(57)【要約】複数個の光源を用いた照明光学系において、光利用効率の高い照明装置を提供すること。複数のランプ１、１’と、プリズム４と、第１のレンズアレイ１０と、第２のレンズアレイ１２と、を備え、第１のレンズアレイ１０の所定のレンズ９を通過したランプ１，１’からの光により、第２のレンズアレイ１２の複数のレンズ１１のうちの所定のレンズ９に対応するレンズ１１上に、所定の間隔を有してランプ１，１’の像が形成され、実質上、形成されたランプ１、１’の像の間に、第１のレンズアレイ１０の所定のレンズ９とは別のレンズ９’により形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、第１のレンズアレイ１０が形成されており、第２のレンズアレイ１２は、第２のレンズアレイ１２上に形成される像が、受光面１４上に所定の関係で照明されるように、形成されている、照明装置。
2004034141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
前記複数の光源から照射された光を、各光源に対応して所定の方向に反射させる反射面を有する反射手段と、
前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光により、前記第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記第１のレンズアレイの所定のレンズに対応するレンズ上に、所定の間隔を有して前記複数の光源の像が形成され、実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイが形成されており、
前記第２のレンズアレイは、前記第２のレンズアレイ上に光源像を形成している光束が、受光面上に所定の関係で照明されるように、形成されている、照明装置。
【請求項２】
前記第１のレンズアレイの別のレンズは、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成された複数の像の間に、前記別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように偏心されて形成されている、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、前記受光面のうち照明されるべき領域に導かれるように、形成されている、請求の範囲２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成されるレンズの曲率中心が実質上変更されずに、前記第２のレンズアレイが形成されている、請求の範囲３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成される複数のレンズが、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズを介して形成された像が形成される少なくとも１つのレンズを挟んで配置されている、請求の範囲４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成されており、
前記第２のレンズアレイは、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第１のレンズと第３のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズアレイの別のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第２のレンズと第４のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズの曲率中心および前記第３のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して第１の曲率中心を形成し、前記第２のレンズの曲率中心および前記第４のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して、前記第１の曲率中心とは異なる第２の曲率中心を形成し、
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記第４のレンズが番号順に配置されている、請求の範囲５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第２のレンズアレイにおいて、光軸に近いレンズの開口は、光軸から遠いレンズの開口よりも大きく形成され、光軸から遠いレンズの開口は光軸から近いレンズの開口よりも小さく形成される、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成される複数の像の間の間隔のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、
前記第１のレンズアレイの別のレンズにより、前記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、前記第２のレンズアレイ上に形成される像のうち最大の像が配置されるよう、前記第１のレンズアレイが形成される、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項９】
前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成され、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより形成される第１の光源による像の幅を、前記第２の所定の間隔で除算し、前記除算した値が、前記第１のレンズアレイの別のレンズにより形成される第２の光源による像の幅を前記第１の所定の間隔で除算した値以上になるように、前記第１のレンズアレイが形成される、請求の範囲８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第２のレンズアレイと前記受光面との間に、前記第２のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置され、映像情報を提供するための表示デバイスをさらに備える、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項１１】
