(57)【要約】【課題】製造作業の繁雑化を招くことなく、光源から射出された光束をより一層効率よく利用できる照明光学装置およびこの照明光学装置を備えるプロジェクタを提供すること。【解決手段】光源光を部分光束に分割するレンズアレイと、分割された各部分光束が重畳される画像形成領域４４８を含む液晶パネル４４１とを備える。画像形成領域４４８の外形は、縦寸法Ａ，横寸法Ｂ（Ａ≦Ｂ）の矩形状であり、レンズアレイを構成する小レンズの輪郭外形は、縦寸法α，横寸法β（α≦β）の矩形状であり、画像形成領域４４８に重畳された照明領域ＬＡは、縦寸法Ｘ，横寸法Ｙ（Ｘ≦Ｙ）の矩形状である。これらの寸法α、β、Ａ、Ｂ、Ｘ、Ｙの間には、定数Ｃ（Ｃ＜Ａ≦Ｂ）を用いて、次式（１）〜（３）の関係が成立する。  ・Ｘ／Ｙ＝α／β…（１）  ・Ｘ＝Ａ＋２Ｃ…（２）  ・Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ…（３）【選択図】図１１
2008090326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源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、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、この集光された光束が重畳される画像形成領域を有し、この画像形成領域に重畳された光束を、入力画像情報に基づいて変調する光変調装置とを備える照明光学装置であって、
前記光変調装置の画像形成領域は、照明光軸に直交し、かつ互いに直交する２方向の長さ寸法がＡおよびＢ（Ａ≦Ｂ）の矩形状として構成され、
前記光束分割光学素子において、光束が射出される射出端面の形状が、照明光軸に直交し、かつ互いに直交する２方向の長さ寸法αおよびβ（α≦β）の矩形状として構成され、
これらの長さ寸法α、β、Ａ、およびＢの間には、式（１）の関係式が成立することを特徴とする照明光学装置。
（数１）
α／Ａ  ＞  β／Ｂ  ・・・（１）
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学装置において、
前記光束分割光学素子の射出端面から射出され、前記画像形成領域上に重畳された照明領域は、照明光軸に直交し、互いに直交する２方向の長さ寸法ＸおよびＹ（Ｘ≦Ｙ）の矩形状として構成され、これらの長さ寸法ＸおよびＹは、定数Ｃ（Ｃ＜Ａ≦Ｂ）を用いて、式（２）〜式（４）の関係式が成立することを特徴とする照明光学装置。
（数２）
Ｘ／Ｙ＝α／β  ・・・（２）
（数３）
Ｘ＝Ａ＋２Ｃ  ・・・（３）
（数４）
Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ  ・・・（４）
【請求項３】
請求項２に記載の照明光学装置において、
前記定数Ｃは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の数値であることを特徴とする照明光学装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の照明光学装置において、
前記光束分割光学素子は、照明光軸に直交する面内でレンズがマトリクス状に配列されたマルチレンズアレイであることを特徴とする照明光学装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の照明光学装置において、
前記光束分割光学素子は、前記光源から射出され、前記集光素子とは異なる他の集光素子により集光された光束を入射端面より入射し、内面反射によって複数の光束に分割して射出端面から射出するロッドであることを特徴とする照明光学装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の照明光学装置を備え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、およびプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタとしては、光源から射出された光束を、ダイクロイックミラーによりＲＧＢの三色の色光に分離し、三枚の液晶パネル（光変調装置）によって色光毎に画像情報に応じて変調し、変調後の光束をクロスダイクロイックプリズムで合成し、投写レンズを介してカラー画像を拡大投写する、いわゆる三板式の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には、光源から射出された光束を無駄なく液晶パネルの画像形成領域に供給して明るい投写画像を形成し、また、明るさにムラのない投写画像を形成するために、光源から液晶パネルに至る光路中に、光束分割光学素子を含む照明光学装置が配置されている。この光束分割光学素子は、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割し、これらの分割された部分光束を、集光レンズを介して液晶パネルの画像形成領域上に重畳させて、画像形成領域全体を均一に照明するための光学素子である。
この光束分割光学素子としては、液晶パネルの画像形成領域の輪郭形状に合わせて、この輪郭形状と相似関係の輪郭形状を有する小レンズを、照明光軸に直交する面内でマトリクス状に配列されたマルチレンズアレイが知られている。
