(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光束および第２光束を供給する光源と、
前記第１光束を複数の部分光束に分割する第１分割フライアイレンズと、
前記第２光束を複数の部分光束に分割する第２分割フライアイレンズと、
前記第１分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第１集光フライアイレンズと、
前記第２分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第２集光フライアイレンズと、
前記第１集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第２集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第１分割フライアイレンズおよび前記第２分割フライアイレンズは、長辺と、短辺とを有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第１分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なＸ軸および前記短辺に平行なＹ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第２分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第１分割フライアイレンズに対する前記第１光束の第１入射領域の形状、および前記第２分割フライアイレンズに対する前記第２光束の第２入射領域の形状は、前記Ｘ軸に平行な長軸と、前記Ｙ軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをＬｘとし、
前記要素レンズの短辺の長さをＬｙとし、
前記長軸の長さＢｘが、１．２×Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘの関係を満たし、前記短軸の長さＢｙが、１．２×Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの関係を満たし、前記長軸の長さＢｘと前記短軸の長さＢｙとが、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙの関係を満たし、
前記第１入射領域は、前記第１分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する第１頂点を含み、かつ前記第１光束の中心が前記第１頂点から所定の方向に距離Ｄだけ離れた領域であり、
前記第２入射領域は、前記第２光束の中心が、前記第２分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する第２頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだけ離れた位置から、前記Ｘ軸に沿って０．５×Ｌｘ、前記Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた領域である、照明装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光源は、複数の出射面が配列された第１出射面形成領域および第２出射面形成領域を有し、
前記第１出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第１分割フライアイレンズ上に重畳して前記第１光束を形成する第１光束形成コンデンサーレンズと、
前記第２出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第２分割フライアイレンズ上に重畳して前記第２光束を形成する第２光束形成コンデンサーレンズと、
をさらに含む、照明装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１光束形成コンデンサーレンズと前記第１分割フライアイレンズの間の距離は、前記第１光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第１入射領域の長軸の長さが、前記第１光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離であり、
前記第２光束形成コンデンサーレンズと前記第２分割フライアイレンズの間の距離は、前記第２光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第２入射領域の長軸の長さが、前記第２光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離である、照明装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第１コリメートレンズと、
前記第１コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第１コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第１光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第１集光レンズと、
前記第２出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第２コリメートレンズと、
前記第２コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第２コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第２光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第２集光レンズと、
をさらに含み、
前記第１コリメートレンズおよび前記第１集光レンズは、前記光源と前記第１光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置され、
前記第２コリメートレンズおよび前記第２集光レンズは、前記光源と前記第２光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置される、照明装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項において、
前記第１光束形成コンデンサーレンズと前記第１分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第１光束形成コンデンサーレンズから射出された光を前記第１分割フライアイレンズ上に集光する第１フィールドレンズと、
前記第２光束形成コンデンサーレンズと前記第２分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第２光束形成コンデンサーレンズから射出された光を前記第２分割フライアイレンズ上に集光する第２フィールドレンズと、
をさらに含む、照明装置。
【請求項６】
第１光束、第２光束、第３光束、および第４光束を供給する光源と、
前記第１光束を複数の部分光束に分割する第１分割フライアイレンズと、
前記第２光束を複数の部分光束に分割する第２分割フライアイレンズと、
前記第３光束を複数の部分光束に分割する第３分割フライアイレンズと、
前記第４光束を複数の部分光束に分割する第４分割フライアイレンズと、
前記第１分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第１集光フライアイレンズと、
前記第２分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第２集光フライアイレンズと、
前記第３分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第３集光フライアイレンズと、
前記第４分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第４集光フライアイレンズと、
前記第１集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第２集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第３集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第４集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第１、第２、第３、および第４分割フライアイレンズは、長辺と、短辺と、を有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第１分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なＸ軸および前記短辺に平行なＹ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第２分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第３分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第４分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第１分割フライアイレンズに対する前記第１光束の第１入射領域の形状、前記第２分割フライアイレンズに対する前記第２光束の第２入射領域の形状、前記第３分割フライアイレンズに対する前記第３光束の第３入射領域の形状、前記第４分割フライアイレンズに対する前記第４光束の第４入射領域の形状は、前記Ｘ軸に平行な長軸と、前記Ｙ軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをＬｘとし、
前記要素レンズの短辺の長さをＬｙとし、
前記長軸の長さＢｘが、１．２×Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘの関係を満たし、前記短軸の長さＢｙが、１．２×Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの関係を満たし、前記長軸の長さＢｘと前記短軸の長さＢｙとが、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙの関係を満たし、
前記第１入射領域は、前記第１分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第１頂点を含み、かつ前記第１光束の中心が前記第１頂点から所定の方向に距離Ｄだけ離れた領域であり、
前記第２入射領域は、前記第２光束の中心が、前記第２分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第２頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだけ離れた位置から、前記Ｘ軸に沿って０．５×Ｌｘ、前記Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた領域であり、
前記第３入射領域は、前記第３光束の中心が、前記第３分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第３頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだけ離れた位置から、前記Ｘ軸に沿って０．５×Ｌｘずれた領域であり、