複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、大画面映像等をスクリーン上に投影する、例えば、投射型表示装置における表示デバイスを照明する、照明装置、および照明方法に関する。
【背景技術】  近年、大画面表示が可能な投写型の映像機器として、各種の光変調素子を用いた投写型表示装置（プロジェクター）が注目されている。これらの投写型表示装置は、光発生手段である光源から放射された光を用いて、透過型または反射型の液晶や、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等の、光変調を行うことができる光変調素子を照明し、光変調素子の外部から供給される映像信号に応じた光学像を光変調素子上に形成し、光変調素子により変調された照明光である光学像を投写レンズによってスクリーン上に拡大投影するものである。
このように投影された大画面の重要な光学的特性として、明るさとその均一性があげられる。光源であるランプから発生された光を効率よく受光面である光変調素子へ集光すること、および明るさむらの少ない光束で照明することが重要であり、光変調素子を照明する照明装置の高効率化、明るさの均一化が強く求められている。
このような要請に応えるため、例えば異形開口レンズで構成されるレンズアレイを有する照明装置が提案されている。図９にその構成を示す。放物面鏡１０２内に設けられたランプ１０１が発する光は、ほぼ同形状の開口のレンズを２次元的に配置した第１のレンズアレイ１１０で光束を分割される。その後、各々分割された光束と同数、つまり第１のレンズアレイ１１０のレンズと同数のレンズ数を有する第２のレンズアレイ１１２を介して受光面１０６に達する。すなわち、第２のレンズアレイ１１２は、第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズから到達した光束が第２のレンズアレイ１１２上の対応するレンズを通過して受光面１０６（有効な領域）に到達するように配置されている。分割された光束は、それぞれ受光面１０６に到達して重畳される。
例えば、図９においては、第１のレンズアレイ１１０のうち、上から２番目のレンズを通過する光が、対応関係にある第２のレンズアレイ１１２の上から２番目のレンズを通過して受光面１０６に照射される様子を示している。このように、第１のレンズアレイ１１０で分割された各々の光束は、対応関係にある第２のレンズアレイ１１２の各々のレンズを通過して受光面１０６上において重畳されるので、ランプ１０１から発せられる光の輝度の分布が不均一であっても、受光面１０６上では均一な明るさを得ることができる。
また、このとき第１のレンズアレイ１１０に入射する光軸とほぼ平行な光は、第１のレンズアレイ１１０内の各々のレンズによって集光され、第２のレンズアレイの対応する各々のレンズ上に光源像を形成する。このとき、光源と放物面鏡の光学特性により、第２のレンズアレイ１１２には、光軸７に近い光が相対的に大きな像として結像され、光軸７から遠い光が相対的に小さい像として結像される。従って、図９に示すように第２のレンズアレイ１１２上において、光軸に近い中心部には、開口の大きいレンズが配置され、光軸から遠い周辺部には、開口の小さいレンズが配置される。これにより、第２のレンズアレイ１１２として、上述のような異形開口のレンズで構成されるレンズアレイを採用することにより、照明装置の高効率化をはかることができる。
上述の手法において、より効率を高めるために、第１のレンズアレイ１１０内のレンズの各々の曲率中心位置を調整する（偏心する）ことにより第２のレンズアレイ１１２上に形成される光源像の配置を変更する。例えば、光軸付近の光源像の重なりが無くなるように、光軸付近の光源像の間隔を広げたり、周辺部の光源像間の間隔を狭めて大きく無駄な隙間を無くすように第１のレンズアレイ１１０内のレンズの各々の曲率中心位置を調整する。また、第２のレンズアレイ１１２上において、周辺部の光束を通過させる開口の大きさを保ちながら、光軸付近の光束を通過させる開口を大きくする等により、開口からはみ出す光を少なくすることができる。このように、第２のレンズアレイ１１２内の各レンズが各光源像を包括するように第２のレンズアレイの形状を最適化することで、より高い光利用効率を得ることができた（例えば、特開平０５−３４６５５７号公報を参照。）。このようにして得られた第２のレンズアレイ１１２上に形成される像の一例を図１０に示す。
また、図１１に示すように、複数の光源を用いてより高い効率が得られる照明系もあった（例えば、特開２０００−１７１９０１号公報を参照。）。この場合、第２のレンズアレイ１１２は、特開平０５−３４６５５７号公報に記載のように最適形状にされることなく、第１のレンズアレイ１１０とほぼ同等の形状を持つ（同形開口の）第２のレンズアレイを用いた構成であった。
特開２０００−１７１９０１号公報に記載の構成、および特開平０５−３４６５５７号公報に記載の構成に特開２０００−１７１９０１号公報に記載の複数光源の合成手法を用いた構成においても、光源が単数の場合と同様にレンズアレイ１１２の中央部分に形成される光源像は、周辺部分に形成される光源像に対して大きな光源像となる。この現象を、以下、図１１を参照しながら説明する。
楕円面鏡２はレンズと同様、結像作用を有しているため、第１焦点１５の発光部１６から放射された光束は、第２焦点１７近傍に集光し、プリズム４上の第２焦点１７側に発光部１６の像を形成する。しかしながら、楕円面鏡２の作用はレンズの作用と次の点で異なる。すなわち、楕円面鏡２を使用する代わりにレンズを使用したとすると、発光部１６の位置から結像作用を有するレンズ面迄の距離と、レンズ面から像が結像する位置までの距離との比が、レンズの場合は、レンズのどの位置を通ってもほぼ一定である。これに対し、楕円面鏡２を使用した場合、ランプ１の発光部１６が配置される第１焦点１５から、結像作用を有する楕円面鏡２の反射面までの距離が近い場合、その反射面の位置から光源像が形成される第２焦点１７までの距離が遠くなる。このような場合には、プリズム４上の第２焦点１７側には比較的大きな光源像が形成される。逆に、第１焦点１５から楕円面鏡２の反射面までの距離が遠くなる程、楕円面鏡２の反射面から第２焦点１７までの距離が近づく。このような場合には、第２焦点１７側には比較的小さな光源像が形成される。