また、前述した集光レンズには、液晶パネルの画像形成領域全体を確実に照明するために、画像形成領域上に形成される照明領域に一定のマージンが形成されるように集光する設定とされていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したように、小レンズの輪郭形状と、画像形成領域の輪郭形状とを相似の関係として構成した場合には、通常、画像形成領域の輪郭形状が長方形状であることから、長辺側に適正なマージンを持たせようとすると、短辺側には必要以上のマージンが形成されてしまい、光源からの光束を十分有効に利用できていないという問題があった。一方、長辺側のマージンを最小限まで小さくしていくと、各光学素子の位置調整作業をより一層高精度に行う必要があり、特に、画像形成領域の大きさが０．７インチ等と小さくなればなるほど、製造作業が繁雑になるという問題があった。
【０００５】
なお、このような問題は、前述したマルチレンズアレイに限らず、光源から射出され集光された光束を入射端面より入射し、内面反射によって複数の光束に分割して射出端面から射出するロッド等のその他の光束分割光学素子においても同様に発生していた。
【０００６】
本発明の目的は、製造作業の繁雑化を招くことなく、光源から射出された光束をより一層効率よく利用できる照明光学装置およびこの照明光学装置を備えるプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る照明光学装置は、光源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、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、この集光された光束が重畳される画像形成領域を有し、この画像形成領域に重畳された光束を、入力画像情報に基づいて変調する光変調装置とを備える照明光学装置であって、前記光変調装置の画像形成領域は、照明光軸に直交し互いに直交する２方向の長さ寸法がＡおよびＢ（Ａ≦Ｂ）の矩形状として構成され、前記光束分割光学素子において、光束が射出される射出端面の形状が、照明光軸に直交し、互いに直交する２方向の長さ寸法αおよびβ（α≦β）の矩形状として構成され、これらの長さ寸法α、β、Ａ、およびＢの間には、式（５）の関係式が成立することを特徴とする。
【０００８】
（数１）
α／Ａ  ＞  β／Ｂ  ・・・（５）
【０００９】
本発明によれば、例えば、光束分割光学素子の射出端面の縦横の長さ寸法α，β、および画像形成領域の輪郭形状の縦横の長さ寸法Ａ，Ｂについて、式（５）の関係を満たすことにより、従来のように、射出端面の形状と画像形成領域の輪郭形状とを相似形にする場合に比べて、射出光による照明領域の外形が長辺側に長い（縦長）の形状となるため、照明領域における短辺側のマージン量を小さくして、画像形成領域を適切なマージン量で照明できて、射出光をより一層効率よく利用でき、投写画像の画質を向上できる。また、光束分割光学素子の外形寸法を、式（５）を満たすように設計変更するだけでよいから、照明光学装置の製造作業の繁雑化を招くこともない。以上より、本発明の目的を達成できる。
【００１０】
以上の照明光学装置において、前記光束分割光学素子の射出端面から射出され、前記画像形成領域上に重畳された照明領域は、照明光軸に直交し、互いに直交する２方向の長さ寸法ＸおよびＹ（Ｘ≦Ｙ）の矩形状として構成され、これらの長さ寸法ＸおよびＹは、定数Ｃ（Ｃ＜Ａ≦Ｂ）を用いて、式（６）〜式（８）の関係式が成立することが好ましい。
【００１１】
（数２）
Ｘ／Ｙ＝α／β  ・・・（６）
【００１２】
（数３）
Ｘ＝Ａ＋２Ｃ  ・・・（７）
【００１３】
（数４）
Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ  ・・・（８）
【００１４】
この場合には、縦横の長さ寸法の比率（アスペクト比）に関係なく、画像形成領域の外周に定数Ｃの寸法分のマージンが一様に形成されるため、より適切なマージン量を確保できる。特に、画像形成領域の輪郭外形を、通常の４：３よりも横長形状である１６：９とした場合でも、アスペクト比に影響されないことから、光束を効率的に利用でき画像形成領域を適切に照明できる。
【００１５】
また、前記定数Ｃは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
ここで、定数Ｃを０．５ｍｍよりも小さくした場合には、照明光学装置を構成する各光学素子の位置調整が繁雑になるという欠点があり、また、定数Ｃを１．０ｍｍよりも大きくした場合には光束を効率的に利用できないという欠点があるからである。このため、定数Ｃを、前述した範囲とすれば、光束をより一層効率良く利用できるという利点がある。
【００１６】
以上の照明光学装置において、前記光束分割光学素子としては、照明光軸に直交する面内で小レンズがマトリクス状に配列されたマルチレンズアレイを採用できる。また、前記光束分割光学素子として、前記光源から射出され、前記集光素子とは異なる他の集光素子により集光された光束を入射端面より入射し、内面反射によって複数の光束に分割して射出端面から射出するロッドを採用することもできる。
これらの場合には、小レンズの輪郭外形またはロッド（ロッドインテグレータ）の射出端面の輪郭外形や、画像形成領域の輪郭外形、光束による照明領域の輪郭外形の間に、前述した式（５）または式（６）〜（８）の関係式を成立させるだけの簡単な設計変更で、光束利用効率をより手軽に向上できる。