前記第４入射領域は、前記第４光束の中心が、前記第４分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第４頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだ
け離れた位置から、前記Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた領域である、照明装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記光源は、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオードのいずれかである、照明装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の固体光源を有する照明装置を用いたプロジェクターが、開発または商品化されている。固体光源は、小型かつ軽量であり、近年の開発により発光輝度が著しく向上していることから、照明装置の光源として適している。例えば、特許文献１には、照明装置の光源として、複数の半導体レーザーを２次元アレイ状に配列した構成が記載されている。これにより、照明装置の高出力化を実現している。
【０００３】
しかしながら、複数の半導体レーザーを配列した照明装置では、被照明領域を均一に照明しようとしても、光源が点光源の集合に過ぎないため、被照明領域において照度ムラが生じてしまう問題がある。例えば、特許文献２には、複数のレーザー光源を有する照明装置において、フライアイレンズに対する各レーザー光の入射領域をシフトさせることで被照明領域上において重畳される光の強度パターンを増加させて、被照明領域上における照明光の照度ムラを低減する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ９９／４９３５８号公報
【特許文献２】特開２００９−４２６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、照明光の照度ムラを低減することができる照明装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記照明装置を有するプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る照明装置は、
第１光束および第２光束を供給する光源と、
前記第１光束を複数の部分光束に分割する第１分割フライアイレンズと、
前記第２光束を複数の部分光束に分割する第２分割フライアイレンズと、
前記第１分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第１集光フライアイレンズと、
前記第２分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第２集光フライアイレンズと、
前記第１集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第２集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第１分割フライアイレンズおよび前記第２分割フライアイレンズは、長辺と、短辺とを有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第１分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なＸ軸および前記短辺に平行なＹ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第２分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第１分割フライアイレンズに対する前記第１光束の第１入射領域の形状、および前記第２分割フライアイレンズに対する前記第２光束の第２入射領域の形状は、前記Ｘ軸に平行な長軸と、前記Ｙ軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをＬｘとし、
前記要素レンズの短辺の長さをＬｙとし、
前記長軸の長さＢｘが、１．２×Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘの関係を満たし、前記短軸の長さＢｙが、１．２×Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの関係を満たし、前記長軸の長さＢｘと前記短軸の長さＢｙとが、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙの関係を満たし、
前記第１入射領域は、前記第１分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する第１頂点を含み、かつ前記第１光束の中心が前記第１頂点から所定の方向に距離Ｄだけ離れた領域であり、
前記第２入射領域は、前記第２光束の中心が、前記第２分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する第２頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだけ離れた位置から、前記Ｘ軸に沿って０．５×Ｌｘ、前記Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた領域である。
【０００７】
このような照明装置によれば、照明光の照度ムラを低減することができる。
【０００８】
本発明に係る照明装置において、
前記光源は、複数の出射面が配列された第１出射面形成領域および第２出射面形成領域を有し、
前記第１出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第１分割フライアイレンズ上に重畳して前記第１光束を形成する第１光束形成コンデンサーレンズと、
前記第２出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第２分割フライアイレンズ上に重畳して前記第２光束を形成する第２光束形成コンデンサーレンズと、
をさらに含むことができる。
【０００９】
このような照明装置によれば、光強度分布が均一化され、かつ高い光強度の前記第１光束および前記第２光束を形成することができる。
【００１０】
本発明に係る照明装置において、
前記第１光束形成コンデンサーレンズと前記第１分割フライアイレンズの間の距離は、前記第１光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第１入射領域の長軸の長さが、前記第１光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離であり、
前記第２光束形成コンデンサーレンズと前記第２分割フライアイレンズの間の距離は、前記第２光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第２入射領域の長軸の長さが、前記第２光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離であることができる。
【００１１】
このような照明装置によれば、光の利用効率の向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る照明装置において、
前記第１出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第１コリメートレンズと、
前記第１コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第１コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第１光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第１集光レンズと、
前記第２出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第２コリメートレンズと、
前記第２コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第２コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第２光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第２集光レンズと、
さらにを含み、
前記第１コリメートレンズおよび前記第１集光レンズは、前記光源と前記第１光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置され、
前記第２コリメートレンズおよび前記第２集光レンズは、前記光源と前記第２光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置されることができる。
【００１３】
このような照明装置によれば、前記第１光束形成コンデンサーレンズおよび前記第２光束形成コンデンサーレンズによって、前記第１分割フライアイレンズおよび前記第２分割フライアイレンズに入射する光の入射角の制御を容易に行うことができる。これにより、設計の自由度を向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る照明装置によれば、
前記第１光束形成コンデンサーレンズと前記第１分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第１光束形成レンズから射出された光を前記第１分割フライアイレンズ上に集光する第１フィールドレンズと、
前記第２光束形成コンデンサーレンズレンズと前記第２分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第２光束形成レンズから射出された光を前記第２分割フライアイレンズ上に集光する第２フィールドレンズと、
をさらに含むことができる。
【００１５】
このような照明装置によれば、光の利用効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る照明装置は、
第１光束、第２光束、第３光束、および第４光束を供給する光源と、
前記第１光束を複数の部分光束に分割する第１分割フライアイレンズと、
前記第２光束を複数の部分光束に分割する第２分割フライアイレンズと、
前記第３光束を複数の部分光束に分割する第３分割フライアイレンズと、
前記第４光束を複数の部分光束に分割する第４分割フライアイレンズと、
前記第１分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第１集光フライアイレンズと、
前記第２分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第２集光フライアイレンズと、
前記第３分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第３集光フライアイレンズと、
前記第４分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第４集光フライアイレンズと、