従って、図１１に示す光学系において、ランプ１の発光部１６から放射された光束が、楕円面鏡２の光軸付近で反射されると、楕円面鏡２の反射面からプリズム４上の第２焦点１７側までの距離が相対的に遠くなる。図１１のシングルアローで示すように、このような経路でプリズム４の合成ミラー６に入射した光束は、その出射角度が大きく、レンズ８の光軸付近に入射する。その結果、この光束は、第１のレンズアレイ１１０の光軸７付近のレンズ１０９を通過し、第２のレンズアレイ１１２の中央部分のレンズ１１１に相対的に大きな光源像を結像する。
他方、ランプ１の発光部１６から放射された光束が、楕円面鏡２の光軸から遠い場所で反射されると、楕円面鏡２の反射面からプリズム４上の第２焦点１７側までの距離が相対的に近くなる。図１１のダブルアローで示すように、このような経路でプリズム４の合成ミラー６に入射した光束は、その出射角度が小さく、レンズ８の光軸から遠い位置に入射する。その結果、この光束は、第１のレンズアレイ１１０の光軸から遠いレンズ１０９を通過し、第２のレンズアレイ１１２の周辺部分のレンズ１１１に相対的に小さな光源像を結像する。なお、上記はランプ１’、楕円面鏡２’に関しても同様である。
このようにして第２のレンズアレイ１１２上には、中央部分は相対的に大きな２つの光源像が形成され、周辺部分には相対的に小さな２つの光源像が形成される。また、中央部分と周辺部分で光源像の大きさが異なることから、第２のレンズアレイ１１２上の２つの光源像の間隔も、中央部分ではほぼ無い状態か、狭くなっているが、周辺部分では相対的にかなり大きな間隔が形成されている。このようにして形成された第２のレンズアレイ上の光源像の一例を図１２に示す。図１２は、レンズ９が３６個で、光源の数が２個であり、７２個の光源像がレンズアレイ１２上に形成される例を示す。
第１のレンズアレイ１１０、および第２のレンズアレイ１１２を用いた照明光学系では、各レンズ１０９で集光された光源像が、対応する第２のレンズアレイ１１２の各レンズ１１１の開口を通過した場合のみ、照明すべき領域に有効な光束として照明される。従って、照明すべき領域に照明される光束を増加させるためには、単数の光源の場合と同様、第２のレンズアレイ１１２の中心部分の各レンズ１１１の開口を大きくすることが考えられる。
また、別の光学系では、１つの光源を用いた場合であっても自然光が有する２つの偏光成分を分離する光学系が第１のレンズアレイ１１０と第２のレンズアレイ１１２の間に配置されている場合や、２つの光源から出射され別々の第１のレンズアレイ１１０を通過した後第２のレンズアレイ１１２に到達するまでに２つの光軸をほぼ一致させる光学系において、第１のレンズアレイ１１０に含まれるレンズの数ＮＬＡ１に比べて、第２のレンズアレイ１１２に含まれるレンズの数ＮＬＡ２は、１つの光源から偏光成分や波長帯域で分割された光束の数、又は、光源の数Ｎ＝２を第１のレンズアレイのレンズの数ＮＬＡ１に乗じた
2004034141.tif 000003
と等しくすることで、複数の光束又は光源を用いた照明装置を構成している（例えば、特開平１１−６６９２６号公報、特許第３３０１９５１号公報を参照）。
しかし、光源を複数とし、第２のレンズアレイを同形開口、または異形開口とすると、第２のレンズアレイ１１２の周辺部のレンズ上に形成される１組の光源像間に隙間が存在するため、それ以上の高効率化ができないといった問題があった。この場合、この１組の光源像の隙間に、第１のレンズアレイ１１０の上記所定のレンズ１０９とは別のレンズで形成される光源像が配置されると、この１組の光源像間に挿入された上記別のレンズ１０９’で形成される光源像の光束は、第２のレンズアレイから照明されるべき領域内に集光されないため、結局、照明装置の光利用効率を低下させていた。
このことを以下に具体的に説明する。図１３は、第２のレンズアレイ１１２として異形開口レンズを使用した場合の、２つの光源の像の、第２のレンズアレイ１１２上の配置を示す。図１３から明らかなように、第２のレンズアレイの周辺部の光源像は、中央部の光源像に比べて、互いに間隔が空き小さな像となっている。
図１４（ａ）は、第２のレンズアレイ１１２として異形開口レンズを使用した場合の、光束が第１のレンズアレイ１１０、第２のレンズアレイ１１２を通過して受光面１１４に至る経路を示す。第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９を通過した光は、レンズ１０９に対応する第２のレンズアレイ１１２上のレンズ１１１を介して照明されるべき領域である受光面１１４の全体に達する（図１４（ａ）に示す有効領域）。そして、同様に、第１のレンズアレイ１１０の別の所定のレンズ１０９’を通過した光は、レンズ１０９’に対応するレンズ１１１’を介して照明されるべき領域である受光面１１４の全体に達する。
次に、図１３に示すレンズアレイ１１２の周辺部の１組の光源像の間の隙間を活用するために、別の１組の光源像を配置することを考える。図１４（ｂ）に示すように、第１のレンズアレイ１１０のレンズ１０９’を通過した光束を、レンズ１１１’に到達させる代わりに、レンズ１１１に到達させるように、レンズ１０９’の偏心を調整する。
すなわち、レンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９で集光される１組の光源像の間に、レンズアレイ１１０上の、上記所定のレンズ１０９とは別のレンズ１０９’で集光された１組の光源像のうち少なくとも１つの光源像を入り込ませるように、レンズ１０９’の偏心を調整する。従って、このとき、最低でも３つの光源像が１つの曲率中心を有する１つの開口であるレンズ１１１が包括することになる。
