(57)【要約】【課題】手間をかけることなく、また、部材点数の増加を防止して、外形寸法の異なる画像形成領域を有する光変調装置に対応することができる照明光学装置、光学系及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】液晶パネル４１１の画像形成領域の外形寸法に応じた焦点距離を有する第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１をユニット化し、レンズアレイユニット１５１とする。また、液晶パネル４１１よりも画像成形領域の外形寸法が小さな他の液晶パネルに応じた焦点距離を有する第１レンズアレイ及び第２レンズアレイをユニット化し、他のレンズアレイユニットとする。液晶パネル４１１を他の液晶パネルに変更する際には、レンズアレイユニット１５１を他のレンズアレイユニットに交換する。【選択図】  図２
2004272064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束を画像情報に応じて変調し、光学像を形成する画像形成領域を備えた光変調装置を照明する照明光学装置であって、
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マトリクス状に配列して構成され、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、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複数の小レンズを備えた第１集光素子とを備え、
前記光変調装置は、画像形成領域の外形寸法が異なった複数種類のなかから選択的に用いられ、
前記光束分割光学素子及び前記第１集光素子は、前記各光変調装置の画像形成領域の外形寸法に応じた焦点距離を有する複数種類のなかから、選択された前記光変調装置に応じた焦点距離を有するものが用いら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、
前記第１集光素子と組み合わされることにより前記光源装置から出射された光束を前記画像形成領域上で結像させる第２集光素子を備え、
前記光源装置は、前記リフレクタとしての楕円リフレクタと、この楕円リフレクタにより反射された光束を平行化する平行化レンズとを有し、
前記平行化レンズ、前記光束分割光学素子、第１集光素子及び第２集光素子の光束透過領域は、前記複数種類の光変調装置の画像形成領域のうち、最も大きな外形寸法の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下の矩形状に設定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又は２に記載の照明光学装置において、
前記各画像形成領域の外形寸法に応じた焦点距離を有する光束分割光学素子及び第１集光素子は、一体化されていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の照明光学装置において、
前記光源装置は、前記リフレクタとしての楕円リフレクタと、この楕円リフレクタにより反射された光束を平行化する平行化レンズとを備え、
前記楕円リフレクタはその第一焦点距離及び第二焦点距離が異なる複数種類のなかから選択的に用いられ、
前記複数種類の楕円リフレクタの第一焦点距離をｆ１、第二焦点距離をｆ２とした場合に、ｆ２／ｆ１は一定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から４の何れかに記載の照明光学装置と、この照明光学装置により照明される光変調装置と、この光変調装置から射出された光束の光学特性を変換する光学変換素子と、この光学変換素子の光束射出側に設けられ、光学変換素子からの各色光を合成する色合成光学装置とを備え、
前記光変調装置、光学変換素子、色合成光学装置はユニット化された光学装置として構成されていることを特徴とする光学系。
【請求項６】
請求項５に記載の光学系において、
前記光学装置で形成された光学像を拡大投写する投写レンズを備え、
この投写レンズの径は、前記光変調装置の画像形成領域の外形寸法に応じたものであり、前記投写レンズ及び前記光学装置は、これらを一体的に支持固定する構造体上に配置されていることを特徴とする光学系。
【請求項７】
請求項１から４の何れかに記載の照明光学装置、あるいは、請求項５又は６に記載の光学系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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光学装置、光学系及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、プロジェクタとして、光源装置から射出された光束をダイクロイックミラーによりＲＧＢの三色の光色に分離し、三枚の液晶パネル（光変調装置）によって各色光毎に画像情報に応じて変調し、変調後の光束を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。
このようなプロジェクタは、液晶パネルを照明するための照明光学装置を備えており、この照明光学装置は、光源装置及び均一照明光学系を有している。
