JPH10161237A - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

照明装置及びプロジェクター

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JPH10161237A
JPH10161237A JP9286044A JP28604497A JPH10161237A JP H10161237 A JPH10161237 A JP H10161237A JP 9286044 A JP9286044 A JP 9286044A JP 28604497 A JP28604497 A JP 28604497A JP H10161237 A JPH10161237 A JP H10161237A
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JP
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lens
refractive power
light
light source
lens unit
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JP9286044A
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English (en)
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Takeshi Wada
健 和田
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Original Assignee
Canon Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
    • H04N9/3108—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators by using a single electronic spatial light modulator

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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置の各点を照明する光束の主光線
が表示面に対して略垂直に入射するようにし、且つ液晶
表示装置の画像表示面の中心から隅まで照明光線の角度
がバラツキを無くして、明るく、色ムラが少なく簡易な
構成の照明装置及びプロジェクターを得ること。 【解決手段】 光源からの白色光を光学系によってテレ
セントリックな状態として出射させて、被照明面へ導光
する照明装置であって、該光学系は、正の屈折力を有す
る第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズを備え、
該第１レンズと第２レンズとは互いに材質のアッベ数が
異なること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は照明装置及びプロジ
ェクターに関し、例えば液晶表示装置に表示する画像を
投影レンズでスクリーン上に拡大投影する液晶プロジェ
クターに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、大型の動画表示装置として液晶表
示装置上に表示した画像を投影レンズによってスクリー
ン上に拡大投影する液晶プロジェクターが知られてい
る。かかる液晶プロジェクターはスクリーン上の照度を
上げることが１つの技術課題であるが、そのために液晶
各画素上にマイクロレンズを配置して各画素の開口率を
あげることが行われている。
【０００３】図7 は特開平 4-60538号公報で開示してい
る単板式液晶プロジェクターの要部概略図である。図７
中、101 は白色光源、102 は球面鏡であり、その曲率中
心は白色光源101 の位置にある。103 はコンデンサ-レン
ズであり、その 前側焦点は白色光源101 の位置にあ
る。104R,104G,104Bは夫々ダイクロイックミラーであ
り、各ダイクロイックミラー104R,104G,104Bは夫々赤、
緑、青の各波長帯の光を選択的に反射し、他の２つの波
長帯は透過する特性を有している。なお、3 つのダイク
ロイックミラーの反射面はすべて平行ではなく、1 つの
入射光が3 つのミラーで各波長帯の光を反射した後僅か
づつ角度が異なる3 つの光線になるようにしている。12
0 は透過型の液晶表示素子であり、その光入射側にはマ
イクロレンズアレイ１１０を付設している。105 はフィ
ールドレンズ、106 は液晶表示素子120 に表示する画像
を拡大投影する投影レンズ、107 はスクリーンである。
【０００４】この従来例の作用を説明する。白色光源10
1 が放射する光はコンデンサレンズ103 によって略平行
な光束となってダイクロイックミラー群へ入射する。そ
して、先ずダイクロイックミラー104Rは白色光の中の赤
色光を反射し、残りは透過する。次いでダイクロイック
ミラー104Gは残りの光の内の緑色光を反射する。次いで
ダイクロイックミラー104Bは残りの青色光を反射する。
従って、白色光はダイクロイックミラー群で反射されて
夫々方向が異なる赤色光、緑色光、青色光となって液晶
表示素子１２０へ向かう。
【０００５】図8 はこの図７の液晶表示素子付近の作用
説明図である。図中、122 は液晶表示素子の走査電極で
あり、121B,121G,121Rは夫々青色画素、緑色画素、赤色
画素の信号電極である。信号電極を励起することにより