第２のレンズアレイ１１２内のレンズ１１１の曲率中心は、第１のレンズアレイ１１０のレンズ１０９を通過した光束をレンズ１１１を介して受光面１１４に照明するように合わせられている。従って、レンズ１０９’を通過してレンズ１０９との対応関係を有するレンズ１１１に至る光束は、照明されるべき領域である受光面１１４（有効領域）に全て到達することができなくなる。すなわち、上記の光束は図１４（ｂ）に示す無効領域に到達してしまう。このような理由から、第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９により形成される光源像の隙間に、上記所定のレンズとは別のレンズ１０９’で形成される光源像が配置されるように第１のレンズアレイ１１０を偏心させる従来の設計手法および構成では、照明装置の光利用効率をかえって低下させていた。
なお、図１４における第２のレンズアレイ１１２が有するレンズと図９に示す第２のレンズアレイ１１２が有するレンズとは、その数、および形状が図面上で異なっているが、説明の本質には関係ない。
特開平０５−３４６５５７号公報、および特許第３３０１９５１号公報に記載の構成では、上記例と同様の問題があった。尚、上記文献の全ての開示は、そっくりそのまま引用することにより、ここに一体化する。
【発明の開示】
本発明は、上記の課題を鑑み、複数の光源の利用効率を上昇させることができる、照明装置、照明方法を提供することを目的とする。
本発明によれば、複数の光源の利用効率を上昇させることができる、照明装置、照明方法を提供することができる。
上記課題を解決するために、第１の本発明は、複数の光源と、前記複数の光源から照射された光を、各光源に対応して所定の方向に反射させる反射面を有する反射手段と、
前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光により、前記第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記第１のレンズアレイの所定のレンズに対応するレンズ上に、所定の間隔を有して前記複数の光源の像が形成され、実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイが形成されており、
前記第２のレンズアレイは、前記第２のレンズアレイ上に光源像を形成している光束が、受光面上に所定の関係で照明されるように、形成されている、照明装置である。
第２の本発明は、前記第１のレンズアレイの別のレンズは、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成された複数の像の間に、前記別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように偏心されて形成されている、第１の本発明の照明装置である。
第３の本発明は、前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、前記受光面のうち照明されるべき領域に導かれるように、形成されている、第２の本発明の照明装置である。
第４の本発明は、前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成されるレンズの曲率中心が実質上変更されずに、前記第２のレンズアレイが形成されている、第３の本発明の照明装置である。
第５の本発明は、前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成される複数のレンズが、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズを介して形成された像が形成される少なくとも１つのレンズを挟んで配置されている、第４の本発明の照明装置である。
第６の本発明は、前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成されており、
前記第２のレンズアレイは、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第１のレンズと第３のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズアレイの別のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第２のレンズと第４のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズの曲率中心および前記第３のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して第１の曲率中心を形成し、前記第２のレンズの曲率中心および前記第４のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して、前記第１の曲率中心とは異なる第２の曲率中心を形成し、
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記第４のレンズが番号順に配置されている、第５の本発明の照明装置である。
第７の本発明は、前記第２のレンズアレイにおいて、光軸に近いレンズの開口は、光軸から遠いレンズの開口よりも大きく形成され、光軸から遠いレンズの開口は光軸から近いレンズの開口よりも小さく形成される、第１の本発明の照明装置である。
第８の本発明は、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成される複数の像の間の間隔のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、
前記第１のレンズアレイの別のレンズにより、前記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、前記第２のレンズアレイ上に形成される像のうち最大の像が配置されるよう、前記第１のレンズアレイが形成される、第１の本発明の照明装置である。