光源装置は、放射光源としての発光管と、発光管から放射された光束を反射するための楕円リフレクタと、楕円リフレクタにより反射された光束を平行化する平行化レンズとを有している。
均一照明光学系は、光源装置からの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に重畳させる機能を有し、光束分割光学素子（第１レンズアレイ）、第１集光素子（第２レンズアレイ）、偏光変換素子（ＰＢＳアレイ）、第２集光素子（コンデンサレンズ）を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４７２９３号公報（第１２〜第１３頁、図１４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようなプロジェクタの液晶パネルには、画像形成領域の外形寸法が異なるものがあり、例えば、画像形成領域の対角の寸法が０．５５インチ、０．７インチに設定されたものがある。前述した照明光学装置は、各液晶パネルの画像形成領域の外形寸法に応じて設定されており、具体的には、各液晶パネルの画像形成領域の外形寸法に基づいて光源装置の楕円リフレクタの大きさ等が設定され、さらに、これに応じて均一照明光学系の各光学部品の光束透過領域の大きさ寸法や設置位置が設定されている。そのため、使用する液晶パネルの画像形成領域の大きさに応じて、各光学部品等を変更しなければならず、手間がかかるという問題がある。また、液晶パネルの画像形成領域の外形寸法ごとに各光学部品を用意しなければならないので、部材点数が増加するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、手間をかけることなく、また、部材点数の増加を防止して、外形寸法の異なる画像形成領域を有する光変調装置に対応することができる照明光学装置、光学系及びプロジェクタを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、光束分割光学素子及び第１集光素子の焦点距離を変更することで、異なる外形寸法の画像形成領域を有する光変調装置に対応させることができることを突き止めた。
すなわち、本発明の照明光学装置は、入射光束を画像情報に応じて変調し、光学像を形成する画像形成領域を備えた光変調装置を照明する照明光学装置であって、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マトリクス状に配列して構成され、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、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複数の小レンズを備えた第１集光素子とを備え、前記光変調装置は、画像形成領域の外形寸法が異なった複数種類のなかから選択的に用いられ、前記光束分割光学素子及び前記第１集光素子は、前記各光変調装置の画像形成領域の外形寸法に応じた焦点距離を有する複数種類のなかから、選択された前記光変調装置に応じた焦点距離を有するものが用いられることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、光変調装置の画像形成領域の外形寸法に応じて、焦点距離の異なる光束分割光学素子及び第１集光素子を複数種類用意している。外形寸法の異なる画像形成領域の光変調装置を使用する際には、光束分割光学素子及び第１集光素子をこの光変調装置に応じた焦点距離を有するものに交換するだけでよく、従来のように各光学部品を交換しなければならない場合に比べ、手間がかからない。
また、このように、外形寸法の異なる画像形成領域の光変調装置を使用する場合には、光束分割光学素子及び第１集光素子を交換するだけでよく、他の光学部品、例えば、第１集光素子の後段に配置される偏光変換素子、第２集光素子等を共通化できるので、部材点数の増加を防止できる。
【０００８】
本発明では、前記第１集光素子と組み合わされることにより前記光源装置から出射された光束を前記画像形成領域上で結像させる第２集光素子を備え、前記光源装置は、前記リフレクタとしての楕円リフレクタと、この楕円リフレクタにより反射された光束を平行化する平行化レンズとを有し、前記平行化レンズ、前記光束分割光学素子、第１集光素子及び第２集光素子の光束透過領域は、前記複数種類の光変調装置の画像形成領域のうち、最も大きな外形寸法の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下の矩形状に設定されていることが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、光源装置は、楕円リフレクタを有しているため、発光管から放射された光束を絞り込むことができる。これにより、平行化レンズ、光束分割光学素子、第１集光素子及び第２集光素子の光束透過領域を、複数種類設定されている光変調装置の画像形成領域のうち、最も大きな画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下の矩形状に設定することができる。このように平行化レンズ、光束分割光学素子、第１集光素子及び第２集光素子の光束透過領域と、光変調装置の画像形成領域との大きさ寸法の差を小さくすることで、画像形成領域への光束の入射角を小さくすることができ、これにより、投写映像のコントラストを向上させることができる。