前記第１集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第２集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第３集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第４フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第１、第２、第３、および第４分割フライアイレンズは、長辺と、短辺とを有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第１分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なＸ軸および前記短辺に平行なＹ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第２分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第３分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第４分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第１分割フライアイレンズに対する前記第１光束の第１入射領域の形状、前記第２分割フライアイレンズに対する前記第２光束の第２入射領域の形状、前記第３分割フライアイレンズに対する前記第３光束の第３入射領域の形状、前記第４分割フライアイレンズに対する前記第４光束の第４入射領域の形状は、前記Ｘ軸に平行な長軸と、前記Ｙ軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをＬｘとし、
前記要素レンズの短辺の長さをＬｙとし、
前記長軸の長さＢｘが、１．２×Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘの関係を満たし、前記短軸の長さＢｙが、１．２×Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの関係を満たし、前記長軸の長さＢｘと前記短軸の長さＢｙとが、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙの関係を満たし、
前記第１入射領域は、前記第１分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第１頂点を含み、かつ前記第１光束の中心が前記第１頂点から所定の方向に距離Ｄだけ離れた領域であり、
前記第２入射領域は、前記第２光束の中心が、前記第２分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第２頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだけ離れた位置から、前記Ｘ軸に沿って０．５×Ｌｘ、前記Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた領域であり、
前記第３入射領域は、前記第３光束の中心が、前記第３分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第３頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだけ離れた位置から、前記Ｘ軸に沿って０．５×Ｌｘずれた領域であり、
前記第４入射領域は、前記第４光束の中心が、前記第４分割フライアイレンズにおける４つの前記要素レンズの共通する頂点である第４頂点から前記所定の方向に前記距離Ｄだけ離れた位置から、前記Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた領域である。
【００１７】
このような照明装置によれば、照明光の照度ムラを低減することができる。
【００１８】
本発明に係る照明装置によれば、
前記光源は、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオードのいずれかであることができる。
【００１９】
このような照明装置によれば、前記光源の高輝度化を図ることができる。
【００２０】
本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る照明装置と、
前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
【００２１】
このようなプロジェクターによれば、照度ムラを低減することができる照明装置を用いているため、照度ムラの少ない画像を投射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。
【図２】第１の実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。
【図３】第１の実施形態に係る照明装置の一部を模式的に示す図。
【図４】第１及び第２分割フライアイレンズの一部をＺ軸方向から見た図。
【図５】第１の実施形態の第１実験例に用いたモデルを模式的に示す図。
【図６】第１の実施形態の第１実験例に用いたモデルの光源を模式的に示す平面図。
【図７】第１の実施形態の第１実験例に用いたモデルのレンズ条件を示す表。
【図８】第１の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図９】第１の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図１０】第１の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図１１】第１及び第２分割フライアイレンズの一部をＺ軸方向から見た図。
【図１２】第２実験例に用いたモデルの分割フライアイレンズの一部をＺ軸方向から見た図。
【図１３】第１の実施形態の第２実験例の結果を示すグラフ。
【図１４】第２の実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。
【図１５】第１及び第２分割フライアイレンズの一部をＺ軸方向から見た図。
【図１６】第２の実施形態の第１実験例に用いたモデルを模式的に示す図。
【図１７】第２の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図１８】第２の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図１９】第２の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図２０】第２の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図２１】第２の実施形態の第１実験例の結果を示す分布図。
【図２２】第２の実施形態の第２実験例の結果を示すグラフ。
【図２３】第３の実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
１．  第１の実施形態
１．１．  第１の実施形態に係る照明装置
まず、第１の実施形態に係る照明装置１００について説明する。図１および図２は、照明装置１００を模式的に示す図である。図３は、図２の一部拡大図である。なお、図１〜図３では、便宜上、レンズ間の距離およびレンズ形状が異なって図示されている。本実施形態では、照明装置１００をプロジェクターの光源用の照明装置に適用した場合について説明する。
【００２５】
照明装置１００は、図１から図３に示すように、光源１０と、第１分割フライアイレンズ６０ａと、第２分割フライアイレンズ６０ｂと、第１集光フライアイレンズ７０ａと、第２集光フライアイレンズ７０ｂと、光束重畳コンデンサーレンズ８０と、を含む。照明装置１００は、さらに、第１コリメートレンズ２０ａと、第２コリメートレンズ２０ｂと、第１集光レンズ３０ａと、第２集光レンズ３０ｂと、第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａと、第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂと、第１フィールドレンズ５０ａと、第２フィールドレンズ５０ｂと、フィールドレンズ９０と、を含むことができる。
【００２６】
照明装置１００では、光源１０の第１出射面形成領域１２ａに配列された複数の出射面１４から出射される第１出射光１ａが、第１コリメートレンズ２０ａ、第１集光レンズ３０ａ、第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａ、第１フィールドレンズ５０ａ、第１分割フライアイレンズ６０ａ、および第１集光フライアイレンズ７０ａによって構成された第１光路を進行し、光源１０の第２出射面形成領域１２ｂに配列された複数の出射面１４から出射される第２出射光１ｂが、第２コリメートレンズ２０ｂ、第２集光レンズ３０ｂ、第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂ、第２フィールドレンズ５０ｂ、第２分割フライアイレンズ６０ｂ、および第２集光フライアイレンズ７０ｂによって構成された第２光路を進行し、第１光路からの光と第２光路からの光とを光束重畳コンデンサーレンズ８０によって、フィールドレンズ９０を介して、ライトバルブ１１０の入射面１１２上で重畳させて照明光を形成することができる。以下、照明装置１００を構成する部材ごとに説明する。
【００２７】
光源１０は、第１分割フライアイレンズ６０ａに入射する第１光束２ａ、および第２分割フライアイレンズ６０ｂに入射する第２光束２ｂを供給することができる。光源１０としては、例えば、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の固体光源を用いることができる。これにより、光源１０の高輝度化を図ることができる。光源１０は、例えば、図３に示すように、複数の出射面１４が配列された第１出射面形成領域１２ａおよび第２出射面形成領域１２ｂを有している。出射面形成領域１２ａ、１２ｂには、例えば、出射面１４が複数行複数列に配列されていることができる。なお、出射面形成領域１２ａ，１２ｂに配列される出射面１４の数は、限定されない。出射面１４は、図示はしないが、例えば、光源１０が端面発光型の発光素子を用いている場合、クラッド層で挟まれた活性層の側面であることができる。光源１０では、例えば、支持基板上の出射面形成領域１２ａ，１２ｂの各々に複数の発光素子（例えばＳＬＤ）を配列することで、出射面形成領域１２ａ，１２ｂに複数の出射面１４を配列することができる。第１出射光１ａは、例えば、第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａによって、第１分割フライアイレンズ６０ａの入射面上に第１光束２ａとして重畳される。第２出射光１ｂは、例えば、第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂによって、第２分割フライアイレンズ６０ｂの入射面上に第２光束２ｂとして重畳される。すなわち、第１出射面形成領域１２ａは、第１光束２ａを構成する光を出射する出射面１４が配置された領域であることができる。第２出射面形成領域１２ｂは、第２光束２ｂを構成する光を出射する出射面１４が配置された領域であることができる。複数の出射面１４から出射される光は、例えば、所定の放射角を有する発散光である。
【００２８】
なお、図示はしないが、例えば、出射光１ａ，１ｂを直接、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂに入射させてもよい。例えば、第１出射光１ａを第１光束２ａとして直接、第１分割フライアイレンズ６０ａに入射させ、第２出射光１ｂを第２光束２ｂとして直接、第２分割フライアイレンズ６０ｂに入射させてもよい。これにより、光源１０と分割フライアイレンズ６０ａ、６０ｂの間の光学系２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂが不要となるため、光学系の簡易化を図ることができる。