該信号電極の部分の画素を制御することができる。そし
て、1 つのマイクロレンズに対して夫々1 組のR,G,B画
素を対応させている。
【０００６】この場合、1 つのマイクロレンズに入射す
る赤色照明光は該マイクロレンズに対応するR 画素の部
分に集光し、同様に該マイクロレンズに入射する緑色照
明光、青色照明光は夫々該マイクロレンズに対応するG
画素,B画素の部分に集光する。これによって白色光源を
光源として単板液晶表示素子のR,G,B 画素をカラーフィ
ルターを使用せずに夫々赤色照明光(R),緑色照明光(G),
青色照明光(B) で照明している。
【０００７】図7 に帰って、液晶表示素子１２０に表示
する画像は上記の作用によってカラー画像となり、フィ
ールドレンズ105 、投影レンズ106 によってスクリーン
107上に拡大投影される。
【０００８】この従来例の構成によれば各色のカラーフ
ィルターによる吸収損失がなくなるためスクリーン上で
の照度を3 板式プロジェクターなみまでに上げることが
可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図9 は、図７の単板式
液晶表示装置の課題の説明図であり、図は赤色(R) 、緑
色(G) 、青色(B) の各画素の配列図である。R 、G 及び
B はそれぞれ赤、緑及び青専用画素を表しており、例え
ば色分解系中の赤反射ダイクロミラーにより反射された
赤色光は赤専用画素R へ、緑反射ダイクロミラーにより
反射された緑色光は緑専用画素G へ、また青反射ダイク
ロミラーにより反射された青色光は青専用画素B へそれ
ぞれ入射する。
【００１０】色分解系にて分光されて液晶表示装置に入
射する赤色照明光は前記画素上に形成されているマイク
ロレンズにより図9 中のRLなる幅をもって液晶表示装置
上に結像している。
【００１１】いま、液晶表示装置を照明する照明装置
（図７の要素１０１〜１０３）がその光出射が白色光に
対してテレセントリックではなく、液晶表示装置の表示
面中心と隅とで赤色光線の入射角度に違いがあるとする
と、表示面の中心の赤専用画素R については点線で描い
たRL幅がR 画素中に収まるように調整できたとしても、
表示面の周辺部の画素に入射する赤色照明光は図中2 点
鎖線で示すように画素中心に対してズレて結像する。こ
の場合液晶表示装置の周辺部分のR 画素については光量
損失が生じ、さらに本来R 画素に入るべき赤色照明光が
緑色で表示すべきG 画素に入射することによる周辺部分
の色ムラ等の現象が発生し画質の品位が低下する。
【００１２】本発明の目的は白色光に対してのテレセン
トリック特性が良好な照明装置及びプロジェクターを提
供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
光出射側がテレセントリックな照明装置及びこれを有す
るプロジェクターであって、光源からの白色光を被照明
面に照射する光学系が、正の屈折力を有する第１レンズ
と負の屈折力を有する第２レンズを備え、前記第１レン
ズと第２レンズとは互いに材質のアッベ数が異なるもの
である。
【００１４】本発明の第２の形態は、光出射側がテレセ
ントリックな照明装置及びこれを有するプロジェクター
であって、光源からの白色光を被照明面に集光する集光
光学系及び前記光源からの前記白色光を前記集光光学系
に指向する指向光学系を有する、該指向光学系は正の屈
折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズを備え
るリレーレンズを有し、前記正と負のレンズは互いに材
質のアッベ数が異なる。
【００１５】本発明の第３の形態は、光出射側からテレ
セントリックな照明装置及びこれを有するプロジェクタ
ーであって、光インテグレーターと、光源からの白色光
を前記光インテグレーターに指向する指向光学系と、前
記光インテグレーターからの光を被照射面上に集光する
コンデンサーレンズと、前記コンデンサーレンズからの
前記白色光を赤、緑、青の光に分解して、前記赤の光と
前記緑の光と前記青の光を互いに異なる方向から前記被
照射面に入射させる色分解手段と、前記イテングレータ
からの光を前記コンデンサーレンズに向けるリレーレン
ズとを有し、該リレーレンズは正の屈折力を有するレン
ズと負の屈折力を有するレンズとを備え、前記正と負の
レンズは互いに材質のアッベ数が異なる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図1 は本発明の照明装置及びプロ
ジェクターの実施形態1 の要部概略図である。図１は照
明装置によって単板の液晶表示素子 (液晶表示装置) を
照明し、投影レンズによって液晶表示素子を介して形成
した該画像をスクリーン上に拡大投影している液晶プロ
ジェクターを示している。図中、1 はメタルハライドラ
ンプ等の白色の光源、2 は光源からの光束を効率よく反
射する回転楕円面のリフレクター (凹面鏡) である。
【００１７】3 は光源の輝度ムラを低減するロッド型の
インテグレーター（ムラ低減光学素子) であり、内面が
反射面である棒状の光学部材であり、中実のガラス板又
はプラスチックやヤレイドスコープから成る。また、こ
のインテグレータ３は光出射面の方が光入射面より大き
い。4 はリレーレンズであり、光源側より順に光源側に
凹面を向けた正メニスカスレンズ、両凸レンズ、絞り5
、両凸レンズ、両凸レンズ、光源側に、それと反対側
より小さな曲率半径の凹面を有する負レンズ (負の屈折
力を有する光学素子) を配置している。そして、絞り５
を挟んで光源側の2 つのレンズは第1 レンズ群I を構成
し、絞り５を挟んで反対側の3 つのレンズは第2 レンズ
群IIを構成している。なお、第1 レンズ群I 、第2 レン
