ることができる。したがって、各要素レンズの境界部分での段差を第２レンズアレイ全体で小さく抑制するとともに、均一で明るい照明を確保することができる。

前記プロジェクターにおいて、前記複数の第２要素レンズが行列状に配置されていてもよい。

この構成によれば、行単位または列単位で成形用の金型を準備することができる。そのため、安価で組立てが簡単な金型によって第２レンズアレイを成形することができる。

前記プロジェクターにおいて、前記複数の第２要素レンズが奇数行奇数列に配置され、前記第２レンズアレイの前記中心領域には１つの第２要素レンズが配置されており、前記１つの第２要素レンズは、前記１つの第２要素レンズに隣接して配置された複数の第２要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記１つの第２要素レンズと、前記隣接して配置された複数の第２要素レンズとによって形成される複数の境界を有し、前記光軸に平行な方向から見て、前記複数の境界によって形成された前記１つの第２要素レンズの輪郭形状が八角形形状であることが好ましい。

この構成によれば、第２レンズアレイの中心領域に１つの第２要素レンズが配置される場合において、第２レンズアレイの中心領域での要素レンズの境界部分での段差を小さく抑制するとともに、均一で明るい照明を確保することができる。

前記プロジェクターにおいて、前記複数の第２要素レンズが偶数行偶数列に配置され、前記第２レンズアレイの前記中心領域には４つの第２要素レンズが２行２列に配置されており、前記４つの第２要素レンズは、前記４つの第２要素レンズに隣接して配置された複数の第２要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記４つの第２要素レンズと、前記隣接して配置された複数の第２要素レンズとによって形成される複数の境界を有し、前記光軸に平行な方向から見て、前記複数の境界によって形成された前記４つの第２要素レンズの輪郭形状が八角形形状であることが好ましい。

この構成によれば、第２レンズアレイの中心領域に４つの第２要素レンズが配置される場合において、第２レンズアレイの中心領域での要素レンズの境界部分での段差を小さく抑制するとともに、均一で明るい照明を確保することができる。

前記プロジェクターにおいて、前記少なくとも一つの第２要素レンズと、前記隣接する複数の第２要素レンズとは、互いに等しい曲率半径を有していてもよい。

この構成によれば、第２レンズアレイの設計が簡易なものとなる。よって、成形用の金型の構造も簡易なものとなる。

前記プロジェクターにおいて、前記少なくとも一つの第２要素レンズと、前記隣接する複数の第２要素レンズとは、互いに異なる曲率半径を有していてもよい。

この構成によれば、各部分光束の集光状態などの調整を精密に行うことができる。よって、照明系の性能向上を図ることができる。

前記プロジェクターにおいて、前記第２レンズアレイから射出された前記複数の部分光束を重畳する重畳レンズと、前記重畳レンズから射出された光束を各色の光束に分離する色分離導光光学系と、前記色分離導光光学系から射出された各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調する各色の光変調装置と、前記各色の光変調装置から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、前記光合成光学系から射出された画像光を投射する投射光学系と、をさらに含む。

本発明のレンズアレイは、複数の要素レンズが配列されたレンズアレイであって、前記複数の要素レンズのうち前記レンズアレイの中心領域に配置された少なくとも一つの要素レンズは、前記少なくとも一つの要素レンズに隣接して配置された複数の要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記少なくとも一つの要素レンズと、前記隣接して配置された複数の要素レンズとによってそれぞれ形成される複数の境界を有し、前記光軸に平行な方向から見て、前記複数の境界によって形成された前記少なくとも一つの要素レンズの輪郭形状が八角形形状であることを特徴とする。

この構成によれば、レンズアレイの中心領域の少なくとも一つの要素レンズと当該要素レンズに隣接する複数の要素レンズとによって複数の境界が形成されている。そのため、中心領域の少なくとも一つの要素レンズと隣接する複数の要素レンズとの間の境界部分での段差を小さく抑制するとともに、境界を直線で形成することができる。さらに、レンズアレイの中心領域の少なくとも一つの要素レンズの輪郭形状が、八角形形状となっているため、部分光束の照明領域に概ね適合した形状となる。つまり、当該要素レンズにおいて部分光束の照明領域の大部分を補完することができる。そのため、均一で明るい照明を得ることができる。したがって、各要素レンズの境界部分での段差をレンズアレイ全体で小さく抑制するとともに、均一で明るい照明を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。 第２レンズアレイの平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）第２レンズアレイの製造プロセスを順に示す工程図である。 （Ａ）、（Ｂ）第２レンズアレイに入射する部分光束の照明領域を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）第２レンズアレイの中心領域を拡大した斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る第２レンズアレイの平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１００の光学系を示す模式図である。このプロジェクター１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するものである。