【００２９】
第１コリメートレンズ２０ａおよび第１集光レンズ３０ａは、光源１０と第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａの間の光路上に配置されている。第２コリメートレンズ２０ｂおよび第２集光レンズ３０ｂは、光源１０と第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂとの間の光路上に配置されている。
【００３０】
コリメートレンズ２０ａ，２０ｂは、出射光１ａ，１ｂを平行光に変換するための光学素子である。第１コリメートレンズ２０ａは、第１出射面形成領域１２ａの複数の出射面１４に１対１に対応して複数配列されている。第２コリメートレンズ２０ｂは、第２出射面形成領域１２ｂの複数の出射面１４に１対１に対応して複数配列されている。各コリメートレンズ２０ａ，２０ｂは、例えば、複数行複数列に配列された複数の出射面１４に対応して、複数行複数列に配列されることができる。第１コリメートレンズ２０ａは、第１出射光１ａを平行光に変換して第１集光レンズ３０ａに入射させることができる。第２コリメートレンズ２０ｂは、第２出射光１ｂを平行光に変換して第２集光レンズ３０ｂに入射させることができる。これにより、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂに入射させる光の入射角を制御することができるため、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂに入射させる光の入射角を、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂによって容易に制御することができる。したがって、出射光１ａ，１ｂを直接、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂに入射させる場合と比べて、光学系の設計の自由度を向上させることができる。図示はしないが、複数の第１コリメートレンズ２０ａおよび複数の第２コリメートレンズ２０ｂは、一体的に形成されることができる。これにより、簡易な工程で、複数のコリメートレンズ２０ａ、２０ｂを形成することができる。
【００３１】
第１集光レンズ３０ａは、複数の第１コリメートレンズ２０ａに１対１に対応して複数配列されている。第２集光レンズ３０ｂは、複数の第２コリメートレンズ２０ｂに１対１に対応して複数配列されている。集光レンズ３０ａ，３０ｂは、コリメートレンズ２０ａ，２０ｂによって平行光に変換された光を集光するための光学素子である。すなわち、第１集光レンズ３０ａによって、第１コリメートレンズ２０ａによって平行光に変換された光を第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａに集光することができる。第２集光レンズ３０ｂによって、第２コリメートレンズ２０ｂによって平行光に変換された光を第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂに集光することができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。また、集光レンズ３０ａ，３０ｂによって、平行光を集光した後、発散させることができる。したがって、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ上の広い領域に光を入射させることができる。
【００３２】
第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａは、第１出射光１ａを、第１分割フライアイレンズ６０ａ上に重畳させる光学素子である。これにより、第１光束２ａが形成される。第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂは、第２出射光１ｂを、第２分割フライアイレンズ６０ｂ上に重畳させる光学素子である。これにより、第２光束２ｂが形成される。すなわち、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂによって、出射光１ａ，１ｂを光束２ａ，２ｂとして、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂに入射させることができる。光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂは、複数の出射面１４から出射された個別の光強度分布（例えばガウス分布）を有する光を、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ上に重畳させて、１つの光強度分布を有する光束２ａ，２ｂとして入射させることができる。これにより、光強度分布が均一化され、かつ高い光強度の光束２ａ，２ｂを形成することができる。また、出射面形成領域１２ａ，１２ｂごとに重畳させることができるため、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂに入射する光の入射角を小さくすることができる。これにより、例えば、集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂの光透過率の低下を低減することができる。
【００３３】
第１及び第２フィールドレンズ５０ａ，５０ｂは、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂからの光を、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ上に集光するための光学素子である。第１フィールドレンズ５０ａは、第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａと第１分割フライアイレンズ６０ａの間の光路上に配置されている。第２フィールドレンズ５０ｂは、第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂと第２分割フライアイレンズ６０ｂの間の光路上に配置されている。第１及び第２フィールドレンズ５０ａ，５０ｂによって、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂからの光を、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂにより多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。
【００３４】
分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂは、光束２ａ，２ｂを複数の部分光束に分割する光学素子である。すなわち、第１分割フライアイレンズ６０ａによって、第１光束２ａを複数の部分光束に分割して第１集光フライアイレンズ７０ａに入射させることができる。第２フライアイレンズ６０ｂによって、第２光束２ｂを複数の部分光束に分割して第２集光フライアイレンズ７０ｂに入射させることができる。より具体的には、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂによって、光束２ａ，２ｂを複数の部分光束に分割して個別に集光した後、発散させて集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂに入射させることができる。
【００３５】
図４（Ａ）は、第１分割フライアイレンズ６０ａの一部を、Ｚ軸方向（例えば、第１光束２ａの入射方向）から見た図であり、図４（Ｂ）は、第２分割フライアイレンズ６０ｂの一部をＺ軸方向（例えば、第２光束２ｂの入射方向）から見た図である。分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂは、図４に示すように、例えば、同じレンズ特性および同じ形状を有する複数の要素レンズ６２で構成されている。第１分割フライアイレンズ６０ａの要素レンズ６２と第２分割フライアイレンズ６０ｂの要素レンズ６２は、例えば、同じレンズ特性および同じ形状を有している。これらの要素レンズ６２によって、光束２ａ，２ｂを複数の部分光束に分割することができる。複数の要素レンズ６２は、例えば、Ｚ軸と直交するＸＹ面内に配置されている。複数の要素レンズ６２は、例えば、Ｚ軸と交差する面内に配列されていてもよい。要素レンズ６２の形状（輪郭形状）は、図４に示すように、Ｚ軸方向から見て、長辺と短辺とを有する長方形状である。要素レンズ６２の形状は、例えば、ライトバルブ１１０の入射面（被照明領域）１１２の形状と相似形状である。ここで、要素レンズ６２の長辺と平行な軸をＸ軸とし、短辺と平行な軸をＹ軸とすると、第１分割フライアイレンズ６０ａは、Ｘ軸およびＹ軸に沿って、複数行複数列に配列された複数の要素レンズ６２によって構成されている。同様に、第２分割フライアイレンズ６０ｂは、Ｘ軸およびＹ軸に沿って、複数行複数列に配列された複数の要素レンズ６２によって構成されている。第１分割フライアイレンズ６０ａと第２分割フライアイレンズ６０ｂとは、一体的に形成されていてもよい。
【００３６】
図４に示すように、第１分割フライアイレンズ６０ａに対する第１光束２ａの入射領域である第１入射領域Ｓａの形状（図４（Ａ）参照）、および第２分割フライアイレンズ６０ｂに対する第２光束２ｂの入射領域である第２入射領域Ｓｂの形状（図４（Ｂ）参照）は、Ｘ軸に平行な長軸と、Ｙ軸に平行な短軸と、を有する楕円形状である。ここで、入射領域Ｓａ，Ｓｂとは、対応する分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの入射面を照射する各光束２ａ，２ｂの光強度がピーク光強度に対し１／ｅ２となる強度の範囲をいうことができる。要素レンズ６２の長辺の長さをＬｘとし、短辺の長さをＬｙとすると、第１入射領域Ｓａおよび第２入射領域Ｓｂの長軸の長さＢｘが、１．２×Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘの関係を満たし、第１入射領域Ｓａおよび第２入射領域Ｓｂの短軸の長さＢｙが、１．２×Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの関係を満たす。さらに、長軸の長さＢｘと短軸の長さＢｙとが、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙの関係を満たす。
【００３７】
