JPH1195164A

JPH1195164A - 照明装置及び投写型表示装置

Info

Publication number: JPH1195164A
Application number: JP9254836A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kida; 博木田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】装置を大型にすることなく被照明領域を高照
度に照明することができる照明装置を提供する。【解決手段】ランプ１と、反射鏡３と、ランプ１の発
光体２から放出され反射鏡３で反射された光束を複数の
光束に分割する第１レンズアレイ４と、この分割された
複数の光束のそれぞれを拡大して被照明領域６上に重畳
照射させる第２レンズアレイ５とを有する。そして、反
射鏡３の反射位置が主光軸に近い第１の領域３１内にあ
る場合の第２焦点ｆ_2aの位置が、反射鏡３の反射位置が
第１の領域３１より主光軸から遠い第２の領域３２内に
ある場合の第２焦点ｆ_2bの位置より、反射鏡３から遠く
なるように反射鏡３を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射鏡で集光され
レンズアレイを構成する各レンズを通過した光束群を被
照明領域に重畳照射する照明装置、及び、この照明装置
により照明されたライトバルブの画像をスクリーン上に
拡大投写する投写型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高輝度の白色光源からの放射光を、反射
面が軸対称回転曲面である放物面鏡或いは楕円面鏡によ
り集光して液晶ライトバルブに照射し、投写レンズによ
って液晶ライトバルブ上の画像をスクリーンに拡大表示
する従来の投写型表示装置においては、主光軸近傍の光
束密度が高くなり過ぎて、表示画像に輝度むらが現れ
た。このような問題を解消するために、インテグレータ
と呼ばれるレンズアレイを用いた照明装置を投写型表示
装置に適用する提案が、例えば、米国特許第２，１８
６，１２３号公報及び特開平３−１１１８０６号公報に
開示されている。

【０００３】図９は、レンズアレイを組み込んだ従来の
照明装置の一例を示す構成図であり、図１０は、この照
明装置における倍率や集光角を説明するための図であ
る。図９に示されるように、この照明装置は、発光体２
から高輝度の白色光を放射するランプ１と、内面が主光
軸（ｚ軸）を中心とする軸対称回転曲面である反射鏡３
と、複数の第１レンズ（例えば、４１，４２，４３）を
二次元配列して構成された第１レンズアレイ４と、複数
の第２レンズ（例えば、５１，５２，５３）を二次元配
列して構成された第２レンズアレイ５とを有する。

【０００４】第１レンズアレイ４の各第１レンズの開口
はほぼ同一形状であり、被照明領域６（例えば、長方
形）と相似形状を成している。そして、第１レンズアレ
イ４を構成する複数の第１レンズは、反射鏡３で反射さ
れた光束Ｌを、第１レンズの数の光束（光束群）に分割
する。第２レンズアレイ５は、第１レンズアレイ４の集
光点付近に配置され、各第１レンズ（例えば、４１，４
２，４３）で集光された光束は、それぞれに対応する第
２レンズ（例えば、５１，５２，５３）に入射する。各
第２レンズ（例えば、５１，５２，５３）により、被照
明領域６と各第１レンズ（例えば、４１，４２，４３）
とは共役関係にあり、各第１レンズの開口形状及び照度
分布が被照明領域６上に拡大照射される。

【０００５】第１レンズアレイ４に入射する前の光束
は、主光軸付近の光束密度が高い不均一な照度分布を持
つが、この光束を第１レンズアレイ４により分割し（分
割された領域内における照度分布の均一性は高い。）、
第２レンズアレイ５により被照明領域６に一致した形状
で重畳照射されると、被照明領域６の照度分布の均一性
が高くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな従来の照明装置において被照明領域６の照度を向上
させ、この照明装置を適用した投写型表示装置の投写画
像の輝度を向上させるためには、以下の２つの点が要求
される。第１は、反射鏡３の集光角（図１０に角度θで
示す。）を大きくして発光体２からの光の集光効率を向
上させることである。第２は、第２レンズアレイ５に結
像する発光体像が大きくなりすぎて第２レンズ（例え
ば、５１）からはみ出すことのないようにして、第２レ
ンズアレイ５の光束の透過効率を向上させることであ
る。