図１に示すように、プロジェクター１００は、光源装置１０（光源）と、照明光学系２０と、色分離導光光学系３０と、光変調部４０と、クロスダイクロイックプリズム５０（光合成光学系）と、投射光学系６０と、を備えている。

ここで、光変調部４０は、光変調装置としての３つの液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む。各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、異なる色光をそれぞれ変調する液晶表示装置である。

光源装置１０は、放電発光型の発光管１１と、楕円面型のリフレクタ１２と、球面型の副鏡１３と、平行化レンズ１４と、を備えている。発光管１１から周囲に放射された光束は、リフレクタ１２で直接反射されて収束光束となる。もしくは、発光管１１から周囲に放射された光束は、副鏡１３で反射された後にリフレクタ１２でさらに反射されて収束光束となる。この収束光束は、平行化レンズ１４によって平行光束とされる。この平行光束は、照明光学系２０の第１レンズアレイ２３に入射する。

なお、楕円面型のリフレクタ１２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、リフレクタ１２の後段に平行化レンズ１４等を設けなくとも、光源装置１０から平行光束を射出させることが可能となる。

照明光学系２０は、均一化された照度の照明光を光変調部４０に供給する。この照明光学系２０は、第１レンズアレイ２３と、第２レンズアレイ２４と、重畳レンズ２５と、偏光変換装置２７と、を備えている。

第１レンズアレイ２３は、複数の第１要素レンズ２３ａを有している。複数の第１要素レンズ２３ａは、光軸ＳＡに直交する面内で行列状に配置されている。ここで、「光軸ＳＡ」とは、光源装置１０から射出された光束の光軸である。第１レンズアレイ２３は、平行化レンズ１４から射出された光束を、複数の第１要素レンズ２３ａによって複数の部分光束に分割する。

第２レンズアレイ２４は、複数の第２要素レンズ２４ａを有している。複数の第２要素レンズ２４ａは、光軸ＳＡに直交する面内で行列状に配置されている。第２レンズアレイ２４は、第１レンズアレイ２３から射出された複数の部分光束を、所定の発散角で射出する。なお、第２レンズアレイ２４の詳細な説明については後述する。

重畳レンズ２５は、第２レンズアレイ２４から射出され、偏光変換装置２７を経た複数の部分光束を全体として収束させて、後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被照明領域（表示領域）で重畳させる。第１レンズアレイ２３、第２レンズアレイ２４、及び重畳レンズ２５は、照明光を均一化するためのインテグレータ光学系として機能している。

偏光変換装置２７は、ＰＢＳアレイにより形成されている。偏光変換装置２７は、第２レンズアレイ２４から射出された複数の部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える機能を有する。この偏光変換装置２７は、４つのプリズム要素２７ａをＸ方向に配列した構造を有するプリズムアレイである。各プリズム要素２７ａは、偏光分離膜、反射膜、及び位相差板を備えている。

色分離導光光学系３０は、第１ダイクロイックミラー３１ａと、第２ダイクロイックミラー３１ｂと、反射ミラー３２ａと、反射ミラー３２ｂと、反射ミラー３２ｃと、フィールドレンズ３３ａと、フィールドレンズ３３ｂと、フィールドレンズ３３ｃと、を備えている。色分離導光光学系３０は、照明光学系２０から射出された照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃへ導く。

第１ダイクロイックミラー３１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー３１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ光を反射し、Ｂ光を透過させる。

第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、反射ミラー３２ａを経てフィールドレンズ３３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、フィールドレンズ３３ｂに入射する。第２ダイクロイックミラー３１ｂを通過したＢ光は、リレーレンズＬＬ１、反射ミラー３２ｂ、リレーレンズＬＬ２、反射ミラー３２ｃを経て、フィールドレンズ３３ｃに入射する。

光変調部４０において、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、光変調装置として、入射した照明光の空間的強度分布を変調する。