第１入射領域Ｓａの要素レンズ６２に対する位置関係と、第２入射領域Ｓｂの要素レンズ６２に対する位置関係は、互いに異なっている。具体的には、図４（Ａ）に示すように、第１分割フライアイレンズ６０ａにおける４つの要素レンズ６２の共通する頂点を第１頂点６３ａとすると、第１入射領域Ｓａは、例えば、第１入射領域Ｓａの中心が、第１頂点６３ａと一致する位置にある領域である。ここで、第１入射領域Ｓａの中心とは、長軸と短軸とが交わる点をいうことができる。図４（Ｂ）に示すように、第２分割フライアイレンズ６０ｂにおける４つの要素レンズ６２の共通する頂点を第２頂点６３ｂとすると、第２入射領域Ｓｂは、例えば、第２入射領域２ｂの中心が、第２頂点６３ｂからＸ軸に沿って０．５×Ｌｘ、Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた位置にある領域である。ここで、第２入射領域Ｓｂの中心が、第２頂点６３ｂからＸ軸に沿って０．５×Ｌｘ、Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた位置にある領域であるとは、第２入射領域Ｓｂの中心が、第２頂点６３ｂから、＋Ｘ軸方向に０．５Ｌｘ、＋Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置、−Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘ、−Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置、第２頂点６３ｂから−Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘ、＋Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置、＋Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘ、−Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置のいずれかの位置にある場合をいうことができる。このことは、後述する入射領域Ｓｃ，Ｓｄについても同様である。このように分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂに対して第１光束２ａと、第２光束２ｂとを上述した位置関係に入射させることで、ライトバルブ１１０の入射面１１２上の光強度分布が補完しあって、光強度分布が均一化された照明光を得ることができる。詳細および理由については、後述する。
【００３８】
光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂと分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂとの間の距離は、例えば、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂの焦点距離よりも大きい。これにより、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの一部に光が集中して、照明光の均一性が低下することを防ぐことができる。さらに、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂと分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂとの間の距離は、入射領域Ｓａ，Ｓｂの長軸の長さが、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂの有効径よりも小さくなる距離であるであることが望ましい。これにより、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの要素レンズ６２から射出された光を、対応する集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂの要素レンズ７２に入射させることができるため、光の利用効率の向上を図ることができる。
【００３９】
集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂは、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂによって分割された複数の部分光束の各々を、光束重畳コンデンサーレンズ８０上に集光する光学素子である。すなわち、第１集光フライアイレンズ７０ａによって、第１分割フライアイレンズ６０ａによって分割された複数の部分光束を個別に集光して、光束重畳コンデンサーレンズ８０に入射させることができる。第２集光フライアイレンズ７０ｂによって、第２分割フライアイレンズ６０ｂによって分割された複数の部分光束を個別に集光して、光束重畳コンデンサーレンズ８０に入射させることができる。これにより、複数の部分光束を、光束重畳コンデンサーレンズ８０により多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂは、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂと同様に、Ｘ軸およびＹ軸に沿って、複数行複数列に配列された複数の要素レンズ７２によって構成されている。複数の要素レンズ７２は、例えば、Ｚ軸方向と交差する面内に配列されていてもよい。集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂの要素レンズ７２は、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの要素レンズ６２に１対１に対応して配列されることができる。集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂの要素レンズ７２の形状は、Ｚ軸方向から見て、例えば、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの要素レンズ６２の形状と同じ長方形状である。分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂおよび集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂによってインテグレーター照明光学系を構成することで、照明光の均一化を図ることができる。
【００４０】
ここで、集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂの要素レンズ７２は、有効径Ｓｆが下記式（１）を満たすように形成されることができる。
【００４１】
Ｓｆ≧ｆ２×Ｓｓ／ｆ１・・・（１）
但し、Ｓｓは、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂの有効径であり、ｆ１は、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂの焦点距離であり、ｆ２は、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの要素レンズ６２の焦点距離である。これにより、集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂの要素レンズ７２の有効径を、要素レンズ７２に入射する光（部分光束）のビーム径よりも大きくすることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。
【００４２】
光束重畳コンデンサーレンズ８０は、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂによって分割された複数の部分光束を重畳させるための光学素子である。すなわち、光束重畳コンデンサー８０によって、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂによって分割された複数の部分光束を、例えば、ライトバルブ１１０の入射面１１２上に重畳させることができる。これにより、光強度分布を均一化することができ、ライトバルブ１１０の入射面１１２における照明光の照度ムラを低減することができる。光束重畳コンデンサーレンズ８０は、例えば、第１集光フライアイレンズ７０ａおよび第２集光フライアイレンズ７０ｂから射出される複数の部分光束の光路上に１つ配置される。
【００４３】
フィールドレンズ９０は、光束重畳コンデンサーレンズ８０からの光を、例えば、ライトバルブ１１０の入射面１１２上に集光する光学素子である。フィールドレンズ９０は、光束重畳コンデンサーレンズ８０からの光を、ライトバルブ１１０の入射面１１２上により多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。なお、フィールドレンズ９０は、設けられなくてもよい。
【００４４】
本実施形態では、本実施形態に係る照明装置１００をプロジェクターの照明装置に適用した場合について説明したが、これに限られず、例えば、ディスプレイ、照明器具などに適用されることもできる。このことは、後述する実施形態についても同様である。
【００４５】
照明装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４６】
照明装置１００によれば、第１入射領域Ｓａは、例えば、第１入射領域Ｓａの中心が、第１頂点６３ａと一致する位置にある領域であり、第２入射領域Ｓｂは、例えば、第２入射領域２ｂの中心が、第２頂点６３ｂからＸ軸に沿って０．５×Ｌｘ、Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた位置である領域であることができる。このように分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂに対して第１光束２ａと、第２光束２ｂとを上述した位置関係に入射させることで、ライトバルブ１１０の入射面１１２上の各光強度分布が補完しあって、光強度分布が均一化された照明光を得ることができる。一般的に、均一化された照明光を得るためには、分割フライアイレンズに対する入射光束の入射領域内に多くの要素レンズ（例えば、数十以上）が含まれる必要がある。このためには、分割フライアイレンズの要素レンズのサイズを小さくしなければならないが、このような分割フライアイレンズの製造は困難である。照明装置１００では、入射領域Ｓａ内には、４つの要素レンズ６２が含まれ、入射領域Ｓｂ内には、９つの要素レンズ６２が含まれている。このように、発光装置１００では、入射領域Ｓａ，Ｓｂ内に含まれる要素レンズ６２の数が少ないため、要素レンズ６２のサイズを大きくすることができる。したがって、照明装置１００によれば、照明光の照度ムラを低減することができ、かつ製造を容易化することができる。
【００４７】
照明装置１００によれば、光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂによって、出射光１ａ，１ｂを、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ上に光束２ａ、２ｂとして重畳させて入射させることができる。これにより、光強度分布が均一化され、かつ高い光強度の光束２ａ，２ｂを形成することができる。したがって、照明装置１００によれば、被照明領域１１２における照度ムラを低減することができ、かつ高い光強度を有する照明光を得ることができる。
【００４８】
１．２．  第１の実施形態に係る照明装置の第１実験例
次に、本実施形態に係る照明装置の第１実験例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、本実施形態に係る照明装置１００をモデル化したモデルＭ１におけるシミュレーションについて説明する。図５は、モデルＭ１を模式的に示す図である。図６は、モデルＭ１の光源１０を模式的に示す平面図である。図７は、モデルＭ１の各レンズのレンズ条件を示す表である。図８〜１０は、本実験例の結果を示す分布図である。
【００４９】