【０００７】ここで、図１０を参照して、発光体２の大
きさｄと、第２レンズアレイ５に形成される発光体像の
大きさＤと、第１レンズの倍率Ｍとの関係は、Ｄ＝Ｍ・ｄ（１）のように表すことができる。

【０００８】ここで、Ｍ＝（ｓ₂／ｓ₁）・（ｓ₄／ｓ₃）＝ｓ₂ｓ₄／ｓ₁ｓ₃ であり、また、ｓ₁は、反射鏡２の第１焦点ｆ₁から反射
鏡３の反射位置までの光路長であり、ｓ₂は、反射鏡２
の反射位置から第２焦点ｆ₂までの光路長であり、ｓ
₃は、第１レンズアレイ４から第２焦点ｆ₂までの光路長
であり、ｓ₄は、第１レンズアレイ３から第２レンズア
レイ４までの光路長である。

【０００９】式（１）からわかるように、主光軸近傍の
第２レンズ（例えば、第２レンズ５１）ほど光路長ｓ₁
の値が小さくなると倍率Ｍが大きくなるので、第２レン
ズ上の発光体像は大きくなる（図９の第２レンズ５１内
の発光体像２１が最も大きい。）。

【００１０】また、反射鏡３を第２焦点距離（反射鏡と
ｚ軸との交点から第２焦点ｆ₂までの距離）の短い楕円
面鏡にした場合には、式（１）のｓ₂／ｓ₃が大きくなっ
て倍率Ｍが大きくなるので、発光体像が大きくなる。逆
に、反射鏡３を放物面鏡とした場合には、楕円面鏡の第
２焦点ｆ₂が無限遠にある形状とみなせるので、ｓ₂→
∞、ｓ₃→∞であり、ｓ₂／ｓ₃→１となるので、倍率Ｍ
は、Ｍ＝ｓ₁／ｓ₄ （２）と表すことができ、最小値となる。

【００１１】しかしながら、第２レンズアレイ５の透過
効率を向上させるために、反射鏡３として第２焦点距離
の長い楕円面鏡や放物面鏡を使用すると、反射鏡３の開
口径が大きくなり、そのため照明装置が大型になるとい
う問題が生じる。例えば、第１焦点距離（反射鏡とｚ軸
との交点から第１焦点ｆ₁までの距離）が１５［ｍｍ］
であり、集光角θが２６０［ｄｅｇ］である場合の楕円
面鏡（第２焦点距離が２４０［ｍｍ］の場合）の開口径
は１００［ｍｍ］であるのに対し、放物面鏡の開口径は
１２８［ｍｍ］と大きくなる。

【００１２】また、反射鏡３の開口径を小さくするため
に、反射鏡３の集光角θを小さくしたり、反射鏡３とし
て第２焦点距離の短い楕円面鏡を使用すると、反射鏡３
による集光効率が低下して被照明領域６の照度が低下す
るという問題が生じる。

【００１３】さらに、第２レンズアレイ５の第２レンズ
上の発光体像を小さくして第２レンズアレイ５の透過効
率を向上させるために、発光体２を小さくすることも考
えられるが、発光効率、演色性、ランプ寿命の点を考慮
すると、限界がある（メタルハライドランプの場合に
は、発光体は１．５［ｍｍ］（１５０［Ｗ］）〜３［ｍ
ｍ］（４００［Ｗ］）である。）。

【００１４】そこで、本発明は、上記した従来技術の課
題を解決するためになされたものであり、その目的とす
るところは、反射鏡の集光効率を低下させることなく且
つ反射鏡を大型にすることなく、レンズアレイの透過効
率を向上させることによって、被照明領域を高照度に照
明することができる照明装置及びこれを組み込むことに
よって高輝度の画像を表示することができる投写型表示
装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の照明装置は、
発光体から光を放出するランプと、主光軸を中心軸とす
る軸対称回転曲面を反射面とし、前記発光体から放出さ
れた光束を集光する反射鏡とを有し、被照明領域に光を
照射する装置であって、複数行複数列に配列された第１
レンズを有し、前記発光体から放出され前記反射鏡で反
射された光束を複数の光束に分割する第１レンズアレイ
と、複数行複数列に配列された第２レンズを有し、前記
第１レンズアレイで分割された複数の光束のそれぞれを
拡大して被照明領域上に重畳照射させる第２レンズアレ
イとを備え、前記発光体が前記反射鏡の第１焦点付近に
位置するように前記ランプを配置し、前記発光体から放
出され前記反射鏡で反射された光束が集光する第２焦点
の位置が前記反射鏡の反射位置により異なり、前記反射
鏡の反射位置が主光軸に近い第１の領域内にある場合の
第２焦点の位置が、前記反射鏡の反射位置が第１の領域
より主光軸から遠い第２の領域内にある場合の第２焦点
の位置より、前記反射鏡から遠くなるように前記反射鏡
を形成したことを特徴としている。