ズ群IIはいずれも正の屈折力を有している。
【００１８】ここで正メニスカスレンズと両凸レンズ
（複数）が正の屈折力を有する光学素子である。
【００１９】6 はフレネルレンズ (コンデンサーレン
ズ，集光光学系) であり、正の屈折力を有する光学素子
である。10は色分解系であり、赤色を反射するダイクロ
イックミラー10R,緑色を反射するダイクロイックミラー
10G,青色を反射するダイクロイックミラー10B から成
り、3 つのダイクロイックミラーは互いにすべて平行よ
り僅かに傾いており、色分解系10に入射する白色光を夫
々僅かに進行方向が異なる3 色の光に分ける。7 はライ
トバルブであり、例えば液晶表示装置（液晶パネル）か
ら成り、その各画素の光源側にはマイクロレンズ１１の
アレイを付設している。8 は液晶表示装置７に表示した
画像を拡大投影する投影レンズ、9 はスクリーンであ
る。以上の各要素の内、リフレクター2 、ロッドインテ
グレーター3 、リレーレンズ4 等は指向光学系の一要素
を構成している。
【００２０】又、光源1 、リフレクター2 、ロッドイン
テグレーター3 、リレーレンズ4 、フレネルレンズ6 、
そして色分解系１０等は照明装置の一要素を構成してい
る。
【００２１】本実施形態の作用を説明する。光源1 から
放射される白色光はリフレクター2で反射されてインテ
グレーター3 の端面 (光入射面) に光源の像を結ぶ。イ
ンテグレーター3 はその入口に形成された光源の像を複
数に分割し、リレーレンズ4の第１レンズ群は絞り5 の
位置に再び光源の像を均一に結像する。これは第2 の光
源像である。そして、この第2 の光源像からの光をリレ
ーレンズの第2 レンズ群II及びフレネルレンズ６により
拡大し、色分解系10によってR,G,B の各色毎に僅かに方
向が異なる光束にして液晶表示装置7 を照明する。この
時、絞り5 の中心から射出する照明光束（赤色光、緑色
光、青色光等の白色光）の全ての色光の主光線はフレネ
ルレンズ6 出射後は光軸に対して略平行光として色分解
系10に入射する。つまり、白色光の照明光束はテレセン
トリックな状態で色分解系10に入射する。このためダイ
クロイックミラー面内における入射角度のバラツキによ
るバンドシフトつまり色ムラを最小限に抑えることがで
きる。
【００２２】絞り5 の中心から射出する主光線は各色毎
に液晶表示装置7 に平行光として入射する。
【００２３】そして、ダイクロイックミラーで反射した
光はマイクロレンズ11に入射し、各マイクロレンズ11に
よりR,G,B 各色それぞれ異なった位置に配置した各色専
用の画素に集光して入射し、モノクロのR,G,B 画素を夫
々の色で照明する。
【００２４】かくして色の着いたR,G,B 各画素で表示さ
れた画像は投影レンズ8 によってスクリーン9 上に拡大
投影される。
【００２５】なお、本実施形態はインテグレータ3 の光
出射面と液晶表示装置７の光入射面とを光学的に共役な
関係としている。
【００２６】本実施形態ではフレネルレンズ6 がリレー
レンズ4 から発散的に射出する主光線を光軸に平行な主
光線に変えてテレセントリック照明を実現しているが、
このフレネルレンズ6 は大きな軸外収差、特に歪曲収差
及び色収差を発生する。そこで本実施形態ではリレーレ
ンズ4 の第2 レンズ群II内に配置した負レンズを適切に
設定することにより該軸外収差を良好に補正した。これ
によって画面の中心から隅まで3 色すべてについて照明
光線の角度のバラツキを低減し、液晶表示装置上での混
色及び光量損失を抑えている。
【００２７】又、本実施形態では第1 レンズ群I と第2
レンズ群IIの間に光源像を形成するタイプのリレーレン
ズを採用することによって前記の歪曲収差等を良好に補
正している。
【００２８】又、リレーレンズ全系の焦点距離をf 、第
1 レンズ群I の焦点距離をf1とした時、本実施形態の第
1 レンズ群I の焦点距離f1は f1/f ＜ 0.85 (1) の条件を満たしている。
【００２９】この条件式(1) の上限を越えるとリレーレ
ンズ4 の主点間隔が大きくなり、リレーレンズの全長が
大きくなるか若しくは第2 レンズ群IIの屈折力が強くな
り、その結果、第2 レンズ群IIの正レンズ及びフレネル
レンズ6 にて発生する大きな歪曲収差等を補正できなく
なる。
【００３０】又、第2 レンズ群II中の正レンズ及び負レ
ンズの材質の平均アッベ数 (例えば正レンズが複数個あ
る場合、該複数の正レンズの材質のアッベ数の平均値)
を夫々ν2p及びν2nとする時、本実施形態では ν2p/ ν2n ＞ 1.7 (2) の条件を満たしている。この条件内における硝材にて第
2 レンズ群IIを構成すれば、特に倍率色収差を良好に補
正できる。これによって液晶表示装置に入射する各R,G,
B 光線の角度についても液晶表示装置の中心から隅まで
光線角度のバラツキを低減し、液晶表示装置上での混色
及び光量損失を抑えている。
【００３１】又、本実施形態では第2 レンズ群II内の負
レンズを第2 レンズ群II中、最も液晶表示装置側に配置
している。これによってより小さな屈折力で軸外収差を
補正することが可能となり、これによっても液晶表示装
置の中心から隅まで光線角度のバラツキを低減し、液晶
表示装置上での混色及び光量損失を効率良く抑えてい
る。
【００３２】本実施形態の照明装置のデータは後記の数
値実施例1 に記す。
【００３３】なお、本実施形態の凹面鏡は回転楕円鏡で
あったが、この凹面鏡は球面鏡でも良いし、場合によっ
ては放物面鏡でも良い。いずれの場合でも第2 レンズ群
中に適切な負レンズを含めてリレーレンズを構成すれば
良好な照明光学系が得られる。
【００３４】又、本実施形態のムラ低減光学素子はロッ
ド型のインテグレータであったが、インテグレータとし
