(57)【要約】【課題】オプティカルインテグレータとしてレンズアレイを用いた照明光学系において、被照射面における照度均一性を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくする。【解決手段】光源側の第１レンズアレイ１３の複数のレンズセルのうちの少なくとも一部のレンズセルは、レンズ面とは反対側の面が、光軸に垂直な面に対して角度を持つ平坦な傾斜面になっており、第１レンズアレイ１３への入射光がこの傾斜面で屈折して第１レンズアレイ１３から射出することにより、第１レンズアレイ１３に入射した光束の径は射出後縮小しつつ被照射面側の第２レンズアレイ１４に入射するとともに、第２レンズアレイ１４の各１個のレンズセルに入射する光線は第１レンズアレイ１３の１個以上のセルから射出され、第１レンズアレイは必ず対となる第２レンズアレイのセルを持ち、それぞれが１つの集光系を成す。【選択図】            図７
2004341072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を分割して複数の光源像からなる多光源を形成する一対のオプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータにより形成された前記多光源の光束を集光し被照射面を重畳して照明する光学系とを有する照明光学系において、
光源側の第１レンズアレイの複数のレンズセルのうちの少なくとも一部のレンズセルは、レンズ面とは反対側の面が、光軸に垂直な面に対して角度を持つ平坦な傾斜面になっており、
前記第１レンズアレイに入射した光束は前記傾斜面で屈折し、前記第１レンズアレイから射出した後に当該光束の径が縮小しつつ被照射面側の第２レンズアレイに入射するとともに、前記第２レンズアレイの１個のレンズセルに入射する光線は前記第１レンズアレイの１個以上のセルから射出され、前記第１レンズアレイは対となる前記第２レンズアレイのセルを持ち、前記第１及び第２のレンズアレイの対となるそれぞれのセルが１つの集光系を成すことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学系において、
前記第１レンズアレイのレンズセルと前記第２レンズアレイのレンズセルとは、光軸に垂直な面におけるサイズが互いに等しく、且つ、前記第２レンズアレイのレンズセルのほうが個数が少なくなっており、
前記第１レンズアレイの２個以上のレンズセルへの入射光が、前記第２レンズアレイの同一の１個のレンズセルに入射するようにされたことを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
請求項１または２に記載の照明光学系において、
前記第２レンズアレイも、レンズ面とは反対側の面が前記傾斜面になったレンズセルを含んでおり、
前記第２レンズアレイへの入射光が前記傾斜面で屈折して前記第２レンズアレイから射出することにより、前記第２レンズアレイに入射する光線の傾きが補正されることを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の照明光学系において、
前記第１レンズアレイのレンズセルのうち前記傾斜面を有するレンズセルは、セルごとの光軸がレンズセルの中心からシフトしており、
前記第１レンズアレイへの入射光が前記シフトされたセル及び前記傾斜面で屈折して前記第１レンズアレイから射出することにより、前記第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ被照射面側にある第２レンズアレイに入射するとともに、前記第２レンズアレイの各１個のレンズセルに入射する光線は前記第１レンズアレイの１個以上のセルから射出され、前記第１レンズアレイは必ず対となる前記第２レンズアレイのセルを持ちそれぞれが１つの集光系を成すことを特徴とする照明光学系。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の照明光学系において、
前記第１レンズアレイのレンズセルのうち前記傾斜面を有するレンズセルは、セルごとの光軸がチルトしており、