【００１６】また、請求項２の照明装置は、請求項１の
照明装置において、前記第１及び第２のそれぞれの領域
内において、前記反射鏡の反射位置が主光軸に近づくほ
ど、第２焦点の位置が前記反射鏡から遠ざかるように前
記反射鏡を形成したことを特徴としている。

【００１７】また、請求項３の照明装置は、請求項１又
は２のいずれかの照明装置において、前記発光体と前記
第２レンズとが共役関係にあり、前記反射鏡で反射した
光束により主光軸に最も近い第２レンズ上に結像した発
光体像が、前記主光軸に最も近い第２レンズ内に収まる
ように、前記反射鏡を形成することを特徴としている。

【００１８】また、請求項４の照明装置は、請求項１乃
至３のいずれかの照明装置において、前記第１レンズを
正面から見た形状が長方形であることを特徴としてい
る。

【００１９】また、請求項５の照明装置は、請求項１乃
至４のいずれかの照明装置において、前記第２レンズを
正面から見た形状が長方形であることを特徴としてい
る。

【００２０】また、請求項６の照明装置は、請求項１乃
至４のいずれかの照明装置において、前記第２レンズを
正面から見た形状が六角形であることを特徴としてい
る。

【００２１】また、請求項７の照明装置は、請求項１乃
至６のいずれかの照明装置において、前記第１レンズ及
び第２レンズが隣り合う行又は列で半ピッチずれて配列
されていることを特徴としている。

【００２２】また、請求項８の投写型表示装置は、請求
項１乃至７のいずれかの照明装置と、前記照明装置の被
照明領域に設置され、画像を形成するライトバルブと、
前記ライトバルブに形成された画像を拡大投写する投写
レンズとを有することを特徴としている。

【００２３】また、請求項９の投写型表示装置は、請求
項８の投写型表示装置において、前記照明装置の第２レ
ンズ及び前記投写レンズの入射瞳はほぼ共役関係にあ
り、前記入射瞳の径は前記入射瞳上に形成される前記第
２レンズ上の発光体像とほぼ同じ大きさであることを特
徴としている。

【００２４】

【発明の実施形態】以下に、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しながら説明する。

【００２５】実施の形態１図１は、本発明の実施の形態１による照明装置の構成を
概略的に示す図、図２は、この照明装置の反射鏡を示す
斜視図、図３は、この照明装置の第１レンズアレイ及び
第２レンズアレイを示す斜視図、図４（ａ）及び（ｂ）
は、それぞれ第１レンズアレイ及び第２レンズアレイの
正面図である。

【００２６】図１又は図２に示されるように、実施の形
態１の照明装置は、発光体２から高輝度の白色光を放出
するランプ１と、主光軸（ｚ軸）を中心軸とする軸対称
回転曲面を反射面とし、発光体２から放出された光束Ｌ
₁を集光する反射鏡３とを有する。ランプ１としては、
高輝度の白色光を放射するものが好適であり、例えば、
ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドラン
プ、超高圧水銀ランプ等が用いられる。ランプ１の発光
体２（例えば、アーク）の大きさは、発光効率、演色
性、ランプ寿命の問題が生じない程度に、小さい方が望
ましい。発光体２の大きさは、例えば、メタルハライド
ランプの場合には、１．５［ｍｍ］（１５０［Ｗ］用ラ
ンプ）〜３［ｍｍ］（４００［Ｗ］用ランプ）である。
また、反射鏡３の内面３ａには、光を効率よく反射する
ための金属薄膜又は誘電体多層膜が形成されている。