てはハエの眼レンズを用いても良い。その場合は光源の
像をハエの眼レンズの光入射面に形成し、この光入射面
と液晶表示装置の光入射面が光学的に共役になるように
照明光学系を構成すれば良い。
【００３５】又、本実施例の集光光学系はフレネルレン
ズであったが、場合によっては非球面レンズで構成して
も良い。
【００３６】又、リレーレンズ中に非球面レンズを設
け、これによって液晶表示装置の周辺部を照明する光束
の主光線を微細に制御して、より厳密に各主光線が液晶
表示装置に垂直に又は所定の角度で互いに平行して入射
するようにすることも出来る。
【００３７】又、図1 の液晶プロジェクターは単板式の
液晶プロジェクターであったが、色分解系からの3 つの
色の光束を互いに異なる液晶表示装置に導光し、夫々を
別々の投影レンズで1 つのスクリーン上に投影して、ス
クリーン上でフルカラーの画像とする、所謂3 板式の液
晶プロジェクターにも本発明を適用することが出来る。
【００３８】なお、色分解系としては公知の回折格子を
用いた色分解系を使用することも出来る。
【００３９】図2 は本発明の照明装置及びプロジェクタ
ーの実施形態2 の要部概略図である。
【００４０】本実施形態は実施形態1 に対してリレーレ
ンズの構成のみが異なっており、その他の部分は同じで
ある。即ち本実施形態のリレーレンズ14は4 枚構成であ
り、光源1 側から順に光源１に凹面を向けた正のメニス
カスレンズ、両凸レンズ、絞り5 、両凸レンズ、光源側
に凹面を向けた負のメニスカスレンズ (負の屈折力を有
する光学素子) より構成している。そして、絞り５を挟
んで光源側の2 つのレンズは第1 レンズ群I を構成し、
絞りを挟んで反対側の2 つのレンズは第2 レンズ群IIを
構成している。なお、第1 レンズ群I 、第2 レンズ群II
はいずれも正の屈折力を有している。また、正のメニス
カスレンズや両凸レンズ（複数）が正の屈折力を有する
光学素子である。
【００４１】本実施形態の場合、リフレクター2 、ロッ
ドインテグレータ3 、リレーレンズ14等は指向光学系の
一要素を構成している。
【００４２】又、光源1 、リフレクター2 、ロッドイン
テグレータ3 、リレーレンズ14、フレネルレンズ6 等は
照明装置の一要素を構成している。
【００４３】本実施形態の作用効果は実施形態1 と同じ
である。
【００４４】本実施形態でも、フレネルレンズ6 が、リ
レーレンズ14から発散的に射出する主光線を光軸に平行
な主光線に変えてテレセントリック照明を実現いるが、
このフレネルレンズ6 は大きな軸外収差、特に歪曲収差
及び色収差を発生する。そこで本実施形態ではリレーレ
ンズ14の第2 レンズ群II内に配置した負レンズを適切に
設定することにより該大きな軸外収差を良好に補正し
た。これによって各色の光に関して画面の中心から隅ま
で光線の入射角度のバラツキを低減し、液晶表示装置上
での混色及び光量損失を抑えている。
【００４５】又、本実施形態では第1 レンズ群I と第2
レンズ群IIの間に第2 の光源像を形成することによって
前記の歪曲収差等を良好に補正している。
【００４６】本実施形態でもリレーレンズ全系の焦点距
離f 、第1 レンズ群I の焦点距離f1とは前記の条件式
(1) を満たしている。
【００４７】又、本実施形態でも第2 レンズ群II中の正
レンズ及び負レンズの材質の平均アッベ数ν2p及びν2n
は前記の条件式(2) を満たしている。
【００４８】又、本実施形態でも第2 レンズ群II内の負
レンズを第2 レンズ群II中、最も液晶表示装置側に配置
して液晶表示装置上での混色及び光量損失をうまく抑え
ている。
【００４９】下記、数値実施例1 は実施形態1 の光源像
から液晶表示装置までのデータ (但し、色分解系は省
略) である。下記のデータ中、riは第1 面の曲率半径、
diは第i 面から第i+1 面までの間隔、ndはd 線に対する
屈折率、νd はアッベ数である。
【００５０】 i ri di nd νd 光源像 42.00000 1 -32.69262 6.85000 1.516330 64.15 2 -10.85098 0.49000 1. 3 49.53348 6.00000 1.516330 64.15 4 -26.49604 16.82464 1. 5 ∞ 18.37176 1. 絞り 6 222.04380 6.00000 1.516330 64.15 7 -47.17275 0.20000 1. 8 111.80370 6.50000 1.516330 64.15 9 -37.94266 1.67000 1. 10 -27.35538 2.00000 1.620041 36.26 11 3803.13100 80.96000 1. 12 ∞ 2.5 1.49171 57.4 フレネルレンズ 13 * -56.75 114.718 1. 液晶表示装置 * 非球面 ASPH K=-0.522915 ，Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝０ ri=0は平面を表す。又、フレネルレンズの13面は非球面
であって、中央部に対して周辺部の曲率が小さい非球面
である。Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び非球面形状の式につい
ては後述する。
【００５１】数値実施例1 の条件式(1),(2) の値は、 f1/f=0.82 ＜ 0.85 ν2p/ ν2n=1.77 ＞ 1.7 といずれも条件を満たしている。
【００５２】図3 に数値実施例1 のリレーレンズの断面
図を示す。
【００５３】下記、数値実施例2 は実施形態2 の光源像
から液晶表示装置までのデータ (但し、色分解系は省
略) である。