【００１０】
さらに、本発明では、各画像形成領域に応じた焦点距離を有する光束分割光学素子及び第１集光素子とは、一体化されていることが好ましい。
光束分割光学素子及び第１集光素子とを一体化させることで、光変調装置の画像形成領域の外形寸法に応じて光束分割光学素子及び第１集光素子を交換する際にかかる手間を省くことができる。
また、予め光束分割光学素子と、第１集光素子とを一体化させておけば、両者間の距離の調整を行う必要がなくなり、光束分割光学素子と、第１集光素子の設置を容易化することもできる。
【００１１】
本発明では、前記光源装置は、前記リフレクタとしての楕円リフレクタと、この楕円リフレクタにより反射された光束を平行化する平行化レンズとを備え、前記楕円リフレクタはその第一焦点距離及び第二焦点距離が異なる複数種類のなかから選択的に用いられ、前記複数種類の楕円リフレクタの第一焦点距離をｆ１、第二焦点距離をｆ２とした場合に、ｆ２／ｆ１は一定であることが好ましい。
画像形成領域の外形寸法が大きな光変調装置を使用する場合には、画像形成領域に重畳される光束の密度を増やすために、高輝度の発光管（例えば、全長が長く、また、電極を収納する膨出部の径が大きな発光管）に変更することがある。また、小さな外形寸法の画像形成領域の外形寸法が小さな光変調装置を使用する場合には、画像形成領域に重畳される光束の密度が高くなりすぎないように、輝度の低い発光管に変更することがある。
通常、発光管の変更に伴い光源装置のリフレクタも交換するが、リフレクタとして放物面鏡を採用した場合には、発光管及び放物面鏡に変更に伴い放物面鏡から反射される光束の径が変化してしまう。そのため、これに応じた光束透過領域を有する光束分割光学素子や、集光素子等に変更しなければならない。これに対し、本発明では、発光管及び楕円リフレクタを変更しても、ｆ２／ｆ１が一定であるため、光束分割光学素子等の光束透過領域の外形寸法は変化せず、これらを変更する必要がない。そのため、異なる外形寸法の光束透過領域を有する光束分割光学素子等を用意する必要がなく、部材点数の削減を図ることができる。
【００１２】
本発明の光学系は、上述した何れかの照明光学装置と、この照明光学装置により照明される光変調装置と、この光変調装置から射出された光束の光学特性を変換する光学変換素子と、この光学変換素子の光束射出側に設けられ、光学変換素子からの各色光を合成する色合成光学装置とを備え、前記光変調装置、光学変換素子、色合成光学装置はユニット化された光学装置として構成されていることを特徴とする。
光変調装置を、色合成光学装置等と一体化させた光学装置として構成することで、異なる大きさの画像形成領域を有する光変調装置に変更する場合には、光学装置ごと交換すればよい。
【００１３】
また、本発明では、前記光学装置で形成された光学像を拡大投写する投写レンズを備え、投写レンズの径は前記光学装置の光変調装置の画像形成領域の外形寸法に応じたものであり、投写レンズ及び前記光学装置は、これらを一体的に支持固定する構造体上に配置されていることが好ましい。
通常、投写レンズは、光変調装置の画像形成領域の外形寸法に応じた径を有するものが使用される。そのため、異なる外形寸法の画像形成領域を有する光変調装置に交換する際には、投写レンズも交換することとなる。従って、光学装置と投写レンズとを構造体上に配置し、これらを一体的に交換する構成とすることで、投写レンズ及び光学装置の交換が容易化される。
【００１４】
本発明のプロジェクタは上述した何れかの照明光学装置又は光学系を有することを特徴とする。
本発明のプロジェクタは上述した照明光学装置、光学系の何れかを備えているので、これらと同様の効果を奏することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施形態に係るプロジェクタ１の光学系の構造を表す模式図が示されている。このプロジェクタ１は、インテグレータ照明光学系（照明光学装置）１０、色分離光学系２０、リレー光学系３０、光学装置４０、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム６０１、および投写光学系である投写レンズ７０１を備えている。
前記照明光学装置１０は、図２にも示すように、光源装置１１および均一照明光学系１５を備え、光源装置１１は、光源ランプ１２Ａ（発光管）と、光源ランプ１２Ａから射出された光束を反射する楕円リフレクタ１３Ａと、平行化凹レンズ（平行化レンズ）１４とを備えている。
【００１６】
光源ランプ１２Ａは、図示しないが、所定距離離間して配置される一対の電極（発光部本体）と、この電極が封入された管状部材１２０Ａとを備え、管状部材１２０Ａは、電極の離間部分において外側に膨出した膨出部１２２Ａを有している。この膨出部１２２Ａの照明光学装置１０の光束射出側（平行化凹レンズ１４側）には反射部材１２１が取り付けられている。この反射部材１２１により、光源ランプ１２Ａの膨出部１２２Ａの平行化凹レンズ１４側から射出される光束を楕円リフレクタ１３Ａ側に反射させることができ、これにより、楕円リフレクタ１３Ａから反射される光束の径を小さくすることができる。
この反射部材１２１は、例えば、五酸化タンタルの単層膜と、二酸化珪素の多層膜で構成されている。
このような光源ランプ１２Ａでは、一対の電極間に電圧を印加すると、アーク放電が起こり、光源ランプ１２Ａが点灯する。なお、光源ランプ１２Ａとしては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等を使用することができる。