【００２７】また、図１に示されるように、実施の形態
１の照明装置は、発光体２から放出され反射鏡３で反射
された光束Ｌ₂を複数の光束（光束群）に分割する第１
レンズアレイ４と、この第１レンズアレイ４で分割され
た複数の光束のそれぞれを拡大して被照明領域６上に重
畳照射させる第２レンズアレイ５とを有する。

【００２８】図３及び図４に示されるように、第１レン
ズアレイ４は、ｚ軸に直交する平面において複数行複数
列に配列された第１レンズ（例えば、４１，４２，４
３）を有する。また、第２レンズアレイ５は、ｚ軸に直
交する平面において複数行複数列に配列された第２レン
ズ（例えば、５１，５２，５３）を有する。

【００２９】また、図３及び図４に示されるように、第
１レンズアレイ４の各第１レンズの開口は互いにほぼ同
一形状であり、被照明領域６（本実施の形態において
は、長方形）と相似形状を成している。例えば、ＮＴＳ
Ｃ等のテレビ画像表示、ＶＧＡやＸＧＡ等のコンピュー
タグラフィック表示用のライトバルブへの照明を用途と
している場合には、縦横比は３：４の矩形開口であり、
ＥＷＳ等のコンピュータグラフィック表示用のライトバ
ルブへの照明を用途としている場合には縦横比は４：５
の矩形開口であり、ＨＤＴＶ等のワイド画面表示用のラ
イトバルブへの照明を用途としている場合には縦横比は
９：１６の矩形開口とすればよい。

【００３０】また、第２レンズアレイ５は、第１レンズ
アレイ４の集光点付近に配置され、第１レンズアレイ４
の各第１レンズで集光された光束は、それぞれ第２レン
ズアレイ５の各第２レンズに入射する。ランプ１の発光
体２と第２レンズアレイ５の各第２レンズとは共役関係
にあり、図４（ｂ）に示されるように、第１レンズアレ
イ４の各第１レンズ（例えば、４１，４２，４３）によ
り発光体像（例えば、２１，２２，２３）が、第２のレ
ンズアレイ５の各第２レンズ（例えば、５１，５２，５
３）上に結像する。尚、図４（ｂ）には、発光体像２
１，２２，２３のみを示しているが、実際には、全ての
第２レンズ上に発光体像が形成されている。また、被照
明領域６と第１レンズアレイ４の各第１レンズとは共役
な関係にあり、第１レンズアレイ４の各第１レンズの開
口形状及び照度分布が被照明領域６上に拡大照射され
る。

【００３１】さらにまた、反射鏡３からのほぼ円形の断
面を持つ光束（円形光束）に対し、第１レンズアレイ４
の開口径の外をの光束は無効な光束となるので、第１レ
ンズアレイ４における第１レンズの配列は図３及び図４
に限定されない。第１レンズアレイ４における第１レン
ズの配列パターン、開口径、レンズの分割数は、反射鏡
３からの円形光束をできるだけ多く集光できるように設
計することが望ましい。具体的には、反射鏡３からの円
形光束をできるだけ埋め尽くすように第１レンズを配置
することが望ましい。この場合、第２レンズの拡大倍率
が大きければ、第１レンズの形状は小さくなり、配列で
きる第１レンズの数は増加する。尚、上記説明において
は、第２レンズアレイ５の各第２レンズの開口形状が矩
形形状である場合について説明したが、発光体像よりも
大きな有効径を有する形状であれば、円形、六角形等の
多角形、その他の形状であってもよい。また、一般に、
図４（ｂ）に示すように、ｙ軸上の発光体像２１は、ｙ
軸方向に長い楕円形となり、ｘ軸上の発光体像（図示せ
ず）は、ｘ軸方向に長い楕円形となるので、第２レンズ
は円形に近い形状の方が望ましい。

