【事件の表示】
　特許第２９７３７５０号「照明光学装置とそれを用いた投写型表示装置」の請求項１ないし９、１３ないし２１、２６に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第２９７３７５０号の請求項１ないし９、１３ないし２１、２６に係る特許を維持する。
【理　由】
（１）手続の経緯
　特許第２９７３７５０号の請求項１ないし９、１３ないし２１、２６に係る発明についての出願は、平成４年１１月２０日（優先権主張平成４年３月３１日）に特許出願され、平成１１年９月３日にその発明について特許の設定登録がなされ、その後、その特許について、セイコーエプソン株式会社より特許異議の申立がなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１２年９月２５日に訂正請求がなされたものである。
（２）訂正の適否についての判断
ア．訂正の内容
　特許権者は、以下の訂正を求めるものである。
a.請求項1及び請求項13を削除し、請求項２及び請求項14を繰り上げてそれぞれ「請求項1」、「請求項13」と訂正する。
b.請求項1を「第1レンズの少なくとも1つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項1記載の照明光学装置。」に訂正し、新たな請求項2とする。
c.請求項13を「第1レンズの少なくとも1つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項13記載の投写型表示装置。」に訂正し、新たな請求項14とする。
d.請求項3を、「第2レンズの主点が対をなす第1レンズの開ロ中心と被照明領域の重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第2レンズの各々を偏心させ、前記第2レンズは、対をなす前記第1レンズの開口中心から出射する光を前記被照明領域の重心近傍に到達せしめる構成とした請求項1または請求項2記載の照明光学装置」と訂正する。
e.請求項15を、「第2レンズの主点が対をなす第1レンズの開口中心とライトバルブの重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第2レンズの各々を偏心させ、前記第2レンズは、対をなす前記第1レンズの開口中心から出射する光を前記ライトバルブの重心近傍に到達せしめる構成とした請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。」と訂正する。
f.請求項4乃至12について、従属する請求項を請求項１または請求項２と訂正する。
g.請求項16乃至26について、従属する請求項を請求項１３または請求項１４と訂正する。
イ．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　訂正事項ａ.、ｂ.およびｃ.は、請求項１および１３の「前記第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸を偏心させて、前記第２レンズアレイ上における前記複数の部分光束の断面群の拡がりを、前記第１のレンズの光軸を偏心させない場合に比して小さくする構成」とあるのを、「第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とし、第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レンズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する構成」に限定し新たにそれぞれ請求項２、請求項１４とし、請求項２、１４を新たにそれぞれ請求項１、請求項１３としたものであり、特許請求の範囲を減縮するものであり、新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張または変更するものでもない。
　訂正事項ｄ．およびｅ.は、請求項３および請求項１５に「第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レンズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する構成」を付加し限定するものであり、特許請求の範囲を減縮するものであり、新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張または変更するものでもない。
　訂正事項ｆ.は、請求項４ないし１２の引用する請求項を訂正後の請求項１および２に限定するものであり、特許請求の範囲を減縮するものであり、新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張または変更するものでもない。
　訂正事項ｇ.は、請求項１６ないし２６の引用する請求項を訂正後の請求項１３および１４に限定するものであり、特許請求の範囲を減縮するものであり、新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張または変更するものでもない。
　ウ．独立特許要件の判断
　上記請求項１０ないし１２、２２ないし２５に係る訂正は、特許異議の申立てがなされていない請求項についての訂正であって、特許請求の範囲の減縮を目的とするものに該当するから、訂正明細書の請求項１０ないし１２，２２ないし２５に係る発明の独立特許要件について検討する。
（引用刊行物）
　当審が通知した取消理由で引用した刊行物１（欧州特許出願公開第４６７４４７号明細書（１９９２）には以下の事項が記載されている。
　「本発明は、照射システムと、投影される像を発生させる少なくとも1個の表示パネルを有し、前記照射システムにより供給される照射ビームの偏光方向が前記像情報によって変調される像表示システムと、前記像表示システムによって形成される前記像を投影スクリーンに投影する投影レンズ系と、その内の1本が前記像表示システムによって変調されるのに直接に適している偏光が異なる2本のサブビームに前記照射ビームを分割する、前記照射システムと前記像システムとの間に配置されている偏光検知ビーム分割器と、前記第二サブビームを前記第一サブビームと同一状態の偏光を有しているビームに変換する偏光回転素子とを有し、当該第一及び第二サブビームが前記像表示システムに入射する、像投影装置に関する。」（第２頁第１行〜第９行）
「本発明の他の重要な点は、放射システムが放射ソース、前記放射ソースからの光を集中化させる凹型反射器及び集中化された光パス内に配置されているレンズ系を有している像投影装置に於て、このシステムがビーム分割器の近傍でかつその後ろにある面内で半円断面を有しかつ表示パネルの位置で均一な光分布とパネルの断面に適合化されている断面とを有する照射ビームを供給するように適合化させる方法に関する。」（第３頁第４１行〜第４６行）
「図6はこの照射システムの第一実施例を線図的に示している。このシステムは表示パネル1への方向とその逆方向（図6において左の方向）に光を放出するランプ50を有している。後方に発射された光を受け、かつこのランプの像を形成する球面反射器51はランプの後ろ側に配置される。図6において反射器51により形成されるランプ像はこのランプと一致する。ランプはそれ自身の光に対して透明であると仮定されている。現実にはしばしばこの様にはならないであろう。その様な場合ランプの像がランプの横に位置するように構成される。ランプから放出された光とその像は、この光を平行ビームに集中させる、つまりランプの像を無限大の位置に結ぶコンデンサシステム52によって集光される。平行ビームは第一レンズ板54に入射する。この板のソースに面している側には多くのレンズ55が設けられていてかつ他方の側56は望ましくは平面である。図7はこの板の斜視図で、図8はこの板の背面を示す。
　図6における板54の断面は四枚のレンズのみを示している。実際には板54は図7及び8で示されるように、例えば十枚のレンズを有している。これらのレンズの各々は第二レンズ板57の関連するレンズ58上にソース50の像を形成する。この板のソースに面している側59は平面で、一方図9の前面図と図10の背面斜視図に示されているソースと反対の側は数多くのレンズ58を支持している。板57のレンズ58の数は板54のレンズ55の数に等しく、又例えば反射器51がランプの横にランプ像を形成する場合にはこの数の二倍となる。対応するレンズ551…5510により別々のレンズ581…5810上に光ソース50の像を形成するために、板54に入射するビームbの別々の部分が毎回使用される。簡単化のために図6は二本のサブビームb1及びb2しか示していない。