【００１７】
本発明のプロジェクタは、前記照明光学装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、前述した照明光学装置と略同様の作用効果を奏することができ、プロジェクタから投写される投写画像の画質を向上できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、製造作業の繁雑化を招くことなく、光源から射出された光束をより一層効率よく利用できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るプロジェクタ１を上方前面側から見た斜視図である。図２は、プロジェクタ１を下方背面側から見た斜視図である。
図１または図２に示すように、プロジェクタ１は、射出成形によって成形された略直方体状の外装ケース２を備える。この外装ケース２は、プロジェクタ１の本体部分を収納する合成樹脂製の筐体であり、アッパーケース２１と、ロアーケース２２とを備え、これらのケース２１，２２は、互いに着脱自在に構成されている。
【００２０】
アッパーケース２１は、図１，２に示すように、プロジェクタ１の上面、側面、前面、および背面をそれぞれ構成する上面部２１Ａ、側面部２１Ｂ、前面部２１Ｃおよび背面部２１Ｄを含んで構成される。
同様に、ロアーケース２２も、図１，２に示すように、プロジェクタ１の下面、側面、前面、および背面をそれぞれ構成する下面部２２Ａ、側面部２２Ｂ、前面部２２Ｃ、および背面部２２Ｄを含んで構成される。
【００２１】
従って、図１，２に示すように、直方体状の外装ケース２において、アッパーケース２１およびロアーケース２２の側面部２１Ｂ，２２Ｂ同士が連続的に接続されて直方体の側面部分２１０が構成され、同様に、前面部２１Ｃ，２２Ｃ同士の接続で前面部分２２０が、背面部２１Ｄ，２２Ｄ同士の接続で背面部分２３０が、上面部２１Ａにより上面部分２４０が、下面部２２Ａにより下面部分２５０がそれぞれ構成される。
【００２２】
図１に示すように、上面部分２４０において、その前方側には操作パネル２３が設けられ、この操作パネル２３の近傍には音声出力用のスピーカ孔２４０Ａが形成されている。
【００２３】
前方から見て右側の側面部分２１０には、２つの側面部２１Ｂ，２２Ｂを跨る開口２１１が形成されている。ここで、外装ケース２内には、上面部分２４０に沿って、後述するメイン基板５１と、インターフェース基板５２とが設けられており、この開口２１１に取り付けられたインターフェースパネル５３を介して、メイン基板５１に実装された接続部５１Ｂと、インターフェース基板５２に実装された接続部５２Ａとが外部に露出している。これらの接続部５１Ｂ，５２Ａにおいて、プロジェクタ１には外部の電子機器等が接続される。
【００２４】
前面部分２２０において、前方から見て右側で、前記操作パネル２３の近傍には、２つの前面部２１Ｃ，２２Ｃを跨ぐ円形状の開口２２１が形成されている。この開口２２１に対応するように、外装ケース２内部には、投写レンズ４６が配置されている。この際、開口２２１から投写レンズ４６の先端部分が外部に露出しており、この露出部分の一部であるレバー４６Ａを介して、投写レンズ４６のフォーカス操作が手動で行えるようになっている。
【００２５】
前面部分２２０において、前記開口２２１の反対側の位置には、排気口２２２が形成されている。この排気口２２２には、安全カバー２２２Ａが形成されている。
【００２６】
図２に示すように、背面部分２３０において、背面から見た右側には矩形状の開口２３１が形成され、この開口２３１からインレットコネクタ２４が露出するようになっている。
【００２７】
下面部分２５０において、下方から見て右端側の中央位置には矩形状の開口２５１が形成されている。開口２５１には、この開口２５１を覆うランプカバー２５が着脱自在に設けられている。このランプカバー２５を取り外すことにより、図示しない光源ランプの交換が容易に行えるようになっている。
【００２８】
また、下面部分２５０において、下方から見て左側で背面側の隅部には、一段内側に凹んだ矩形面２５２が形成されている。この矩形面２５２には、外部から冷却空気を吸入するための吸気口２５２Ａが形成されている。矩形面２５２には、この矩形面２５２を覆う吸気口カバー２６が着脱自在に設けられている。吸気口カバー２６には、吸気口２５２Ａに対応する開口２６Ａが形成されている。開口２６Ａには、図示しないエアフィルタが設けられており、内部への塵埃の侵入が防止されている。
【００２９】
さらに、下面部分２５０において、後方側の略中央位置にはプロジェクタ１の脚部を構成する後脚２Ｒが形成されている。また、下面部２２Ａにおける前方側の左右の隅部には、同じくプロジェクタ１の脚部を構成する前脚２Ｆがそれぞれ設けられている。つまり、プロジェクタ１は、後脚２Ｒおよび２つ前脚２Ｆにより３点で支持されている。
２つの前脚２Ｆは、それぞれ上下方向に進退可能に構成されており、プロジェクタ１の前後方向および左右方向の傾き（姿勢）を調整して、投写画像の位置調整ができるようになっている。
【００３０】
また、図１，２に示すように、下面部分２５０と前面部分２２０とを跨るように、外装ケース２における前方側の略中央位置には、直方体状の凹部２５３が形成されている。この凹部２５３には、収納部としてのカバー部材２７が設けられている。カバー部材２７の内部には、図１，２では図示しない遠隔操作機器としてのリモートコントローラ（リモコン）が収納されている。