【００３２】図５は、第１レンズアレイ４及び第２レン
ズアレイ５の機能を説明するための図である。図５にお
いて、曲線６１は、反射鏡３から放出される光束密度分
布を示し、曲線７１，７２，７３は光束、、の被
照明領域６上における光束密度分布を示す。図５に示さ
れるように、反射鏡３による反射後の光束は、主光軸付
近の光束密度が高い不均一な分布である。第１レンズア
レイ５は、曲線６１の照度分布を示す光束を分割する。
分割された各光束の照度分布は、図５の曲線７１，７
２，７３に示されるように、均一性が高い。また、分割
された各光束は、被照明領域６と一致した形状で重畳照
射される。このため、被照明領域６の照度は、曲線７
１，７２，７３の分布を示す光束（図５には示していな
いが、これらとｚ軸を中心に対象な光束分布を示す光束
をも含む。）を加算した照度となるので、被照明領域６
の照度分布の均一性は向上する。

【００３３】また、実施の形態１の照明装置において
は、図１又は図２に示されるように、反射鏡３の反射位
置が主光軸に近い第１の領域３１である場合の第２焦点
ｆ_2aの位置が、反射鏡３の反射位置が第１の領域３１よ
り主光軸から遠い第２の領域３２である場合の第２焦点
ｆ_2bの位置より、反射鏡３のｚ軸との交点位置（ｚ＝０
の点）から遠くなるように反射鏡３を形成している。

【００３４】但し、反射鏡３の形状は、第２焦点を２箇
所に有する場合に限定されない。例えば、第１の領域３
１内において、反射鏡３の反射位置が主光軸に近づくほ
ど、第２焦点ｆ_2bの位置が反射鏡３から遠ざかるように
したり、第２の領域３２内において、反射鏡３の反射位
置が主光軸に近づくほど、第２焦点ｆ_2aの位置が反射鏡
３から遠ざかるようにしたりしてもよい。

【００３５】このように、反射鏡３の主光軸近傍（第１
の領域３１）における第２焦点ｆ_2bを反射鏡から遠ざけ
た理由は、第２レンズアレイ５上に形成される発光体像
（例えば、２１，２２，２３）は光軸に近い第２レンズ
上のものほど大きくなり、また、第２焦点距離の短い反
射鏡を使用するほど大きくなるからである。つまり、本
実施の形態においては、大きな発光体像が形成される主
光軸に近い第２レンズ（即ち、第２レンズ５１）に光束
を入射させる反射鏡３の領域（即ち、主光軸近傍の第１
の領域３１）についてのみ第２焦点距離を長くすること
によって、発光体像が主光軸に最も近い第２レンズ５１
からはみ出ないようにし、第２レンズアレイ５の透過効
率を向上させることによって、被照明領域６における照
度を向上させている。

【００３６】また、反射鏡３の主光軸近傍（即ち、主光
軸近傍の第１の領域３１）における第２焦点ｆ_2aのみを
反射鏡から遠ざけ、反射鏡３の主光軸から離れた領域
（即ち、第２の領域３２）の第２焦点ｆ_2bを遠ざけなか
った理由は、主光軸から遠い第２レンズ上の発光体像は
小さく、主光軸から遠い第２レンズ（例えば、５３）に
光束を入射させる反射鏡３の領域（即ち、主光軸から遠
い第２の領域３２）について第２焦点ｆ_2bを遠くして、
発光体像を小さくする必要がないからである。また、主
光軸から遠い第２レンズ（例えば、５３）に光束を入射
させる反射鏡３の領域３２についてのみ第２焦点ｆ_2aを
遠ざけることによって、発光体２からの光束の集光角θ
を大きくしつつ、反射鏡３の大きさを小さく抑えること
ができるからである。

【００３７】次に、実施の形態１の反射鏡３の設計例を
挙げる。反射鏡３の形状は、例えば、次式の非球面曲面
式によって与えることができるが、これは一例であり、
他の変形例が可能である。

【００３８】ｚ＝ｃｈ²／［１＋｛１−（Ｋ＋１）ｃ²ｈ²｝^1/2］＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｃｈ⁸＋Ｄｈ¹⁰＋Ｅｈ¹²＋… （３）ｈ²＝ｘ²＋ｙ²

【００３９】ここで、ｈは光軸からの距離、Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅは高次の非球面係数、Ｋは非球面係数、ｃ＝
１／Ｒであり、Ｒは反射鏡表面の曲率半径である。