モデルＭ１は、光源１０の第１出射面形成領域１２ａに配列された複数の出射面１４から出射される第１出射光１ａが、第１コリメートレンズ２０ａ、第１集光レンズ３０ａ、第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａ、第１フィールドレンズ５０ａ、第１分割フライアイレンズ６０ａ、および第１集光フライアイレンズ７０ａによって構成された第１光路を進行し、光源１０の第２出射面形成領域１２ｂに配列された複数の出射面１４から出射される第２出射光１ｂが、第２コリメートレンズ２０ｂ、第２集光レンズ３０ｂ、第２光束形成コンデンサーレンズ４０ｂ、第２フィールドレンズ５０ｂ、第２分割フライアイレンズ６０ｂ、および第２集光フライアイレンズ７０ｂによって構成された第２光路を進行し、第１光路からの光と第２光路からの光とを光束重畳コンデンサーレンズ８０によって、フィールドレンズ９０を介して、被照明領域１１２上で重畳させて照明光を形成するものとした。この照明光を構成する光線が被照明領域１１２のどの位置に入射するかを光線追跡法により計算した。これにより、被照明領域１１２の光線数の分布を求め、照明光の照度ムラを評価した。
【００５０】
まず、モデルＭ１の構成について説明する。
【００５１】
光源１０は、図６に示すように、Ｘ軸およびＹ軸に沿って出射面が配列されているものとした。出射面は、Ｘ軸方向に８列、Ｙ軸方向に２０列配列した。光源１０の出射面が配列されている面は、１辺が１６ｍｍの正方形とした。出射面のＸ軸方向の間隔ＭＸは、２．０ｍｍ、Ｙ軸方向の間隔ＭＹは０．８ｍｍとした。出射面が配列されている面は、Ｙ軸に平行な辺の垂直二等分線Ｐによって、第１出射面形成領域１２ａと第２出射面形成領域１２ｂに区画されているものとした。すなわち、出射面形成領域１２ａ，１２ｂの各々には、出射面が、Ｘ軸方向に８列、Ｙ軸方向に１０列の計８０個が配置されている。出射面から出射される出射光１ａ，１ｂは点光源から出射される光とし、放射角は、Ｘ軸方向に７２度、Ｙ軸方向に３６度とした。光源１０から出射される光線の総数は、２００万本とした。
【００５２】
モデルＭ１の光学系は、第１出射面形成領域１２ａの８０個の出射面に対応して、第１コリメートレンズ２０ａ、および第１集光レンズ３０ａが、８０個ずつ（１つの出射面に対して１つの第１コリメートレンズ２０ａ、１つの第１集光レンズ３０ａ）設けられ、第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａ、第１フィールドレンズ５０ａ、第１分割フライアイレンズ６０ａ、第１集光フライアイレンズ７０ａが、１つずつ設けられているものとした。同様に、第２出射面形成領域１２ｂの８０個の出射面に対応して、第２コリメートレンズ２０ｂ、および第２集光レンズ３０ｂが、８０個ずつ（１つの出射面に対して１つの第２コリメートレンズ２０ｂ、１つの第２集光レンズ３０ｂ）設けられ、第１光束形成コンデンサーレンズ４０ａ、第１フィールドレンズ５０ａ、第１分割フライアイレンズ６０ａ、第１集光フライアイレンズ７０ａ、光束重畳コンデンサーレンズ８０、および第３フィールドレンズ９０が、１つずつ設けられているものとした。各レンズの材料は、ＢＫ７であり、屈折率は、１．５１８７２である。各レンズのレンズ面と次のレンズ面までの間の距離、およびレンズ面の曲率半径は、図７に示す表の通りである。なお、図７に示す表において、第１面は、光が入射する側の面であり、第２面は、光を射出させる側の面である。すなわち、第１面の距離の欄は、各レンズの厚さを示し、第２面の距離の欄は、第２面から次のレンズの第１面までの間の距離を示す。フィールドレンズ９０の第２面の距離の欄は、被照明領域１１２までの距離を示す。曲率半径の欄の符号は、＋が−Ｚ方向に凸形状である場合であり、−が＋Ｚ方向に凸形状である場合である。なお、図７に示す分割及び集光フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ，７０ａ，７０ｂのレンズ条件は、各要素レンズ６２，７２のレンズ条件である。コリメートレンズ２０ａ，２０ｂおよび集光レンズ３０ａ，３０ｂは、１面をコリメート面、２面を集光面とする１つのレンズとした。コリメート面は、非球面であり、コーニック定数は、−２．２９５７８８とした。集光面は、球面とした。光束重畳コンデンサーレンズ８０の第１面および第２面は、非球面とし、第１面のコーニック定数は、−０．５１５７９９とし、第２面のコーニック定数は、−８１７．１１３とした。その他のレンズ４０，５０，６０，７０，９０の第１面および第２面は、球面とした。モデルＭ１の光学系は、Ｆナンバーが２．２以上となるように各レンズの設計を行った。また、シミュレーションにおいて、各レンズにおけるレンズ損失は加味していない。
【００５３】
分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの要素レンズ６２は、長辺の長さＬｘが７．１２ｍｍ、短辺の長さＬｙが４．０ｍｍの長方形状とした。要素レンズ６２の形状は、被照明領域１１２と相似形状とした。なお、集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂの要素レンズ７２の形状は、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂの要素レンズ６２の形状と同じ形状とした。
【００５４】
第１入射領域Ｓａおよび第２入射領域Ｓｂは、長軸の長さＢｘ＝１．６×Ｌｘ、短軸の長さＢｙ＝１．６×Ｌｙとした。また、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙ＝１．７８：１とした。第１入射領域Ｓａは、図４（Ａ）に示すように、第１入射領域Ｓａの中心が、第１頂点６３ａと一致する位置にある第１領域Ｓ１とした。第２入射領域Ｓｂは、図４（Ｂ）に示すように、第２入射領域Ｓｂの中心が、第２頂点６３ｂから＋Ｘ軸方向に沿って０．５×Ｌｘ、＋Ｙ軸方向に沿って０．５×Ｌｙずれた位置にある第２領域Ｓ２とした。
【００５５】
次に、シミュレーションの結果について説明する。
【００５６】
図８は、図４（Ａ）に示す第１入射領域Ｓａが第１領域Ｓ１である場合の被照明領域１１２を含む領域内の光線数の分布図である。図９は、図４（Ｂ）に示す第２入射領域Ｓｂが第２領域Ｓ２である場合の被照明領域１１２を含む領域の光線数の分布図である。図１０は、図８に示す分布と、図９に示す分布とを対応する単位領域ごとに足し合わせた分布図である。被照明領域１１２は、座標（５，１４）、（５，３６）、（４６，１４）、（４６，３６）を頂点とする長方形内の領域である。各単位領域は、１辺の長さが０．５ｍｍの正方形とした。図８に示すように、第１入射領域Ｓａが第１領域Ｓ１である場合の被照明領域１１２における光線数の分布は、被照明領域１１２の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の少ない分布を示す結果が得られた。図９に示すように、第２入射領域Ｓｂが第２領域Ｓ２である場合の被照明領域１１２における光線数の分布は、被照明領域１１２の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の多い分布を示す結果が得られた。また、図１０に示すように、図８に示す光線数の分布と、図９に示す光線数の分布と、を単位領域ごとに足し合わせて得られた被照明領域１１２では、光線数の分布が均一化されていることがわかった。具体的には、被照明領域１１２における強度比（単位領域に入射する光線数が最も多い領域の光線数に対する単位領域に入射する光線数が最も少ない領域の光線数の比）が、図８に示す光線数の分布では、５３％であり、図９に示す光線数の分布では、７０％であった。これに対して、図１０に示す光線数の分布では、強度比（光線数の比）は、７８％であり、光線数の分布が均一化されていることがわかった。このように、モデルＭ１では、互いに補完しあう関係にある光強度分布（光線数の分布）を有する光を、被照明領域１１２上で重畳させることで、光強度分布を均一化させることができることがわかった。したがって、照明装置１００では、被照明領域１１２において光強度分布が均一化された光を得ることができるため、照度ムラの少ない良好な照明光を得ることができることがわかった。
【００５７】
なお、本実験例では、第２入射領域Ｓｂは、該第２入射領域Ｓｂの中心が、第２頂点６３ｂから＋Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘ、＋Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置にある第２領域Ｓ２であったが、第２入射領域Ｓｂは、該第２入射領域Ｓｂの中心が、第２頂点６３ｂからＸ軸に沿って０．５×Ｌｘ、Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた位置にある領域であればよい。すなわち、第２入射領域Ｓｂは、該第２入射領域Ｓｂの中心が、第２頂点６３ｂから、＋Ｘ軸方向に０．５Ｌｘ、＋Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置、−Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘ、−Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置、第２頂点６３ｂから−Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘ、＋Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置、＋Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘ、−Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置のいずれの位置にある領域であってもよい。第２入射領域Ｓｂがこのような領域であれば、上述した図９に示す光線数の分布を得ることができる。
【００５８】
図１１（Ａ）は、第１分割フライアイレンズ６０ａの一部を、Ｚ軸方向から見た図であり、図４（Ａ）に対応している。図１１（Ｂ）は、第２分割フライアイレンズ６０ｂの一部をＺ軸方向から見た図であり、図４（Ｂ）に対応している。上述したシミュレーション結果では、第１入射領域Ｓａは、図４（Ａ）に示すように、第１入射領域Ｓａの中心が、第１頂点６３ａと一致する位置である第１領域Ｓ１であったが、例えば、第１入射領域Ｓａは、図１１（Ａ）に示すように、第１頂点６３ａを含み、かつ第１光束２ａの中心が第１頂点６３ａから所定の方向Ａに距離Ｄだけ離れた領域であってもよい。この場合、第２入射領域Ｓｂは、図１１（Ｂ）に示すように、第２光束２ｂの中心が、第２頂点６３ｂから所定の方向Ａに距離Ｄだけ離れた位置から、Ｘ軸に沿って０．５×Ｌｘ、Ｙ軸に沿って０．５×Ｌｙずれた領域であればよい。入射領域Ｓａ，Ｓｂをそれぞれこのような領域とすることで、被照明領域１１２における光線数の分布を、ともに同じ方向Ａに同じ距離Ｄだけずらした位置に対応した光線数の分布とすることができる。この場合であっても、被照明領域１１２における光線数の分布は、互いに補完しあう関係にあるため、図１０と同様に、均一化された光線数の分布を得ることができる。したがって、入射領域Ｓａ，Ｓｂが、図１１（Ａ）及び図１１（ｂ）に示す上述した領域である場合でも被照明領域１１２において照度ムラの少ない良好な照明光を得ることができる。
【００５９】
１．３．  第１の実施形態に係る照明装置の第２実験例
次に、本実施形態に係る照明装置の第２実験例について、図面を参照しながら説明する。本実験例では、照明装置１００をモデル化したモデルＭ２におけるシミュレーションについて説明する。具体的には、光束２ａ，２ｂを入射光束２として、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂに対応する分割フライアイレンズ６０に入射させた場合の入射領域Ｓａ，Ｓｂ径（長辺の長さＬｘに対する長軸の長さＢｘの比（Ｂｘ／Ｌｘ））と、被照明領域における強度比（単位領域に入射する光強度が最も大きい領域の光強度に対する単位領域に入射する光強度が最も小さい領域の光強度の比）の関係を求めた。図１２は、モデルＭ２の分割フライアイレンズ６０の一部をＺ軸方向から見た図である。図１３は、本実験例の結果を示すグラフである。