【００５４】 i ri di nd νd 光源像 42.00000 1 -57.06531 7.30000 1.516330 64.15 2 -12.49949 0.20000 1. 3 38.63656 5.85000 1.516330 64.15 4 -29.74778 16.48378 1. 5 ∞ 8.55050 1. 絞り 6 119.38490 8.25000 1.516330 64.15 7 -20.87900 1.24000 1. 8 -17.13828 2.00000 1.620041 36.26 9 -34.36399 95.99000 1. 10 ∞ 2.5 1.49171 57.4 フレネルレンズ 11 * -56.75 114.718 1. 液晶表示装置 * 非球面 ASPH K=-0.522915 ，Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝０ ri=0は平面を表す。又、フレネルレンズの13面は非球面
であって、中央部に対して周辺部の曲率が小さい非球面
である。Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び非球面形状の式につい
ては後述する。
【００５５】数値実施例2 の条件式(1),(2) の値は、 f1/f=0.83 ＜ 0.85 ν2p/ ν2n=1.77 ＞ 1.7 といずれも条件を満たしている。
【００５６】図4 に数値実施例2 のリレーレンズの断面
図を示す。
【００５７】図５は本発明の照明装置及びプロジェクタ
ーの実施形態３の要部概略図であり、図５において、１
はメタルハライドランプのような光源、２は光源からの
光を効率よくロッドインテグレーター３の入射開口へと
導く楕円形状のリフレクター、３は光源からの光束を断
面が矩形の４つの側面にて複数回多重反射させるガラス
にて構成されるロッドインテグレーター、２４はインテ
グレーター３により分割された光源像を再結像するリレ
ーレンズを表す。
【００５８】５はその位置にリレーレンズ４により光源
の再結像像である２次光源像が形成される絞り、１６お
よび１７は照明系光路をコンパクトに折りたたむ高反射
率を有する反射ミラーをあらわす。８は前記２次光源像
からの光線束を液晶表示装置１８に平行に導くフレネル
レンズ、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂはそれぞれ赤反射、緑
反射、青反射のダイクロミラーを表す。
【００５９】本実施形態は、リレーレンズ２４の最も光
源１側のレンズの光入射面にロッドインテグレーター３
の光出射面を突き当てており、ゴミ等がこの面に付着す
ることを防ぐとともに、インテグレーター３の出射開口
での保持部分が不要となる。そのため、この保持部分に
よる照度ロスを防ぐ事ができる。
【００６０】また、リレーレンズ２４の前群と後群の距
離を詰め、絞り５をリレーレンズ２４の外に配置してい
る。そのため、絞り５とフレネルレンズ８の間に折り曲
げミラー１６，１７を配置することが可能となり、照明
装置のコンパクト化を実現している。
【００６１】また、本実施形態では折り曲げミラー１
６，１７により光路を色分解断面に展開しているが、特
にこれに限らず、図面に対して垂直方向に展開する２階
層構造にしてもよい。以上により、本実施形態によれば
非常にコンパクトな単板式液晶の照明装置を実現でき
る。
【００６２】下記数値実施例３は実施形態３の光源像か
ら液晶表示装置までのデータ（但し、色分解系は省略）
である。図６に数値実施例３のリレーレンズの断面図を
示す。
【００６３】 i ri di nd νd 光源像 36.00 1 ∞ 18.00 1.51805 64.2 2 -15.523 0.20 1. 3 -61.303 10.00 1.51805 64.2 4 -23.035 0.20 1. 5 ∞ 8.50 1.51805 64.2 6 -30.911 0.20 1. 7 74.442 9.05 1.51805 64.2 8 -41.869 0.67 1. 9 -36.469 2.80 1.69362 31.1 10 ∞ 10.00 1. 11 ∞ 99 1. 12 * 48.268 2.5 1.49354 57.4 フレネルレンズ 13 ∞ 96.5 1. 液晶表示装置 ＊非球面 Ｋ＝-0.344694 Ａ＝-0.185104 ×10-5 Ｂ＝-0.175339 ×10-8 Ｃ＝ 0.380001 ×10-11 Ｄ＝-0.206031 ×10-14 ここで各実施形態の非球面形状は
【００６４】
【数１】 ｃ＝１／Ｒ なる式で表される。
【００６５】ここでＺはベース球面の頂点を通る光軸に
垂直な平面からのレンズ面上の点の光軸方向のずれ量、
Ｙはこの点の半径方向の高さ、Ｒはベース球面の曲率半
径である。
【００６６】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、各要素を
特定することにより、白色光に対してテレセントリック
特性の良好な照明装置及びプロジェクターを達成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明装置及びプロジェクターの実施形
態1 の要部概略図
【図２】本発明の照明及びプロジェクターの実施形態2
の要部概略図
【図３】本発明の照明及びプロジェクターの数値実施例
1 の断面図
【図４】本発明の照明及びプロジェクターの数値実施例
2 の断面図
【図５】本発明の照明装置及びプロジェクターの実施形
態３の要部断面図
【図６】本発明の照明装置及びプロジェクターの実施形
態３の断面図
【図７】従来の単板式液晶プロジェクターの要部概略図
【図８】従来の単板式液晶プロジェクターの液晶表示素
子付近の作用説明図
【図９】従来の単板式液晶プロジェクターの課題の説明