【００３１】
ここで、図３，４は、プロジェクタ１の内部を示す斜視図である。具体的には、図３は、図１の状態からプロジェクタ１のアッパーケース２１を外した図である。図４は、図３の状態から制御基板５を外した図である。
【００３２】
外装ケース２には、図３，４に示すように、背面部分に沿って配置され、左右方向に延びる電源ユニット３と、この電源ユニット３の前側に配置された平面視略Ｌ字状で光学系としての光学ユニット４と、これらのユニット３，４の上方および右側に配置される制御部としての制御基板５とを備える。これらの各装置３〜５によりプロジェクタ１の本体が構成されている。
【００３３】
電源ユニット３は、電源３１と、この電源３１の下方に配置された図示しないランプ駆動回路（バラスト）とを含んで構成される。
電源３１は、前記インレットコネクタに接続された図示しない電源ケーブルを通して外部から供給された電力を、前記ランプ駆動回路や制御基板５等に供給するものである。
前記ランプ駆動回路は、光学ユニット４を構成する図３，４では図示しない光源ランプに、電源３１から供給された電力を供給するものであり、前記光源ランプと電気的に接続されている。このようなランプ駆動回路は、例えば、基板に配線することにより構成できる。
【００３４】
電源３１および前記ランプ駆動回路は、略平行に上下に並んで配置されており、これらの占有空間は、プロジェクタ１の背面側で左右方向に延びている。
また、電源３１はおよび前記ランプ駆動回路は、左右側が開口されたアルミニウム等の金属製のシールド部材３１Ａによって周囲を覆われている。
シールド部材３１Ａは、冷却空気を誘導するダクトとしての機能に加えて、電源３１や前記ランプ駆動回路で発生する電磁ノイズが、外部へ漏れないようにする機能も有している。
【００３５】
制御基板５は、図３に示すように、ユニット３，４の上側を覆うように配置されＣＰＵや接続部５１Ｂ等を含むメイン基板５１と、このメイン基板５１の下側に配置され接続部５２Ａを含むインターフェース基板５２とを備える。
この制御基板５では、接続部５１Ｂ，５２Ａを介して入力された画像情報に応じて、メイン基板５１のＣＰＵ等が、後述する光学装置を構成する液晶パネルの制御を行う。
【００３６】
メイン基板５１は、金属製のシールド部材５１Ａによって周囲を覆われている。メイン基板５１は、図３ではわかり難いが、光学ユニット４を構成する上ライトガイド４７２の上端部分４７２Ａ（図４）に当接している。
【００３７】
〔光学ユニットの詳細な構成〕
ここで、図５は、光学ユニット４を示す分解斜視図である。図６は、光学ユニット４を模式的に示す図である。
光学ユニット４は、図６に示すように、光源装置４１１を構成する光源ランプ４１６から射出された光束を光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成し、この光学像を拡大して投射するユニットであり、インテグレータ照明光学系４１と、色分離光学系４２と、リレー光学系４３と、光学装置４４と、投写レンズ４６と、これらの光学部品４１〜４４，４６を収納する合成樹脂製のライトガイド４７（図５）とを備える。
【００３８】
インテグレータ照明光学系４１は、光学装置４４を構成する３枚の液晶パネル４４１（赤、緑、青の色光毎にそれぞれ液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂとする）の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系であり、光源装置４１１と、光束分割光学素子としての第１レンズアレイ４１２、および第２レンズアレイ４１３と、偏光変換素子４１４と、重畳レンズ４１５とを備える。
【００３９】
光源装置４１１は、放射光源としての光源ランプ４１６と、リフレクタ４１７とを備え、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で反射して平行光線とし、この平行光線を外部へと射出する。光源ランプ４１６には、高圧水銀ランプを採用している。なお、高圧水銀ランプ以外に、メタルハライドランプやハロゲンランプ等も採用できる。また、リフレクタ４１７には、放物面鏡を採用している。なお、放物面鏡の代わりに、平行化凹レンズおよび楕円面鏡を組み合わせたものを採用してもよい。
【００４０】
第１レンズアレイ４１２は、光軸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マルチレンズアレイである。各小レンズは、光源ランプ４１６から射出される光束を、複数の部分光束に分割している。詳しくは、後述する。
【００４１】
第２レンズアレイ４１３は、第１レンズアレイ４１２と略同様な構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列されたマルチレンズアレイである。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上に結像させる集光素子としての機能を有する。詳しくは、後述する。
【００４２】
偏光変換素子４１４は、第２レンズアレイ４１３と重畳レンズ４１５との間に配置される。このような偏光変換素子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での光の利用効率が高められている。
【００４３】