前記第１レンズアレイへの入射光が前記チルトしたセル及び前記傾斜面で屈折して前記第１レンズアレイから射出することにより、前記第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ被照射面側にある第２レンズアレイに入射するとともに、前記第２レンズアレイの各１個のレンズセルに入射する光線は前記第１レンズアレイの１個以上のセルから射出され、前記第１レンズアレイは必ず対となる前記第２レンズアレイのセルを持ちそれぞれが１つの集光系を成すことを特徴とする照明光学系。
【請求項６】
照明光学系に、光源からの光束を分割して複数の２次光源像を形成するオプティカルインテグレータとして一対のレンズアレイを設けた表示装置において、
光源側の第１レンズアレイの複数のレンズセルのうちの少なくとも一部のレンズセルは、レンズ面とは反対側の面が、光軸に垂直な面に対して角度を持った平坦な傾斜面になっており、
前記第１レンズアレイへの入射光が前記傾斜面で屈折して前記第１レンズアレイから射出することにより、前記第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ被照射面側にある第２レンズアレイに入射するとともに、前記第２レンズアレイの各１個のレンズセルに入射する光線は前記第１レンズアレイの１個以上のセルから射出され、前記第１レンズアレイは必ず対となる前記第２レンズアレイのセルを持ちそれぞれが１つの集光系を成すことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズアレイをオプティカルインテグレータとして用いた照明光学系や、そうした照明光学系を備えた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタの照明光学系には、一般に、光利用効率の向上や被照射面における照度均一性の向上を目的として、光源からの光束を分割して複数の２次光源像を形成するオプティカルインテグレータが設けられている。
【０００３】
オプティカルインテグレータとしては、複数のレンズセルを有する一対のレンズアレイが用いられることが多い。図１４は、オプティカルインテグレータとしてのレンズアレイの一般的な構成を示す。光源からの光が、平行光束化された後、第１レンズアレイ１０１に入射して複数のレンズセルで分割される。そして、第１レンズアレイ１０１の各レンズセルの射出光が、第２レンズアレイ１０２の対応するレンズセルに入射することにより、第２レンズアレイ１０２の近傍に複数の２次光源像が形成される。この２次光源像は、像共役面である液晶パネルの被照射面に重畳されて照射される。
【０００４】
ところで、近年、液晶プロジェクタに対する小型化のニーズはますます高まっている。液晶プロジェクタの小型化のためには、色分離・合成用の光学部品や投射レンズのサイズも小さくすることが重要であるが、それらのサイズは、第２レンズアレイ（図１４では第２レンズアレイ１０２）の近傍の２次光源面の光束径によって規定される。したがって、２次光源面の光束径を小さくすることが重要になる。
【０００５】
従来、この２次光源面の光束径を小さくする技術としては、図１５に示すように、第１レンズアレイ１０１のレンズセル１０１ａの配列と第２レンズアレイ１０２のレンズセル１０２ａの配列とを同じにしたまま、第１レンズアレイ１０１全体の縦横比と第２レンズアレイ１０１全体の縦横比を相違させ、且つ、第１レンズアレイ１０１のレンズセル１０１ａのレンズ光軸１０１ｂをレンズセル１０１ａの中心１０１ｃからシフトさせることにより、第１レンズアレイ１０１の各配列位置のレンズセル１０１ａへの入射光を、第２レンズアレイ１０２の同じ配列位置のレンズセル１０２ａに入射させるようにした技術が存在していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１８１３９２公報（段落番号００１９〜００２０、図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、液晶プロジェクタに対しては、小型化のニーズだけでなく、高画質化のニーズもますます高まっている。高画質を維持したまま、色分離合成系や投射レンズのサイズを小さくすることによって液晶プロジェクタを小型化するためには、被照射面における照度均一性を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくすることが必要になる。