液晶ライトバルブ４０ａは、液晶パネル４１ａと、第１偏光フィルタ４２ａと、第２偏光フィルタ４３ａと、を備えている。第１偏光フィルタ４２ａは、液晶パネル４１ａの光入射側に配置されている。第２偏光フィルタ４３ａは、液晶パネル４１ａの光射出側に配置されている。液晶ライトバルブ４０ａは、色分離導光光学系３０から射出された赤色光によって照明される。

液晶ライトバルブ４０ｂは、液晶パネル４１ｂと、第１偏光フィルタ４２ｂと、第２偏光フィルタ４３ｂと、を備えている。第１偏光フィルタ４２ｂは、液晶パネル４１ｂの光入射側に配置されている。第２偏光フィルタ４３ｂは、液晶パネル４１ｂの光射出側に配置されている。液晶ライトバルブ４０ｂは、色分離導光光学系３０から射出された緑色光によって照明される。

液晶ライトバルブ４０ｃは、液晶パネル４１ｃと、第１偏光フィルタ４２ｃと、第２偏光フィルタ４３ｃと、を備えている。第１偏光フィルタ４２ｃは、液晶パネル４１ｃの光入射側に配置されている。第２偏光フィルタ４３ｃは、液晶パネル４１ｃの光射出側に配置されている。液晶ライトバルブ４０ｃは、色分離導光光学系３０から射出された青色光によって照明される。

第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、反射ミラー３２ａ、フィールドレンズ３３ａを介して液晶ライトバルブ４０ａに入射し、液晶パネル４１ａ上の表示領域を照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、フィールドレンズ３３ｂを介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射し、液晶パネル４１ｂ上の表示領域を照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａ及び第２ダイクロイックミラー３１ｂの双方を透過したＢ光は、リレーレンズＬＬ１、反射ミラー３２ｂ、リレーレンズＬＬ２、反射ミラー３２ｃ、フィールドレンズ３３ｃを介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射し、液晶パネル４１ｃ上の表示領域を照明する。

各液晶パネル４１ａ〜４１ｃは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変調する。各液晶パネル４１ａ〜４１ｃにそれぞれ入射した３色の光は、画素単位で偏光状態が調節される。この際、第１偏光フィルタ４２ａ〜４２ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する照明光の偏光方向が調整される。第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。以上により、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれに対応する各色の変調光すなわち像光を形成する。

クロスダイクロイックプリズム５０は、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの各色の像光を合成する。クロスダイクロイックプリズム５０は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成されている。クロスダイクロイックプリズムは、Ｙ軸に平行な方向から見て正方形形状となっている。直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜５１ａ，５１ｂが形成されている。第１誘電体多層膜５１ａはＲ光を反射する。第２誘電体多層膜５１ｂはＢ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ａからのＲ光を第１誘電体多層膜５１ａで反射して投射光学系６０に向けて射出させる。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を誘電体多層膜５１ａ，５１ｂを介して直進・射出させる。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ｃからのＢ光を第２誘電体多層膜５１ｂで反射して投射光学系６０に向けて射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＲ光、Ｇ光及びＢ光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。

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

図２は、第１実施形態に係る第２レンズアレイ２４の平面図である。

図２に示すように、第２レンズアレイ２４を構成する第２要素レンズ２４ａは、光軸ＳＡ（図１参照）が通過する第２レンズアレイの中心ＣＰの周りにおいて、直交するｘ軸及びｙ軸に関して対称となるようにマス目状に配置されている。本実施形態においては、第２レンズアレイ２４は、７行５列の第２要素レンズ２４ａで構成されている。すなわち、第２レンズアレイ２４は、７×５個の計３５個の第２要素レンズ２４ａを有している。図２においては、各第２要素レンズ２４ａを識別するため、各第２要素レンズ２４ａに対して、行列的な配置に対応して符号Ｅｍｎ（ｍ＝１〜７、ｎ＝１〜５）が付されている。

各第２要素レンズＥｍｎは、複数の第２要素レンズＥｍｎと隣接している。各第２要素レンズＥｍｎは、複数の第２要素レンズＥｍｎのうち少なくとも１つ以上と比較して異なる形状を有している。ここで、対比する一対の第２要素レンズＥｍｎの形状が異なるとは、第２レンズアレイ２４を光軸方向から見た境界線の形状が互いに異なることを意味する。なお、隣接する一対の複数の第２要素レンズＥｍｎの曲率半径は互いに同じである。