【００１７】
楕円リフレクタ１３Ａは、光源ランプ１２Ａから射出された光束を反射するものである。この楕円リフレクタ１３Ａの第一焦点距離をｆ１、第二焦点距離をｆ２とした場合、本実施形態では、例えば、ｆ１＝１４ｍｍ、ｆ２＝７０ｍｍ、ｆ２／ｆ１＝５である。
なお、前述した光源ランプ１２Ａは、そのアーク中心が楕円リフレクタ１３Ａの第一焦点の位置と略一致するように配置されている。
【００１８】
平行化凹レンズ１４は、楕円リフレクタ１３Ａにより反射された光束を平行化するものである。この平行化凹レンズ１４の光束透過領域の入射側は双曲面形状を有する非球面であり、射出側は平面となっている。平行化凹レンズ１４は、楕円リフレクタ１３Ａにより反射された光束の径が後述する液晶パネル４１１の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下となる位置であり、かつ、その焦点が、楕円リフレクタ１３Ａの第二焦点と略一致する位置に配置されている。
なお、本実施形態では、平行化凹レンズ１４は非球面を有するものとしたが、これに限らず、球面のみを有するものとしてもよい。この場合には、球面収差が生じ、平行度が悪くなる可能性があるが、球面を形成すればよいので、非球面を形成する場合に比べ、製造が容易となるという利点がある。
また、平行化レンズは平行化凹レンズに限らず、平行化凸レンズであってもよい。例えば、光束入射面を非球面の凸面とし、光束射出面を平面とする平行化レンズが挙げられる。この場合には、楕円リフレクタ１３Ａにより反射された光束の径が液晶パネル４１１の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下となる位置であり、かつ、楕円リフレクタ１３Ａの第二焦点で集光した光が発散する位置に平行化凸レンズを配置すればよい。
【００１９】
均一照明光学系１５は、光源装置１１から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束の偏光方向を、Ｐ偏光光束あるいはＳ偏光光束に揃えるものであり、光束分割光学素子である第１レンズアレイ１６１、集光素子である第２レンズアレイ１７１（第１集光素子）、偏光変換素子であるＰＢＳアレイ１８、および集光素子であるコンデンサレンズ１９（第２集光素子）を含んで構成されている。
第１レンズアレイ１６１は、光源ランプ１２Ａ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しての機能を有し、照明光軸ａと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成され、各レンズの縦横比は、後述する光学装置４０を構成する液晶パネル４１１Ｒ、４１１Ｇ、４１１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応している。
【００２０】
第２レンズアレイ１７１は、前述の第１レンズアレイ１６１により分割された部分光束を集光する第１集光素子であり、第１レンズアレイ１６１と同様に照明光軸ａに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えている。各レンズの配列は、第１レンズアレイ１６１を構成する小レンズと対応しているが、その大きさは、第１レンズアレイ１６１のように液晶パネル４１１Ｒ、４１１Ｇ、４１１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応する必要はない。
この第２レンズアレイ１７１は、第１レンズアレイ１６１とともに、板状体Ｐ上に固定されており、ユニット化されてレンズアレイユニット１５１となっている。両レンズアレイ１６１，１７１間の間隔は、各レンズアレイ１６１，１７１の焦点距離と略等しい。この両レンズアレイ１６１，１７１の焦点距離は、後述する液晶パネル４１１の画像形成領域の外形寸法に応じたものとなっている。
【００２１】
偏光変換素子としてのＰＢＳアレイ１８は、第１レンズアレイ１６１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向に揃える光学素子である。このＰＢＳアレイ１８は、図示しないが、偏光方向の異なる２種類のＰ偏光光束およびＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過させ、他方の偏光光束を反射して両偏光光束に分離する偏光分離膜と、この偏光分離膜で反射した他方の偏光光束の進行方向を折り曲げて、透過した一方の偏光光束の出射方向に揃える反射ミラーと、透過した一方の偏光光束の偏光変換を行う位相差板とを含んで構成される。
このようなＰＢＳアレイ１８を採用することで、光源ランプ１２Ａから射出される光束を一方向の偏光光束のみに揃えることができるため、光源光の利用効率を向上させることができる。
【００２２】
第２集光素子であるコンデンサレンズ１９は、第１レンズアレイ１６１、第２レンズアレイ１７１、およびＰＢＳアレイ１８を経た複数の部分光束を集光して、液晶パネル４１１Ｒ、４１１Ｇ、４１１Ｂの画像形成領域上に結像させる機能を有するレンズである。このコンデンサレンズ１９は光束透過領域の入射側が平面であり、射出側が双曲面形状を有する非球面となっているが、これに限らず、球面としてもよい。