【０００８】
しかし、従来のように第１レンズアレイのレンズセルのレンズ光軸をシフトさせることによって２次光源面の光束径を小さくすると、収差が悪化するので、被照射面における照度均一性が低下してしまう。
【０００９】
また、例えば第１レンズアレイのレンズセルをチルトさせることによって２次光源面の光束径を小さくした場合にも、やはり収差が悪化するので、被照射面における照度均一性が低下してしまう。
【００１０】
他方、例えばレンズセルの個数を少なくすることによって２次光源面の光束径を小さくした場合には、光源からの光束の分割数が減るので、被照射面における照度均一性が低下してしまう。
【００１１】
本発明は、上述の点に鑑み、オプティカルインテグレータとしてレンズアレイを用いた照明光学系や、そうした照明光学系を有する液晶プロジェクタ等の表示装置において、被照射面における照度均一性を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくすることを課題としてなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、光源からの光束を分割して複数の光源像からなる多光源を形成する一対のオプティカルインテグレータと、このオプティカルインテグレータにより形成された多光源の光束を集光し被照射面を重畳して照明する光学系とを有する照明光学系において、光源側の第１レンズアレイの複数のレンズセルのうちの少なくとも一部のレンズセルは、レンズ面とは反対側の面が、光軸に垂直な面に対して角度を持つ平坦な傾斜面になっており、この第１レンズアレイに入射した光束はこの傾斜面で屈折し、この第１レンズアレイから射出した後に当該光束の径が縮小しつつ被照射面側の第２レンズアレイに入射するとともに、この第２レンズアレイの１個のレンズセルに入射する光線はこの第１レンズアレイの１個以上のセルから射出され、この第１レンズアレイは対となる第２レンズアレイのセルを持ち、この第１及び第２のレンズアレイの対となるそれぞれのセルが１つの集光系を成す照明光学系を提案する。
【００１３】
この照明光学系では、光源側の第１レンズアレイの複数のレンズセルのうちの少なくとも一部のレンズセルは、レンズ面とは反対側の面が、光軸に垂直な面に対して角度を持った平坦な傾斜面になっている。そして、第１レンズアレイへの入射光がこの傾斜面で屈折して第１レンズアレイから射出することにより、第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ被照射面側にある第２レンズアレイに入射するとともに、第２レンズアレイの各１個のレンズセルに入射する光線は第１レンズアレイの１個以上のセルから射出され、第１レンズアレイは必ず対となる第２レンズアレイのセルを持ちそれぞれが１つの集光系を成す。
【００１４】
このように、第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ被照射面側にある第２レンズアレイに入射するので、第２レンズアレイの近傍の２次光源面の光束径が小さくなる。
【００１５】
そして、第１レンズアレイへの入射光が、レンズ面とは反対側の平坦な傾斜面で屈折して第１レンズアレイから射出するので、従来のようにセルごとの光軸をシフトさせることによって第１レンズアレイからの射出光を屈折する場合や、レンズセルをチルトさせることによって第１レンズアレイからの射出光を屈折する場合と異なり、収差が悪化することはない。
【００１６】
第２レンズアレイの各１個のレンズセルに入射する光線は第１レンズアレイの１個以上のセルから射出され、第１レンズアレイは必ず対となる第２レンズアレイのセルを持ちそれぞれが１つの集光系を成すので、第１レンズアレイのレンズセルの個数がそのまま光束分割数になる。したがって、第２レンズアレイのレンズセルの個数を第１レンズアレイのレンズセルの個数よりも少なくしても、光束分割数は減少しない。
【００１７】
これにより、被照射面における照度均一性を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくすることができる。
【００１８】
