(57)【要約】 【課題】集光素子上に形成される光源像のうち、照明光軸近傍部分の光源像を十分に小さくすることができる照明光学装置及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】照明光学装置２において、第１レンズアレイ４１２と光源装置４１１との間に、光学素子２０を配置する。この光学素子２０は、光束射出側面が凹面２１２である光学素子本体２１と、光束入射面が凸面２２１である光学素子本体２２とを備える。凹面２１２は、中心点２１２Ａから外周縁に向かって湾曲し、窪んだ凹面２１２となっている。凸面２２１は、前記凹面２１２に対応した形状となっている。【選択図】 図２
2006106205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管及びこの発光管から放射された光束を反射するリフレクタを備えた光源装置と、照明光軸に直交する面内に複数の小レンズを配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記光束分割光学素子の複数の小レンズに対応した複数の小レンズを有し、この光束分割光学素子により分割された各部分光束を集光する集光素子とを備えた照明光学装置であって、
前記光束分割光学素子の光束入射側には、光学素子が配置され、前記光学素子は、前記照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面である光束透過面と、この光束透過面よりも光束射出側に位置する他の光束透過面とを有し、
前記他の光束透過面は、前記凹面の形状に応じた凸面であり、
前記光学装置から射出された光束は、前記光学素子の前記凹面及び凸面を透過して、前記光束分割光学素子に入射されることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学装置において、
前記光学素子は、対向配置された一対の光学素子本体を備えており、前記光源装置側に配置される一方の光学素子本体の光束透過面は、前記凹面とされ、
前記他方の光学素子本体の光束透過面は、前記凹面の形状に応じた前記凸面とされていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明光学装置において、
前記光学素子は、一枚のレンズであり、
前記光学素子の光束入射側の光束透過面は、前記凹面とされ、光束射出側の光束透過面は、前記凹面の形状に応じた前記凸面とされていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項４】
発光管及びこの発光管から放射された光束を反射するリフレクタを備えた光源装置と、
照明光軸に直交する面内に複数の小レンズを配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記光束分割光学素子の複数の小レンズに対応した複数の小レンズを有し、この光束分割光学素子により分割された各部分光束を集光する集光素子とを備えた照明光学装置であって、
前記光束分割光学素子の光束入射側には、回折光学素子が配置され、
前記回折光学素子は、照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面である光束入射側面と、前記凹面に対応した凸面である光束射出側面とを有するレンズと同じ光学的機能を有するものであることを特徴とする照明光学装置。
【請求項５】
発光管及びこの発光管から放射された光束を反射するリフレクタを備えた光源装置と、
照明光軸に直交する面内に複数の小レンズを配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記光束分割光学素子の複数の小レンズに対応した複数の小レンズを有し、この光束分割光学素子により分割された各部分光束を集光する集光素子とを備えた照明光学装置であって、
前記光束分割光学素子の光束入射側には、回折光学素子が配置され、
前記回折光学素子は、対向配置された一対の回折光学素子本体を備えており、
前記光源装置側に配置される一方の回折光学素子は、照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面である光束透過側面を有するレンズと同じ光学的機能を有するものであり、
前記他方の回折光学素子は、前記凹面に対応した凸面である光束透過側面を有するレンズと同じ光学的機能を有するものであることを特徴とする照明光学装置。
【請求項６】
光源装置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、拡大投射するプロジェクタであって、
請求項１から５の何れかに記載の照明光学装置と、
この照明光学装置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する光変調装置と、
形成された光学像を拡大投射する投射光学装置とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、会議、学会、展示会等でのプレゼンテーション用として、光変調装置（液晶パネル）の画像形成領域を照明光学装置によって照明し、前記液晶パネルで画像情報に応じて光束を光変調し、光変調した光学像をスクリーン等に拡大投射するプロジェクタが知られている。