本実施形態において、第２レンズアレイ２４の中心領域ＡＲ１には、１つの第２要素レンズＥ４３が配置されている。第２要素レンズＥ４３の形状は、平面視において八角形形状となっている。

第２要素レンズＥ４３は、上側（＋Ｙ側）の第２要素レンズＥ３３に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ３３の形状は、縦長の長方形形状となっている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ３３との間には、境界Ｂ１が形成されている。境界Ｂ１は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＥ４３は、右上側（＋Ｘ＋Ｙ側）の第２要素レンズＥ３４に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ３４との間には、境界Ｂ２が形成されている。境界Ｂ２は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

第２要素レンズＥ４３は、右側（＋Ｘ側）の第２要素レンズＥ４４に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ４４との間には、境界Ｂ３が形成されている。境界Ｂ３は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＥ４３は、右下側（＋Ｘ−Ｙ側）の第２要素レンズＥ５４に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ５４との間には、境界Ｂ４が形成されている。境界Ｂ４は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

第２要素レンズＥ４３は、下側（−Ｙ側）の第２要素レンズＥ５３に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ５３との間には、境界Ｂ５が形成されている。境界Ｂ５は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＥ４３は、左下側（−Ｘ−Ｙ側）の第２要素レンズＥ５２に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ５２との間には、境界Ｂ６が形成されている。境界Ｂ６は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

第２要素レンズＥ４３は、左側（−Ｘ側）の第２要素レンズＥ４２に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ４２との間には、境界Ｂ７が形成されている。境界Ｂ７は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＥ４３は、左上側（−Ｘ＋Ｙ側）の第２要素レンズＥ３２に隣接して配置されている。第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ３２との間には、境界Ｂ８が形成されている。境界Ｂ８は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

このように本実施形態の第２レンズアレイ２４においては、複数の境界Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８によって形成された１つの第２要素レンズＥ４３の輪郭形状が八角形形状となっている。

なお、第２レンズアレイ２４の中心領域ＡＲ１の外側の外周領域ＡＲ２においても、複数の第２要素レンズＥｍｎ（Ｅ１１，Ｅ１２等）が配置されている。これら各第２要素レンズ間には境界が形成されている。第２レンズアレイ２４の外周領域ＡＲ２における複数の第２要素レンズＥｍｎの間の境界は、平面視でｘ軸やｙ軸に平行な直線となっている。

（第２レンズアレイの製造方法）
以下、本実施形態に係る第２レンズアレイ２４の製造方法について説明する。
図３（Ａ）〜（Ｂ）は、第２レンズアレイ２４の製造プロセスを順に示す工程図である。

まず、図３（Ａ）に示すような金型８０を準備する。この金型８０は、第１型部分８１と第２型部分８２とを有する。第１型部分８１は、第２レンズアレイ２４の平坦面２４ｂ側（図３（Ｃ）参照）を成形するための平坦な第１転写面８１ａを有する。また、第２型部分８２は、第２レンズアレイ２４の第２要素レンズ２４ａ側を成形するための第２転写面８２ａを有する。第２型部分８２の第２転写面８２ａは、第２レンズアレイ２４の各第２要素レンズ２４ａに対応してマトリクス状に配列されている。

次に、図３（Ｂ）に示すように、金型８０を閉じる。つまり、第１型部分８１の第１転写面８１ａと第２型部分８２の第２転写面８２ａとを当接させた状態で型締めし、内部に流体の樹脂を充填する。その後、樹脂を硬化させ、第１転写面８１ａに対応する平坦面２４ｂと、第２転写面８２ａに対応する第２要素レンズ２４ａとを有する第２レンズアレイ２４を形成する。

次に、図３（Ｃ）に示すように、金型８０を開いて第２レンズアレイ２４を第２型部分８２から取り出す。
以上の工程により、本実施形態の第２レンズアレイ２４を製造することができる。

図４は、第２レンズアレイに入射する部分光束の照明領域を示す図である。
図４（Ａ）は、比較例の第２レンズアレイ１０２４に入射する部分光束の照明領域を示す図である。
図４（Ｂ）は、本実施形態の第２レンズアレイ２４に入射する部分光束の照明領域を示す図である。
なお、図４（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれにおいて、便宜上、第２レンズアレイを構成する複数の第２要素レンズを灰色で示し、部分光束の照明領域を白色で示している。