【００４０】また、照明系の設計諸元としては、反射鏡
の焦点ｆ₁を１５［ｍｍ］とし、集光角θを２６０［ｄ
ｅｇ］とし、開口径φを１００［ｍｍ］とし、第１レン
ズアレイ４の位置を、主光軸上の反射鏡面から１００
［ｍｍ］の位置とし、第２レンズアレイ５の位置を、第
１レンズアレイから４０［ｍｍ］の位置とする。また、
ｃ＝０．０３４、Ｋ＝−０．９６１、Ａ＝４・１０^-8、
Ｂ＝６・１０^-10、Ｃ＝８・１０^-13、Ｄ＝８・１
０^-17、Ｅ＝１・１０^-21、とする。この場合、光軸付近
の第２焦点ｆ_2aは、約１５００［ｍｍ］、周辺の第２焦
点ｆ_2bは、約２００［ｍｍ］となる。

【００４１】図６は、上記実施の形態１における発光体
像の倍率Ｍを、ｃ＝０．０３５、Ｋ＝−０．７９９（第
２焦点距離２４０［ｍｍ］）の従来の楕円面鏡と比較し
た計算値をグラフにした図である。図６において、横軸
は第１レンズアレイ４の高さであり、縦軸は第２レンズ
アレイ５上に形成される発光体像の倍率の関係を示す。
発光体２の大きさｄが３［ｍｍ］の場合には、主光軸近
傍の第２レンズアレイ５上の発光体実像の大きさは、楕
円面鏡で１３．５［ｍｍ］であるが、実施の形態１の場
合には、８．５［ｍｍ］と小さくなる。

【００４２】以上説明したように、実施の形態１の照明
装置においては、反射鏡３の第２の領域３２における第
２焦点ｆ_2bを反射鏡３から遠ざけていないので、反射鏡
３の集光効率を低下させることはなく、また、反射鏡３
を大型にすることもない。また、反射鏡３の第１領域３
１における第２焦点ｆ_2aを反射鏡３から遠ざけたので、
軸線に近い第２レンズアレイ５に結像する発光体像２１
の大きさをを小さくすることができ、被照明領域６に照
射される発光体像が第２レンズ５１により削られること
がないので、第２レンズアレイ５の透過効率を向上させ
ることができるので、被照明領域６を高照度に照明する
ことができる。

【００４３】実施の形態２図７は、本発明の実施の形態２による投写型表示装置を
示す構成図である。実施の形態２の投写型表示装置は、
図１の照明装置に加え、光変調素子としてのライトバル
ブ７と、集光レンズ（フィールドレンズ）８と、ライト
バルブ７に形成された画像を拡大投写する投写レンズ９
とを有する。尚、図７において、１０は投写レンズ９の
入射瞳を示す。また、図７において、図１の構成と同一
の構成には同一の符号を付す。また、図７において、ラ
イトバルブ７の画像表示領域が、図１（実施の形態１）
の照明装置で示した被照明領域６と同じ位置になるよう
ライトバルブ７を設置する。

【００４４】ライトバルブ７は、液晶材料を用いた方式
が主流であり、電極を有する２枚の硝子基板とこれらに
挟まれた液晶層により構成される。液晶には、電界によ
り液晶分子の捻れ配向を制御して光変調を行うＴＮ(Twi
sted Nematic)型液晶や、高分子と液晶との複合材料に
より構成され電界により光の散乱変調を行うＬＣＰＣ(L
iquid Crystal Polymer Composite)が知られているが、
投写型表示装置に要求される性能等を考慮していずれを
選択してもよい。

【００４５】集光レンズ８は、最も集光スポットが小さ
くなる集光点位置付近に入射瞳１０が来るように集光レ
ンズ８の焦点距離を選ぶ。集光レンズ８により、入射瞳
１０と第２レンズアレイ５とは共役関係にあり、入射瞳
１０上に第２レンズアレイ５の像が形成される。このた
め、第２レンズアレイ５の径が大きくなると、投写レン
ズ９の開口を損失なく透過させるためには、入射瞳１０
の径が大きい、即ち、Ｆナンバーの小さい投写レンズを
用いる必要がある。しかし、Ｆナンバーの小さい投写レ
ンズは、構成レンズの径が大きくなり、投写レンズの大
型化・重量化・コストアップ等の点で問題となる。ま
た、光学性能面でも収差の増大による画質の低下、迷光
成分の増大によるコントラストの低下等の弊害が多い。
このため、できるだけ第２レンズアレイ５の有効径が小
さくなるように、第１レンズアレイ４及び第２レンズア
レイ５の形状及び配列を決めることが望ましい。