　レンズ551…5510は、それらを通るサブビームがレンズ58の面で最も小さな収れん部を有し、それらの主光線が対応するレンズ581…5810の中心に向いているような方向にパワーを有している。レンズ581…5810は、それらがレンズ板54に形成された放射スポットの画像を重畳された形で中間像60内に形成する方向にパワーを有している。これにより照射ビームがこの像で満足のゆく均一な分布を有していることが達成され、この分布はこれ以後も装置に維持される。レンズ板57の位置には半円断面を有するソース像が形成される。中間像60はレンズ551…5510の像であり、そしてこれらのレンズの像に対応する形状を有している。」（第１０頁第９行〜第３６行）
「レンズ板57の背面図であるこの図21において、当該像は参照番号102によって示されている。レンズはこの場合にも参照番号581…5810によって示されている。これらのレンズの多くの場合オリエンテーションはほぼそこに形成されたソース像のそれに対応する。従ってレンズ581…5810の寸法とレンズ板57のそれを制限することが出来、この事は照射レンズ系の開口数（図1のC）を小さくすることが出来ることを意味する。」（第１３頁第１６行〜第２０行）
　（対比・判断）
　刊行物１に記載される第2レンズ板57の各レンズ58は本件訂正後の請求項１０ないし１２、２２ないし２５における第２レンズに相当するが、刊行物１には、第2レンズ板57の各レンズ58の多くのオリエンテーション(向き)はほぼ光源像102に対応する形状になっていること、従ってレンズ58,… 58,oの寸法とレンズ板57の寸法を制御することができることが記載されているが（第１３頁第１６行〜第２０行）、訂正後の請求項１０ないし１２、２２ないし２５に共通の「第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レンズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する構成」についての記載ないし示唆はない。
　そして、このことにより、訂正後の請求項１０ないし１２、２２ないし２５に係る発明は、「被照明領域への照明光の照射角を大きくすることなく、高い光利用効率で明るさの均一性に優れた照明を提供し、更に明るく、明るさの均一性に優れた投射画像を提示するコンパクトな投射画表示装置を実現できる」という明細書記載の格別な効果を奏するものであるので、訂正後の請求項１０ないし１２、２２ないし２５に係る発明は、上記引用例に記載された発明から容易に発明することができたものとも同一ともいえない。
エ．むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項で準用する第１２６条第２〜４項の規定に適合するので当該訂正を認める。
（３）特許異議申立てについての判断
ア．本件発明　
　訂正明細書の請求項１ないし９、１３ないし２１、２６係る発明（以下、それぞれ「本件発明１」、「本件発明２」・・・「本件発明２６」という。）は、その特許請求の範囲の請求項１ないし９、１３ないし２１、２６に記載された以下のとおりのものである。
「【請求項1】発光体の放射光を単一光束に変換する集光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第1レンズを二次元状に配列した第1レンズアレイと、前記第1レンズと対をなす複数の第2レンズを二次元状に配列した第2レンズアレイとを備え、前記第1レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第2レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第2レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束の各々を被照明領域上に伝達して重畳せしめ、前記第1レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第2レンズと対をなす前記第1レンズの高さＨが大きくなるに従って、少なくとも1つの前記第2レンズの有効開口面積を小さくし、前記第2レンズの各々を密接して配列する構成の照明光学装置。
　【請求項2】第1レンズの少なくとも1つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項1記載の照明光学装置。
　【請求項3】第2レンズの主点が対をなす第1レンズの開口中心と被照明領域の重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第2レンズの各々を偏心させ、前記第2レンズは、対をなす前記第1レンズの開ロ中心から出射する光を前記被照明領域の重心近傍に到達せしめる構成とした請求項1または請求項2記載の照明光学装置。
　【請求項4】集光手段は主として凹面鏡から成り、発光体の長軸方向と前記集光手段の光軸を略同一方向とする請求項1または請求項2記載の照明光学装置。
　【請求項5】第1レンズは凸面を入射側に向けた平凸レンズである請求項1または請求項2記載の照明光学装置。
　【請求項6】第1レンズまたは第2レンズの少なくともいずれか1つの光学面を非球面とした請求項1または請求項2記載の照明光学装置。
　【請求項7】第1レンズの開口は被照明領域の形状と略相似形状である請求項1または請求項2記載の照明光学装置。
　【請求項8】第1レンズアレイと第2レンズアレイの間の光路中に折り返しミラーを備え、前記第2レンズアレイと被照明領域の間の光路中に凹レンズを備えた請求項1または請求項2記載の照明光学装置。
　【請求項9】発光体はメタルハライドランプにより形成される請求項1または請求項2記載の照明光学装置。
　【請求項13】発光体の放射光を単一光束に変換する集光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第1レンズを二次元状に配列した第1レンズアレイと、前記第1レンズと対をなす複数の第2レンズを二次元状に配列した第2レンズアレイと、少なくとも1つのライトバルブと、前記ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投写する投写光学系とを備え、前記第1レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第2レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第2レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束の各々を前記ライトバルブの有効表示領域上に伝達して重畳せしめ、前記投写光学系は前記ライトバルブを出射した光を前記スクリーン上に有効に到達せしめ、前記第1レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さHと表した場合に、前記第2レンズと対をなす前記第1レンズの高さHが大きくなるに従って、少なくとも1つの前記第2レンズの有効開口面積を小さくし、前記第2レンズの各々を密接して配列する構成の投写型表示装置。
　【請求項14】第1レンズの少なくとも1つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項13記載の投写型表示装置。
　【請求項15】第2レンズの主点が対をなす第1レンズの開口中心とライトバルブの重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第2レンズの各々を偏心させ、前記第2レンズは、対をなす前記第1レンズの開口中心から出射する光を前記ライトバルブの重心近傍に到達せしめる構成とした請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。
　【請求項16】ライトバルブは液晶パネルである請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。
　【請求項17】集光手段は主として凹面鏡から成り、発光体の長軸方向と前記集光手段の光軸を略同一方向とする請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。
　【請求項18】第1レンズは凸面を入射側に向けた平凸レンズである請求項請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。
　【請求項19】第1レンズまたは第2レンズの少なくともいずれか1つの光学面を非球面とした請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。
　【請求項20】第1レンズの開口はライトバルブの形状と略相似形状である請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。
　【請求項21】第1レンズアレイと第2レンズアレイの間の光路中に折り返しミラーを備え、前記第2レンズアレイとライトバルブの間の光路中に凹レンズを備えた請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。