図４（Ａ）に示すように、第２レンズアレイ１０２４の各第２要素レンズにおいて、部分光束の照明領域の形状が異なっている。この理由は、光源から射出される光束がある光量分布を有していることによる。光源から射出された光束が第２レンズアレイ１０２４の前段の第１レンズアレイ（図示略）の方で分割されると、分割された場所によって第２レンズアレイ１０２４に入射する部分光束の照明領域の形状も異なるようになる。

一般に、光源から射出される光束の光量は、第１レンズアレイの中心領域で最も多くなる。同様に、第２レンズアレイ１０２４に入射する部分光束の光量は、第２レンズアレイ１０２４の中心領域で最も多くなる。部分光束の照明領域の形状は、第２レンズアレイ１０２４の中心領域において、略円形形状となる。一方、部分光束の照明領域の形状は、第２レンズアレイ１０２４の外周領域において、縦長や横長、若しくは斜めに伸びた形状となる。

仮に、第２レンズアレイを構成する複数の第２要素レンズが互いに同一形状とした場合、第２レンズアレイに入射する照明領域の形状と第２要素レンズとの形状とのずれが大きくなる。そのため、被照明領域における部分光束の重畳状態にばらつきが生じてしまう。その結果、均一で明るい照明を確保することが困難となる。

そのため、比較例の第２レンズアレイ１０２４においては、各第２要素レンズのレンズ面の外形形状を調整している。比較例の第２レンズアレイ１０２４において、各第２要素レンズの形状は、部分光束の照明領域の形状に対応した形状となっている。

第２レンズアレイ１０２４の外周領域の第２要素レンズの形状は、縦長や横長の長方形形状となっている。これにより、縦長や横長、若しくは斜めに伸びた形状の部分光束の照明領域にある程度適合した形状となっている。

第２レンズアレイ１０２４の中心領域の第２要素レンズの形状は、平面視において略正方形形状となっている。そのため、比較例においては、第２レンズアレイ１０２４の中心領域の第２要素レンズと当該中心領域の第２要素レンズに隣接する第２要素レンズとの間の境界部分に段差が形成されてしまう。なお、段差については後述する。

前記中心領域の第２要素レンズの形状が平面視において略正方形形状であるため、当該第２要素レンズの角部において略円形形状の部分光束の照明領域と重ならない部分が存在している。そのため、略円形形状の部分光束の照明領域と重ならない部分において照明光量が減少する場合がある。そのため、照明が局所的に暗くなる場合がある。

これに対し、本実施形態の第２レンズアレイ２４の中心領域の第２要素レンズの形状は、平面視において八角形形状となっている。そのため、部分光束の照明領域に概ね適合した形状となっている。つまり、当該第２要素レンズにおいて部分光束の照明領域の大部分を補完することができる。そのため、均一で明るい照明を得ることができる。

図５は、第２レンズアレイの中心領域を拡大した斜視図である。
図５（Ａ）は、比較例における第２レンズアレイ１０２４の中心領域ＡＲ１を拡大した斜視図である。
図５（Ｂ）は、本実施形態における第２レンズアレイ２４の中心領域ＡＲ１を拡大した斜視図である。

図５（Ａ）に示すように、比較例における第２レンズアレイ１０２４の中心領域の要素レンズＸ４３と当該要素レンズＸ４３に隣接する要素レンズＸ４４との間には、段差１０２４Ｘが形成されている。同様に、要素レンズＸ４３と要素レンズＸ４２との間にも、段差が形成されている。

このように段差が形成される理由は、第２レンズアレイを構成する各要素レンズのレンズ面の外形形状を調整すると、個々の第２要素レンズの外形形状が異なるため、個々の要素レンズの端と端とが合わなくなることによる。各第２要素レンズの間の境界部分に段差が生じると、各要素レンズの端が使えなくなり、光のロスが生じる。そのため、照明が局所的に暗くなり、均一で明るい照明を確保することが困難となる。

これに対し、図５（Ｂ）に示すように、本実施形態においては、第２レンズアレイ２４の中心領域の要素レンズＥ４３と当該要素レンズＥ４３に隣接する要素レンズとの間の段差が小さく抑えられている。