なお、この照明光学系において、一例として、第１レンズアレイのレンズセルと第２レンズアレイのレンズセルとを、光軸に垂直な面におけるサイズを互いに等しく、且つ、第２レンズアレイのレンズセルのほうが個数が少なくし、第１レンズアレイの２個以上のレンズセルへの入射光を、第２レンズアレイの同一の１個のレンズセルに入射させることが好適である。
【００１９】
このように、第１レンズアレイのレンズセルと第２レンズアレイのレンズセルとの光軸に垂直な面におけるサイズを互いに等しくすることにより、第１レンズアレイのレンズセルのレンズと第２レンズアレイのレンズセルのレンズとを、射出成型で製造する場合、共通の金型から製造することができる。したがって、それらのサイズを異ならせることによって第１レンズアレイのレンズセルのレンズと第２レンズアレイのレンズセルのレンズとを別々の金型から製造する場合よりも、製造コストを削減することができるようになる。
【００２０】
また、この照明光学系において、一例として、第２レンズアレイにも、レンズ面とは反対側の面がこうした傾斜面になったレンズセルを含め、第２レンズアレイへの入射光をこの傾斜面で屈折して第２レンズアレイから射出することにより、第２レンズアレイに入射する光線の傾角を補正することも好適である。
【００２１】
また、この照明光学系において、一例として、第１レンズアレイのレンズセルのうち傾斜面を有するレンズセルについては、セルごとの光軸をレンズセルの中心からシフトさせ、第１レンズアレイへの入射光をこのシフトしたセル及び傾斜面で屈折して第１レンズアレイから射出させることにより、第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ第２レンズアレイに入射させるとともに、第１レンズアレイの各レンズセルへの入射光をそれぞれ第２レンズアレイの少なくとも１個以上のレンズセルに入射させることが好適である。
【００２２】
あるいはまた、第１レンズアレイのレンズセルのうち傾斜面を有するレンズセルについては、セルごとの光軸をチルトさせ、第１レンズアレイへの入射光をこのチルトしたセル及び傾斜面で屈折して第１レンズアレイから射出させることにより、第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ第２レンズアレイに入射させるとともに、第１レンズアレイの各レンズセルへの入射光をそれぞれ第２レンズアレイの少なくとも１個以上のレンズセルに入射させることが好適である。
【００２３】
このように、傾斜面だけでなく、シフトまたはチルトしたセルと傾斜面との両方で第１レンズアレイへの入射光を屈折させて第１レンズアレイから射出させることにより、例えばレンズ製造上困難なために傾斜面の角度を大きくとれないような場合にも、第２レンズアレイの近傍の２次光源面の光束径を小さくすることができるようになる。
【００２４】
また、従来のようにシフトしたセルだけで第１レンズアレイへの入射光を屈折して第１レンズアレイから射出させる場合や、チルトしたセルだけで第１レンズアレイへの入射光を屈折して第１レンズアレイから射出させる場合と比較して、収差の悪化による照度均一性の低下を少なく抑えることができる。
【００２５】
次に、本出願人は、照明光学系に、光源からの光束を分割して複数の２次光源像を形成するオプティカルインテグレータとして一対のレンズアレイを設けた表示装置において、光源側の第１レンズアレイの複数のレンズセルのうちの少なくとも一部のレンズセルは、レンズ面とは反対側の面が、光軸に垂直な面に対して角度を持った平坦な傾斜面になっており、この第１レンズアレイへの入射光がこの傾斜面で屈折して第１レンズアレイから射出することにより、この第１レンズアレイに入射した光束の径は射出後縮小しつつ被照射面側の第２レンズアレイに入射するとともに、第２レンズアレイ１４の各１個のレンズセルに入射する光線は第１レンズアレイ１３の１個以上のセルから射出され、第１レンズアレイは必ず対となる第２レンズアレイのセルを持ちそれぞれが１つの集光系を成すようにされた表示装置を提案する。
【００２６】