【００２３】
以上のような、平行化凹レンズ１４、第１レンズアレイ１６１、第２レンズアレイ１７１、およびＰＢＳアレイ１８、コンデンサレンズ１９の光束透過領域は、略正方形状であり、各光束透過領域の一辺の長さ寸法は、後述する液晶パネル４１１の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下となっている。
【００２４】
色分離光学系２０は、２枚のダイクロイックミラー２１，２２と、反射ミラー２３とを備え、ダイクロイックミラー２１、２２により照明光学装置１０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３０は、入射側レンズ３１と、リレーレンズ３３と、反射ミラー３２、３４とを備え、色分離光学系２０で分離された色光である赤色光を液晶パネル４１１Ｒまで導く機能を有している。
【００２５】
この際、色分離光学系２０のダイクロイックミラー２１では、照明光学装置１０から射出された光束のうち、赤色光と緑色光を透過し、青色光を反射する。ダイクロイックミラー２１によって反射した青色光は、反射ミラー２３で反射し、フィールドレンズ４４を通って、青色用の液晶パネル４１１Ｂに到達する。このフィールドレンズ４４は、第２レンズアレイ１７１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４１１Ｇ、４１１Ｒの光束入射側に設けられたフィールドレンズ４４も同様である。
【００２６】
また、ダイクロイックミラー２１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２２によって反射し、フィールドレンズ４４を通って、緑色用の液晶パネル４１１Ｇに到達する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー２２を透過してリレー光学系３０を通り、さらにフィールドレンズ４４を通って、赤色光用の液晶パネル４１１Ｒに到達する。
なお、赤色光にリレー光学系３０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３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４４に伝えるためである。なお、リレー光学系３０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。
【００２７】
光学装置４０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２０で分離された各色光が入射される３つの入射側偏光板（図示略）と、入射側偏光板の入射側に配置されるフィールドレンズ４４と、各入射側偏光板の後段に配置される光変調装置としての液晶パネル４１１Ｒ，４１１Ｇ，４１１Ｂと、各液晶パネル４１１Ｒ，４１１Ｇ，４１１Ｂの後段に配置される射出側偏光板（図示略）と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム６０１とを備える。
【００２８】
液晶パネル４１１Ｒ，４１１Ｇ，４１１Ｂは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。この液晶パネル４１１Ｒ，４１１Ｇ，４１１Ｂの画像形成領域の外形形状は矩形形状、例えば長方形形状であり、その対角の寸法は、例えば、０．７インチとなっている。
入射側偏光板は、色分離光学系２０で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収する光学変換素子である。また、射出側偏光板も、液晶パネル４１１（４１１Ｒ，４１１Ｇ，４１１Ｂ）から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収する光学変換素子である。
フィールドレンズ４４は、照明光学装置１０のコンデンサレンズ１９で絞り込まれた射出光束を照明光軸に対して平行にするための光学素子である。
【００２９】
クロスダイクロイックプリズム６０１は、射出側偏光板から射出され、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。このクロスダイクロイックプリズム６０１の側面（光束入射側端面及び光束射出側端面）の外形寸法は、液晶パネル４１１の画像形成領域の外形寸法に応じたものとなっている。
クロスダイクロイックプリズム６０１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。
【００３０】
以上のような光学装置４０において、図３にも示すように、液晶パネル４１１、射出側偏光板、クロスダイクロイックプリズム６０１は光学装置本体５０１として一体化されている。
光学装置本体５０１は、液晶パネル４１１、射出側偏光板、クロスダイクロイックプリズム６０１の他に、図示しないが、クロスダイクロイックプリズム６０１の下方に配置される台座と、液晶パネル４１１を収容する保持枠と、クロスダイクロイックプリズム６０１の光束入射端面に取り付けられ、射出側偏光板及び液晶パネル４１１が収容された前記保持枠を保持する保持板とを備えている。
【００３１】