【００４６】実施の形態２の投写型表示装置において
は、ランプ１の発光体２から放射した光束を反射鏡３に
より集光し、第１レンズアレイ４で複数の光束に分割
し、これら複数の光束を第２レンズアレイ５によりライ
トバルブ７の画像表示領域に重畳照明する。以上の動作
は、実施の形態１の照明装置の場合と同じである。

【００４７】集光レンズ８は、光束が投写レンズ９の開
口を効率よく透過するように、照明光を集光させる機能
を持つ。ライトバルブ７に表示された画像に応じて光変
調された光束は、投写レンズ９の入射瞳１０を透過後、
スクリーン（図示せず）上に、拡大映像が投写される。

【００４８】また、実施の形態２の投写型表示装置にお
ける照明装置は、実施の形態１のものと同一であり、図
１又は図２に示されるように、反射鏡３の反射位置が主
光軸に近い第１の領域３１である場合の第２焦点ｆ_2aの
位置が、反射鏡３の反射位置が第１の領域３１より主光
軸から遠い第２の領域３２である場合の第２焦点ｆ_2bの
位置より、反射鏡３のｚ軸との交点位置（ｚ＝０の点）
から遠くなるように反射鏡３を形成している。このた
め、実施の形態２の投写型表示装置においては、照明装
置を大型にすることなく、高輝度な画像を表示すること
ができる。

【００４９】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１レ
ンズアレイ及び第２レンズアレイの構成の一例を示す正
面図である。に第２レンズアレイ５の径を小さくするた
めの、第１及び第２レンズアレイの構成の一例を示す。
第２レンズアレイ５の各第２レンズ５４は六角形状とす
ることにより、高密度な配置が可能となる。また、投写
レンズ９の入射瞳１０は一般に円形開口であるので、第
２レンズアレイ５全体ができるだけ円形となるように配
列することが望ましい。第２レンズアレイ５の配列に対
応して、第１レンズアレイ４は、各段の第１レンズが半
ピッチずれた配列として、第２レンズアレイとの配列の
整合性を図っている。

【００５０】また、本発明の反射鏡は第２レンズアレイ
５上の集光径を小さくできるので、第２レンズ径を小さ
くでき、第２レンズアレイ５の有効径をさらに小さくで
きる。

【００５１】尚、図７の集光レンズ８は、ライトバルブ
７より反射鏡３側（光束の上流側）に配置したが、ライ
トバルブ７より投写レンズ８側（光束の下流側）に配置
してもよい。

【００５２】また、入射瞳１０の径は、入射瞳１０にお
いてケラレ（レンズの縁や鏡筒等によって光線の一部が
遮られる現象）がないよう可能な限り小さいことが望ま
しく、入射瞳径と第２レンズアレイ５の実像の径とは一
致させるのがよい。これにより、投写光の明るさを無駄
にすることなく、不要光を最大限遮光できるので、コン
トラストの高い表示画像が得られる。また、入射瞳１０
の形状は、第２レンズアレイ５の有効領域の形状と相似
であればなお良く、図８（ｂ）に示す第２レンズアレイ
５の形状であれば六角形状であればさらにコントラスト
が向上する。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至７の
発明によれば、反射鏡の第１領域における第２焦点を反
射鏡から遠ざけたので、軸線に近い第２レンズアレイに
結像する発光体像の大きさをを小さくすることができ、
被照明領域に照射される発光体像が第２レンズより削ら
れることがないので、第２レンズアレイの透過効率を向
上させることができ、被照明領域を高照度に照明するこ
とができるという効果が得られる。また、反射鏡の第２
の領域における第２焦点を反射鏡から遠ざけていないの
で、反射鏡の集光効率を低下させることはなく、また、
反射鏡が大型にならないという効果が得られる。