第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ３３との間、第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ３４との間、第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ４４との間、第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ５４との間、第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ５３との間、第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ５２との間、第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ４２との間、第２要素レンズＥ４３と第２要素レンズＥ３２との間の段差が小さく抑えられている。

このように、本実施形態における第２レンズアレイ２４の中心領域の要素レンズＥ４３と当該要素レンズＥ４３に隣接する要素レンズとの間の境界Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８は、いずれも段差を小さく抑えることができる。

このように、本実施形態によれば、各要素レンズの境界部分で生じる段差を小さく抑えることができるとともに、要素レンズＥ４３の外形形状が曲線ではなく、直線の組み合わせで構成することができるとともに、均一で明るい照明を確保することができる。

[第２実施形態]
以下、図６を参照して、第２実施形態における第２レンズアレイ１２４について説明する。なお、本実施形態の第２レンズアレイ１２４は、第１実施形態のプロジェクター１００に組み込まれている第２レンズアレイ２４を変形したものであ、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であるものとする。

図６は、図２に対応した、第２実施形態に係る第２レンズアレイ１２４の平面図である。

図６に示すように、第２レンズアレイ１２４を構成する第２要素レンズ１２４ａは、光軸ＳＡ（図１参照）が通過する第２レンズアレイの中心ＣＰの周りにおいて、直交するｘ軸及びｙ軸に関して対称となるようにマス目状に配置されている。本実施形態においては、第２レンズアレイ１２４は、８行６列の第２要素レンズ１２４ａで構成されている。すなわち、第２レンズアレイ１２４は、８×６個の計４８個の第２要素レンズ１２４ａを有している。図６においては、各第２要素レンズ１２４ａを識別するため、各第２要素レンズ１２４ａに対して、行列的な配置に対応して符号Ｆｍｎ（ｍ＝１〜８、ｎ＝１〜６）が付されている。

各第２要素レンズＦｍｎは、複数の第２要素レンズＦｍｎと隣接している。各第２要素レンズＦｍｎは、複数の第２要素レンズＦｍｎのうち少なくとも１つ以上と比較して第２レンズアレイ１２４を光軸方向から見た境界線の形状が互いに異なる形状を有している。

本実施形態において、第２レンズアレイ１２４の中心領域ＡＲ１には、４つの第２要素レンズＦ４３，Ｆ４４，Ｆ５４，Ｆ５３が配置されている。４つの第２要素レンズＦ４３，Ｆ４４，Ｆ５４，Ｆ５３の輪郭形状は、平面視において八角形形状となっている。

第２要素レンズＦ４３は、左側（−Ｘ側）の第２要素レンズＦ４２に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ４３と第２要素レンズＦ４２との間には、境界Ｂ７２が形成されている。境界Ｂ７２は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ４３は、左上側（−Ｘ＋Ｙ側）の第２要素レンズＦ３２に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ４３と第２要素レンズＦ３２との間には、境界Ｂ８が形成されている。境界Ｂ８は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

第２要素レンズＦ４３は、上側（＋Ｙ側）の第２要素レンズＦ３３に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ４３と第２要素レンズＦ３３との間には、境界Ｂ１１が形成されている。境界Ｂ１１は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ４４は、上側（＋Ｙ側）の第２要素レンズＦ３４に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ４４と第２要素レンズＦ３４との間には、境界Ｂ１２が形成されている。境界Ｂ１２は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

なお、境界Ｂ１１と境界Ｂ１２とにより境界Ｂ１が形成されている。境界Ｂ１は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ４４は、右上側（＋Ｘ＋Ｙ側）の第２要素レンズＦ３５に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ４４と第２要素レンズＦ３５との間には、境界Ｂ２が形成されている。境界Ｂ２は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

第２要素レンズＦ４４は、右側（＋Ｘ側）の第２要素レンズＦ４５に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ４４と第２要素レンズＦ４５との間には、境界Ｂ３１が形成されている。境界Ｂ３１は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ５４は、右側（＋Ｘ側）の第２要素レンズＦ５５に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ５４と第２要素レンズＦ５５との間には、境界Ｂ３２が形成されている。境界Ｂ３２は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

なお、境界Ｂ３１と境界Ｂ３２とにより境界Ｂ３が形成されている。境界Ｂ３は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ５４は、右下側（＋Ｘ−Ｙ側）の第２要素レンズＦ６５に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ５４と第２要素レンズＦ６５との間には、境界Ｂ４が形成されている。境界Ｂ４は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