　【請求項26】3原色に対応する3枚のライトバルブと、前記ライトバルブを照明する光を3原色の色光に分解する色分解手段と、第2レンズアレイから前記3枚のライトバルブの各々に至る光路中に少なくとも1枚の凹レンズと、第1レンズアレイと第2レンズアレイの光路中に折り返しミラーとを備えた請求項13または請求項14記載の投写型表示装置。」
イ．申立の理由の概要
　申立人セイコーエプソン株式会社は、甲第１号証（欧州特許出願公開第４６７４４７号明細書（１９９２））および参考資料１ないし６を提出して、本件請求項１ないし９、１３ないし２１、２６に係る特許発明は、甲第１号証に記載された発明と同一または、甲第１号証に記載された発明から当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第１項第３号または第２項の規定により特許を受けることができず、取り消されるべきであると主張している。
ウ．判断
（引用刊行物）
　申立人セイコーエプソン株式会社が提出した上記甲第１号証（欧州特許出願公開第４６７４４７号明細書（１９９２））には上記（２）ウ．（引用刊行物）記載の事項が記載されている。
　同じく提出された参考資料１は、甲第１号証の欧州特許出願（ＥＰＣ出願）を優先権の基礎とした日本出願の公開特許公報である。また、参考資料２ないし６は、液晶プロジェクター（投写型表示装置）において、照明光学系の光路中に光学要素として折り返しミラーや凹レンズを配置することが慣用手段として用いられることを示すものである。
（対比・判断）
　上記甲第１号証および参考資料１ないし６のいずれにも、本件発明１ないし９、１３ないし２１、２６に共通の「第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レンズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する構成」についての記載ないし示唆はない。
　そして、このことにより、本件発明１ないし９、１３ないし２１、２６は、「被照明領域への照明光の照射角を大きくすることなく、高い光利用効率で明るさの均一性に優れた照明を提供し、更に明るく、明るさの均一性に優れた投射画像を提示するコンパクトな投射画表示装置を実現できる」という明細書記載の格別な効果を奏するものであるので、本件発明１ないし９、１３ないし２１、２６は、上記甲第１号証に記載された発明から容易に発明することができたものとも同一ともいえない。
エ．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立の理由及び証拠によっては、本件発明１ないし９、１３ないし２１、２６についての特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件発明１ないし９、１３ないし２１、２６についての特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１２年１０月２６日（２０００．１０．２６）
【訂正の要旨】
ａ．請求項１及び請求項１３を削除し、請求項２及び請求項１４を繰り上げてそれぞれ「請求項１」、「請求項１３」と訂正する。
ｂ．請求項１を「第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項１記載の照明光学装置。」に訂正し、新たな請求項２とする。
ｃ．請求項１３を「第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項１３記載の投写型表示装置。」に訂正し、新たな請求項１４とする。
ｄ．請求項３を、「第２レンズの主点が対をなす第１レンズの開口中心と被照明領域の重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第２レンズの各々を偏心させ、前記第２レンズは、対をなす前記第１レンズの開口中心から出射する光を前記被照明領域の重心近傍に到達せしめる構成とした請求項１または請求項２記載の照明光学装置」と訂正する。
ｅ．請求項１５を、「第２レンズの主点が対をなす第１レンズの開口中心とライトバルブの重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第２レンズの各々を偏心させ、前記第２レンズは、対をなす前記第１レンズの開口中心から出射する光を前記ライトバルブの重心近傍に到達せしめる構成とした請求項１３または請求項１４記載の投写型表示装置。」と訂正する。
ｆ．請求項４乃至１２について、従属する請求項を請求項１または請求項２と訂正する。
ｇ．請求項１６乃至２６について、従属する請求項を請求項１３または請求項１４と訂正する。
（５４）【発明の名称】
照明光学装置とそれを用いた投写型表示装置
（５７）【特許請求の範囲】
　【
請求項１
　略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状に配列した第１レンズアレイと、
　前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状に配列した第２レンズアレイとを備え、
　前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、
　前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束の各々を被照明領域上に伝達して重畳せしめ、
　前記第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レンズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する構成の照明光学装置。
　
【請求項２】第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項１記載の照明光学装置。
　【請求項３】
第２レンズの主点が対をなす第１レンズの開口中心と被照明領域の重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第２レンズの各々を偏心させ、前記第２レンズは、対をなす前記第１レンズの開口中心から出射する光を前記被照明領域の重心近傍に到達せしめる構成とした請求項１または請求項２記載の照明光学装置。
　【請求項４】集光手段は主として凹面鏡から成り、発光体の長軸方向と前記集光手段の光軸を略同一方向とする請求項１
または請求項２
　【請求項５】第１レンズは凸面を入射側に向けた平凸レンズである請求項１
または請求項２
　【請求項６】第１レンズまたは第２レンズの少なくともいずれか１つの光学面を非球面とした請求項１
または請求項２
　【請求項７】第１レンズの開口は被照明領域の形状と略相似形状である請求項１
または請求項２
　【請求項８】第１レンズアレイと第２レンズアレイの間の光路中に折り返しミラーを備え、前記第２レンズアレイと被照明領域の間の光路中に凹レンズを備えた請求項１
または請求項２
　【請求項９】発光体はメタルハライドランプにより形成される請求項１
または請求項２
　【請求項１０】第１レンズアレイまたは第２レンズアレイの少なくともいずれか１つの基板は、両面に略交互に凸レンズを形成したレンズアレイである請求項１
または請求項２
　【請求項１１】第２レンズアレイは、各々がフレネルレンズである請求項１
または請求項２
　【請求項１２】第１レンズアレイまたは第２レンズアレイの少なくともいずれか１つは、透光性シリコーンゴムにより形成される請求項１
または請求項２
　【
請求項１３
　略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状に配列した第１レンズアレイと、
　前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状に配列した第２レンズアレイと、
　少なくとも１つのライトバルブと、
　前記ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投写する投写光学系とを備え、
　前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、
　前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束の各々を前記ライトバルブの有効表示領域上に伝達して重畳せしめ、
　前記投写光学系は前記ライトバルブを出射した光を前記スクリーン上に有効に到達せしめ、
　前記第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レンズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する構成の投写型表示装置。
　
【請求項１４】第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸を偏心させる構成とした請求項１３記載の投写型表示装置。
　【請求項１５】