さらに、このような光学装置本体５０１は、投写レンズ７０１とともに、これらを一体的に支持固定するヘッド体８０上に配置されている。ヘッド体８０は、水平面部８１及び垂直面部８２とを備えた側面略Ｌ字形の構造体である。水平面部８１には、図示しないが光学装置本体５０１が設置される光学装置本体設置部と、光学装置本体設置部の周囲を囲うように形成された入射側偏光板保持部８１１とを備えている。
垂直面部８２には、投写レンズ７０１への光束を透過させるための孔８２１、投写レンズ７０１を固定するための固定孔８２２、投写レンズ７０１の位置決めを行うための位置決め突起８２３とが形成されている。
投写レンズ７０１には、上記固定孔８２２や位置決め突起８２３に応じた孔７１，７２が形成されており、孔７２と位置決め突起８２３とを係合することにより投写レンズ７０１の取付位置が決定され、また、孔７１と固定孔８２２とにねじを挿入することで投写レンズ７０１がヘッド体８０に取り付けられる。
【００３２】
以上のような光学系の照明光学装置１０の光源ランプ１２Ａから放射される光束の軌跡について説明する。
照明光学装置１０において、光源ランプ１２Ａを点灯させると、光束が放射され、この光束は楕円リフレクタ１３Ａにより反射される。この楕円リフレクタ１３Ａにより反射された光束は平行化凹レンズ１４に入射され、平行化される。平行化凹レンズ１４は、前述したように、楕円リフレクタ１３Ａにより反射された光束の径が液晶パネル４１１の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下となる位置に配置されており、また、光束透過領域の一辺は、画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下であるため、平行化凹レンズ１４から射出される光束の径は、液晶パネル４１１の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下となる。
【００３３】
この光束は第１レンズアレイ１６１、第２レンズアレイ１７１、およびＰＢＳアレイ１８、コンデンサレンズ１９に入射される。これらのレンズ１６１，１７１，１８，１９の光束透過領域の一辺は、画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下であるため、コンデンサレンズ１９から射出された光束の径は、液晶パネル４１１の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下となり、フィールドレンズ４４を介して液晶パネル４１１の画像形成領域に略垂直に入射される。
【００３４】
次に、図４を参照し、このような光学系において、液晶パネル４１１と画像形成領域の外形寸法が異なる液晶パネル４１２を使用する場合について説明する。この液晶パネル４１２の画像形成領域は、液晶パネル４１１と同様に、矩形形状、例えば長方形形状であり、その対角の寸法は０．５５インチである。すなわち、液晶パネル４１２の画像形成領域の外形寸法は、液晶パネル４１１よりも小さな寸法となっている。
まず、このような液晶パネル４１２を、前述した液晶パネル４１１と同様に、光学装置本体５０２としてクロスダイクロイックプリズム６０２等と一体化しておく。ここで使用されるクロスダイクロイックプリズム６０２の側面の外形寸法は、液晶パネル４１２に応じた大きさ形状となっており、クロスダイクロイックプリズム６０１よりも小さな外形寸法となっている。
さらに、この光学装置本体５０２を前述したヘッド体８０と略同様の他のヘッド体８０により投写レンズ７０２とユニット化しておく。この際使用される投写レンズ７０２の径寸法は、液晶パネル４１２に応じたものとなっており、投写レンズ７０１よりも小さな径寸法である。
【００３５】
また、予め、液晶パネル４１２の画像形成領域の外形寸法に応じた焦点距離を有する第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２を板状体Ｐ上に固定してユニット化しておく。これをレンズアレイユニット１５２とする。このレンズアレイユニット１５２の第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２の焦点距離（第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２間の距離）は、第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１の焦点距離よりも長いものとなっている。この焦点距離の違いは、第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２の複数の小レンズの湾曲率が、前記第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１の複数の小レンズの湾曲率と異なることによるものである。なお、光束透過領域の外形寸法は、第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１と同じ外形寸法である。
【００３６】
そして、まず、ヘッド体８０に支持固定された投写レンズ７０１及び光学装置本体５０１を他のヘッド体８０に支持された投写レンズ７０２及び光学装置本体５０２に交換する。
次に、第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１のレンズアレイユニット１５１を第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２のレンズアレイユニット１５２に交換する。