【０００３】
このようなプロジェクタの照明光学装置８は、図７に示すように光源装置４１１と、均一照明光学系８１０とを有する。
光源装置４１１は、放射光源としての発光管（光源ランプ）（図示略）と、リフレクタ４１７と、防爆ガラス８１とを有しており、光源ランプから射出された光線をリフレクタ４１７で反射して射出している。
均一照明光学系８１０は、リフレクタ４１７で反射された光束を複数の部分光束に分割し、液晶パネルの画像形成領域上に重畳させる機能を有している。この均一照明光学系８１０は、光束分割光学素子である第１レンズアレイ４１２と、集光素子である第２レンズアレイ４１３と、偏光変換素子（図示略）と、コンデンサレンズ（図示略）とを有する。
【０００４】
より詳細に説明すると光源装置４１１からの光束を、複数の小レンズを備えた第１レンズアレイ４１２によって複数の部分光束に分割し、さらに第１レンズアレイ４１２の各小レンズに対応する複数の小レンズを備えた第２レンズアレイ４１３を介して偏光変換素子に入射させる。そして、偏光変換素子で各部分光束の偏光方向をＳ偏光またはＰ偏光に揃えた後、それら偏光方向の揃った各光束を、コンデンサレンズを介して、各液晶パネルの画像形成領域に入射させる。
【０００５】
ここで、光源装置４１１の光源ランプのアーク像は点光源ではなく、光源ランプの電極近傍に形成される輝点を有したものであり、有限のある大きさＴを有している。これに加え、リフレクタ４１７で反射された光束は照明光軸Ｓ近傍の光束密度が高く、周縁部の光束密度は低くなっている。
【０００６】
このため、第２レンズアレイ４１３上で生じる光源像のうち、図７，８に示すように、照明光軸Ｓ近傍部分の光源像Ｗ１’、Ｗ２’は大きく、照明光軸Ｓから離れた部分の光源像Ｗ３’は小さくなっている（なお、図７には、光源像Ｗ１’は図示されていない）。そのため、照明光軸Ｓ近傍部分の光源像Ｗ１’、Ｗ２’は第２レンズアレイ４１３の小レンズからはみ出し、隣接する小レンズまでかかってしまうことがある。
このような場合、液晶パネルの光束入射側端面では、画像形成領域の外側にまで光束が広がることとなり、光の利用率が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、図９及び図１０に示すように、第１レンズアレイ４１２と、光源装置４１１との間に、光学素子９０を挿入し、液晶パネルでの光の利用率の低下を防止する照明光学装置９が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この光学素子９０は、一対の光学素子本体９１，９２から構成されており、一方の光学素子本体９１の光束射出側面には、この光束射出側面全面にわたって、非球面状の凹面９１１が形成され、他方の光学素子本体９２の光束入射側面には、前記凹面９１１に対応する凸面９２１が形成されている。
一方の光学素子本体９１の非球面形状の凹面９１１で、光源装置４１１からの光束を発散させ、他方の光学素子本体９２で平行化して、光学素子９０から射出される光束の明るさを均一化している。これにより、第２レンズアレイ４１３で形成される光学像の大きさの均一化が可能となっている（図１０の光源像Ｗ１’’、Ｗ２’’，Ｗ３’’参照）。
なお、図１０は、第２レンズアレイ４１３の小レンズ上の光学像を示す図である。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２６０１４４号公報（第９頁、図１，図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような方法では、一方の光学素子本体９１の光束射出側面全面に、一つの凹面９１１を形成し、この凹面９１１で光源装置４１１からの光束を発散させているため、前記凹面９１１の照明光軸Ｓ近傍（凹面９１１の中心点近傍部分）を透過する光束の発散が非常に緩やかになってしまう。そのため、第２レンズアレイ４１３上の光源像のうち、照明光軸Ｓ近傍の光学像を十分に小さくすることができないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、集光素子上に形成される光源像のうち、照明光軸近傍部分の光源像を十分に小さくすることができる照明光学装置及びプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の照明光学装置は、発光管及びこの発光管から放射された光束を反射するリフレクタを備えた光源装置と、照明光軸に直交する面内に複数の小レンズを配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記光束分割光学素子の複数の小レンズに対応した複数の小レンズを有し、この光束分割光学素子により分割された各部分光束を集光する集光素子とを備えた照明光学装置であって、前記光束分割光学素子の光束入射側には、光学素子が配置され、前記光学素子は、前記照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面である光束透過面と、この光束透過面よりも光束射出側に位置する他の光束透過面とを有し、前記他の光束透過面は、前記凹面の形状に応じた凸面であり、前記光学装置から射出された光束は、前記光学素子の前記凹面及び凸面を透過して、前記光束分割光学素子に入射されることを特徴とする。