この表示装置は、前述の本発明に係る照明光学系を有するものであり、被照射面における照度均一性を低下させることなく２次光源面の光束径を小さくすることができるので、高画質を維持したまま、色分離合成系のサイズを小さくすることによって表示装置全体を小型化することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、液晶プロジェクタに適用した例について、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明を適用した液晶プロジェクタの照明光学系の基本構成を示す。光源１１からの射出光が、可視光線外遮光手段２７（例えばＵＶ−ＩＲカットフィルター）により紫外域および赤外域の光線を遮光し、光学系１２で平行光束化された後、第１レンズアレイ１３に入射して複数のレンズセルで分割される。そして、第１レンズアレイ１３の各レンズセルの射出光が、第２レンズアレイ１４の対応するレンズセルを通過することにより、第２レンズアレイ１４の近傍に複数の２次光源像が形成される。
【００２８】
この２次光源像は、光学系１５で重畳され、不図示の色分離光学系で分離され液晶パネルに照射される。
【００２９】
図２は、この光学系のうち第１レンズアレイ１３及び第２レンズアレイ１４の部分を拡大して示す図であり、光軸をｚ軸，紙面（メリジオナル平面）をｙｚ平面、紙面に垂直な方向をｘ軸としている。また図３，図４は、それぞれ第１レンズアレイ１３，第２レンズアレイ１４を光軸方向上で光源１１の側から見た図である。
【００３０】
図３に示すように、第１レンズアレイ１３は、横（ｘ軸方向）４個×縦（ｙ軸方向）４個の合計１６個のレンズセル１３（１，１）〜１３（４，４）を有している。
【００３１】
各レンズセル１３（１，１）〜１３（４，４）は、図２にも示すように、片面（図２の右側の面）が、凸レンズ面になっている。また、レンズセル１３（１，１）〜１３（４，４）のうち、中央部分の４個のレンズセル１３（２，２），１３（２，３），１３（３，２），１３（３，３）以外の１２個のレンズセルは、図２にも示すように、凸レンズ面とは反対側の面（図２の左側の面）が、光軸（ｚ軸）に垂直な面に対して角度を持った平坦な傾斜面（光軸に垂直な面に対して楔角を持つ単一の楔形状の面）になっている。
【００３２】
図３においてこれらの１２個のレンズセル上に描いている矢印は、楔角の向き（楔の厚さが薄いほうから厚くなるほうへの向き）を表している。
【００３３】
他方、中央部分の４個のレンズセル１３（２，２），１３（２，３），１３（３，２），１３（３，３）は、図２にも示すように、凸レンズ面とは反対側の面（図２の左側の面）が、光軸に垂直な面に平行な平面になっている。
【００３４】
光軸に垂直な面における第１レンズアレイ１３のサイズは、個々のレンズセル１３（１，１）〜１３（４，４）が縦１２ｍｍ，横８ｍｍの矩形になっており、第１レンズアレイ１３全体では縦４８ｍｍ，横３２ｍｍの矩形になっている。
【００３５】
図４に示すように、第２レンズアレイ１４は、横２×縦２の合計４個のレンズセル１４（１，１）〜１４（２，２）を有している。
【００３６】
各レンズセル１４（１，１）〜１３（２，２）は、図２にも示すように、片面（図２の左側の面）が凸レンズ面になっており、反対側の面（図２の右側の面）が、光軸に垂直な面に平行な平面になっている。
【００３７】
光軸に垂直な面における第２レンズアレイ１４のサイズは、個々のレンズセル１４（１，１）〜１４（２，２）が、第１レンズアレイ１３のレンズセル１３（１，１）〜１３（４，４）と同じく縦１２ｍｍ，横８ｍｍの矩形になっており、第２レンズアレイ１４全体では縦２４ｍｍ，横１６ｍｍの矩形になっている。
【００３８】
図５及び図６は、第１レンズアレイ１３及び第２レンズアレイ１４のレンズデータを示す。このうち図５は、図２の面番号１〜６の面における各レンズセルの曲率半径，中心厚及び屈折率を示す。また図６は、図２の面番号１，６の面における、第１レンズアレイ１３，第２レンズアレイ１４の各レンズセルのｘ軸回り，ｙ軸回り点ｚ軸回りの傾斜角度を示す。
【００３９】
図７は、第１レンズアレイ１３，第２レンズアレイ１４の光路図である。また図８は、第１レンズアレイ１３の各レンズセル１３（１，１）〜１３（４，４）からの射出光が、それぞれ第２レンズアレイ１４のどのレンズセル１４（１，１）〜１４（２，２）に入射するかという対応関係を示す図である。
【００４０】