第９の本発明は、前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成され、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより形成される第１の光源による像の幅を、前記第２の所定の間隔で除算し、前記除算した値が、前記第１のレンズアレイの別のレンズにより形成される第２の光源による像の幅を前記第１の所定の間隔で除算した値以上になるように、前記第１のレンズアレイが形成される、第８の本発明の照明装置である。
第１０の本発明は、前記第２のレンズアレイと前記受光面との間に、前記第２のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置され、映像情報を提供するための表示デバイスをさらに備える、第１の本発明の照明装置である。
第１１の本発明は、複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法である。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態の照明装置の概略構成図である。
図２（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
図２（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
図３（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
図３（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
図３（ｃ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
図３（ｄ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
図４は、本発明の実施の形態の照明装置の光源像の配置の決定方法を示す模式図である。
図５（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
図５（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
図６（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
図６（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
図７は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
図８は、本発明の実施の形態の照明装置の１つの構成例を示す概略図である。
図９は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の構成を示す概略図である。
図１０は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された光源像の一例を示す模式図である。
図１１は、従来の複数の光源を有する照明装置の構成を示す概略図である。
図１２は、従来の複数の光源を有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された複数の光源像の一例を示す模式図である。
図１３は、従来の複数の光源を有し、異形開口レンズを有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された複数の光源像の一例を示す模式図である。
図１４（ａ）は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の動作原理を説明する概略図である。
図１４（ｂ）は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の動作原理を説明する概略図である。
【符号の説明】
１、１’  ランプ
２、２’  楕円面鏡
３、３’  ランプユニット
４  プリズム
５  照明ユニット
６、６’  合成ミラー
７  光軸
８、９、１１、１３  レンズ
１０、１２  レンズアレイ
１４  受光面
１５、１５’  第１の焦点
１６、１６’  発光部
１７、１７’  第２の焦点
１８  側面
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の実施の形態の照明装置の構成および動作について、以下図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施形態にかかる照明装置の概略構成を示す。
本実施の形態の照明装置は、ランプ１、および集光手段として楕円面鏡２を備える、本発明の複数の光源の一例である、２つのランプユニット３と、その側面１８を反射膜でコーティングして本発明の反射面の一例である合成ミラー６が形成された、三角柱状の、本発明の反射手段の一例であるプリズム４と、プリズム４から所定の間隔を空けて配置され、ランプユニット３から放射され合成ミラー６で反射された光束を照明ユニット５の光軸７に対しておよそ平行な光束にするレンズ８と、レンズ８の出射側から所定の間隔を空けて設置され、複数のレンズ９を２次元状に配置した形状の本発明の第１のレンズアレイの一例であるレンズアレイ１０と、レンズアレイ１０の出射側から所定の間隔を空けて配置され、複数のレンズを２次元状に配置した形状の本発明の第２のレンズアレイの一例であるレンズアレイ１２と、レンズアレイ１２の出射側から所定の間隔を空けて配置された、レンズアレイ１２から出射された光束を受光面に照明するためのレンズ１３と、レンズ１３から所定の間隔を空けて配置され、レンズ１３から出射した光束を照明するための受光面１４と、を有して構成される。
ランプ１としては、ガラス管に発光物資である水銀や不活性ガス等が封入されており、点灯時のガラス管球内の圧力が超高圧になる超高圧水銀灯や、その他にも発光効率が優れているメタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等のランプを用いる。