第２レンズの主点が対をなす第１レンズの開口中心とライトバルブの重心とを結ぶ直線近傍に位置するように、前記第２レンズの各々を偏心させ、前記第２レンズは、対をなす前記第１レンズの開口中心から出射する光を前記ライトバルブの重心近傍に到達せしめる構成とした請求項１３または請求項１４記載の投写型表示装置。
　【請求項１６】ライトバルブは液晶パネルである請求項１３
または請求項１４
　【請求項１７】集光手段は主として凹面鏡から成り、発光体の長軸方向と前記集光手段の光軸を略同一方向とする請求項１３
または請求項１４
　【請求項１８】第１レンズは凸面を入射側に向けた平凸レンズである請求項請求項１３
または請求項１４
　【請求項１９】第１レンズまたは第２レンズの少なくともいずれか１つの光学面を非球面とした請求項１３
または請求項１４
　【請求項２０】第１レンズの開口はライトバルブの形状と略相似形状である請求項１３
または請求項１４
　【請求項２１】第１レンズアレイと第２レンズアレイの間の光路中に折り返しミラーを備え、前記第２レンズアレイとライトバルブの間の光路中に凹レンズを備えた請求項１３
または請求項１４
　【請求項２２】発光体はメタルハライドランプにより形成される請求項１３
または請求項１４
　【請求項２３】第１レンズアレイまたは第２レンズアレイの少なくともいずれか１つの基板は、両面に略交互に凸レンズを形成したレンズアレイである請求項１３
または請求項１４
　【請求項２４】第２レンズアレイは、各々がフレネルレンズである請求項１３
または請求項１４
　【請求項２５】第１レンズアレイまたは第２レンズアレイの少なくともいずれか１つは、透光性シリコーンゴムにより形成される請求項１３
または請求項１４
　【請求項２６】３原色に対応する３枚のライトバルブと、
　前記ライトバルブを照明する光を３原色の色光に分解する色分解手段と、
　第２レンズアレイから前記３枚のライトバルブの各々に至る光路中に少なくとも１枚の凹レンズと、
　第１レンズアレイと第２レンズアレイの光路中に折り返しミラーとを備えた請求項１３
または請求項１４
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、主にライトバルブを照明する用途に用いる照明光学装置、ならびに当該照明光学装置によりライトバルブを照明し、ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投影する投写型表示装置に関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　従来、大画面映像を表示する方法の１つとして、ライトバルブを用いた投写型表示装置が知られている。近年では、液晶パネルを用いた投写型表示装置が開発されており、例えばＳＩＤ’９１ダイジェスト４９１〜４２２ページにその構成の一例が記載されている。
　【０００３】
　このような投写型表示装置には、ライトバルブ上の光学像を強力な光で照明する照明光学装置が必要であり、その性能は投写画像の画質を大きく左右する。具体的に、高効率で色再現性に優れ、明るさと色の均一性の良好な照明光学装置が要望される。
　【０００４】
　従来用いられている照明光学装置の一例として凹面鏡式照明光学装置がある。（図１８）にこのような照明光学装置の構成例を示す。主に、ランプ２０１と凹面鏡２０２から構成される。凹面鏡２０２は放物面鏡であり、発光体２０３の放射する光の大部分を集光し、光軸２０４に平行に近い照明光２０５を形成して、被照明領域２０６を照明する。
　【０００５】
　例えば、ランプ２０１にはメタルハライドランプが用いられる。他に、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が用いられるが、これらのランプと比較して、メタルハライドランプは発光効率と色再現性に優れている。凹面鏡２０２には、他に楕円面鏡等が用いられる。
　【０００６】
　このような凹面鏡式照明光学装置は、凹面鏡２０２の集光効率が高い利点がある反面、光軸２０４近傍の光束密度が高く、被照明領域２０６の明るさむらが比較的大きい。例えば、明るさむらを改善するために、ランプ２０１の発光管表面をフロスト処理する方法が知られているが、フロスト処理された発光管は照明光を拡散させるため、被照明領域２０６の明るさが大きく低下する。
　【０００７】
　一方、照明光の明るさ均一性を改善する方法としてレンズアレイを用いたインチグレータと呼ばれる構成が知られており、例えば、特公昭４３−５０８９号公報、特開平３−１１１８０６号公報がある。（図１９）に、このような照明光学装置の構成例を示す。
　【０００８】
　（図１９）に示す照明光学装置は、（図１８）に示した凹面鏡式照明光学装置に、第１レンズアレイ板２２１、第２レンズアレイ板２２２、第３レンズ２２３を付加している。第１レンズアレイ板２２１は、複数の第１レンズ２２４を二次元状に配列して構成する。第２レンズアレイ板２２２も同様に、複数の第２レンズ２２５を二次元状に配列して構成する。第１レンズアレイ板２２１は、凹面鏡２０２から出射する明るさむらの大きな単一光束を、第１レンズ２２４と同数の部分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさむらは、分割前の単一光束に比較して小さい。各部分光束は、第２レンズアレイ板２２５により被照明領域２０６まで有効に伝達され、第３レンズ２２３がこれを重畳させるので、明るさ均一性の高い照明を実現できる。
　【０００９】
　【発明が解決しようとする課題】
　（図１９）に示す照明光学装置は、明るさの均一性が高い反面、照明光の照射角に制約を設けると光利用効率が低いという問題がある。これは、特に大きな発光体と組み合わせた時により大きな問題となる。その理由を以下に述べる。
　【００１０】
　ランプ２０１から放射される光の大部分は、凹面鏡２０２により反射されて第１レンズアレイ板２２１に入射し、第２レンズアレイ板２２２に到達する。従って、第２レンズアレイ板２２２で光の損失がなければ、ランプ２０１から放射される光の大部分は被照明領域２０６に到達することがわかる。つまり、照明光学装置全体の光利用効率は、主に第２レンズアレイ板２２２における光の損失量に依存する。
　【００１１】
　ところで、第２レンズアレイ板２２２上には、凹面鏡２０２と第１レンズ２２４により、発光体２０３の実像が形成される。そこで、第２レンズ２２５の開口より大きな実像が形成されると、被照明領域２０６に有効に伝達されない光が発生して光損失が生じ、照明光学装置の光利用効率が低下する。
　【００１２】
　これに対し、第２レンズアレイ板２２２上の実像の大きさは、発光体２０３の大きさで決まるので、光利用効率の面から発光体の小さなランプを用いることが望ましい。例えばメタルハライドランプの場合、１５０Ｗ〜２５０Ｗ相当のショートアークタイプで一般に５〜１０ｍｍ相当の発光体長である。メタルハライドランプの場合、発光体長を短くすると、発光特性やランプ寿命を極端に低下させるので問題がある。これは、ハロゲンランプについても同様である。
　【００１３】
　一方、光損失を低減させるために、光学系の構成は変えずに第２レンズアレイ板のみを大きくすることが考えられる。この場合、被照明領域上での照明光の照射角が大きくなり、投写型表示装置に用いる照明光学装置として、以下に述べる問題が生じる。
　【００１４】
　照明光の照射角が大きくなると、ライトバルブから出射する光の発散角が大きくなる。その結果、Ｆナンバーの明るい投写レンズを用いて集光する必要が生じるが、Ｆナンバーの明るい投写レンズは、有効径が大きく高価であり、コンパクトな投写光学装置を構成することが困難になる。
　【００１５】
　更に、偏光特性を利用するライトバルブは、一般に光の入射角に応じて光学特性が変化する。例えば、液晶パネルでは、照明光の照射角が大きくなると表示画像のコントラストが低下する。このため、実用上使用できる投写レンズのＦナンバーには制約がある。
　【００１６】
　【課題を解決するための手段】
　上記問題点を解決するために本発明の照明光学装置は、発光体と、前記発光体の放射光を単一光束に変換する集光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状に配列した第１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状に配列した第２レンズアレイとを備え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光束を複数の部分光束に分割すると共に対応する前記第２レンズの開口部近傍で当該部分光束を最も収束せしめ、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束の各々を被照明領域上に伝達して重畳せしめ、前記第２レンズの各々はこれらに入射する当該部分光束の最も収束した断面よりも大きな開口を有し、前記第２レンズの各々を密接させて配列し前記第２レンズアレイの有効領域ができるだけ小さな円領域を近似するようにしたことを特徴とする。
　【００１７】