これらの図に示すように、第１レンズアレイ１３のレンズセル１３（１，１）〜１３（４，４）のうち、中央部分の４個のレンズセル１３（２，２），１３（２，３），１３（３，２），１３（３，３）への入射光は、そのままセルの各光軸がシフトせずにレンズセル１３（２，２），１３（２，３），１３（３，２），１３（３，３）から射出されることにより、それぞれ第２レンズアレイ１４のレンズセル１４（１，１），１４（１，２），１４（２，１），１４（２，２）に入射して、第２レンズアレイ１４の近傍の２次光源面で焦点を結ぶ。
【００４１】
他方、レンズセル１３（１，２），１３（１，３），１３（４，２），１３（４，３）への入射光は、楔角（傾斜面）で屈折してレンズセル１３（１，２），１３（１，３），１３（４，２），１３（４，３）から射出され、第２レンズアレイ１４に達した際には、レンズセル１個分だけ横方向にずれることにより、それぞれレンズセル１４（１，１），１４（１，２），１４（２，１），１４（２，２）に入射して、第２レンズアレイ１４の近傍の２次光源面で焦点を結ぶ。
【００４２】
また、レンズセル１３（２，１），１３（２，４），１３（３，１），１３（３，４）への入射光は、楔角で屈折してレンズセル１３（２，１），１３（２，４），１３（３，１），１３（３，４）から射出され、第２レンズアレイ１４に達した際には、レンズセル１個分だけ縦方向にずれることにより、それぞれレンズセル１４（１，１），１４（１，２），１４（２，１），１４（２，２）に入射して、第２レンズアレイ１４の近傍の２次光源面で焦点を結ぶ。
【００４３】
また、レンズセル１３（１，１），１３（１，４），１３（４，１），１３（４，４）への入射光は、楔角で屈折してレンズセル１３（１，１），１３（１，４），１３（４，１），１３（４，４）から射出され、第２レンズアレイ１４に達した際には、レンズセル１個分だけ横方向及び縦方向にずれることにより、それぞれレンズセル１４（１，１），１４（１，２），１４（２，１），１４（２，２）に入射して、第２レンズアレイ１４の近傍の２次光源面で焦点を結ぶ。
【００４４】
このように、第１レンズアレイ１３への入射光がその光束径を縮小させて第２レンズアレイ１４に入射するので、第２レンズアレイ１４の近傍の２次光源面の光束径が小さくなる。
【００４５】
そして、第１レンズアレイ１３への入射光が、レンズ面とは反対側の平坦な傾斜面で屈折して第１レンズアレイ１４から射出するので、従来のようにセルごとの光軸をシフトさせることによって第１レンズアレイからの射出光を屈折する場合や、レンズセルをチルトさせることによって第１レンズアレイからの射出光を屈折する場合と異なり、収差が悪化することはない。
【００４６】
さらに、第２レンズアレイ１４の各１個のレンズセルに入射する光線は第１レンズアレイ１３の１個以上のセルから射出され、第１レンズアレイは必ず対となる第２レンズアレイのセルを持ちそれぞれが１つの集光系を成すので、第１レンズアレイ１３のレンズセルの個数がそのまま光束分割数になる。したがって、第２レンズアレイ１４のレンズセルの個数が第１レンズアレイ１３のレンズセルの個数よりも少ないにもかかわらず、光束分割数は減少しない。
【００４７】
これにより、被照射面における照度均一性を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくすることができる。
【００４８】
また、仮に、第１レンズアレイ１３のレンズセルの楔形状の面を、単一の楔角ではなく複数の楔角を有する面（鋸の歯状の面）にした場合には、２次光源面における光束の制御が困難になるとともに、楔角と楔角との間の精密加工が困難になり、その結果光の利用効率が低下するおそれがある。これに対し、第１レンズアレイ１３のレンズセルの楔形状の面を、単一の楔角を有する面にしているので、光利用効率の低下も防止することができる。
【００４９】
これにより、被照射面における照度均一性や光利用効率を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくすることができる。したがって、色分離合成光学系の小型・軽量化や低コスト化が可能になるので、液晶プロジェクタ全体の小型・軽量化や低コスト化が可能になる。
【００５０】
さらに、第１レンズアレイ１３の焦点距離と第２レンズアレイ１４の焦点距離とを互いに等しくすることにより、レンズアレイの縦倍率が１倍になるので、光束径が小さくなるにもかかわらず、光束径に反比例して斜光線の傾角が拡大することがない。