【００１２】
このような本発明では、光源装置から射出された光束は、光学素子に入射する。この光学素子は、照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し、窪んだ凹面である光束透過面を有している。そのため、照明光軸近傍を通る光束は、凹面の湾曲により、照明光軸側に大きく屈曲し、発散することとなる。すなわち、本発明では、光学素子本体の光束透過面を、照明光軸が通る中心点を基準に、外周縁に向かって湾曲し、窪んだ凹面としているため、光束透過面の照明光軸が通る中心点近傍の曲率を、従来の光学素子本体の光束透過面の照明光軸が通る中心点近傍の湾曲よりも大きな曲率とすることができる。従って、照明光軸近傍を通る光束は、凹面の湾曲により、照明光軸側に大きく屈曲し、発散するのである。
【００１３】
なお、光学素子の照明光軸が通る中心点及びその周囲には、光源装置の発行管による影が生じるので、光束が照明光軸側に大きく屈曲しても、前記中心点及びその周囲を透過する光束の密度が高くなってしまうことはない。
そして、この光束は他方の光束透過面である凸面の湾曲により、平行化されて、光学分割素子に入射する。
このように、光学素子の照明光軸近傍を通る光束は、光学素子によって照明光軸側に大きく屈曲されて、確実に発散されるため、光束分割光学素子から射出され集光素子の照明光軸近傍の小レンズ上で形成される光源像は小さくなる。
換言すると、光学素子が、照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面となった光束透過面と、前記凹面に対応した凸面である光束透過面とを有することで、光学素子及び光束分割光学素子を合成した際の、照明光軸近傍の焦点距離が非常に短くなる。そのため、集光素子の照明光軸近傍の小レンズ上で形成される光源像は小さくなるのである。
従って、集光素子の小レンズ上に光源像を確実に収めることが可能となる。そして、照明光学装置の後段に光変調装置を設置した場合には、光変調装置での光束の利用率の低下を防止することができる。
【００１４】
さらに、本発明では、前記光学素子は、対向配置された一対の光学素子本体を備えており、前記光源装置側に配置される一方の光学素子本体の光束透過面は、前記凹面とされ、
前記他方の光学素子本体の光束透過面は、前記凹面の形状に応じた前記凸面とされていることが好ましい。
このような本発明によれば、光学素子は、一対の光学素子本体により構成されているため、各光学素子本体の厚さ寸法を薄くすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明では、前記光学素子は、一枚のレンズであり、前記光学素子の光束入射側の光束透過面は、前記凹面とされ、光束射出側の光束透過面は、前記凹面の形状に応じた前記凸面とされているものであってもよい。
本発明のように、光学素子を一枚のレンズで構成することで部材点数の削減を図ることができる。
【００１６】
さらに、本発明の照明光学装置は、発光管及びこの発光管から放射された光束を反射するリフレクタを備えた光源装置と、照明光軸に直交する面内に複数の小レンズを配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記光束分割光学素子の複数の小レンズに対応した複数の小レンズを有し、この光束分割光学素子により分割された各部分光束を集光する集光素子とを備えた照明光学装置であって、前記光束分割光学素子の光束入射側には、回折光学素子が配置され、前記回折光学素子は、照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面である光束入射側面と、前記凹面に対応した凸面である光束射出側面とを有するレンズと同じ光学的機能を有するものであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の回折光学素子は、前述した照明光学装置における一枚のレンズから構成される光学素子を回折光学素子として構成したものである。
従って、本発明によれば、上述した一枚のレンズから構成される光学素子を有する照明光学装置と同様の効果を奏することができる。
また、回折光学素子は、一枚のレンズから構成される光学素子に比べ、厚さ寸法が小さく、設置スペースをとらないという利点がある。
また、本発明の照明光学装置は、発光管及びこの発光管から放射された光束を反射するリフレクタを備えた光源装置と、照明光軸に直交する面内に複数の小レンズを配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記光束分割光学素子の複数の小レンズに対応した複数の小レンズを有し、この光束分割光学素子により分割された各部分光束を集光する集光素子とを備えた照明光学装置であって、前記光束分割光学素子の光束入射側には、回折光学素子が配置され、前記回折光学素子は、対向配置された一対の回折光学素子本体を備えており、前記光源装置側に配置される一方の回折光学素子は、照明光軸が通る中心点を基準に外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面である光束透過側面を有するレンズと同じ光学的機能を有するものであり、前記他方の回折光学素子は、前記凹面に対応した凸面である光束透過側面を有するレンズと同じ光学的機能を有するものであることを特徴とする。