　更に、本発明の照明光学装置はライトバルブを用いる投写型表示装置に用いることができる。
　【００１８】
　【作用】
　上記構成によれば、集光手段を出射して第１レンズアレイに入射した単一光束は、第１レンズと同数の複数の部分光束に分割される。この時、分割前の単一光束は明るさむらが大きくても、分割後の各部分光束の明るさむらは比較的少ない。
　【００１９】
　次に、第１レンズを出射した複数の部分光束は、第２レンズアレイ上の対応する第２レンズに入射する。第２レンズアレイは複数の部分光束を被照明領域まで伝達して、各々を重畳させるので、明るさの均一性に優れた照明光を得ることができる。ただし、第２レンズアレイは、少なくとも一部の第２レンズの開口形状を有効に異ならせて構成する。具体的に、少なくとも一部の第２レンズについて、対応する第１レンズの開口中心と集光手段の光軸との距離が大きいものほど、その開口面積を相対的に小さくする。更に、各第２レンズを密接させて適当に配列し、できるだけ小さな面積の円を近似する開口形状の第２レンズアレイを構成する。これにより、各々の第２レンズは対応する部分光束の断面積に対し十分な開口を提供しながら、第２レンズアレイの開口面積の総和を小さくできる。
　【００２０】
　その結果、本発明の照明光学装置は、優れた明るさの均一性と共に、高い光利用効率で照射角の小さな照明光を提供する。更に、本発明の照明光学装置を用いて、明るく、明るさの均一性に優れた投写画像を呈示するコンパクトな投写型表示装置を実現できる。
　【００２１】
　【実施例】
　以下、図面を参照しながら本発明の具体例について詳細に述べる。
　【００２２】
　（図１）は本発明の照明光学装置の第一の実施例を示す構成図である。１はメタルハライドランプ、２は発光体、３は放物面鏡、４は第１レンズアレイ板、５は第２レンズアレイ板、６は被照明領域である。７は照明光学装置の主光軸であり、発光体２から、第１レンズアレイ板４の有効領域の中心４ａと第２レンズアレイ板５の有効領域の中心５ａを経て、被照明領域の中心６ａに至る。ただし、主光軸７と放物面鏡３の回転対称軸は一致している。被照明領域６は、例えば液晶パネルなどのライトバルブの有効表示領域とする。
　【００２３】
　一般に、メタルハライドランプ１は円筒形に近い発光体２を形成する。発光体２の長軸方向と主光軸７の方向を一致させ、その重心は放物面鏡３の焦点近傍に位置している。従って、第１レンズアレイ板４には主光軸７と平行に近い光が入射する。厳密には、放物面鏡３の焦点から放射された光が主光軸７と平行に入射する。
　【００２４】
　（図２）に、第１レンズアレイ板４の構成の一例を示す。被照明領域６と相似形状である矩形開口の第１レンズ１０を１８個配列している。図中のａ〜ｒの記号は、後述する第２レンズアレイ板５の構成例との対応関係を示す。第１レンズ１０は全て平凸レンズであり、その凸面を放物面鏡３側に向けて配置している。
　【００２５】
　第１レンズ１０の開口はすべて同一形状であり、アスペクト比４：３の矩形開口である。これは、例えばＮＴＳＣのＴＶ画像を表示する液晶パネルを照明する場合を想定し、被照明領域６に対して相似形状としている。第１レンズ１０は、放物面鏡３から出射する光束の断面形状に合わせて、開口の総和が円形を近似するように配列している。第１レンズアレイ板４の有効領域の中心４ａは、１８個の第１レンズ１０が内接する円の中心であり、この中心４ａを主光軸７は通過する。ここで、第１レンズの個数を分割数Ｎ、被照明領域の第１レンズの開口に対する相似比を第２レンズの倍率Ｍ、と定義し、以下に述べる全ての実施例に関する説明において引用する。
　【００２６】
　（図３）に、第２レンズアレイ板５の構成の一例を示す。第１レンズ１０と同数の１８個の第２レンズ１５を密接させて配列している。図中のａ’〜ｒ’の記号は、（図２）に示した第１レンズ１０との対応関係を示す。第２レンズ１５は全て平凸レンズとし、その凸面を被照明領域６側に向けて配置している。
　【００２７】
　以上の構成をふまえ、本発明の照明光学装置の第一の実施例における照明の手順と特徴を説明する。放物面鏡３は発光体２から放射される光を集光し、主光軸７に沿った単一光束を形成する。この単一光束は、主光軸７の近傍ほど光束密度が高く明るさむらが大きい。第１レンズアレイ板４に入射した単一光束は、１８個の第１レンズ１０により１８本の部分光束に分割される。分割後の各部分光束は、元の単一光束に比較して明るさむらが小さくなる。第１レンズ１０は、対応する部分光束を対応する第２レンズ１５の開口部に導くと共に、第２レンズ１５の開口部近傍で各々の部分光束を最も収束させる。
　【００２８】
　第２レンズ１５は、対応する部分光束を適当な大きさに拡大し、被照明領域６上に重ね合わせる。具体的に、対応する第１レンズ１０の開口に即した断面形状の光束を倍率Ｍだけ拡大し、被照明領域６上に導いて重畳させる。第１レンズ１０の開口を被照明領域６と相似形状としているので、照明光の光束断面形状と被照明領域６の形状が一致し、光利用効率の面で有利となる。
　【００２９】
　本発明の照明光学装置は、明るさむらの大きな単一光束を明るさむらの小さい部分光束に分割し、これを被照明領域上に重畳させているので、明るさの均一性に優れた照明を実現できるという特徴がある。
　【００３０】
　一方、ランプの消費電力を大きくすることなく明るい照明光を得るために、光利用効率の高い照明光学装置を構成することは重要である。発光体２から放射された光の大部分は、放物面鏡３により集光されて第１レンズアレイ板４に入射し、第２レンズアレイ板５に到達する。従って、第２レンズアレイ板５における光の損失が少なければ、発光体２から放射される光の大部分は有効に被照明領域６に到達することがわかる。そこで、第２レンズ１５の各々の開口をそれを通過する部分光束の各々の断面に対して十分な大きさとすれば、極めて高い光利用効率を実現できる。
　【００３１】
　一方、第２レンズ１５の各々の開口を大きくすると第２レンズアレイ板５の有効領域が大きくなり、被照明領域６を照明する照明光の照射角が増加するという問題を生じる。照射角とは、照明光の中で主光軸７との傾きが最大となる光線の角度を示す。つまり、照射角の大きい照明光とはＦナンバーが小さいことであり、この照明光学装置を用いてライトバルブを照明する場合に、効率よく照明光を集光するためにはＦナンバーの小さな投写レンズと組み合わせる必要がある。
　【００３２】
　これに対し、（図３）に示す第２レンズアレイ板５は、照明光の照射角をあまり大きくすることなく高い光利用効率を実現できる第２レンズ１５の各々の開口形状の一例とそれらの配列の一例を提供している。一般に、第２レンズアレイ板５に入射する各々の部分光束の最も収束した断面の大きさは明るさむらを反映して不揃いとなる。そこで、第２レンズ１５の各々の開口を有効に異ならせれば、いずれの部分光束に対しても必要十分な開口を与えることができる。この場合、光学系の配置誤差などを考慮してそれぞれの開口に余裕を与えても構わない。同時に、第２レンズ１５の各々をできるだけ密接させて配列し、第２レンズアレイ板５の有効領域をできるだけ小さな円領域に近似させる。
　【００３３】
　その結果、有効に異ならせた第２レンズ１５の各々の開口は、各々の開口を通過するいずれの部分光束についても大きな損失を生じさせない。同時に、第２レンズアレイ５の有効領域を小さくできるので、光利用効率をあまり低下させることなく照射角の小さい照明光を形成できる。従って、本発明の照明光学装置は、照射角が小さく明るさむらの少ない照明光を高い光利用効率で形成でき、極めて大きな効果を得ることができる。
　【００３４】
　次に、（図４）を用い第２レンズの開口について補足する。（図４）は、特に、第１レンズ１０ｆ及び第２レンズ１５ｆ’の組み合わせに着目し、発光体２から、放物面鏡３、第１レンズ１０ｆ、第２レンズ１５ｆ’、被照明領域６に到る経路に沿って、関連する要素のみを記述している。
　【００３５】
　発光体２の長さ（長軸方向）をｄＬ、太さ（短軸方向）をｄＷ、放物面鏡３の焦点距離をＰ、第１レンズ１０ｆの焦点距離をＦ１、第２レンズ１５ｆ’の焦点距離をＦ２、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１５ｆ’の主光軸７に沿った距離をＸ１、第２レンズ１５ｆ’と被照明領域６の主光軸７に沿った距離をＸ２とおく。放物面鏡３の焦点２１から出射し、第１レンズ１０ｆの開口中心２２、第２レンズ１５ｆ’の開口中心２３を経て、被照明領域６の中心２４に至る光線に沿った経路を、着目しているレンズ系の補助光軸２５とする。ただし、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１５ｆ’間の補助光軸２５ａと主光軸７のなす角、第２レンズ１５ｆ’と被照明領域６間の補助光軸２５ｂと主光軸７のなす角、はいずれも小さいと見なし、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１５ｆ’の補助光軸２５ａに沿った長さ、第２レンズ１５ｆ’と被照明領域６間の補助光軸２５ｂに沿った長さは、それぞれ、Ｘ１、Ｘ２と等しいと見なす。