楕円面鏡２の一方の焦点である第１焦点１５にランプ１の発光部１６が配置され、ランプ１から放射された光を楕円面鏡２のもう一方の焦点である第２焦点１７側に集光する。この楕円面鏡２の第２焦点１７の近傍に、合成ミラー６のミラー面が配置され、楕円面鏡２から出射された光を照明ユニット５の方向に反射させることができる。同様に一方の楕円面鏡２に対向して配置される他方の楕円面鏡２’のランプ１’から放射された光も、他方の楕円面鏡２’で集光後、プリズム４の他方の合成ミラー６’のミラー面で所定の方向に反射される。これによって、２つのランプ１、１’から放射された光はおよそ同じ方向へ進行する光束として照明ユニット５に入射する。
合成ミラー６、６’近傍で楕円面鏡２、２’から出射された光は、第２焦点１７、１７’の近傍で小さな光源像に集光され、合成ミラー６、６’の反射面近傍を起点として照明ユニット５側に広がって進行する。このように広がりながら進行する光は、レンズ８に入射し、照明ユニット５の光軸７とおよそ平行な光束に変換されてレンズ８から出射する。
レンズ８から出射した光束は、レンズアレイ１０の複数のレンズ９に導入されて部分光束に分割される。分割された各部分光束は、レンズアレイ１０内の個々のレンズに対応するレンズを有するレンズアレイ１２上に、レンズアレイ１０内の各レンズ開口と相似形で結像し、レンズ１３を介して照明されるべき領域である受光面１４上で重畳される。これにより、レンズアレイ１０に入射する時点では光束に明るさむらが存在するが、様々な輝度分布を有する各部分光束が重畳されることによって、照明すべき領域内で均一性の高い照明が実現される。
レンズアレイ１０とレンズアレイ１２は、レンズアレイ１０で分割された部分光束が、レンズアレイ１２近傍で集光されるよう間隔を空けて配置されている。また、図１に示す光学系では、合成ミラー６、６’上に形成された光源像がそれぞれ１つずつあるため、各レンズ９で集光された各部分光束も２つの光源像を形成する。
従って、レンズアレイ１２上に、レンズアレイ１０に含まれるレンズ９の個数と合成ミラー６、および合成ミラー６’上に形成される光源像の個数を乗じた数の光源像が形成される。
本発明の実施の形態の照明装置において、レンズアレイ１２のレンズのうち周辺部のレンズが各光源像を効率よく包括するように分割される。また、図１に示すように、レンズアレイ１２の分割されたレンズに光源像が形成されるように、レンズアレイ１０の一部のレンズ９’が偏心されて配置される。すなわち、例えば図１に示す例では、レンズアレイ１０のレンズ９からの２つの光源像は、レンズアレイ１２の、本発明の第１のレンズの一例であるレンズ２１、および本発明の第３のレンズの一例であるレンズ２３にそれぞれ光源像２７，２９として形成され、レンズ９とは別のレンズ９’からの２つの光源像は、レンズアレイ１２の、本発明の第２のレンズの一例であるレンズ２２，および本発明の第４のレンズの一例であるレンズ２４にそれぞれ光源像２８，３０として形成されるように、レンズ９’が偏心されて配置されている。
従来技術によれば、レンズ９に対応する光源像は、レンズアレイ１２のレンズ１１（レンズ２１、２２、２３からなる領域を有するレンズを想定してこのように呼ぶ。）に形成され、レンズ９’に対応する光源像は、レンズアレイ１２のレンズ１１’（レンズ２２、２３、２４からなり、レンズ１１の領域とは重ならない領域を有するレンズを想定してこのように呼ぶ。）に形成されていた。レンズアレイ１２の分割とは、上記のように、レンズ１１をレンズ２１、２２、２３に分割し、レンズ１１’をレンズ２２、２３、２４に分割することを言う。
このようにレンズアレイ１２のレンズが分割され、光源像の一方が別の光源像の間に挟まれるようにレンズを配置することにより、レンズアレイ１２上の周辺部の領域を、従来技術の第２のレンズアレイ１１２に比べて（例えば４／６に）減少させることができる。
このようなレンズアレイ１２におけるレンズ分割の概念を図２（ａ）、（ｂ）にさらに具体的に示す。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズアレイ１２の周辺部のレンズの開口は、レンズアレイ１０の所定のレンズ９からの光源像に対応する開口である、レンズ２１、およびレンズ２３、ならびにレンズアレイ１０の上記所定のレンズ９以外の別のレンズ９’からの光源像に対応する開口である、レンズ２２、およびレンズ２４に分割される。そして、レンズ２１、レンズ２２、レンズ２３、レンズ２４はこの順番に並べられている。また、レンズ２１およびレンズ２３の本発明の第１の曲率中心の一例である曲率中心２５と、レンズ２２およびレンズ２４の本発明の第２の曲率中心の一例である曲率中心２６とは、近接させるがずらして配置される。すなわち、レンズ２１の曲率中心とレンズ２３の曲率中心はほぼ一致して曲率中心２５が形成され、レンズ２２の曲率中心とレンズ２４の曲率中心はほぼ一致して曲率中心２６が形成され、曲率中心２５および曲率中心２６はずらされて配置される。
レンズ２１、２３の曲率中心２５は、レンズ１１の曲率中心と一致している。また、レンズ２２、２４の曲率中心２６は、レンズ１１’の曲率中心と一致している。すなわち、レンズ１１、１１’の曲率中心は、レンズ１１、１１’を分割する、しないに関わらず実質上変更せずに（すなわちレンズ１１、１１’の分割の前後で実質上保存されて）形成される。つまり、レンズ１１、１１’を分割した場合の曲率中心２５、２６は、レンズ１１、１１’を分割しないとした場合の曲率中心と一致して形成される。
図２（ａ）は、このようなレンズアレイ１２上に形成されたレンズ２１〜２４の平面図を示し、図２（ｂ）は、その断面図を示す。このような構成によって、レンズ９で集光される１つ１つの光源像は、自率中心２５を有するレンズ２１、２３を通過し、レンズ９’で集光される１つ１つの光源像は、曲率中心２６を有するレンズ２２、２４を通過し、照明すべき領域である受光面１４へ有効な光束として効率的に照明される。
このように、レンズアレイ１０のレンズ９により形成される１組の光源像間に大きな隙間が形成されやすいレンズアレイ１２の周辺部のレンズを分割し、各分割されたレンズの組がそれぞれ所定の曲率中心を有することで、レンズアレイ１２上に形成される光源像の隙間を減少させ、従来よりも小さな開口でより効率よく光源像を包括することができる。