本発明の回折光学素子は、前述した照明光学装置における一対のレンズから構成される光学素子を回折光学素子として構成したものである。
従って、本発明によれば、上述した一対のレンズから構成される光学素子を有する照明光学装置と同様の効果を奏することができる。
また、回折光学素子は、レンズから構成される光学素子に比べ、厚さ寸法が小さく、冷却空気の流路のスペース等を確保できるという利点がある。
【００１８】
本発明のプロジェクタは、光源装置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、拡大投射するプロジェクタであって、上述した何れかの照明光学装置と、この照明光学装置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する光変調装置と、形成された光学像を拡大投射する投射光学装置とを備えていることを特徴とする。
このような本発明のプロジェクタでは、上述した何れかの照明光学装置を備えているので、上述した何れかの照明光学装置と同様の効果を奏することができる。
すなわち、集光素子上の光源像のうち、照明光軸近傍部分の光源像を十分に小さくすることができ、光変調装置での光の利用率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[１．第一実施形態]
［1-1．光学系の概要］
図１は、プロジェクタ１の光学系を示す模式図である。
プロジェクタ１は、光源装置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、形成した光学像を拡大投射するものである。
このプロジェクタ１は、図１に示すように、照明光学装置２と、色分離光学系４２と、リレー光学系４３と、光変調装置および色合成光学系を一体化した光学装置４４とを備える。
照明光学装置２は、光源から射出された光束を照明光軸直交面内における照度を均一にするための光学系であり、光源装置４１１と、均一照明光学系４１０とを備える。
均一照明光学系４１０は、リフレクタで反射された光束を複数の部分光束に分割し、液晶パネルの画像形成領域上に重畳させる機能を有し、光学素子２０、第１レンズアレイ（光束分割光学素子）４１２、第２レンズアレイ（集光素子）４１３、偏光変換素子４１４、および重畳レンズ４１５を備えて構成される。
【００２０】
光源装置４１１は、放射光源としての光源ランプ（発光管）４１６およびリフレクタ４１７を備え、光源ランプ４１６から射出された放射状の光線をリフレクタ４１７で反射して略平行光線とし、外部へと射出する。本実施形態では、光源ランプ４１６として高圧水銀ランプを採用しているが、これ以外にメタルハライドランプやハロゲンランプを採用することもある。また、本実施形態では、リフレクタ４１７として放物面鏡を採用しているが、楕円面鏡からなるリフレクタの射出面に平行化凹レンズを配置した構成も採用することもできる。
【００２１】
光学素子２０は、一対の光学素子本体２１，２２を備える。
第１レンズアレイ４１２は、照明光軸Ｓ方向から見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を具備している。各小レンズは、光源ランプ４１６から射出された光束を部分光束に分割し、照明光軸Ｓ方向に射出する。各小レンズの輪郭形状は、後述する液晶パネル４４１の画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定される。
第２レンズアレイ４１３は、第１レンズアレイ４１２と略同様の構成であり、小レンズがマトリクス状に配列された構成を具備する。この第２レンズアレイ４１３は、重畳レンズ４１５とともに、第１レンズアレイ４１２の各小レンズの像を液晶パネル４４１上に結像させる機能を有する。
なお、光学素子２０の詳細及び光学素子２０と、第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３との関係については後述する。
【００２２】
偏光変換素子４１４は、第２レンズアレイ４１３からの光を１種類の偏光光に変換するものであり、これにより、光学装置４４での光の利用率が高められている。
具体的に、偏光変換素子４１４によって１種類の偏光光に変換された各部分光束は、重畳レンズ４１５によって最終的に光学装置４４の液晶パネル４４１上にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネル４４１を用いたプロジェクタでは、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ランプ４１６からの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換素子４１４を用いることにより、光源ランプ４１６から射出された光束を全て１種類の偏光光に変換し、光学装置４４における光の利用効率を高めている。なお。このような偏光変換素子４１４は、例えば、特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。