　【００３６】
　第１レンズ１０ｆの焦点距離Ｆ１は、Ｘ１と一致しており、放物面鏡３の焦点２１から出射し、主光軸７と平行に第１レンズ１０ｆに入射した光は、第２レンズ１５ｆ’上で補助光軸２５と交わる。つまり、放物面鏡３と第１レンズ１０ｆの働きにより、第２レンズ１５ｆ’上に発光体２の実像２６が形成される。第２レンズ１５ｆ’は第１レンズ１０ｆ上の物体２７の実像２８を被照明領域６上に形成する。ただし、倍率Ｍは被照明領域６と第１レンズ１０ｆの開口との相似比から決まり、Ｘ１とＸ２の比におよそ等しくなる。
　【００３７】
　第１レンズ１０ｆは、第２レンズ１５ｆ’の開口中心２３の近傍に発光体２の実像２６を形成し、第２レンズ１５ｆ’は第１レンズ１０ｆの開口中心２２から出射した光を被照明領域６の中心２４に到達させる必要がある。そこで、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１５ｆ’は適宜偏心させている。具体的に、例えば、第１レンズ１０ｆの回転対称軸の延長上に第２レンズ１５ｆ’の開口中心２３が位置するように、第１レンズ１０ｆを偏心させる。第２レンズ１５ｆ’の曲率中心を第１レンズ１０ｆの開口中心２２と被照明領域６の中心２４を結ぶ直線上に位置するように、第２レンズ１５ｆ’を偏心させる。ここで、偏心、あるいはレンズを偏心させるとは、以下の意味で用いる。各レンズアレイを構成するレンズの開口において、当該レンズの光軸がその開口重心を通過していない状態を偏心、と表す。また、レンズの光軸に対して非対称に開口を定義し、レンズの光軸を開口重心からずれた位置に配置させることを偏心させる、と表す。
　【００３８】
　以上の構成から、第２レンズ１５ｆ’の開口に比較して発光体２の実像２６が小さければ、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１５ｆ’を通過する部分光束について高い光利用効率を得る。従って、各々の第１レンズ１０が作る発光体２の実像の大きさを明らかにすれば、各々の第２レンズ１５の開口形状を損失の少ない必要十分な形状にできる。
　【００３９】
　（図５）は第１レンズアレイ板４上の着目している第１レンズ１０ｆのみを示す。第１レンズ１０ｆの高さＨを、開口中心２２の主光軸７に対する高さとして定義する。二次元に展開した場合の高さＨの定義を（図４）中に図示する。更に、第１レンズアレイ板４上で互いに直交する方向ＵとＶを定義する。主光軸７との交点４ａを中心とする円を考えた場合に、Ｕはその半径方向、Ｖはその円周方向に相当する。着目している第１レンズ１０ｆについて方向Ｕはその高さＨ方向である。
　【００４０】
　（図６）は第２レンズアレイ板５上の着目している第２レンズ１５ｆ’のみと、そこに作られる発光体像２６ｆの一例を示す。第１レンズアレイ板４上で定義した方向ＵとＶを第２レンズアレイ板５上に写して考える。発光体像２６ｆの長さ方向ｄＬ’は第２レンズアレイ板５上での半径方向Ｕと一致し、太さ方向ｄＷ’はそれと直交する方向Ｖと一致する。ここで、長さ方向の倍率ｄＬ’／ｄＬをＫＬ、太さ方向の倍率ｄＷ’／ｄＷをＫＷとする。
　【００４１】
　（図７）は、第２レンズアレイ板５上に作られるすべての発光体像２６の様子を観測した結果の一例を示す。発光体像２６の大きさは、対応する第１レンズ１０が主光軸７の近傍に位置するほど相対的に大きく、主光軸７から離れて位置するほど相対的に小さいことが明らかとなる。
　【００４２】
　（図８）は、第１レンズ１０の高さＨと発光体像２６の倍率ＫＬ、ＫＷの関係を求めた結果の一例を示す。高さＨが増加するほど太さ方向の倍率ＫＷは単調に減少する。長さ方向の倍率ＫＬはある高さＨ０で極大となり、その後、高さＨが増加すると単調に減少する。
　【００４３】
　ところで、（図４）においてＨが十分に小さく主光軸７の近傍に第１レンズ１０ｆがある場合、発光体像２６は特異な形状となる。発光体２の見かけの長さは０に近づき、太さ方向の断面形状である円形に近い発光体像となる。このため、（図８）において、高さＨ＜Ｈ０となる領域では太さ方向の倍率ＫＷが支配的となる。
　【００４４】
　以上のことから、第１レンズの高さＨが大きくなるほど対応する第２レンズ上の発光体像の面積は相対的に小さくなることが明らかとなる。そこで、対応する第１レンズが主光軸より離れて位置するものほど第２レンズの開口面積を相対的に小さくしても、光の損失はあまり問題とならない。
　【００４５】
　このことは、第２レンズの各々の開口形状についてのより好ましい状態を提供する。すなわち、対応する第１レンズ１０の高さＨが大きいものほど第２レンズ１５の開口面積を小さくしても、各々の第２レンズ１５は対応する各々の発光体像２６に対し必要十分な開口を確保できる。加えて、例えば第２レンズ１５の各々の開口を矩形とし、それらを密接させてできるだけ小さい面積の円領域を近似するように配列すれば、第２レンズアレイ板５の有効領域を小さくすることができる。その結果、本発明の照明光学装置は、高い光利用効率で照射角が小さく明るさの均一性に優れた照明光を提供できる。
　【００４６】
　ただし、（図７）に示す第２レンズアレイ板５の実施例において、特に、ｅ’、ｆ’、ｍ’、ｎ’で表した第２レンズ１５は、隣接するレンズとの整合性から各々の発光体像２６に対して必要以上に大きい開口形状としている。この場合、特に矩形開口とする必要はなく発光体像の存在しない領域を非レンズ領域としても良い。
　【００４７】
　本発明の照明光学装置の第一の実施例において、凹面鏡は特に放物面鏡でなくても構わない。（図９）はこのような場合の実施例を示しており、凹面鏡７１は楕円面鏡を用いている。楕円面鏡７１の形状に合わせて、第１レンズ１０’と第２レンズ１５’の曲率、偏心量、開口形状を適宜定めて、第１レンズアレイ板４’、第２レンズアレイ板５’を適宜構成すれば良い。この場合も、対応する部分光束の断面に対し第２レンズ１５’の各々の開口を適当に異ならせ、それらを密接させて配列すれば良い。その結果、上述と同様の効果を得ることができる。
　【００４８】
　（図１０）は、発光体２から放射される光を集光レンズ７２と球面鏡７３を用いて集光する場合の実施例を示す。一般に、集光レンズ７２が正弦条件を十分に満たせば、明るさむらの少ない光束を得ることができる。ところが、発光体２から放射される光を高い効率で集光しようとすれば、集光レンズ７２のＦナンバーを小さくしなければならず、軸外に到るまで正弦条件を十分に満たすことは難しい。この場合も、第２レンズ１５”の各々の開口を適当に異ならせ、それらを密接させて配列し、上述と同様の効果を得ることができる。
　【００４９】
　（図９）と（図１０）で示したいずれの実施例も、第１レンズアレイ板に入射する光束の明るさむらは、主光軸の近傍ほど明るく、主光軸から離れるほど暗い。これは、放物面鏡を用いて述べた（図１）の構成と同様に、光軸上に配置された発光体の放射光を、光軸について光学的に回転対称の光学系を用いて集光する場合に同様である。このような場合、第１レンズが作る発光体像の大きさは、第１レンズの高さＨが大きくなるほど小さくなる。従って、対応する第１レンズの高さＨが大きくなるほど第２レンズの開口面積を小さくし、それらを密接させることは、高い光利用効率で照射角の小さい照明光を得るために有効である。
　【００５０】
　発光体から放射される光を高い効率で第１レンズアレイ板に入射させるには、集光できる立体角の大きい放物面鏡や楕円面鏡などの凹面鏡を用いるほうが有利である。この場合、長軸方向を凹面鏡の光軸方向に揃えて発光体を配置すれば、光軸について回転対称に近い光束を得ることができ、第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板を設計する上で有利である。
　【００５１】
　第１レンズを平凸レンズとし、光源側に凸面を向けて第１レンズを構成した場合の実施例について特に述べたが、本発明の効果はこの構成に限定されない。ただし、第１レンズを平凸レンズとすると、第１レンズアレイの量産時の作り易さ、コストの面で有利となる。これは、第２レンズアレイ板についても同様である。また、照明光の平行度が高い放物面鏡３側に第１レンズ１０の凸面を向けることで諸収差の発生を抑制でき、各々の部分光束を効率良く対応する第２レンズの開口部に導くことができる。
　【００５２】
　本発明の照明光学装置に用いるレンズアレイ板を加工のしやすい構成とすることは、コストと量産性の両面で利点がある。特に、一般的なガラスプレス法を用いて加工する場合、急峻な段差部の少ない形状であることが好ましい。特に、各々が偏心したレンズや、各々の開口の異なるレンズをアレイ状に配列する場合、レンズ境界部に生じる段差の影響がより大きな問題となる。これに対し、レンズ境界部を大きくして段差を緩和させると、境界部での光損失が増加するので問題がある。
　【００５３】