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１では、１種類の偏光光しか利用できないため、他種類の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での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、たとえば特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。
【００４４】
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によりインテグレータ照明光学系４１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。
【００４５】
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。
【００４６】
この際、色分離光学系４２のダイクロイックミラー４２１では、インテグレータ照明光学系４１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。
【００４７】
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。
ここで、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
以上説明した液晶パネル４４１、射出側偏光板４４３およびクロスダイクロイックプリズム４４４は、一体的にユニット化された光学装置本体４５として構成されている。図７は、光学装置本体４５を示す斜視図である。
光学装置本体４５は、図７に示すように、クロスダイクロイックプリズム４４４と、このクロスダイクロイックプリズム４４４の上面に固定された合成樹脂製の固定板４４７と、クロスダイクロイックプリズム４４４の光束入射端面に取り付けられ、射出側偏光板４４３を保持する金属製の保持板４４６と、この保持板４４６の光束入射側に取り付けられた透明樹脂製の４つのピン部材４４５によって保持される液晶パネル４４１（４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）とを備える。
保持板４４６と液晶パネル４４１との間には、所定間隔の空隙が設けられており、この空隙部分に冷却空気が流れるようになっている。
光学装置本体４５は、固定板４４７に形成された４つの腕部４４７Ａの丸穴４４７Ｂを介して、下ライトガイド４７１にねじ止め固定される。
【００５３】
投写レンズ４６は、光学装置４４のクロスダイクロイックプリズム４４４で合成されたカラー画像を拡大して投写するものである。
ライトガイド４７は、図５に示すように、各光学部品４１２〜４１５，４１８，４２１〜４２３，４３１〜４３４，４４２を上方からスライド式に嵌め込む溝部が形成された下ライトガイド４７１と、下ライトガイド４７１の上側開口を閉塞する蓋状の上ライトガイド４７２とを備えて構成される。
【００５４】
図５に示すように、平面視略Ｌ字状の下ライトガイド４７１の一端側には、光源装置４１１が収容されている。他端側には、下ライトガイド４７１に形成されたヘッド部４７３を介して、投写レンズ４６がねじ止め固定されている。
【００５５】
また、図５に示すように、下ライトガイド４７１に収納された光学装置本体４５は、２つのばね部材５０を挟んだ状態で下ライトガイド４７１にねじ止め固定される。この２つのばね部材５０は、フィールドレンズ４１８および入射側偏光板４４２を下方へと付勢して位置を特定する。
【００５６】
〔照明光学装置の構造〕
次に、本発明に係る照明光学装置であるインテグレータ照明光学系４１について説明する。
図８は、インテグレータ照明光学系４１を示す模式図である。図８に示すように、光源装置４１１から射出された光束は、第１レンズアレイ４１２によって複数の部分光束に分割される。この分割された各部分光束は、第２レンズアレイ４１３により集光され、偏光変換素子４１４により一定方向の直線偏光光に変換された後に、重畳レンズ４１５を含む各レンズにより液晶パネル４４１の画像形成領域４４８に重畳される。
【００５７】
図９は、第１レンズアレイ４１２および第２レンズアレイ４１３を模式的に示す正面図である。
図９に示すように、第１レンズアレイ４１２は、断面形状が等しい２種類の小レンズ５００Ａ、５００Ｂを照明光軸に直交する面内でマトリックス状にＭ行Ｎ列に配列されて構成されている。具体的には、第１レンズアレイ４１２において、その中央部分には小レンズ５００Ａが配置され、この中央部分の小レンズ５００Ａの周囲には、この小レンズ５００Ａを囲むように小レンズ５００Ｂが配置されている。また、第２レンズアレイ４１３も、第１レンズアレイ４１２と同様に、断面形状の等しい２種類の小レンズ５００Ａ、５００ＢがＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列されて構成されている。
【００５８】
図１０は、小レンズ５００Ａ，５００Ｂの射出端面の形状を示す図である。
図１０に示すように、小レンズ５００Ａ，５００Ｂの射出端面は、照明光軸に直交し、互いに直交する２方向としての縦方向と横方向の寸法が、縦寸法α（ｍｍ）、横寸法β（ｍｍ）で、α≦βの横長矩形状として構成されている。
【００５９】
図１１は、液晶パネル４４１の画像形成領域４４８に投写された光束による照明領域ＬＡを示す図である。