なお、この際、第２レンズアレイ１７２の配置位置は、第２レンズアレイ１７１の配置位置と略同じであり、第１レンズアレイ１６２の配置位置は、光源装置１１側にずれることとなる。
以上により、液晶パネル４１２に対応した光学系が完成する。
【００３７】
さらに、楕円リフレクタ１３Ａ及び光源ランプ１２Ａは、液晶パネル４１１と液晶パネル４１２とを使用する際に共通のものとしてもよいが、画像形成領域の外形寸法の小さな液晶パネル４１２を使用する際には、画像形成領域に重畳される光束の密度が高くなるため、光源ランプ１２Ａよりも輝度の低い光源ランプ１２Ｂを使用するものとすることが好ましい。この光源ランプ１２Ｂの管状部材１２０Ｂの全長は、光源ランプ１２Ａの管状部材１２０Ａよりも短く、また、膨出部１２２Ｂの径も膨出部１２２Ａよりも小さい。
さらに、光源ランプの変更に伴って、リフレクタも楕円リフレクタ１３Ａから楕円リフレクタ１３Ｂに変更することが好ましい。この楕円リフレクタ１３Ｂは、楕円リフレクタ１３Ａよりも有効反射面径が小さく、その第一焦点距離をｆ１第二焦点距離をｆ２とした場合、例えば、ｆ１＝１２ｍｍ、ｆ２＝６０ｍｍであり、ｆ２／ｆ１は５である。
【００３８】
従って、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、画像形成領域の外形寸法の異なる液晶パネル４１１，４１２ごとに、焦点距離の異なる第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１、第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２をそれぞれ用意している。そして、各液晶パネル４１１，４１２に応じた第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１、第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２を使用するだけで、各液晶パネル４１１，４１２に対応した照明光学装置とすることができるため、従来のように各光学部品を交換しなければならない場合に比べ、手間がかからない。
【００３９】
（２）また、このように、液晶パネル４１１を液晶パネル４１２に変更する場合には、第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１を第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２に交換するだけでよく、他の光学部品（ＰＢＳアレイ１８、コンデンサレンズ１９等）を共通化できるので、部材点数の増加を防止できる。
【００４０】
（３）光源装置１１は、楕円リフレクタ１３Ａを有しているため、光源ランプ１２Ａ，１２Ｂから放射された光束を絞り込むことができる。これにより、平行化凹レンズ１４、第１レンズアレイ１６１、第２レンズアレイ１７１、ＰＢＳアレイ１８、コンデンサレンズ１９の光束透過領域を、液晶パネル４１１の画像形成領域の短辺寸法以上、長辺寸法以下の矩形状に設定することができる。このように平行化凹レンズ１４、第１レンズアレイ１６１、第２レンズアレイ１７１、ＰＢＳアレイ１８、コンデンサレンズ１９の光束透過領域と、液晶パネル４１１の画像形成領域との大きさ寸法の差を小さくすることで、画像形成領域への光束の入射角を小さくすることができ、これにより、投写映像のコントラストを向上させることができる。
【００４１】
（４）また、本実施形態では、第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１をレンズアレイユニット１５１とし、第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２をレンズアレイユニット１５２としてユニット化させているため、レンズアレイユニット１５１，１５２ごと交換することができ、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイの交換を容易化することができる。
また、予め第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１、第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２をユニット化させておけば、両者間の距離の調整を行う必要がなくなり、これらのレンズアレイの設置にかかる手間を省くことができる。
【００４２】
（５）本実施形態では、画像形成領域の外形寸法が大きな液晶パネル４１１を使用する際には、輝度の高い大きな光源ランプ１２Ａを使用しており、画像形成領域の小さな液晶パネル４１２を使用する際には輝度の低い小さな光源ランプ１２Ｂを使用している。このように、画像形成領域の大きさ形状に応じて光源ランプを変更することで、画像形成領域に重畳される光束の密度が低くなりすぎて、投写映像が暗くなってしまうことや、画像形成領域に重畳される光束の密度が必要以上に高くなり、液晶パネル４１２が熱による影響を受けてしまうことを防止できる。
【００４３】