第２要素レンズＦ５４は、下側（−Ｙ側）の第２要素レンズＦ６４に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ５４と第２要素レンズＦ６４との間には、境界Ｂ５１が形成されている。境界Ｂ５１は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ５３は、下側（−Ｙ側）の第２要素レンズＦ６３に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ５３と第２要素レンズＦ６３との間には、境界Ｂ５２が形成されている。境界Ｂ５２は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

なお、境界Ｂ５１と境界Ｂ５２とにより境界Ｂ５が形成されている。境界Ｂ５は、平面視でＸ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ５３は、左下側（−Ｘ−Ｙ側）の第２要素レンズＦ６２に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ５３と第２要素レンズＦ６２との間には、境界Ｂ６が形成されている。境界Ｂ６は、平面視でＸ軸に斜めに交差する直線となっている。

第２要素レンズＦ５３は、左側（−Ｘ側）の第２要素レンズＦ５２に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ５３と第２要素レンズＦ５２との間には、境界Ｂ７１が形成されている。境界Ｂ７１は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

第２要素レンズＦ５３は、左側（−Ｘ側）の第２要素レンズＦ５２に隣接して配置されている。第２要素レンズＦ５３と第２要素レンズＦ５２との間には、境界Ｂ７１が形成されている。境界Ｂ７１は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

なお、境界Ｂ７１と境界Ｂ７２とにより境界Ｂ７が形成されている。境界Ｂ７は、平面視でＹ軸に平行な直線となっている。

このように本実施形態の第２レンズアレイ１２４においては、複数の境界Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８によって形成された４つの第２要素レンズＦ４３，Ｆ４４，Ｆ５４，Ｆ５３の輪郭形状が八角形形状となっている。

本実施形態においても、第２レンズアレイ１２４の中心領域での要素レンズの境界部分で段差小さく抑えることができるとともに、均一で明るい照明を確保することができる。また、要素レンズの境界線が曲線とならず、直線で構成されているため、第２レンズアレイ１２４の成形を簡易に精密にすることができる。

なお、上記実施形態では、第２レンズアレイを構成する第２要素レンズが互いに異なる曲率半径を有していてもよい。

第２要素レンズが互いに異なる曲率半径を有する場合、各第２要素レンズを通過する光束の状態制御が正確になり、照明系の性能向上を図ることができる。一方、第２要素レンズが同一の曲率半径を有する場合、第２要素レンズすなわち第２レンズアレイの設計が容易になる。これにより、第２レンズアレイの製造コストを抑えやすくなる。

また、上記実施形態では、第２レンズアレイの中心領域に配置される第２要素レンズの配置数が１つまたは４つの場合を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第２レンズアレイの中心領域に配置される第２要素レンズの配置数は、２つ、３つ、５つ以上であってもよい。すなわち、第２レンズアレイの中心領域には少なくとも一つ以上の第２要素レンズが配置されていればよい。

また、上記実施形態では、第２レンズアレイを例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第１レンズアレイについても本発明を適用することができる。光源から射出される光束がある光量分布を有していることは、上述した通りである。この光量分布に基づいて第１レンズアレイについて本発明を適用すれば、第２レンズアレイに入射する部分光束の光量を調整することができる。

例えば、第１レンズアレイの中心領域の少なくとも一つの第１要素レンズを隣接する複数の第１要素レンズよりも小さい形状とする。これにより、第２レンズアレイの中心領域に入射する部分光束の光量を少なくすることができる。そのため、第２レンズアレイの各第２要素レンズにより均一に部分光束を入射させることができる。

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

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

また、上記実施形態では、３つの液晶パネル４１ａ〜４１ｃを用いたプロジェクター１００の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクターにも適用可能である。

本発明は、投射画像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクターに適用する場合にも、投射画像を観察する側とは反対の側から投射するリア投射型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。

上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、自動車のヘッドランプ、照明機器等）に適用することも可能である。

１０…光源装置（光源）、２３…第１レンズアレイ、２３ａ…第１要素レンズ、２４…第２レンズアレイ、２４ａ…第２要素レンズ、２５…重畳レンズ、３０…色分離導光光学系、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…液晶ライトバルブ（光変調装置）、５０…クロスダイクロイックプリズム（光合成光学系）、６０…投射光学系、１００…プロジェクター、ＡＲ１…第２レンズアレイの中心領域、境界…Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８
ＣＰ…第２レンズアレイの中心、ＳＡ…光束の光軸