【００２３】
色分離光学系４２は、２枚のダイクロイックミラー４２１，４２２と、反射ミラー４２３とを備え、ダイクロイックミラー４２１、４２２により照明光学装置２から射出された複数の部分光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を有している。
リレー光学系４３は、入射側レンズ４３１と、リレーレンズ４３３と、反射ミラー４３２、４３４とを備え、色分離光学系４２で分離された色光である赤色光を液晶パネル４４１Ｒまで導く機能を有している。
【００２４】
この際、色分離光学系４２のダイクロイックミラー４２１では、照明光学装置２から射出された光束のうち、赤色光成分と緑色光成分とは透過し、青色光成分は反射する。ダイクロイックミラー４２１によって反射した青色光は、反射ミラー４２３で反射し、フィールドレンズ４１８を通って、青色用の液晶パネル４４１Ｂに到達する。このフィールドレンズ４１８は、第２レンズアレイ４１３から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４４１Ｇ、４４１Ｒの光入射側に設けられたフィールドレンズ４１８も同様である。
【００２５】
また、ダイクロイックミラー４２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー４２２によって反射し、フィールドレンズ４１８を通って、緑色用の液晶パネル４４１Ｇに到達する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー４２２を透過してリレー光学系４３を通り、さらにフィールドレンズ４１８を通って、赤色光用の液晶パネル４４１Ｒに到達する。
なお、赤色光にリレー光学系４３が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ４３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４１８に伝えるためである。なお、リレー光学系４３には、３つの色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
【００２６】
光学装置４４は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、色分離光学系４２で分離された各色光が入射される３つの入射側偏光板４４２と、各入射側偏光板４４２の後段に配置される光変調装置としての液晶パネル４４１Ｒ、４４１Ｇ、４４１Ｂと、各液晶パネル４４１Ｒ、４４１Ｇ、４４１Ｂの後段に配置される射出側偏光板４４３と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム４４４とを備える。
【００２７】
液晶パネル４４１Ｒ、４４１Ｇ、４４１Ｂは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものであり、図示を略したが、対向配置される一対の透明基板内に液晶が密封封入されたパネル本体を、保持枠内に収納して構成される。
光学装置４４において、色分離光学系４２で分離された各色光は、これら３枚の液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ、入射側偏光板４４２、および射出側偏光板４４３によって画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。
【００２８】
入射側偏光板４４２は、色分離光学系４２で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、サファイアガラス等の基板に偏光膜が貼付されたものである。また、基板を用いずに、偏光膜をフィールドレンズ４１８に貼り付けてもよい。
射出側偏光板４４３も、入射側偏光板４４２と略同様に構成され、液晶パネル４４１（４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）から射出された光束のうち、所定方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。また、基板を用いずに、偏光膜をクロスダイクロイックプリズム４４４に貼り付けてもよい。
これらの入射側偏光板４４２および射出側偏光板４４３は、互いの偏光軸の方向が直交するように設定されている。
【００２９】
クロスダイクロイックプリズム４４４は、射出側偏光板４４３から射出され、各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成するものである。
クロスダイクロイックプリズム４４４には、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、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。
投射レンズ４４５は、光学装置４４により形成された光学像を拡大投射する投射光学装置としての機能を具備するものであり、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成される。