【００６０】
まず、本シミュレーションの計算方法について説明する。
【００６１】
モデルＭ２では、入射光束２は、入射領域Ｓａ，Ｓｂにおいてガウス型分布の光強度分布を有するものとした。入射領域Ｓａ，Ｓｂの長軸の長さＢｘと短軸の長さＢｙは、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙ＝２：１の関係を満たすものとした。
【００６２】
分割フライアイレンズ６０は、図１２に示すように、各要素レンズ６２が単位領域ごとに区画されているものとした。本シミュレーションでは、まず、各要素レンズ６２の対応する単位領域ごとに、入射光束２の光強度を足し合わせて、被照明領域における光強度の分布を求めた。具体的には、図１２に示すように、各要素レンズ６２ａ，６２ｂ，６２ｃ、６２ｄの対応する単位領域（１，１）、（１，２）・・・（ｎ，ｎ）ごとに光強度を足し合わせて、被照明領域における光強度の分布とした。これを図４（Ａ）に示す第１入射領域Ｓａが第１領域Ｓ１である場合、および図４（Ｂ）に示す第２入射領域Ｓｂが第２領域Ｓ２である場合で行い、それぞれの被照明領域における光強度の分布を求めた。このようにして求めた被照明領域上での光強度の分布を、単位領域ごとに足し合わせてモデルＭ２における被照明領域上の光強度の分布とした。各入射領域Ｓａ，Ｓｂ径についてそれぞれ上述した計算を行うことで、入射領域Ｓａ，Ｓｂ径と被照明領域における強度比（光強度の比）の関係を求めた。
【００６３】
次に、シミュレーションの結果について説明する。
【００６４】
モデルＭ２において、入射領域Ｓａ，Ｓｂ径と被照明領域における強度比（光強度の比）の関係について、図１３に示す結果が得られた。なお、入射領域Ｓａ，Ｓｂ径は、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙ＝２：１の関係を満たすため、短辺の長さＬｙに対する短軸の長さＢｙの比（Ｂｙ／Ｌｙ）も同じ関係となる。図１３に示すように、入射領域Ｓａ，Ｓｂ径が、１．２以上２以下の範囲で、強度比（光強度の比）が８０％以上となり、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。すなわち、１．２×Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘ、１．２×Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの範囲で、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。
【００６５】
２．  第２の実施形態
２．１．  第２の実施形態に係る照明装置
次に、第２の実施形態に係る照明装置２００について説明する。図１４は、照明装置２００を模式的に示す図である。なお、第２の実施形態に係る照明装置２００において、上述した第１の実施形態に係る照明装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
照明装置２００では、図１４に示すように、光源１０が第１〜第４光束１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを供給し、それに対応して、第１〜第４分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄおよび第１〜第４集光フライアイレンズ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄが設けられている。
【００６７】
照明装置２００では、第１出射光１ａが第１光路を進行し、第２出射光１ｂが第２光路を進行し、光源１０の第３出射面形成領域１２ｃに配列された出射面１４から出射される第３出射光１ｃが、第３コリメートレンズ２０ｃ、第３集光レンズ３０ｃ、第３光束形成コンデンサーレンズ４０ｃ、第３フィールドレンズ５０ｃ、第３分割フライアイレンズ６０ｃ、および第３集光フライアイレンズ７０ｃによって構成された第３光路を進行し、光源１０の第４出射面形成領域１２ｄに配列された複数の出射面１４から出射される第４出射光１ｄが、第４コリメートレンズ２０ｄ、第４集光レンズ３０ｄ、第４光束形成コンデンサーレンズ４０ｄ、第４フィールドレンズ５０ｄ、第４分割フライアイレンズ６０ｄ、第４集光フライアイレンズ７０ｄによって構成された第４光路を進行し、第１〜第４光路からの光を光束重畳コンデンサーレンズ８０によって、フィールドレンズ９０を介して、ライトバルブ１１０の入射面１１２上で重畳させて照明光を形成することができる。
【００６８】
光源１０は、第１分割フライアイレンズ６０ａに入射する第１光束２ａ、第２分割フライアイレンズ６０ｂに入射する第２光束２ｂ、第３分割フライアイレンズ６０ｃに入射する第３光束２ｃ、および第４分割フライアイレンズ６０ｄに入射する第４光束２ｄを供給することができる。光源１０は、第１から第４出射領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有している。第１から第４出射領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの各々に配列された出射面１４から出射された光は、例えば、対応する光束形成コンデンサーレンズ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄによって、各分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄの入射面上に光束２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとして重畳される。
【００６９】
図１５（Ａ）は、第３分割フライアイレンズ６０ｃの一部を、Ｚ軸方向（例えば、第３光束２ｃの入射方向）から見た平面図である。図１５（Ｂ）は、第４分割フライアイレンズ６０ｄの一部を、Ｚ軸方向（例えば、第４光束２ｄの入射方向）から見た平面図である。図１５に示すように、第３及び第４分割フライアイレンズ６０ｃ，６０ｄは、第１及び第２分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂと同様に、複数行、複数列に配列された要素レンズ６２で構成されている。
【００７０】
第３入射領域Ｓｃの形状（図１５（Ａ）参照）、および第４入射領域Ｓｄの形状（図１５（Ｂ）参照）は、第１及び第２入射領域Ｓａ，Ｓｂの形状と同様に、Ｘ軸に平行な長軸と、Ｙ軸に平行な短軸と、を有する楕円形状である。入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの長軸の長さＢｘは、Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘの関係を満たし、入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの短軸の長さＢｙは、Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの関係を満たす。さらに、長軸の長さＢｘと短軸の長さＢｙとが、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙの関係を満たす。
【００７１】
各入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの各要素レンズ６２に対する位置関係は、互いに異なっている。具体的には、第１入射領域Ｓａは、例えば、図４（Ａ）に示す第１領域Ｓ１である。第２入射領域Ｓｂは、例えば、図４（Ｂ）に示す第２領域Ｓ２である。図１５（Ａ）に示すように、第３分割フライアイレンズ６０ｃにおける４つの要素レンズ６２の共通する頂点を第３頂点６３ｃとすると、第３入射領域Ｓｃは、例えば、第３入射領域Ｓｃの中心が、第３頂点６３ｃからＸ軸に沿って０．５×Ｌｘずれた位置にある第３領域Ｓ３である。また、図１５（Ｂ）に示すように、第４分割フライアイレンズ６０ｄにおける４つの要素レンズ６２の共通する頂点を第４頂点６３ｄとすると、第４入射領域Ｓｄは、例えば、第４入射領域Ｓｄの中心が、第４頂点６３ｄからＹ軸に沿って０．５×Ｌｘずれた位置にある第４領域Ｓ４である。このように各分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄに対して各光束２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを上述した位置関係に入射させることで、ライトバルブ１１０の入射面１１２上の光強度分布が補完しあって、光強度分布が均一化された照明光を得ることができる。詳細および理由については、後述する。
【００７２】
照明装置２００によれば、照明装置１００と同様に、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを構成する要素レンズ６２の数が少ないため、要素レンズ６２のサイズを大きくすることができる。したがって、照明装置２００によれば、照明光の照度ムラを低減することができ、かつ製造を容易化することができる。詳細および理由については、後述する。
【００７３】
２．２．  第２の実施形態に係る照明装置の第１実験例
次に、本実施形態に係る照明装置２００の第１実験例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、本実施形態に係る照明装置２００をモデル化したモデルＭ３におけるシミュレーションについて説明する。なお、第１の実施形態に係る実験例１と異なる点を説明し、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
図１６は、モデルＭ３を模式的に示す図である。図１７〜２１は、本実験例の結果を示す分布図である。
【００７５】
モデルＭ３は、第１出射光１ａが第１光路を進行し、第２出射光１ｂが第２光路を進行し、光源１０の第３出射面形成領域１２ｃに配列された出射面１４から出射された第３出射光１ｃが、第３コリメートレンズ２０ｃ、第３集光レンズ３０ｃ、第３光束形成コンデンサーレンズ４０ｃ、第３フィールドレンズ５０ｃ、第３分割フライアイレンズ６０ｃ、第３集光フライアイレンズ７０ｃによって構成された第３光路を進行し、光源１０の第４出射面形成領域１２ｄに配列された複数の出射面１４から出射された第４出射光１ｄが、第４コリメートレンズ２０ｄ、第４集光レンズ３０ｄ、第４光束形成コンデンサーレンズ４０ｄ、第４フィールドレンズ５０ｄ、第４分割フライアイレンズ６０ｄ、第４集光フライアイレンズ７０ｄによって構成された第４光路を進行し、第１〜第４光路の光を光束重畳コンデンサーレンズ８０によってフィールドレンズ９０を介して、ライトバルブ１１０の入射面１１２上で重畳させて照明光を形成するものとした。この照明光を構成する光線が被照明領域１１２のどの位置に入射するかを光線追跡法により計算した。これにより、被照明領域１１２の光線数の分布を求め、照明光の照度ムラを評価した。
【００７６】
モデルＭ３の光源１０は、第１から第４出射面形成領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有している。モデルＭ１と同様に、各出射面形成領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄには、出射面が、Ｘ軸方向に８列、Ｙ軸方向に１０列の計８０個が配置されているものとした。出射面から出射される出射光１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは点光源から出射される光とし、放射角は、Ｘ軸方向に６０度、Ｙ軸方向に３０度とした。光源１０から出射される光線の総数は、２００万本とした。