【００５１】
第１レンズアレイ１３の製造方法としては、金型で射出成型するという方法や、凸レンズ面と反対側の面（平面または楔形状面）を別々の金型で射出成型するかまたは別々に研磨によって製造した後両者を接着または枠で固定して密着させるという方法や、個々のレンズセルを金型で射出成型するかまたは研磨によって製造した後レンズセル同士を接着または枠で固定して密着させるという方法を採ることができる。
【００５２】
凸レンズ面と反対側の面を別々の金型で射出成型する場合には、第１レンズアレイ１３のレンズセルと第２レンズアレイ１４のレンズセルとの光軸に垂直な面におけるサイズが互いに等しいことから、第１レンズアレイのレンズセルの凸レンズ面と第２レンズアレイのレンズセルの凸レンズ面とを共通の金型で製造することができ、したがって製造コストを削減することができるようになる。
【００５３】
ここでは、第１レンズアレイ１３，第２レンズアレイ１４を、第１レンズアレイ１３のレンズセルのレンズ面と第２レンズアレイ１４のレンズセルのレンズ面とを向かい合せにして配置しているが、図９に示すように、第１レンズアレイ１３のレンズセルのレンズ面を光源側に向けるように配置してもよい。ただし、収差の悪化を防止するためには、第１レンズアレイ１３のレンズセルのレンズ面と第２レンズアレイ１４のレンズセルのレンズ面とを向かい合せにするほうが望ましい。
【００５４】
次に、第１レンズアレイ，第２レンズアレイの変更例をいくつか説明する。
【００５５】
図１０は、図１〜図８の例の第１レンズアレイ１３のレンズセルのうち中央の４個のレンズセルも凸レンズ面と反対側の面を傾斜面とした第１レンズアレイ３１と、レンズセルの個数が図１〜図８の例の第１レンズアレイ１３のレンズセルと等しいとともに光軸に垂直な面におけるレンズセルのサイズが第１レンズアレイのレンズセルよりも小さい第２レンズアレイ３２とを設け、第１レンズアレイ３１の各レンズセルの射出光が、それぞれ第２レンズアレイ３２の別々の１個ずつのレンズセルに入射するようにした例を示す。この例の場合にも、やはり、被照射面における照度均一性や光利用効率を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくすることができる。
【００５６】
図１１は、図１〜図８の例の第２レンズアレイ１４の各レンズセルのレンズ面とは反対側の面を、光軸に垂直な面に対して角度を持つ平坦な傾斜面（光軸に垂直直な面に対して楔角を持つ単一の楔形状の面）にした構造の第２レンズアレイ３３を設け、第２レンズアレイ３３への入射光をこの楔形状の面で屈折して第２レンズアレイ３３から射出することにより、第２レンズアレイ３３に入射する斜光線の傾角を補正するようにした例を示す。
【００５７】
図１２は、図１〜図８の例の第１レンズアレイ１３のレンズセルのうち傾斜面を有するレンズセルについて、凸レンズ面の各セルの光軸をレンズセルの中心からシフトさせるとともに傾斜面の角度を小さくした構造の第１レンズアレイ３４を示す。
【００５８】
図１３は、図１〜図８の例の第１レンズアレイ１３のレンズセルのうち傾斜面を有するレンズセルについて、凸レンズ面の各セルの光軸をチルトさせるとともに傾斜面の角度を小さくした構造の第１レンズアレイ３５を示す。
【００５９】
図１２や図１３の例のように、傾斜面（楔角）だけでなく、シフトまたはチルトしたセルと傾斜面との両方で第１レンズアレイへの入射光を屈折させて第１レンズアレイから射出させることにより、例えばレンズ製造上困難なために傾斜面の角度を大きくとれないような場合にも、第２レンズアレイの近傍の２次光源面の光束径を小さくすることができるようになる。
【００６０】
また、従来のようにシフトしたセルだけで第１レンズアレイへの入射光を屈折させて第１レンズアレイから射出させる場合や、チルトしたセルだけで第１レンズアレイへの入射光を屈折させて第１レンズアレイから射出させる場合と比較して、図１２や図１３の例では、収差の悪化による照度均一性の低下を少なく抑えることができる。
【００６１】
以上の例における第１レンズアレイ，第２レンズアレイのレンズセルの個数やレンズデータ等はあくまで一例であり、これに限定する趣旨ではないことはもちろんである。例えば、第１レンズアレイや第２レンズアレイのレンズセルの凸レンズ面は、収差を減らすために非球面にしてもよく、また、光軸に垂直な面における第２レンズアレイのレンズセルの形状は、円形や多角形であってもよい。