Claims (7)

1. 光源と、
   複数の第１要素レンズを有し、前記光源から射出された光束を前記複数の第１要素レンズによって複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
   複数の第２要素レンズを有し、前記第１レンズアレイから射出された前記複数の部分光束の状態を前記複数の第２要素レンズによって調整する第２レンズアレイと、を含み、
   前記光源から射出された前記光束の光軸が、前記第１レンズアレイの中心を通過するとともに前記第２レンズアレイの中心を通過するよう構成されており、
   前記複数の第２要素レンズが奇数行奇数列に配置され、前記第２レンズアレイの中心領域には１つの第２要素レンズが配置されており、
   前記中心領域に配置された１つの第２要素レンズは、前記中心領域に配置された１つの第２要素レンズに隣接して配置された複数の第２要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記中心領域に配置された１つの第２要素レンズと、前記隣接して配置された複数の第２要素レンズとによって形成される複数の境界を有し、
   前記光軸に平行な方向から見て、前記複数の境界によって形成された前記中心領域に配置された１つの第２要素レンズの輪郭形状が八角形形状であるプロジェクター。
2. 光源と、
   複数の第１要素レンズを有し、前記光源から射出された光束を前記複数の第１要素レンズによって複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
   複数の第２要素レンズを有し、前記第１レンズアレイから射出された前記複数の部分光束の状態を前記複数の第２要素レンズによって調整する第２レンズアレイと、を含み、
   前記光源から射出された前記光束の光軸が、前記第１レンズアレイの中心を通過するとともに前記第２レンズアレイの中心を通過するよう構成されており、
   前記複数の第２要素レンズが偶数行偶数列に配置され、前記第２レンズアレイの中心領域には４つの第２要素レンズが２行２列に配置されており、
   前記中心領域に配置された４つの第２要素レンズは、前記中心領域に配置された４つの第２要素レンズに隣接して配置された複数の第２要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記中心領域に配置された４つの第２要素レンズと、前記隣接して配置された複数の第２要素レンズとによって形成される複数の境界を有し、
   前記光軸に平行な方向から見て、前記複数の境界によって形成された前記中心領域に配置された４つの第２要素レンズの輪郭形状が八角形形状であるプロジェクター。
3. 前記中心領域に配置された第２要素レンズと、前記隣接する複数の第２要素レンズとは、互いに等しい曲率半径を有する請求項１または２に記載のプロジェクター。
4. 前記中心領域に配置された第２要素レンズと、前記隣接する複数の第２要素レンズとは、互いに異なる曲率半径を有する請求項１または２に記載のプロジェクター。
5. 前記第２レンズアレイから射出された前記複数の部分光束を重畳する重畳レンズと、
   前記重畳レンズから射出された光束を各色の光束に分離する色分離導光光学系と、
   前記色分離導光光学系から射出された各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調する各色の光変調装置と、
   前記各色の光変調装置から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、
   前記光合成光学系から射出された画像光を投射する投射光学系と、をさらに含む請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 複数の要素レンズが奇数行奇数列に配置され、中心領域に１つの要素レンズが配置されたレンズアレイであって、
   前記１つの要素レンズは、前記１つの要素レンズに隣接して配置された複数の要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記１つの要素レンズと、前記隣接して配置された複数の要素レンズとによってそれぞれ形成される複数の境界を有し、
   前記複数の境界によって形成された前記１つの要素レンズの輪郭形状が八角形形状であり、
   前記１つの要素レンズと、前記隣接して配置された複数の要素レンズとは、互いに等しい曲率半径を有するレンズアレイ。
7. 複数の要素レンズが偶数行偶数列に配置され、中心領域に４つの要素レンズが２行２列に配置されたレンズアレイであって、
   前記４つの要素レンズは、前記４つの要素レンズに隣接して配置された複数の要素レンズのうち一つ以上と比較して異なる形状を有し、前記４つの要素レンズと、前記隣接して配置された複数の要素レンズとによってそれぞれ形成される複数の境界を有し、
   前記複数の境界によって形成された前記４つの要素レンズの輪郭形状が八角形形状であり、
   前記４つの要素レンズと、前記隣接して配置された複数の要素レンズとは、互いに等しい曲率半径を有するレンズアレイ。

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