図
【符号の説明】
1 光源 2 リフレクター 3 ロッド型のインテグレータ 4,24 リレーレンズ 5 絞り 6 フレネルレンズ 7 液晶表示装置 8 投影レンズ 9 スクリーン 10 色分解系 10R 赤色波長の光を反射するダイクロイックミラー 10G 緑色波長の光を反射するダイクロイックミラー 10B 青色波長の光を反射するダイクロイックミラー 11 マイクロレンズ 14 リレーレンズ １６．１７ 反射ミラー I リレーレンズ内の第1 レンズ群 II リレーレンズ内の第2 レンズ群 RL マイクロレンズにより結像される赤色光の線幅 ri 第i 面の曲率半径 di 第i 面から第i+1 面までの間隔 nd d 線に対する屈折率 νd アッベ数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 21/20 Ｇ０３Ｂ 21/20 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ 9/31 9/31 Ｃ Ａ

Claims (53)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源からの白色光を光学系によってテレ
    セントリックな状態として出射させて、被照明面へ導光
    する照明装置であって、該光学系は、正の屈折力を有す
    る第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズを備え、
    該第１レンズと第２レンズとは互いに材質のアッベ数が
    異なることを特徴とする照明装置。
  2. 【請求項２】 光源からの白色光を指向光学系によって
    集光光学系に導光し、該集光光学系によってテレセント
    リックな状態の光束として出射させて被照明面へ導光す
    る照明装置であって、該指向光学系は、正の屈折力を有
    するレンズと負の屈折力を有するレンズを備えるリレー
    レンズを有し、該正と負の屈折力を有するレンズは互い
    に材質のアッベ数が異なることを特徴とする照明装置。
  3. 【請求項３】 前記リレーレンズは、前記光源側から順
    に正の屈折力を有する第１レンズユニットと正の屈折力
    を有する第２レンズユニットとを有し、該第２レンズユ
    ニットは前記負の屈折力を有するレンズを備えることを
    特徴とする請求項２の照明装置。
  4. 【請求項４】 前記負の屈折力を有するレンズは、最も
    被照明面側に設けてあることを特徴とする請求項３の照
    明装置。
  5. 【請求項５】 前記負の屈折力を有するレンズは、前記
    光源側の面の曲率半径が他方の面の曲率半径よりも小さ
    いことを特徴とする請求項３の照明装置。
  6. 【請求項６】 前記負の屈折力を有するレンズは、前記
    光源側に凹面を向けたメニスカスレンズか、又は両凹レ
    ンズであることを特徴とする請求項３の照明装置。
  7. 【請求項７】 前記第１レンズユニットは、前記正の屈
    折力を有するレンズを２枚有し、前記第２レンズユニッ
    トは、前記正の屈折力を有するレンズを少なくとも１枚
    有し、前記負の屈折力を有するレンズを１枚有すること
    を特徴とする請求項３の照明装置。
  8. 【請求項８】 前記第１レンズユニットの前記２枚の正
    の屈折力を有するレンズは、光源側から順に、前記光源
    側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズである
    ことを特徴とする請求項７の照明装置。
  9. 【請求項９】 前記第１レンズユニットと前記第２レン
    ズユニットの間であって、前記集光光学系の焦点位置
    に、前記光源の像が形成されていることを特徴とする請
    求項３の照明装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１レンズユニットと前記第２レ
    ンズユニットより成る前記リレーレンズの焦点距離を
    ｆ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ1とすると
    き ｆ1 ／ｆ＜０．８５ を満足することを特徴とする請求項９の照明装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２レンズユニットにおける正の
    屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの材質の平均ア
    ッベ数と負の屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの
    材質の平均アッベ数をそれぞれν2p，ν2nとするとき ν2p／ν2n＞１．７ を満足することを特徴とする請求項１０の照明装置。
  12. 【請求項１２】 前記第２レンズユニットにおける正の
    屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの材質の平均ア
    ッベ数と負の屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの
    材質の平均アッベ数をそれぞれν2p，ν2nとするとき ν2p／ν2n＞１．７ を満足することを特徴とする請求項９の照明装置。
  13. 【請求項１３】 前記第２レンズユニットと前記集光光
    学系の間であって前記集光光学系の焦点位置に、前記光
    源の像が形成されていることを特徴とする請求項３の照
    明装置。
  14. 【請求項１４】 前記指向光学系は、前記第２レンズユ