【００３０】
［1-2．照明光学装置の構成］
図２，図３を参照して、照明光学装置２の光学素子２０の詳細及び光学素子２０と、第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３との関係について説明する。
図２は、光学素子２０と、第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３との関係を示す模式図であり、図３は、第２レンズアレイの小レンズ上の光学像を示す図である。
図２に示すように、光学素子２０は、第１レンズアレイ４１２の光束入射側に配置されており、第１レンズアレイ４１２と、光源装置４１１との間に配置されている。この光学素子２０は、光源装置４１１のリフレクタ４１７の開口を略覆う大きさ寸法となっている。
このような光学素子２０を光源装置４１１に隣接して配置することで、従来、光源装置４１１のリフレクタ４１７の開口を塞ぐように配置されていた防爆ガラス８１が不要となる（図７参照）。
【００３１】
光学素子２０は、一対のレンズである光学素子本体２１，２２を備えている。
光学素子２０を２枚のレンズである光学素子本体２１，２２で構成することで、各光学素子本体２１，２２の厚さ寸法を薄くすることが可能となる。
一対の光学素子本体２１，２２のうち、光源装置４１１側に配置される一方の光学素子本体２１の光束入射側面（光束透過面）は、平面２１１となっている。また、光学素子本体２１の光束射出側面（光束透過面）は、照明光軸Ｓが通る中心点２１２Ａを基準に、この中心点２１２Ａから外周縁に向かって湾曲し、窪んだ凹面２１２となっている。
そのため、光学素子本体２１の光束射出側面の照明光軸Ｓが通る中心点２１２Ａ近傍は、他方の光学素子本体２２側に略円錐形状に突出した形状となっている。
このような光学素子本体２１の断面形状は、二つの凹レンズが隣接して配置されたような形状となる。
なお、凹面２１２の周縁部の屈折力は、凹面２１２の照明光軸Ｓ近傍部分の屈折力よりも小さくなっている。例えば、凹面２１２の周縁部の屈折力は、略ゼロに近いものとなっている。
【００３２】
他方の光学素子本体２２は、一方の光学素子本体２１の光束射出側に配置されている。
この他方の光学素子本体２２は、光束入射側面が一方の光学素子本体２１側に突出した凸面２２１となっている。また、他方の光学素子本体２２の光束射出側面（光束透過面）は、平面２２２となっている。
凸面２２１は、前記一方の光学素子本体２１の凹面２１２に対応した形状であり、照明光軸Ｓが通る中心点２２１Ａを基準に、中心点２２１Ａから外周縁に向かって湾曲して突出した形状となっている。そのため、光学素子本体２２の光束入射側面（光束透過面）の照明光軸Ｓが通る中心点２２１Ａ近傍は、光束射出側面側に略円錐形状に窪んだ形状となっている。
このような光学素子本体２２の断面形状は、二つの凸レンズが隣接して配置されたような形状となる。
【００３３】
このような光学素子２０には、光源装置４１１のリフレクタ４１７で反射された光束が入射する。
光束は、光学素子２０のうち、光源装置４１１側に配置された一方の光学素子本体２１の光束射出側面である凹面２１２により屈曲されることとなる。
この凹面２１２は、照明光軸Ｓが通る中心点２１２Ａから外周縁に向かって湾曲し窪んだ形状となっているので、照明光軸Ｓ近傍を通る光束は、凹面２１２の湾曲により、照明光軸Ｓ側に大きく屈曲し、発散することとなる。すなわち、本実施形態では、一方の光学素子本体２１の光束射出側面を照明光軸Ｓが通る中心点２１２Ａから外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面２１２としているため、光束射出側面の中心点２１２Ａ近傍の湾曲を、従来の光学素子本体９１（図９参照）の光束射出側面の中心点近傍の湾曲よりも大きな湾曲とすることができる。
【００３４】
従って、照明光軸Ｓ近傍を通る光束は、凹面２１２の湾曲により、照明光軸Ｓ側に大きく屈曲し、発散するのである。
なお、中心点２１２Ａ及びその周囲（図２におけるＬの範囲）には、光源装置４１１の光源ランプ４１６による影が生じるので、光束が照明光軸Ｓ側に大きく屈曲しても中心点２１２Ａ及びその周囲（図２におけるＬの範囲）の光束の密度が高くなってしまうことはない。
【００３５】
そして、一方の光学素子本体２１の凹面２１２から射出された光束は、他方の光学素子本体２２の光束入射側面である凸面２２１により、平行化されて、第１レンズアレイ４１２に入射される。第１レンズアレイ４１２では、光束は、部分光束に分割されて射出される。その後、第１レンズアレイ４１２から射出された光束は、第２レンズアレイ４１３に入射する。
本実施形態では、光学素子２０の照明光軸Ｓ近傍を通る光束は、照明光軸Ｓ側に大きく屈曲し、確実に発散されるため、第１レンズアレイ４１２から射出され第２レンズアレイ４１３の照明光軸Ｓ近傍の小レンズ上に形成される光源像は小さくなる。