　（図１１）はこのような場合の第１レンズ板の構成の一例を示す。ただし、（図１１）において、（ａ）は第１レンズアレイ板８３の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’面における断面図である。第１レンズアレイ板８３は、例えば、隣接する第１レンズ、８１と８２の凸レンズ面を反対面に形成し、各々の第１レンズの凸レンズ面が基板について交互に両面となるようにしている。
　【００５４】
　第１レンズアレイ板をこのような構成にすると、レンズ境界部の加工が容易になるという利点がある。また、境界部を小さくすることができるので、レンズアレイ板の開口効率を高くできる。このようなレンズアレイ板の構成は、第２レンズアレイ板についても有効である。特に、第２レンズアレイ板は第２レンズの開口形状を各々異ならせて配列するので、加工性の面でより大きな効果を得ることができる。
　【００５５】
　特に、第２レンズアレイ板を（図１２）に示すような構成にすると、レンズアレイ板の加工性の面で大きな効果を得ることができる。これは、各々は開口に対して偏心させたフレネルレンズを第２レンズ９１として用いて、第２レンズアレイ板９２を構成している。第２レンズ９１をフレネルレンズとすると、偏心量やその開口形状に依らずコバ部の高さを一定にできる。従って、レンズ境界部の非レンズ領域を非常に小さくすると共に、優れた加工性を得ることができる。この場合も、隣接する第２レンズ９１を基板に対して両面に交互に形成すれば、加工性の面でより大きな効果を得る。
　【００５６】
　ところで、耐熱性に優れ、比較的透明度の高い樹脂材料の１つとしてシリコーン樹脂が知られている。本発明の照明光学装置に用いる第１レンズアレイ板、または第２レンズアレイ板の少なくともいずれか一方を、透明度の高いシリコーンゴムを用いて形成すると以下に述べる利点がある。
　【００５７】
　これまで述べたように、各々が偏心し、かつ各偏心量や偏心の方向が異なる複数のレンズをアレイ状に構成する場合、加工の難易度が高いという問題が生じる。併せて、コストも比較的高くなる。これは、各レンズの開口形状が異なる場合により大きな問題となる。例えば、ガラスプレス法により形成する場合、高温の溶融ガラスを用いるので、耐熱性の優れた金属型が必要である。一般に金属型は、耐熱性が高いほど加工しにくく、コストも高くなる。
　【００５８】
　このため、耐熱性の低い材料からなる母型を用いて、レンズアレイ板を形成できれば、加工性とコストの両面から利点がある。一般に、二液型として知られるシリコーンゴムは、原材料は液状であり、その多くは常温下のプロセスで硬化させることができるので有効である。加熱を伴う場合でも１００°Ｃ前後の加熱で良い。また、硬化後は安定性が高く、耐熱性、対候性も優れている。具体的には、例えば、信越化学工業（株）のＫＥ１０６、ＫＥ１０８を用いることができる。ＫＥ１０６は、付加反応により硬化し、ＫＥ１０８は縮合反応により硬化する。
　【００５９】
　これにより、金属型を用いる場合、例えば、比較的安価で加工性にも優れた真鍮を使用できる。レンズ面に鏡面が要求される場合には、ニッケル、クロムなどをめっきすれば良い。また、原型から型を取り母型を形成する方法も有効である。例えば、任意に偏心させた任意の開口形状を持つ複数の平凸レンズを接合してレンズアレイ板の原型を用意し、適当な樹脂材料を用いて注型法により母型を取ることができる。
　【００６０】
　いずれの場合も、加工された母型に、液状のシリコーンゴム材料を注入し硬化させて、比較的容易な加工法と安価なコストでレンズアレイ板を形成することができ、大きな効果を得ることができる。この場合、複数個の母型を用意することで少ロットの量産に対応できる。
　【００６１】
　上に述べた実施例において、第１レンズの開口形状を被照明領域と相似形状として説明した。これは、被照明領域を照明する光束の断面形状を被照明領域の形状に合わせることができるので、光利用効率の面で有効である。しかし、本発明の効果は特に第１レンズの開口形状には依らず、必ずしも被照明領域と相似形状とする必要はない。
　【００６２】
　また、発光体、凹面鏡、第１レンズ、第２レンズ、第１レンズアレイ板、第２レンズアレイ板の形状、構成、位置関係などは、特に上に述べた関係を厳密に満たす必要はない。被照明領域を照明する光が所定の性能を満たすように適宜、変更しても構わない。特に、第１レンズ、第２レンズのいずれかの光学面の少なくとも１つを非球面形状とすれば、照明光に与える諸収差の影響を低減でき、光利用効率を更に高めることができる。
　【００６３】
　ランプは特にメタルハライドランプである必要はない。他に、ハロゲンランプ、キセノンランプなどを用いても構わない。ただし、メタルハライドランプは、他のランプに比較して発光体が大きい反面、発光効率と色再現特性に優れている。本発明の照明光学装置は、発光体の大きいランプを用いるほどより大きな効果を得ることができるので、メタルハライドランプを用いるとより優れた照明光学装置を実現できる。
　【００６４】
　次に、（図１３）を用い、本発明の照明光学装置を用いて投写型表示装置を構成した場合の第一の実施例について述べる。５０は、（図１）に示したものと同じ照明光学装置である。５１は透過型のツイストネマティック液晶パネル、５２は投写レンズ、５３はスクリーンを表す。投写レンズ５２はテレセントリックの投写レンズを用いている。
　【００６５】
　照明光学装置５０は、上述の作用にもとづき明るく均一性に優れた照明光で液晶パネル５１の有効表示領域５１ａを照明する。しかも、光損失を大きくすることなく第２レンズアレイ板５の有効領域を小さくできるので、液晶パネル５１を照明する光の照射角が小さい。このため、比較的Ｆナンバーの大きな投写レンズ５２を用いて、明るく、明るさの均一性の優れた投写画像を提供できる。また、照明光の照射角が小さいので、液晶パネル５１の視野角特性の影響をあまり受けることなく、コントラストの高い投写画像を実現できる。その結果、高画質で光用効率の優れた投写型表示装置を実現でき、非常に大きな効果がある。
　【００６６】
　以下、（図１）及び（図９）を用いて述べた本発明の照明光学装置及び投写型表示装置の一実施例における効果を、具体的な数値を挙げて説明する。
　【００６７】
　液晶パネル５１としてアクティブマトリックス式のツイストネマチック液晶パネルを用い、有効表示領域は対角長８０ｍｍ、アスペクト比４：３である。照明光学装置５０の分割数Ｎは１８とし、倍率Ｍは３．２とした。メタルハラィドランプ１は２５０Ｗ相当のものを用い、発光体２の有効長さｄＬは約６ｍｍ、有効太さｄＷは約３ｍｍであり、放物面鏡３は焦点距離１２ｍｍ、出射開口部直径１００ｍｍのものを用いた。
　【００６８】
　第１レンズ１０は、対角２５ｍｍ、アスペクト比４：３の矩形開口とし、（図２）に示した構成例に基づいて第１レンズアレイ板４を形成した。また、第１レンズアレイ板４と第２レンズアレイ板５の面間隔Ｘ１は約９０ｍｍ、第２レンズアレイ板５と液晶パネル５１との面間隔Ｘ２は約２８０ｍｍとし、第１レンズ１０の焦点距離Ｆ１は全て９０ｍｍ、第２レンズ１５の焦点距離Ｆ２は全て６７ｍｍとした。
　【００６９】
　第２レンズアレイ板５は（図３）に示した構成例に基づいて形成し、第２レンズ１５はそれぞれａ’〜ｒ’で表したものについて（表１）の開口長を与えた。ただし、水平方向とは液晶パネル５１の横方向、垂直方向とは液晶パネル５１の縦方向に相当する。
　【００７０】
　【表１】
　【００７１】
　以上の構成によれば、第２レンズアレイ板５の開口部が内接する円の半径が３５ｍｍとなり、最大照射角約７度の照明光により液晶パネル５１上で最大２５０万ｌｘの照度が測定された。次に、投写レンズ５２としてＦ４相当のものを用い、４０インチのスクリーン５３上の投写画像の明るさを測定した所、約１０００ｌｘの最大照度が得られた。同時に、明るさの均一性は極めて良好であり、最も暗い所と明るい所の照度比は約６０％であった。
　【００７２】
　本発明の効果を従来と比較検証するために、（図１４）に示す第２レンズアレイ板６０を構成した。第２レンズ６１は第１レンズ１０と全て同一の開口形状であり、具体的に、対角２５ｍｍ、アスペクト比４：３の矩形とした。加えて、第１レンズ１０と同一の手法によって配列した。これに対応する第１レンズアレイ板として、（図２）に示したものと同一の構成で、第１レンズは各々偏心していないもの構成した。ただし、各レンズの焦点距離は変更しておらず、第２レンズ６１は各部分光束を有効に重畳させるように適宜偏心させた。以上述べた２枚のレンズアレイ板、同一のランプ、同一の放物面鏡、同一の液晶パネルを用いて同様の実験を行った。
　【００７３】
　（図１４）に示した第２レンズアレイ板６０は、開口部の内接する円の半径が４５ｍｍあり、照明光の最大照射角は約９度まで広がった。この照明光を全て利用して照度を測定した場合、液晶パネル５１上で２３０万ｌｘの照度が得られた。また、第２レンズアレイ板６０上の発光体像６２を観察した結果、主光軸７の近傍に位置する発光体像６２の一部は、対応する第２レンズ６１の開口より大きく光の損失が発生していた。（図１４）に、発光体像６２の観察結果を模式的に書き加える。
　【００７４】