図１１に示すように、液晶パネル４４１の画像形成領域４４８は、照明光軸に直交し、互いに直交する２方向としての縦方向と横方向の寸法が、縦横比（アスペクト比）３：４となるような縦寸法Ａ（ｍｍ），横寸法Ｂ（ｍｍ）で、かつＡ≦Ｂである横長矩形状として構成されている。ここでは、縦寸法Ａを１０．８ｍｍとし、横寸法Ｂを１４．４ｍｍとする。要するに、従来から使用されていた液晶パネル４４１をそのまま有効に採用できている。
【００６０】
また、図１１に示すように、第２レンズアレイ４１３から射出された光束は、平行光束として液晶パネル４４１の画像形成領域４４８に略垂直に照射されるため、縦寸法αおよび横寸法βの矩形状と相似関係となる矩形状の照明領域ＬＡとして画像形成領域４４８に形成される。すなわち、図１１に示すように、照明領域ＬＡは、その縦寸法がＸ（ｍｍ）および横寸法がＹ（ｍｍ）で、Ｘ≦Ｙの横長の矩形状として形成され、以下の式（９）が成立することになる。
【００６１】
（数５）
Ｘ／Ｙ  ＝  α／β  ・・・（９）
【００６２】
また、照明領域ＬＡの縦寸法Ｘおよび横寸法Ｙは、重畳レンズ４１５を含む集光用レンズの設定により、Ｃ＜Ａ≦Ｂとなる定数Ｃ（ｍｍ）を用いて、以下の式（10），(11)が成立するように設定されている。
【００６３】
（数６）
Ｘ＝Ａ＋２Ｃ  ・・・（10）
（数７）
Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ  ・・・（11）
【００６４】
以上より、図１１に示すように、液晶パネル４４１の画像形成領域４４８に対して、照明領域ＬＡは、画像形成領域４４８の周囲を定数Ｃの寸法分のマージン領域ＭＡを有して照明していることになる。ここで、定数Ｃとしては、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の数値が好ましく、ここでは、０．８ｍｍとして設定する。なお、前述した式(９)〜(11)を満たすことから、以下の式(12)も満たすこととなる。
【００６５】
（数８）
α／Ａ  ＞  β／Ｂ  ・・・（12）
【００６６】
すなわち、式(９)に式(10)，(11)を代入して、Ｘ，Ｙを消去すると、以下の式(13)が得られ、Ｃ＜Ｂ≦Ａより、式(12)が成立することとなる。
【００６７】
（数９）
（Ａ＋２Ｃ）／（Ｂ＋２Ｃ）＝α／β  ・・・（13）
【００６８】
〔第１実施形態の効果〕
前述した第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
<１>レンズアレイ４１２，４１３の射出端面の縦横の長さ寸法α，βと、液晶パネル４４１の画像形成領域４４８の輪郭形状の縦横の長さ寸法Ａ，Ｂとの間で、式(９)〜(11)の関係を満たすことにより、画像形成領域４４８の縦横の長さ寸法Ａ，Ｂの比（アスペクト比）に関係なく、画像形成領域４４８の外周に一定寸法となる定数Ｃ（ｍｍ）分のマージン領域を一様に形成できるため、射出光をより一層効率よく利用でき、光学ユニット４、ひいてはプロジェクタ１からの投写画像の画質を向上できる。特に、画像形成領域４４８のアスペクト比を通常の４：３よりも横長形状である１６：９とした場合でも、マージン領域ＭＡの寸法がアスペクト比に影響されないことから、光束をより効率的に利用でき、画像形成領域４４８を適切に照明できる。
【００６９】
<２>この際、<１>の作用効果を奏するために、レンズアレイ４１２，４１３の外形寸法を、式（9）〜(11)を満たすように設計するだけでよいから、光学ユニット４の製造作業の繁雑化を招くことなく容易に製造でき、これにより、製造コストの増加も抑えることができる。
【００７０】
<３>定数Ｃを０．８ｍｍとしたので、位置調整に十分なマージン領域ＭＡを確保できるとともに、光束の利用効率をより一層向上できる。
【００７１】
<４>以上のように、画像形成領域４４８に対して射出光を適切な照明領域ＬＡとして集光させるので、重畳レンズ４１５等の集光素子による集光率を従来よりも大きくできる。このため、光学ユニット４の光路全体を短くできて、光学ユニット４ひいてはプロジェクタ１の小型化，軽量化を図ることができる。
【００７２】
<５>光束分割光学素子として、レンズアレイ４１２，４１３を採用したので、小レンズ５００Ａ，５００Ｂの形状を、前述した式(9)〜(11)の関係を成立するように構成し、これらの小レンズ５００Ａ，５００Ｂを組み合わせるだけでよいから、比較的簡単に製造できて、光束利用効率を手軽に向上できる。
【００７３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
前記第１実施形態では、インテグレータ照明光学系４１を構成する光束分割光学素子としてレンズアレイ４１２，４１３を採用していたが、第２実施形態では、光束分割光学素子としてロッドを採用している。つまり、第１実施形態と第２実施形態とは、主に、光束分割光学素子が異なる点で相違している。
【００７４】
図１２は、本発明の第２実施形態に係る照明光学装置としてのインテグレータ照明光学系４１を示す模式図である。
インテグレータ照明光学系４１は、図１２に示すように、前記光源装置４１１と、ロッド（ロッドインテグレータ）６００と、他の集光素子としての第１集光レンズ６０１と、第２集光レンズ６０２と、第３集光レンズ６０３と、前記偏光変換素子４１４と、前記フィールドレンズ４１８とを備え、前記液晶パネル４４１の画像形成領域４４８を照射するものである。なお、これ以外の構成部材については、前記第１実施形態と同様である。