換言すると、光学素子２０の一方の光学素子本体２１が、照明光軸Ｓが通る中心点２１２Ａから外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面２１２となった光束射出側面を有し、他方の光学素子本体２２が前記凹面２１２に対応した凸面２２１である光束入射側面を有することで、光学素子２０の光学素子本体２１，２２及び第１レンズアレイ４１２を合成した際の、照明光軸Ｓ近傍の焦点距離が非常に短くなる。そのため、第２レンズアレイ４１３の照明光軸Ｓ近傍の小レンズ上で形成される光源像は小さくなるのである。
例えば、図２及び図３の光源像Ｗ１の大きさは、図８及び図９，１０に示す従来の構成の照明光学装置８，９における光源像Ｗ１’，Ｗ１’’の大きさよりも小さなものとなる。また、図２及び図３の光源像の大きさＷ２は、図７〜図１０に示す従来の構成の照明光学装置８，９における光源像Ｗ２’，Ｗ２’’よりも小さくなっている。
【００３６】
このように、第２レンズアレイ４１３の照明光軸Ｓ近傍の小レンズ上に形成される光源像は小さくなるので、第２レンズアレイ４１３の小レンズ上に光源像を確実に収めることが可能となる。これにより、液晶パネル４４１における光束の利用率の低下を防止することができる。
特に、照明光軸Ｓ近傍の光源像は、投射画像の明るさへの寄与度が高いため、本実施形態のプロジェクタ１では、明るい投射画像を形成することができる。
なお、光学素子２０の一方の光学素子本体２１の凹面２１２の周縁部のカーブ（曲率）は、従来の光学素子９０の光学素子本体９１の凹面９１１の周縁部のカーブ（曲率）と殆ど同じであるため（図９参照）、本実施形態の第２レンズアレイ４１３の周縁部の小レンズ上の光源像の大きさは、従来のものと変わりない。例えば、図２及び図３の光源像Ｗ３の大きさは、図９，１０に示す従来の構成の照明光学装置９における光源像Ｗ３’’の大きさと略同じ大きさである。
また、凹面２１２の周縁部の屈折力は、略ゼロに近いものとなっているので、本実施形態の第２レンズアレイ４１３の周縁部の小レンズ上の光源像Ｗ３の大きさは、光学素子を備えない従来の照明光学装置８における第２レンズアレイ４１３の周縁部の小レンズ上の光源像Ｗ３’の大きさよりも大きくなってしまう（図７，８参照）。しかしながら、第２レンズアレイ４１３の周縁部の光源像Ｗ３の投射画像の明るさへの寄与度は低いため、例え、光源像Ｗ３が第２レンズアレイ４１３の周縁部の小レンズからはみ出ることがあっても、問題とならない。
【００３７】
[２．第二実施形態]
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前記実施形態では、照明光学装置２の光学素子２０は、２枚のレンズである光学素子本体２１，２２で構成されるとしたが、本実施形態の照明光学装置５の光学素子５０は、一枚のレンズで構成されている。照明光学装置５は、他の点においては、前記実施形態の照明光学装置２と同様の構成となっている。
【００３８】
光学素子５０は、光束入射側面が、照明光軸Ｓが通る中心点５１Ａから外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面５１となっている。そのため、光学素子５０の光束入射側面の照明光軸Ｓが通る中心点５１Ａ近傍は、光源装置４１１側に略円錐形状に突出した形状となっている。
凹面５１の周縁部の屈折力は、凹面５１の照明光軸Ｓ近傍部分の屈折力よりも小さくなっている。例えば、凹面５１の周縁部の屈折力は、略ゼロに近いものとなっている。
一方、光学素子５０の光束射出側面は、前記凹面５１に対応した凸面５２となっている。この凸面５２は、照明光軸Ｓが通る中心点５２Ａから外周縁に向かって湾曲して突出した形状となっている。そのため、光学素子５０の光束射出側面の照明光軸Ｓが通る中心点５２Ａ近傍は、光束入射側面側に略円錐形状に窪んだ形状となっている。
【００３９】
このような光学素子５０を使用することで、前記実施形態と略同様の効果を奏することができる。
すなわち、光束入射側面が中心点５１Ａから外周縁に向かって湾曲し窪んだ凹面５１となっているので、凹面５１の湾曲により、照明光軸Ｓ側に大きく屈曲し、発散することとなる。そして、光束射出側面の凸面５２で平行化され、第１レンズアレイ４１２、第２レンズアレイ４１３に入射される。光学素子５０の照明光軸Ｓ近傍を通る光束は、照明光軸Ｓ側に大きく屈曲し、確実に発散されるため、第２レンズアレイ４１３の照明光軸Ｓ近傍の小レンズ上に形成される光源像は小さくなる。そのため、第２レンズアレイ４１３の小レンズ上に光源像を確実に収めることが可能となる。従って、液晶パネル４４１における光束の利用率の低下を防止することができる。
また、本実施形態では、光学素子５０を一枚の素子で構成しているため、前記実施形態のように２枚の光学素子本体で構成する場合に比べ、部材点数の削減を図ることができる。
【００４０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第一実施形態では、光学素子２０は、２枚のレンズである光学素子本体２１，２２から構成されており、第二実施形態では、光学素子５０は、１枚のレンズから構成されていたが、これには限られず、例えば、図５に示すように、光学素子５０と同様の機能を備えた一枚の回折光学素子６０を備えるものとしてもよい。
【００４１】
図５に示される照明光学装置６は、光学素子２０，５０にかえて回折光学素子６０を備える点のみが前記各実施形態の照明光学装置２，５と異なっており、他の点は、前記各実施形態の照明光学装置２，５と同じ構成となっている。