【００７７】
モデルＭ３の光学系は、図１６に示すように、モデルＭ１の光学系に加え、第３出射面形成領域１２ｃの８０個の出射面に対応して、第３コリメートレンズ２０ｃ、および第３集光レンズ３０ｃが、８０個ずつ設けられ、第３光束形成コンデンサーレンズ４０ｃ、第３フィールドレンズ５０ｃ、第３分割フライアイレンズ６０ｃ、および第３集光フライアイレンズ７０ｃが、１つずつ設けられているものとした。同様に、第４出射面形成領域１２ｄの８０個の出射面に対応して、第４コリメートレンズ２０ｄ、第４集光レンズ３０ｄが、８０個ずつ設けられ、第４光束形成コンデンサーレンズ４０ｄ、第４フィールドレンズ５０ｄ、第４分割フライアイレンズ６０ｄ、および第４集光フライアイレンズ７０ｄが、１つずつ設けられているものとした。各レンズのレンズ面と次のレンズ面までの間の距離、およびレンズ面の曲率半径は、図７に示す第１の実施形態に係る第１実験例と同じである。
【００７８】
入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは、長軸の長さＢｘ＝１．６×Ｌｘ、短軸の長さＢｙ＝１．６×Ｌｙとした。また、Ｂｘ：Ｂｙ＝Ｌｘ：Ｌｙ＝１．７８：１とした。第１入射領域Ｓａは、図４（Ａ）に示す第１領域Ｓ１とした。第２入射領域Ｓｂは、図４（Ｂ）に示す第２領域Ｓ２とした。第３入射領域Ｓｃは、図１５（Ａ）に示すように、第３入射領域Ｓｃの中心が、第３頂点６３ｃから＋Ｘ軸方向に０．５×Ｌｘずれた位置にある第３領域Ｓ３とした。第４入射領域Ｓｄは、図１５（Ｂ）に示すように、第４入射領域Ｓｄの中心が、第４頂点６３ｄから＋Ｙ軸方向に０．５×Ｌｙずれた位置にある第４領域Ｓ４とした。
【００７９】
次に、シミュレーションの結果について説明する。
【００８０】
図１７は、図４（Ａ）に示す第１入射領域Ｓａが第１領域Ｓ１である場合の被照明領域１１２を含む領域内の光線数の分布図である。図１８は、図４（Ｂ）に示す第２入射領域Ｓｂが第２領域である場合の被照明領域１１２を含む領域の光線数の分布図である。図１９は、図１５（Ａ）に示す第３入射領域Ｓｃが第３領域Ｓ３である場合の被照明領域１１２を含む領域内の光線数の分布図である。図２０は、図１５（Ｂ）に示す第４入射領域Ｓｄが第４領域である場合の被照明領域１１２を含む領域内の光線数の分布図である。図２１は、図１７〜２０に示す分布を対応する単位領域ごとに足し合わせた分布図である。
【００８１】
図１７に示すように、第１入射領域Ｓａが第１領域Ｓ１である場合の被照明領域１１２における光線数の分布は、被照明領域１１２の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の少ない分布であった。図１８に示すように、第２入射領域Ｓｂが第２領域Ｓ２である場合の被照明領域１１２における光線数の分布は、被照明領域１１２の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の多い分布であった。図１９に示すように、第３入射領域Ｓｃが第３領域Ｓ３である場合の光線数の分布は、被照明領域の長辺付近の領域が単位領域に入射する光線数が多い分布であった。図２０に示すように、第４入射領域Ｓｄが第４領域Ｓ４とした場合の光線数の分布は、被照明領域の短辺付近の領域が単位領域に入射する光線数が多い分布であった。また、図２１に示すように、図１７〜２０に示す光線数の分布をそれぞれ単位領域ごとに足し合わせて得られた被照明領域１１２では、光線数の分布が均一化されていることがわかった。具体的には、被照明領域１１２における強度比（光線数の比）が、図１７に示す光線数の分布では、３２％であり、図１８に示す光線数の分布では、４５％であり、図１９に示す光線数の分布では、４３％であり、図２０に示す光線数の分布では、３７％であった。これに対して、図２１に示す光線数の分布では、強度比（光線数の比）は、７９％であり、光線数の分布が均一化されていることがわかった。このように、モデルＭ３では、互いに補完しあう関係にある光強度分布（光線数の分布）を有する光を、被照明領域１１２上で重畳させることで、光強度分布を均一化させることができることがわかった。したがって、照明装置２００では、被照明領域１１２において光強度分布が均一化された光を得ることができるため、照度ムラの少ない良好な照明光を得ることができることがわかった。
【００８２】
２．３．  第２の実施形態に係る照明装置の第２実験例
次に、本実施形態に係る照明装置２００の第２実験例について、図面を参照しながら説明する。本実験例では、照明装置２００をモデル化したモデルＭ４におけるシミュレーションについて説明する。具体的には、光束２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを入射光束２として、分割フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄに対応する分割フライアイレンズ６０に入射させた場合の入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ径と、被照明領域における強度比（光強度の比）の関係を求めた。図２２は、本実験例の結果を示すグラフである。なお、第１の実施形態に係る実験例２と異なる点を説明し、その詳細な説明を省略する。
【００８３】
本実験例では、第１の実施形態に係る実験例２と同様の方法で、第１入射領域Ｓａが第１領域Ｓ１であり、第２入射領域Ｓｂが第２領域Ｓ２であり、第３入射領域Ｓｃが第３領域Ｓ３であり、第４入射領域Ｓｄが第４領域Ｓ４である場合の被照明領域での光線数の分布を求め、モデルＭ４における入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ径と被照明領域における強度比（光強度の比）の関係を求めた。
【００８４】
このようなモデルＭ４において、入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ径と被照明領域における強度比（光強度の比）の関係について、図２１に示すような結果が得られた。図２１に示すように、入射領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ径が、１．０以上２．０以下の範囲で、強度比（光強度の比）が８０％以上となり、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。すなわち、Ｌｘ≦Ｂｘ≦２×Ｌｘ、Ｌｙ≦Ｂｙ≦２×Ｌｙの範囲で、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。
【００８５】
３．  第３の実施形態
次に、第３の実施形態に係るプロジェクター３００について説明する。図２３は、プロジェクター３００を模式的に示す図である。なお、図２３では、便宜上、プロジェクター３００を構成する筐体は省略している。プロジェクター３００は、本発明に係る照明装置を有する。以下では、本発明に係る照明装置として、照明装置１００を用いた例について説明する。
【００８６】
プロジェクター３００において、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色照明装置１００Ｒ，緑色照明装置１００Ｇ、青色照明装置１００Ｂは、上述した照明装置１００である。
【００８７】
プロジェクター４００は、照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）３０４Ｒ，３０４Ｇ，３０４Ｂと、液晶ライトバルブ３０４Ｒ，３０４Ｇ，３０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）３１０に投射する投射レンズ（投射装置）３０８と、を備えている。また、プロジェクター３００は、液晶ライトバルブ３０４Ｒ，３０４Ｇ，３０４Ｂから出射された光を合成して投写レンズ３０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）３０６を備えていることができる。
【００８８】
各液晶ライトバルブ３０４Ｒ，３０４Ｇ，３０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム３０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ３０６によりスクリーン３１０上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００８９】
なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
【００９０】
また、照明装置１００を、照明装置１００からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置（プロジェクター）の照明装置にも適用することが可能である。
【００９１】
プロジェクター３００によれば、照度ムラを低減することができる照明装置を用いているため、照度ムラの少ない画像を投射することができる。
【００９２】
なお、上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、上述した実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００９３】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９４】
１０  光源、１２ａ  第１出射面形成領域、１２ｂ  第２出射面形成領域、
１２ｃ  第３出射面形成領域、１２ｄ  第４出射面形成領域、１４  出射面、
２０ａ  第１コリメートレンズ、２０ｂ  第２コリメートレンズ、
２０ｃ  第３コリメートレンズ、２０ｄ  第４コリメートレンズ、
３０ａ  第１集光レンズ、３０ｂ  第２集光レンズ、３０ｃ  第３集光レンズ、
３０ｄ  第４集光レンズ、４０ａ  第１光束形成コンデンサーレンズ、
４０ｂ  第２光束形成コンデンサーレンズ、４０ｃ  第３光束形成コンデンサーレンズ、
４０ｄ  第４光束形成コンデンサーレンズ、５０ａ  第1フィールドレンズ、
５０ｂ  第２フィールドレンズ、５０ｃ  第３フィールドレンズ、
５０ｄ  第４フィールドレンズ、６０ａ  第１分割フライアイレンズ、
６０ｂ  第２分割フライアイレンズ、６０ｃ  第３分割フライアイレンズ、
６０ｄ  第４分割フライアイレンズ、６２  要素レンズ、６３ａ  第１頂点、
６３ｂ  第２頂点、６３ｃ  第３頂点、６４ｃ  第４頂点、
７０ａ  第１集光フライアイレンズ、７０ｂ  第２集光フライアイレンズ、
７０ｃ  第３集光フライアイレンズ、７０ｄ  第４集光フライアイレンズ、
７２  要素レンズ、８０  光束重畳コンデンサーレンズ、
９０  第３フィールドレンズ、１００  照明装置、１１０  ライトバルブ、
１１２  入射面（被照明領域）、２００  照明装置、３００  プロジェクター、
３０４  液晶ライトバルブ、３０６  クロスダイクロイックプリズム、
３０８  投射レンズ、３１０  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２２】
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【図２３】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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