【００７５】
第１集光レンズ６０１は、前記光源装置４１１から射出された光束を、ロッド６００の入射端面近傍に集光するレンズである。
ロッド６００は、断面矩形状で柱状のガラスまたは樹脂製のロッドである。このロッド６００の入射端面Ｐに集光され入射された光束は、ロッド６００内で内面反射によって複数の光束に分割し、分割された各光束が重畳され射出端面Ｑから射出される。
【００７６】
第２集光レンズ６０２は、ロッド６００の射出端面Ｑに貼付されており、ロッド６００の射出端面Ｑから射出される光束が発散しないように機能している。また、第３集光レンズ６０３は、第２レンズ６０２から射出された光束を液晶パネル４４１の画像形成領域４４８に結像する機能を有している。
【００７７】
ここで、ロッド６００の射出端面Ｑの縦横寸法や輪郭形状、および液晶パネル４４１の画像形成領域４４８の縦横寸法や輪郭形状は、前記第１実施形態と同様に、図１０，１１に示す関係となっている。すなわち、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、前述した式(9)〜(11)の関係が成立する。
【００７８】
〔第２実施形態の効果〕
本実施形態によれば、前記<１>〜<４>と略同様な作用効果に加えて、次のような効果を奏することができる。
<６>光束分割光学素子として、ロッド６００を採用したので、射出端面Ｑの輪郭形状を、前述した式(9)〜(11)の関係を成立するように構成するだけでよいから、比較的簡単に製造できて、光束利用効率を手軽に向上できる。
【００７９】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記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他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態において、定数Ｃを０．８ｍｍとしたが、これに限らず、例えば、０．１ｍｍ等のその他の数値としてもよく、適宜、選択すればよい。また、α，β，Ａ，Ｂの数値については、所定の関係式を満たす範囲で、適宜、設定すればよい。この際、これに合わせて、集光素子による集光率も適宜変更すればよい。
【００８０】
また、前記各実施形態では、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。さらに、前記各実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の光変調装置を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の光変調装置を用いてもよい。
【００８１】
また、前記各実施形態では、３つの光変調装置を用いたプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、１つの光変調装置のみを用いたプロジェクタ、２つの光変調装置を用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクタにも適用可能である。
【００８２】
前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を行な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写を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。また、本発明に係る照明光学装置は、プロジェクタ以外のその他の光学機器においても採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを上方前面側から見た斜視図である。
【図２】前記プロジェクタを下方背面側から見た斜視図である。
【図３】前記プロジェクタの内部を示す斜視図であり、具体的には、図１の状態からアッパーケースを外した図である。
【図４】前記プロジェクタの内部を示す斜視図であり、具体的には、図３の状態から制御基板を外した図である。
【図５】前記プロジェクタを構成する光学ユニットを示す分解斜視図である。
【図６】前記光学ユニットを模式的に示す図である。
【図７】前記光学ユニットを構成する光学装置本体を示す斜視図である。
【図８】前記光学ユニットを構成する照明光学装置としてのインテグレータ照明光学系を示す模式図である。
【図９】前記インテグレータ照明光学系を構成する第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを模式的に示す図である。
【図１０】前記第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを構成する小レンズの射出端面の形状を示す図である。
【図１１】前記光学装置本体を構成する液晶パネルの画像形成領域に投写された光束による照明領域を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る照明光学装置としてのインテグレータ照明光学系を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  プロジェクタ
４  光学ユニット
４１  インテグレータ照明光学系