    ニットと前記集光光学系の間に、前記光源からの光を折
    り曲げるミラーを備えることを特徴とする請求項１３の
    照明装置。
  15. 【請求項１５】 前記集光光学系は、前記光源からの光
    を赤と緑と青の光に分解する色分解手段と、前記赤と緑
    と青の光の夫々を所定の入射角度で前記被照射面に入射
    させるコンデンサーレンズとを有することを特徴とする
    請求項３の照明装置。
  16. 【請求項１６】 前記色分解手段は、回折格子又は複数
    のダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求
    項１５の照明装置。
  17. 【請求項１７】 前記コンデンサーレンズはフレネルレ
    ンズより成ることを特徴とする請求項１５の照明装置。
  18. 【請求項１８】 前記コンデンサーレンズは非球面レン
    ズより成ることを特徴とする請求項１７の照明装置。
  19. 【請求項１９】 前記リレーレンズは、前記光源側から
    順に正の屈折力を有する第１レンズユニットと正の屈折
    力を有する第２レンズユニットとを有し、該第２レンズ
    ユニットは前記負の屈折力を有するレンズを備えること
    を特徴とする請求項１７の照明装置。
  20. 【請求項２０】 前記負の屈折力を有するレンズは、最
    も被照明面側に設けてあることを特徴とする請求項１９
    の照明装置。
  21. 【請求項２１】 前記負の屈折力を有するレンズは、前
    記光源側の面の曲率半径が他方の面の曲率半径よりも小
    さいことを特徴とする請求項２０の照明装置。
  22. 【請求項２２】 前記負の屈折力を有するレンズは前記
    光源側に凹面を向けたメニスカスレンズか、又は両凹面
    レンズであることを特徴とする請求項２１の照明装置。
  23. 【請求項２３】 前記第１レンズユニットは前記正の屈
    折力を有するレンズを２枚有し、前記第２レンズユニッ
    トは、前記正の屈折力を有するレンズを少なくとも１枚
    有し、前記負の屈折力を有するレンズを１枚有すること
    を特徴とする請求項１９の照明装置。
  24. 【請求項２４】 前記第１レンズユニットの前記２枚の
    正の屈折力を有するレンズは、光源側から順に、前記光
    源側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズであ
    ることを特徴とする請求項２３の照明装置。
  25. 【請求項２５】 前記第１レンズユニットと前記第２レ
    ンズユニットの間であって前記集光光学系の焦点位置
    に、前記光源の像が形成されていることを特徴とする請
    求項２３の照明装置。
  26. 【請求項２６】 前記第１レンズユニットと前記第２レ
    ンズユニットより成る前記リレーレンズの焦点距離を
    ｆ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ1とすると
    き ｆ1 ／ｆ＜０．８５ を満足することを特徴とする請求項２５の照明装置。
  27. 【請求項２７】 前記第２レンズユニットにおける正の
    屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの材質の平均ア
    ッベ数と負の屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの
    材質の平均アッベ数を夫々ν2p，ν2nとするとき ν2p／ν2n＞１．７ を満足することを特徴とする請求項２６の照明装置。
  28. 【請求項２８】 前記第２レンズユニットにおける正の
    屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの材質の平均ア
    ッベ数と負の屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの
    材質の平均アッベ数をそれぞれν2p，ν2nとするとき ν2p／ν2n＞１．７ を満足することを特徴とする請求項２５の照明装置。
  29. 【請求項２９】 前記第２レンズユニットと前記集光光
    学系の間であって前記集光光学系の焦点位置に、前記光
    源の像が形成されていることを特徴とする請求項２３の
    照明装置。
  30. 【請求項３０】 前記指向光学系は、前記第２レンズユ
    ニットと前記集光光学系の間に、前記光源からの光を折
    り曲げるミラーを備えることを特徴とする請求項２９の
    照明装置。
  31. 【請求項３１】 前記指向光学系は、前記光源と前記リ
    レーレンズの間に光インテグレーターを有し、前記イン
    テグレーターは、フライアイレンズ、又はその内面で光
    を反射するロッドを備えることを特徴とする請求項１７
    の照明装置。
  32. 【請求項３２】 前記指向光学系は、前記光源からの光
    を前記反射する球面鏡又は回転楕円鏡を有し、前記球面
    鏡又は回転楕円鏡により反射された光が前記リレーレン
    ズに入射することを特徴とする請求項３１の照明装置。
  33. 【請求項３３】 光源からの白色光を指向光学系によっ
    て光インテグレーターに導光し、該光インテグレーター
    からの白色光をリレーレンズによってコンデンサーレン
    ズに導光し、該コンデンサーレンズからテレセントリッ
    クな状態の白色光として射出させ、該コンデンサーレン
    ズからの該白色光を色分解手段で赤、緑、青の光に分解
    して、該赤の光と該緑の光と該青の光を互いに異なる方