（６）液晶パネル４１１を使用する場合と、液晶パネル４１２を使用する場合とで光源ランプのみを交換し、どちらの場合も楕円リフレクタ１３Ｂを使用する構成としてもよいが、この場合には、楕円リフレクタ１３Ｂで反射された光束が光源ランプ１２Ａに当って遮られ、光軸ａ近傍が光源ランプ１２Ａ自体の影となって中心に暗い領域が生じる可能性がある。これに対し、本実施形態では、光源ランプ１２Ａの大きさ寸法に応じた大きな楕円リフレクタ１３Ａを使用しているため、このような問題は発生しない。
【００４４】
（７）本実施形態では、光源ランプの変更に伴い、リフレクタも変更しているが、リフレクタとして放物面鏡を使用した場合には、光源ランプ及び放物面鏡を変更すると、放物面鏡から反射される光束の径が変わってしまうため、これらの後段に配置されるＰＢＳアレイ、コンデンサレンズ等の光束透過領域の大きさ寸法を変更しなければらならない。これに対し、本実施形態では、リフレクタとして楕円リフレクタ１３Ａ，１３Ｂを使用しており、これらの楕円リフレクタ１３Ａ，１３Ｂのｆ２／ｆ１は一定であるため、光源装置１１の後段に配置されるＰＢＳアレイ１８、コンデンサレンズ１９等の光束透過領域の外形寸法等を変更する必要がない。そのため、異なる外形寸法の光束透過領域を有するＰＢＳアレイ１８、コンデンサレンズ１９等を用意する必要がなく、部材点数の削減を図ることができる。
【００４５】
（８）さらに、液晶パネル４１１，４１２は、クロスダイクロイックプリズム６０１，６０２等と光学装置本体５０１，５０２として一体化されているため、液晶パネルを変更する際には光学装置本体５０１，５０２ごと交換すればよく、交換に手間を要しない。
（９）また、液晶パネル４１２を使用する際に、液晶パネル４１１に応じた径を有する投写レンズ７０１を使用してもよいが、この場合には、投写レンズ７０１から映し出される投写映像が小さくなることがある。
本実施形態では、液晶パネル４１１，４１２の画像形成領域の外形寸法に応じた径の投写レンズ７０１，７０２をそれぞれ使用しているので、最適な大きさの投写映像を投写することが可能となる。
（１０）光学装置本体５０１は、投写レンズ７０１と一体化され、また光学装置本体５０２は投写レンズ７０２と一体化されているので、投写レンズ７０１，７０２と、光学装置本体５０１，５０２とを別々に交換する必要がなく一体的に交換できるので交換に手間を要しない。
【００４６】
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、前記実施形態では、液晶パネル４１１を使用する際には、有効反射面径の大きな楕円リフレクタ１３Ａ及び輝度の高い光源ランプ１２Ａを使用し、液晶パネル４１２を使用する際には、有効反射面径の小さな楕円リフレクタ１３Ｂ及び輝度の低い光源ランプ１２Ｂを使用したが、これに限らず、例えば、図５に示すように、液晶パネル４１１を使用する際にも、小さな有効反射面径の楕円リフレクタ１３Ｂ及び輝度の低い光源ランプ１２Ｂを使用して、楕円リフレクタ１３Ｂ及び光源ランプ１２Ｂの共通化を図ってもよい。このようにすることで、楕円リフレクタ及び光源ランプの種類の増加を防止できる。
【００４７】
さらに、前記実施形態では、液晶パネル４１１，４１２の画像形成領域の外形寸法に応じて径の異なる投写レンズ７０１，７０２を使用していたが、投写レンズを共通化してもよい。このようにすることで、投写レンズを一種類とすることができるので、プロジェクタの製造コストを低減できる。また、この場合には、光学装置本体５０１，５０２と投写レンズとをヘッド体８０により一体的に支持しない構成とすることが好ましい。このようにすることで、光学装置本体５０１，５０２のみの交換を容易に行うことができる。
【００４８】
また、前記実施形態では、液晶パネル４１１は、クロスダイクロイックプリズム６０１等と一体化された光学装置本体５０１、液晶パネル４１２はクロスダイクロイックプリズム６０２等と一体化された光学装置本体５０２として構成されていたが、クロスダイクロイックプリズム６０１，６０２等と液晶パネル４１１，４１２とを別体としてもよい。
さらに、前記実施形態では、第１レンズアレイ１６１及び第２レンズアレイ１７１、第１レンズアレイ１６２及び第２レンズアレイ１７２をユニット化した構成としたが、ユニット化しない構成としてもよい。
【００４９】
また、前記実施形態は、光源装置１１のリフレクタとして楕円リフレクタ１３Ａ，１３Ｂを使用したが、これに限らず、放物面鏡を使用してもよい。この場合には、平行化レンズが不要となる。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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】照明光学装置と、光学装置との関係を示す模式図。
【図３】光学装置及び投写レンズを示す斜視図。
【図４】前記光学装置と異なる光学装置を使用した際の照明光学装置と、光学装置との関係を示す模式図。
【図５】本発明の変形例を示す模式図。
【符号の説明】
１…プロジェクタ、１０…照明光学装置、１２Ａ，１２Ｂ…光源ランプ、１３Ａ，１３Ｂ…楕円リフレクタ、１６１，１６２…第１レンズアレイ、１７１，１７２…第２レンズアレイ、６０１，６０２…クロスダイクロイックプリズム、７０１，７０２…投写レンズ、８０…ヘッド体、４１１，４１２…液晶パネル
【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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