４１２  光束分割光学素子としての第１レンズアレイ
４１３  光束分割光学素子としての第２レンズアレイ
４１５  集光素子を構成する重畳レンズ
４１６  光源ランプ
４１８  集光素子を構成するフィールドレンズ
４４１  （４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）光変調装置としての液晶パネル
４４８  画像形成領域
５００Ａ，５００Ｂ  小レンズ
６００  光束分割光学素子としてのロッド（ロッドインテグレータ）
６０１  他の集光素子としての第１集光レンズ
６０２  集光素子を構成する第２集光レンズ
６０３  集光素子を構成する第３集光レンズ
Ａ  縦寸法
Ｂ  横寸法
Ｃ  定数
ＬＡ  照明領域
Ｐ  入射端面
Ｑ  射出端面
Ｘ  縦寸法
Ｙ  横寸法
α  縦寸法
β  横寸法
【図１】
2008090326.tif 000003
【図２】
2008090326.tif 000004
【図３】
2008090326.tif 000005
【図４】
2008090326.tif 000006
【図５】
2008090326.tif 000007
【図６】
2008090326.tif 000008
【図７】
2008090326.tif 000009
【図８】
2008090326.tif 000010
【図９】
2008090326.tif 000011
【図１０】
2008090326.tif 000012
【図１１】
2008090326.tif 000013
【図１２】
2008090326.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月7日(2008.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源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、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、この集光された光束が重畳される画像形成領域を有し、この画像形成領域に重畳された光束を、入力画像情報に基づいて変調する光変調装置とを備える照明光学装置であって、
前記光変調装置の画像形成領域は、照明光軸に直交し、かつ互いに直交する２方向の長さ寸法がＡおよびＢ（Ａ≦Ｂ）の矩形状として構成され、
前記光束分割光学素子は、照明光軸に直交する面内でレンズが配列されたマルチレンズアレイであり、光束が射出される射出端面の形状が、照明光軸に直交し、かつ互いに直交する２方向の長さ寸法αおよびβ（α≦β）の矩形状として構成され、
これらの長さ寸法α、β、Ａ、およびＢの間には、式（１）の関係式が成立することを特徴とする照明光学装置。
（数１）
α／Ａ  ＞  β／Ｂ  ・・・（１）
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学装置において、
前記光束分割光学素子の射出端面から射出され、前記画像形成領域上に重畳された照明領域は、照明光軸に直交し、互いに直交する２方向の長さ寸法ＸおよびＹ（Ｘ≦Ｙ）の矩形状として構成され、これらの長さ寸法ＸおよびＹは、定数Ｃ（Ｃ＜Ａ≦Ｂ）を用いて、式（２）〜式（４）の関係式が成立することを特徴とする照明光学装置。
（数２）
Ｘ／Ｙ＝α／β  ・・・（２）
（数３）
Ｘ＝Ａ＋２Ｃ  ・・・（３）
（数４）
Ｙ＝Ｂ＋２Ｃ  ・・・（４）
【請求項３】
請求項２に記載の照明光学装置において、
前記定数Ｃは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の数値であることを特徴とする照明光学装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の照明光学装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る照明光学装置は、光源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、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、この集光された光束が重畳される画像形成領域を有し、この画像形成領域に重畳された光束を、入力画像情報に基づいて変調する光変調装置とを備える照明光学装置であって、前記光変調装置の画像形成領域は、照明光軸に直交し、かつ互いに直交する２方向の長さ寸法がＡおよびＢ（Ａ≦Ｂ）の矩形状として構成され、前記光束分割光学素子は、照明光軸に直交する面内でレンズが配列されたマルチレンズアレイであり、光束が射出される射出端面の形状が、照明光軸に直交し、かつ互いに直交する２方向の長さ寸法αおよびβ（α≦β）の矩形状として構成され、これらの長さ寸法α、β、Ａ、およびＢの間には、式（５）の関係式が成立することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
以上の照明光学装置において、前記光束分割光学素子としては、照明光軸に直交する面内で小レンズがマトリクス状に配列されたマルチレンズアレイを採用できる。
この場合には、小レンズの輪郭外形、画像形成領域の輪郭外形、光束による照明領域の輪郭外形の間に、前述した式（５）または式（６）〜（８）の関係式を成立させるだけの簡単な設計変更で、光束利用効率をより手軽に向上できる。