    向から該被照明面に入射させる照明装置であって、該リ
    レーレンズは正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を
    有するレンズとを備え、前記正と負のレンズは互いに材
    質のアッベ数が異なることを特徴とする照明装置。
  34. 【請求項３４】 前記色分解手段は、回折格子又は複数
    のダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求
    項３３の照明装置。
  35. 【請求項３５】 前記コンデンサーレンズフレネルレン
    ズより成ることを特徴とする請求項３３の照明装置。
  36. 【請求項３６】 前記コンデンサーレンズは非球面レン
    ズより成ることを特徴とする請求項３３の照明装置。
  37. 【請求項３７】 前記リレーレンズは、前記光源側から
    順に正の屈折力を有する第１レンズユニットと正の屈折
    力を有する第２レンズユニットとを有し、該第２レンズ
    ユニットが前記負の屈折力を有するレンズを備えること
    を特徴とする請求項３３の照明装置。
  38. 【請求項３８】 前記負の屈折力を有するレンズは、最
    も被照明面側に設けてあることを特徴とする請求項３７
    の照明装置。
  39. 【請求項３９】 前記負の屈折力を有するレンズは、前
    記光源側の面の曲率半径が他方の面の曲率半径よりも小
    さいことを特徴とする請求項３８の照明装置。
  40. 【請求項４０】 前記負の屈折力を有するレンズは前記
    光源側に凹面を向けたメニスカスレンズか、又は両凹レ
    ンズであることを特徴とする請求項３９の照明装置。
  41. 【請求項４１】 前記第１レンズユニットは前記正の屈
    折力を有するレンズを２枚有し、前記第２レンズユニッ
    トは、前記正の屈折力を有するレンズを少なくとも１枚
    有し、前記負の屈折力を有するレンズを１枚有すること
    を特徴とする請求項３７の照明装置。
  42. 【請求項４２】 前記第１レンズユニットの前記２枚の
    正の屈折力を有するレンズは、光源側から順に、前記光
    源側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズであ
    ることを特徴とする請求項４１の照明装置。
  43. 【請求項４３】 前記第１レンズユニットと前記第２レ
    ンズユニットの間であって前記集光光学系の焦点位置
    に、前記光源の像が形成されていることを特徴とする請
    求項４１の照明装置。
  44. 【請求項４４】 前記第１レンズユニットと前記第２レ
    ンズユニットより成る前記リレーレンズの焦点距離を
    ｆ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ1とすると
    き ｆ1 ／ｆ＜０．８５ を満足することを特徴とする請求項４３の照明装置。
  45. 【請求項４５】 前記第２レンズユニットにおける正の
    屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの材質の平均ア
    ッベ数と負の屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの
    材質の平均アッベ数を夫々ν2p，ν2nとするとき ν2p／ν2n＞１．７ を満足することを特徴とする請求項４４の照明装置。
  46. 【請求項４６】 前記第２レンズユニットにおける正の
    屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの材質の平均ア
    ッベ数と負の屈折力を有する少なくとも一枚のレンズの
    材質の平均アッベ数を夫々ν2p，ν2nとするとき ν2p／ν2n＞１．７ を満足することを特徴とする請求項４３の照明装置。
  47. 【請求項４７】 前記第２レンズユニットと前記集光光
    学系の間であって前記集光光学系の焦点位置に、前記光
    源の像が形成されていることを特徴とする請求項４１の
    照明装置。
  48. 【請求項４８】 前記指向光学系は、前記第２レンズユ
    ニットと前記集光光学系の間に、前記光源からの光を折
    り曲げるミラーを備えることを特徴とする請求項４７の
    照明装置。
  49. 【請求項４９】 前記指向光学系は、前記光源からの光
    を前記反射する球面鏡又は回転楕円鏡を有することを特
    徴とする請求項３３の照明装置。
  50. 【請求項５０】 請求項１から４９のいずれか１項記載
    の照明装置によって照明されるライトバルブと、該ライ
    トバルブが形成する画像を投影する投影光学系とを有す
    ることを特徴とするプロジェクター。
  51. 【請求項５１】 前記ライトバルブは液晶パネルである
    ことを特徴とする請求項５０のプロジェクター。
  52. 【請求項５２】 請求項３５から４９のいずれか１項記
    載の照明装置によって照明されるライトバルブと、該ラ
    イトバルブが形成する画像を投影する投影光学系とを有
    し、前記ライトバルブが、各マイクロレンズによって前
    記赤、緑、青の光を互いに異なる画素に入射させるため
    のマイクロレンズアレイを有することを特徴とするプロ
    ジェクター。
  53. 【請求項５３】 前記ライトバルブは液晶パネルである
    ことを特徴とするプロジェクター。
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