例えば、従来の照明装置では、レンズアレイ１２上においてレンズ２１、２２、２３で形成される領域に光源像２７、２９が結像され、レンズ２１、２２、２３の領域が形成される領域とは別の領域であって、レンズ２２、２３、２４で形成される領域に光源像２８、３０が結像されていた。従って、レンズ２１〜２４の面積が同一とすると、上記の所定のレンズ９からの光源像と、上記の別のレンズ９’からの光源像とをレンズアレイ１２上に結像するためには、レンズ２１の６枚分の面積が必要であった。
しかし、本発明の照明装置によれば、レンズ２１の４枚分の面積で上記の所定のレンズ９からの光源像と、上記の別のレンズ９’からの光源像とをレンズアレイ１２上に結像することができる。従って、レンズアレイ１２の周辺部において節約できた領域をレンズアレイ１２の中央部におけるレンズの開口の増加に寄与させることができる。あるいは、上記のようにレンズアレイ１２の周辺部の領域を減少させることにより、従来の異形開口レンズよりもレンズアレイ１２全体の面積を小さくすることができ、照明装置自体の小型化を図ることもできる。
なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す例は、一例であり、特に曲率中心２５、２６に関しては図示以外の配置も当然考えられる。
本発明の照明装置においては、レンズアレイ１２上の光源像が配置されていない部分（隙間）をできるだけ排除し、レンズアレイ１２上における光源像の充填率を高めることで、より小さな光学系で、より高い効率の照明系を実現することができる。
このように、レンズアレイ１２の周辺部分に配置されているレンズが分割され、レンズアレイ１２のレンズ数が増加した方が照明装置の効率を向上させることができる。
しかしながら、無制限にレンズアレイ１２のレンズ数を増加させると、レンズアレイ１２の中央部分に結像される１組の光源像の間に、別のレンズ９’により形成される光源像を移動させてきても、光軸付近の光源像が大きいため、１組の光源像間の隙間が無く、新たな光源像を配置する場所がほとんど無くなる。すなわち、レンズアレイ１２の中央部分のレンズ上で、別のレンズ９’により形成される光源像の大部分がもとの光源像と重なってしまう。この場合、レンズの曲率中心位置をレンズ９、９’のうちどちらか一方に対応させなければならないため、光源像の重複部分のうちのいずれかの光源像は、照明すべき領域に到達せず、照明効率の点で損失となる。
従って、上記の効果をより確実に得るためには、レンズアレイ１２のレンズ数ＮＬＡ２が、レンズアレイ１０のレンズ数ＮＬＡ１に対して、次の関係
2004034141.tif 000004
を満たせばよい。
レンズアレイ１０およびレンズアレイ１２の形状は、上記の（数２）満たせばどのような形状であってもよい。このような例として、図３（ａ）においては、レンズ９の数が４８個の場合のレンズアレイ１０の形状の一例を示し、図３（ｂ）においては、図３（ａ）に示すレンズアレイ１０に対応する、６０個のレンズを有するレンズアレイ１２の形状の一例を示す。また、図３（ｃ）は、レンズアレイ１０のレンズ９の数が４２個の場合のレンズアレイ１０の形状の一例を示す。また、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示すレンズアレイ１０に対応する、４６個のレンズを有するレンズアレイ１２の形状の一例を示す。
このように、レンズアレイ１２のレンズの一部を分割することにより、レンズアレイ１２の周辺部に形成された１組の光源間の隙間が減少した分、レンズアレイ１２全体の大きさを小さくさせ照明装置全体を小さくしたり、レンズアレイ１２中央部のレンズの開口をさらに大きくすることができるので光利用効率を高めることが可能となる。
次に、レンズアレイ１０の所定のレンズ９で形成された１組の光源像の間に、レンズアレイ１０の上記所定のレンズ９とは別のレンズ９’で形成される１組の光源像のうち少なくとも１つの光源像を配置する際に、上記別のレンズ９’で形成された１組の光源像のうち、どちらの光源像を上記所定のレンズ９で形成された１組の光源像間の隙間に移動すれば良いかを以下に説明する。
図４、図５は、レンズアレイ１２の周辺部に実際に形成される光源像を用いた例を示す。図４に示すように、所定の１つのレンズ９から形成される１組の光源像において、各光源像の面積中心を結ぶ直線上における大きい光源像の幅をＲ１、小さい方の光源像の幅をＬ１、その光源像間の隙間幅をＧ１とし、同様に上記別のレンズ９’から形成される１組の光源像（すなわち、レンズ９’を偏心しないとした場合に本来レンズ９’に対応するレンズアレイ１２上の仮想のレンズ１１’に形成されるであろう光源像）の幅をＲ２、Ｌ２とし、これらの光源像の隙間の幅をＧ２とする。このような２組の光源像を組み合わせる場合、各光源像間の隙間幅（Ｇ１またはＧ２）に対する大きい像の幅（Ｒ１またはＲ２）の比率ができるだけ小さくなるように配置する方が効率が良くなる。
つまり、次の関係
2004034141.tif 000005
を満たすように各光源像間の配置を決定すればよい。
例えば、図４、図５に示す例においては、Ｇ１の隙開に幅Ｌ２を有する光源像３８を挿入するよりも、またはＧ２の隙間に幅Ｌ１を有する光源像３７を挿入するよりも、Ｇ１よりも大きい隙間を有するＧ２の隙間に、幅Ｒ２を有する光源像４０よりも大きい幅Ｒ１を有する光源像３９を挿入した構成の方が効率が良い。
例えば図５（ａ）は、光源像３７、３９の間に光源像３８を配置した場合のレンズアレイ１２の構成の一部を平面的に示し、図５（ｂ）はその断面を示す。レンズ３１およびレンズ３３は別のレンズであるが、同一の曲率中心を有してレンズ３２を挟んで配置される。そして、レンズ３２およびレンズ３４は、別のレンズであるが、同一の曲率中心を有してレンズ３３を挟んで配置されている。この場合、レンズ３１〜３３により形成される曲率中心とレンズ３２〜３４により形成される曲率中心とが互いに近接しているがずらされて配置されている。
ただし、上記配置にしない場合であっても、従来手法よりも効率を高めたり、照明装置の大きさを小さくすることができる、という点で上記と同様の効果を得ることができる。