【００５４】また、請求項７の発明によれば、第１及び
第２レンズアレイの形状及び配列を最適化することによ
り、第２レンズアレイの有効径を小さくできるという効
果がある。

【００５５】さらに、請求項８及び９の発明によれば、
請求項１乃至７の照明装置を投写型表示装置に適用した
ので、均一で高輝度の画像を表示することができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による照明装置の構成
を概ほぼ的に示す図である。

【図２】実施の形態１の照明装置の反射鏡を示す斜視
図である。

【図３】実施の形態１の照明装置の第１レンズアレイ
及び第２レンズアレイを示す斜視図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１レンズア
レイ及び第２レンズアレイの正面図である。

【図５】実施の形態１における第１レンズアレイ及び
第２レンズアレイの機能を説明するための図である。

【図６】実施の形態１における第１レンズアレイの高
さと第２レンズアレイ上の発光体像倍率との相関図であ
る。

【図７】本発明の実施の形態２による投写型表示装置
を示す構成図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１レンズア
レイ及び第２レンズアレイの構成の一例を示す正面図で
ある。

【図９】レンズアレイを組み込んだ従来の照明装置の
一例を示す構成図である。

【図１０】図９の照明装置における倍率等を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１ランプ、２発光体、３反射鏡、４第１
レンズアレイ、５第２レンズアレイ、６被照明領
域、７ライトバルブ、８集光レンズ、９投
写レンズ、１０入射瞳、３１第１の領域、３
２第２の領域、４１，４２，４３第１レンズ、
５１，５２，５３第２レンズ、ｆ₁ 第１焦点、
ｆ_2a 反射鏡の第１の領域の第２焦点、ｆ_2b 反射鏡
の第２の領域の第２焦点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光体から光を放出するランプと、主光軸を中心軸とする軸対称回転曲面を反射面とし、前
記発光体から放出された光束を集光する反射鏡と、を有し、被照明領域に光を照射する照明装置において、複数行複数列に配列された第１レンズを有し、前記発光
体から放出され前記反射鏡で反射された光束を複数の光
束に分割する第１レンズアレイと、複数行複数列に配列された第２レンズを有し、前記第１
レンズアレイで分割された複数の光束のそれぞれを拡大
して被照明領域上に重畳照射させる第２レンズアレイ
と、を備え、前記発光体が前記反射鏡の第１焦点付近に位置するよう
に前記ランプを配置し、前記発光体から放出され前記反射鏡で反射された光束が
集光する第２焦点の位置が前記反射鏡の反射位置により
異なり、前記反射鏡の反射位置が主光軸に近い第１の領域内にあ
る場合の第２焦点の位置が、前記反射鏡の反射位置が第
１の領域より主光軸から遠い第２の領域内にある場合の
第２焦点の位置より、前記反射鏡から遠くなるように前
記反射鏡を形成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記第１及び第２のそれぞれの領域内に
おいて、前記反射鏡の反射位置が主光軸に近づくほど、
第２焦点の位置が前記反射鏡から遠ざかるように前記反
射鏡を形成したことを特徴とする請求項１記載の照明装
置。
【請求項３】前記発光体と前記第２レンズとが共役関
係にあり、前記反射鏡で反射した光束により主光軸に最も近い第２
レンズ上に結像した発光体像が、前記主光軸に最も近い
第２レンズ内に収まるように、前記反射鏡を形成するこ
とを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の照明
装置。
【請求項４】前記第１レンズを正面から見た形状が長
方形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の照明装置。
【請求項５】前記第２レンズを正面から見た形状が長
方形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
に記載の照明装置。
【請求項６】前記第２レンズを正面から見た形状が六
角形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
に記載の照明装置。
【請求項７】前記第１レンズ及び第２レンズが隣り合
う行又は列で半ピッチずれて配列したことを特徴とする
請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の照明
装置と、前記照明装置の被照明領域に設置され、画像を形成する
ライトバルブと、前記ライトバルブに形成された画像を拡大投写する投写
レンズと、を有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項９】前記照明装置の第２レンズ及び前記投写
レンズの入射瞳はほぼ共役関係にあり、前記入射瞳の径
は前記入射瞳上に形成される前記第２レンズ上の発光体
像とほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求項８記
載の投写型表示装置。