【００６２】
ただし、レンズセルのレンズ面とは反対側の傾斜面の角度（楔角）は、収差の悪化を防止するためには絶対値で４０°以下であることが望ましい。また、第２レンズアレイのレンズセルの凸レンズ面の曲率半径の絶対値は、第１レンズアレイのレンズセルの凸レンズ面の曲率半径の絶対値以下であることが望ましい。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る照明光学系によれば、被照射面における照度均一性を低下させることなく、２次光源面の光束径を小さくすることができるという効果が得られる。
【００６４】
さらに、第１レンズアレイのレンズセルのレンズと第２レンズアレイのレンズセルのレンズとを共通の金型から製造することができるので、製造コストを削減することができるという効果も得られる。
【００６５】
さらに、第２レンズアレイに入射する斜光線の傾角を補正することができるという効果も得られる。
【００６６】
さらに、例えばスペースの関係で傾斜面の角度を大きくとれないような場合にも、第２レンズアレイの近傍の２次光源面の光束径を小さくすることができるという効果も得られる。
【００６７】
また、本発明に係る表示装置によれば、被照射面における照度均一性を低下させることなく２次光源面の光束径を小さくすることができるので、高画質を維持したまま、色分離合成系のサイズを小さくすることによって表示装置全体を小型化することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液晶プロジェクタの光学系の基本構成を示す図である。
【図２】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイを示す図である。
【図３】図１の第１レンズアレイを示す図である。
【図４】図１の第２レンズアレイを示す図である。
【図５】図１の第１レンズアレイ及び第２レンズアレイのレンズデータを示す図である。
【図６】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイのレンズデータを示す図である。
【図７】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイの光路図である。
【図８】図１の第１レンズアレイのレンズセルと第２レンズアレイのレンズセルとの対応関係を示す図である。
【図９】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイの配置の変更例を示す図である。
【図１０】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイの変更例を示す図である。
【図１１】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイの変更例を示す図である。
【図１２】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイの変更例を示す図である。
【図１３】図１の第１レンズアレイ，第２レンズアレイの変更例を示す図である。
【図１４】オプティカルインテグレータとしてのレンズアレイの一般的な構成を例示する図である。
【図１５】２次光源面の光束径を小さくするための従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
１１  光源、  １２  光学系、  １３  第１レンズアレイ、  １３（１，１）〜１３（４，４），１４（１，１）〜１４（２，２）  レンズセル、  １４  第２レンズアレイ、  １５  光学系、  ２７  可視光線外遮光手段
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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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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