回折光学素子６０は、光束入射側面及び光束射出側面に微細な櫛歯形状が施されたものであり、光学素子２０，５０と同じ光学的機能を備える。
このような回折光学素子６０は、光学素子５０に比べ、厚さ寸法が小さく、設置スペースをとらないという利点がある。また、２枚のレンズから構成される光学素子２０に比べて、部材点数の削減を図ることができるという利点がある。
なお、２枚のレンズから構成される光学素子２０と同じ光学機能を備える一対の回折光学素子本体を備える回折光学素子備えるものとしてもよい。このような回折光学素子を構成する個々の回折光学素子本体の厚さ寸法は、光学素子２０を構成するレンズの厚さ寸法よりも小さくでき、照明光学装置内の空間が広くなり冷却流路を確保しやすくなるため冷却効率が向上する。
【００４２】
さらに、前記各実施形態では、光源装置４１１は防爆ガラスを有しないとしたが、これに限らず、防爆ガラスを備えるものとしてもよい。このようにすることで、光源装置４１１の光源ランプ４１６が破裂した際に、光源ランプ４１６の破片の飛散を確実に防止することができる。
また、前記各実施形態では、３つの液晶パネルを用いたプロジェクタ１を使用したが、これに限らず、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
さらに、前記第一実施形態では、光学素子２０の光学素子本体２１の光束射出側面の中心点２１２Ａ近傍は、他方の光学素子本体２２側に略円錐形状に突出した形状となっているとしたが、これに限らず、図６の光学素子本体２１’のように、略円錐台形状（略円錐形状の頂点部分を切り落とし、平面としたような形状）としてもよい。
同様に、第二実施形態の光学素子５０の光束入射側面の中心点５１Ａ近傍の形状も略円錐台形状としてもよい。
すなわち、光学素子の凹面は、中心点２１２Ａ，中心点５１Ａから直接湾曲していなくてもよく、光源ランプ４１６の影となる範囲Ｌにおいては、湾曲が形成されていなくても良い。中心点２１２Ａ，５１Ａを基準に、外周縁に向かって湾曲して窪んだものであれば良いのである。
【００４３】
さらに、前記第一実施形態では、光学素子２０の光学素子本体２１は、光束入射側面が平面２１１であり、光束射出側面が凹面２１２であったが、これに限らず、光束入射側面を凹面、光束射出側面を平面としてもよい。
また、光学素子本体２２は、光束入射側面が凸面２２１であり、光束射出側面が平面２２２であったが、これに限らず、光束入射側面を平面、光束射出側面を凸面としてもよい。
前記実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
前記実施形態では、光変調装置として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。この場合は、光束入射側および光束射出側の偏光板は省略できる。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の照明光学装置は、例えば、プロジェクタの照明光学装置のほか、その他の光学機器、光学電子機器等にも広く採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるプロジェクタの光学系を示す模式図。
【図２】前記プロジェクタの照明光学装置の要部を示す模式図。
【図３】第２レンズアレイの小レンズ上の光学像を示す図。
【図４】本発明の第二実施形態にかかる照明光学装置の要部を示す模式図。
【図５】本発明の変形例を示す模式図。
【図６】本発明の他の変形例を示す模式図。
【図７】従来の照明光学装置の要部を示す模式図。
【図８】図７に示す従来の照明光学装置の第２レンズアレイの小レンズ上の光学像を示す図。
【図９】従来の照明光学装置の要部を示す模式図。
【図１０】図９に示す従来の照明光学装置の第２レンズアレイの小レンズ上の光学像を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１…プロジェクタ、２…照明光学装置、５…照明光学装置、６…照明光学装置、２０…光学素子、５０…光学素子、６０…回折光学素子、２１…光学素子本体、２２…光学素子本体、５１Ａ…中心点、５１…凹面、５２…凸面、５２Ａ…中心点、２１２Ａ…中心点、２１２…凹面、２２１Ａ…中心点、２２１…凸面、４１１…光源装置、４１２…第１レンズアレイ（光束分割光学素子）、４１３…第２レンズアレイ（集光素子）、４１６…光源ランプ（発光管）、４１７…リフレクタ、４４１…液晶パネル（光変調装置）、４４１Ｒ…液晶パネル、４４１Ｂ…液晶パネル、４４１Ｇ…液晶パネル、４４４…クロスダイクロイックプリズム（色合成光学装置）、４４５…投射レンズ（投射光学装置）、Ｓ…照明光軸
【図１】
2006106205.tif 000003
【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】
2006106205.tif 000009
【図８】
2006106205.tif 000010
【図９】
2006106205.tif 000011
【図１０】
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