　これに対し、Ｆ３相当の投写レンズを用いて４０インチのスクリーン５３上の明るさを測定した所、最大照度は約９００ｌｘであった。更に、上述と同じＦ４相当の投写レンズを用いた場合、最大照度は約６００ｌｘまで低下した。
　【００７５】
　以上述べた結果から、本発明の照明光学装置は、高い光利用効率でもって照射角が小さく、明るさの均一性に優れた照明光を形成することが確認できた。また、本発明の投写型表示装置は、Ｆ値の大きな投写レンズを用いた場合であっても光損失をあまり発生させることなく、明るさと明るさの均一性に優れた投写画像を提供できることを確認できた。加えて、ライトバルブとして液晶パネルを用いた場合、Ｆ３の投写レンズに比較してＦ４の投写レンズを用いると、コントラストの高い表示を実現できることが視感評価から確認できた。
　【００７６】
　次に、本発明の投写型表示装置の他の実施例を述べる。（図１５）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色に対応した３枚の液晶パネル１０１、１０２、１０３を用いてフルカラーの投写型表示装置を実現する場合の構成例である。メタルハライドランプ１、放物面鏡３、第１レンズアレイ板４、第２レンズアレイ板５、コールドミラー１０４、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１０５、色分解ダイクロイックミラー１０６、１０８、フィルードレンズ１１３、１１４、１１５、液晶パネル１０１、１０２、１０３、色合成ダイクロイックミラー１０９、１１０、折返しミラー１０７、１１１、投写レンズ１１２から構成される。ランプ１、放物面鏡３、第１レンズアレイ板４、第２レンズアレイ板５は、（図１）に示したものと同一である。
　【００７７】
　コールドミラー１０４、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１０５は、照明光から不要な熱線や紫外線を取り除くために用いる。色分解ダイクロイツクミラー１０６、１０８は、その分光反射特性を適宜設計して、照明光をＲ、Ｇ、Ｂの３原色に分解する。分解された３原色の照明光は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応した映像信号により駆動された液晶パネル１０１、１０２、１０３を照明する。液晶パネル１０１、１０２、１０３上に作られたＲ、Ｇ、Ｂの光学像は、色合成ダイクロイツクミラー１０９、１１０により合成され、投写レンズ１１２によりスクリーン上にカラー画像が拡大投影される。フィールドレンズ１１３、１１４、１１５は、照明光を投写レンズ１１２の入射瞳内に有効に到達させるために用いる。
　【００７８】
　（図１５）に示す構成においても、本発明の照明光学装置は、高い光利用効率で均一性の優れた照明光を実現でき、かつ、照明光の照射角が小さいのでＦ値の大きな投写レンズを利用でき、極めて大きな効果が得られる。結果として、明るく、均一性に優れた高画質の投写画像が得られるコンパクトな投写型表示装置を実現できる。
　【００７９】
　また、（図１５）に示す構成は、第２レンズアレイ板５から液晶パネル１０１、１０２、１０３に到る３つの光路長をいずれも同じくすることができる構成を示している。これは、１つのランプと１つの凹面鏡、１つの第１レンズアレイ板、１つの第２レンズアレイ板を用いて、３原色に対応する３枚の液晶パネルの照明をいずれも同じ条件で行うことができるので、明るさと色の均一性に優れた表示を行う上で優れている。また、光源部の部品数を少なくできる利点がある。
　【００８０】
　（図１５）に示す構成の投写型表示装置は、第１レンズアレイ板４と第２レンズアレイ板５の間の光路中にコールドミラー１０４を配置する間隔を確保し、（図１６）に示す構成とすることもできる。これにより、よりコンパクトな投写型表示装置にすることができる。
　【００８１】
　ところで、（図１６）に示す構成とした場合に以下に述べる工夫を行うことでより大きな効果を得ることができる。このような場合の投写型表示装置の実施例を（図１７）に示す。（図１７）に示す構成は、（図１６）に示す構成の第２レンズアレイ板５と液晶パネル１０１、１０２、１０３の光路中に、凹レンズ１２１、１２２を付加している。その理由を説明する。
　【００８２】
　第２レンズアレイ板５と液晶パネル１０１、１０２、１０３の間の光路長は、ダイクロイックミラー１０６、１０８、あるいは折り返しミラー１０７のいずれか２枚を配置できる間隔から決まる。必要以上に光路長を長くするとセットが大きくなるため問題がある。一方、好ましくは第１レンズアレイ板４と第２レンズアレイ板５の間にコールドミラー１０４を配置する一定の光路長が必要である。その結果、第１レンズの開口形状と液晶パネルの有効表示領域の相似比、すなわち第２レンズの倍率Ｍに一定の制約を生じる。
　【００８３】
　（図４）の構成に置き換えて説明すれば、光路長Ｘ１とＸ２が決まれば、倍率Ｍは光路長Ｘ１とＸ２の比として制約される。これに対し、凹面鏡３の開口のみをあまり大きくするとコンパクトなセットを実現できないので、第１レンズの開口寸法の制約から分割数Ｎも制約される。分割数Ｎは明るさの均一性を得るためにある程度大きくする必要があるので、分割数Ｎが制約を受けることは大きな問題となる。
　【００８４】
　これに対し、凹レンズ１２１、１２２を用いると、用いない場合に比較して分割数Ｎを大きくできる。これは、第２レンズより液晶パネル側に凹レンズを付加することで、付加しない場合に比較して入射側の主点位置を第１レンズ１０側に移動させることができるためである。つまり、（図４）の構成に置き換えて説明すれば、等価的に光路長Ｘ１を短く、光路長Ｘ２を長くできる。その結果、投写画像の明るさ均一性をあまり損なうことなくコンパクトな投写光学装置を実現できる。
　【００８５】
　上に述べた各実施例の投写光学装置では、ライトバルブとして液晶パネルを用いた例を説明したが、照明光を空間的に変調できる素子であれば、同様の効果を得ることができる。また、（図１５）及び（図１６）及び（図１７）に示した投写型表示装置の各実施例は、特に説明した構成にのみ本発明の効果を限定するものではなく、本発明の効果を損なわない範囲内で異なる構成であっても良い。
　【００８６】
　以上述べたいずれの実施例においても、本発明の照明光学装置は、高い光利用効率で明るさ均一性に優れ、かつ照射角の小さな照明光を得ることができる。更に、本発明の照明光学装置を用いて投写型表示装置を構成した場合に、Ｆナンバーの大きな投写レンズと組み合わせても、明るく、明るさ均一性に優れたコンパクトな投写型表示装置を実現することができ、極めて大きな効果を得ることができる。
　【００８７】
　また（図１）を用いて述べた第１の実施例における本発明の効果は、使用するランプの発光体が大きいほど大きく、特にメタルハライドランプを用いた場合に極めて大きな効果を実現できる。
　【００８８】
　【発明の効果】
　以上述べたように、本発明の照明光学装置は、被照明領域への照明光の照射角を大きくすることなく、高い光利用効率で明るさの均一性に優れた照明を提供する。更に、本発明の照明光学装置を用いて、明るく、明るさの均一性に優れた投写画像を呈示するコンパクトな投写型表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明の照明光学装置の一実施例を示す構成図
　【図２】
　第１レンズアレイ板の一実施例を示す構成図
　【図３】
　第２レンズアレイ板の一実施例を示す構成図
　【図４】
　本発明の照明光学装置の作用を説明する図
　【図５】
　（図２）に示す第１レンズアレイ板の着目する第１レンズのみについて、その構成を示す構成図
　【図６】
　（図３）に示す第２レンズアレイ板の着目する第２レンズのみについて、その構成と第２レンズ上に作られる発光体像を示す構成図
　【図７】
　（図３）に示す第２レンズアレイ板上に形成される発光体像の模式図
　【図８】
　本発明の照明光学装置の一実施例における第１レンズの高さＨと発光体像の倍率ＫＬ、ＫＷの相関図
　【図９】
　本発明の照明光学装置の他の実施例を示す構成図
　【図１０】
　本発明の照明光学装置の他の実施例を示す構成図
　【図１１】
　本発明に用いるレンズアレイ板の他の実施例を示す構成図
　【図１２】
　本発明に用いる第２レンズアレイ板の他の実施例を示す構成図
　【図１３】
　本発明の投写型表示装置の一実施例を示す構成図
　【図１４】
　従来の第２レンズアレイ板の一構成例と、それを用いた場合の発光体像の模式図
　【図１５】
　本発明の投写型表示装置の他の実施例を示す構成図
　【図１６】
　本発明の投写型表示装置の他の実施例を示す構成図
　【図１７】
　本発明の投写型表示装置の他の実施例を示す構成図
　【図１８】
　従来の照明光学装置の一例を示す構成図
　【図１９】
　従来の照明光学装置の他の一例を示す構成図
　【符号の説明】
　１　メタルハライドランプ
　２　発光体
　３　放物面鏡
　４　第１レンズアレイ板
　５　第２レンズアレイ板
　６　被照明領域
　７　主光軸
　１０　第１レンズ
　１５　第２レンズ
　５１　液晶パネル
　５２　投写レンズ
　５３　スクリーン