また、１組の光源像間の隙間が大きく、その光源間の隙間に対して、別のレンズ９’で形成されるかなり小さい光源像を挿入する場合、１組の光源像ではなく、複数の別のレンズ９’等により形成される２組以上の光源像を挿入する構成であっても良い。この場合も、レンズアレイ１２の分割後の各レンズは、対応するレンズ９、９’等からの光束が照明すべき領域内に到達する有効な照明となるように、曲率中心の位置が互いに近接するがずらされて、１組の光源像が通過するレンズ１１の有する領域において配置される。また、レンズ９、９’等は、通過する光束がレンズ１１に集光されるように偏心して配置される。
例えば図６（ａ）は、光源像５０、５３の間に光源像５１および光源像５２を配置した場合のレンズアレイ１２の構成の一部を平面図で示し、図６（ｂ）はその断面を示す。この場合、レンズ４１〜４４により曲率中心４７が形成され、レンズ４２〜４５により曲率中心４８が形成され、レンズ４３〜４６により曲率中心４９が形成され、曲率中心４７、４８、４９は、互いに近接しているがずらされて配置されている。
すなわち、レンズ４１の曲率中心とレンズ４４の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４７が形成され、レンズ４２の曲率中心とレンズ４５の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４８が形成され、レンズ４３の曲率中心およびレンズ４６の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４９が形成され、曲率中心４７、４８、４９がずらされて配置されている。但し、各曲率中心は、図２（ａ）、（ｂ）に示す場合と同様、レンズ１１を分割する、しないに関わらず変更せずに形成される。
このように、光源像間の隙間をできるだけ別の光源像で埋めるようにレンズアレイ１０、レンズアレイ１２を形成することにより、レンズアレイ１２上の所定のレンズ１１に形成される各曲率中心間の距離を小さくすることができる。従ってその場合、レンズアレイ１２全体をさらに小型化できるか、またはレンズアレイ１２の中心部分の口径を大型化することにより光利用効率を高めることができる。
また、図７に示すように、レンズアレイ１２の分割後のレンズは、２組の光源像のうち、片側の光源像が比較的小さく、全体の光利用効率に大きく寄与していない場合、４つのレンズ１１のうち３つまたは２つのレンズでレンズ１１を構成しても良い。
このように、本発明によれば、レンズアレイ１２をレンズアレイ１０より細かく分割することで、レンズアレイ１２上に形成される複数の光源像間に生じていた隙間領域が低減され、光利用効率の高い照明装置を得ることができる。また、本発明の照明装置を用いれば、光利用効率の高い投写型表示装置を実現できる。
なお、図１２、図２（ａ）に示す光源像の大きさを表現する為に記した外形は、光源像における最大輝度を１００％とした場合の１０〜３０％の輝度を持つ等輝度線で表示している。このような等輝度線は、光源像としてレンズ１１の開口において取り込むことにより光利用効率に影響を与える範囲を示す指標である。そのため、レンズアレイ１０、レンズアレイ１２を上述のように形成することにより、この等輝度線の外形がレンズ１１の中にすべて収容される場合は、上記手法を用いることで大きな効果が得られる。しかし、上記の等輝度線の外形どうしが一部重複されるような場合、または上記の等輝度線の外形の一部がレンズ１１からはみ出る場合でも、光学系全体として、効率が高くなったり、レンズアレイ１２の大きさが小さくなる等の効果が得られることもあり得る。
また、以上までの説明における複数の光源像間の隙間または間隔とは、上記の等輝度線により囲まれる像の面積中心どうしを結んだ線上での、１つの等輝度線から別の等輝度線に至るまでの距離として表してきた。しかし、光源像どうしの間隔は、別の方法により定義されていてもよい。
また以上までの説明において、本発明の反射手段として、その側面を反射膜でコーティングした合成ミラー６、６’を有する三角柱状のプリズム４を示したが、本発明の反射手段は、プリズム４に限らず、２枚のミラーを用いた構成であっても良く、２つの光源から放射された光束を、照明ユニット５の方に反射させる構成であればどのような構成であってもよい。
また以上までの説明では、集光手段として楕円面鏡２を使用する例を示したが、集光手段としては、放物面鏡であってもよい。さらには、集光手段としてレンズが使用されることも考えられる。その場合は、第２のレンズアレイ１２の中央部分においても周辺部分においても光源像の大きさは大きく変わらないのでレンズアレイ１２の形状は異形開口である必要はない。そして、レンズアレイ１２上の所定の１つのレンズ１１に形成される光源像間の間隔が空いている場合は、上記所定のレンズ１１に対応する所定のレンズ９とは別のレンズ９’により形成される光源像が、上記と同様に上記所定のレンズ１１上に形成される光源像の間に形成される構成であってもよい。このような場合も上記と同様の効果を得ることができる。
また、図１ではレンズアレイ１２の後に、照明すべき受光面１４側の形状に合わせ、均一性をもつ照明光に変換する光学手段としてレンズ１３を図示したが、本発明の照明装置の構成として、レンズ１３が無いものや、複数個の単レンズを組み合せた構成、またはミラー、プリズム等の光学要素が含まれた光学系の構成を有していてもよい。
また、上記の照明装置に、図８に示すように、本発明の表示デバイスの一例として、透過型の液晶パネル６１（光変調素子）と、投写レンズ６２とを設ければ、均一性の高い投写画像が提供できる投写型表示装置を得ることができる。
さらに、図８では、光変調素子として液晶パネル６１を１つだけ備えた構成を例示したが、複数個の光変調素子を備えた構成であってもよい。また、上記の透過型の液晶パネル６１の代わりに、その他の透過型ライトバルブ、反射型ライトバルブ、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるミラーパネル、または光書き込み方式の光変調素子、画像表示デバイスなどを用いることができる。さらに、本発明の表示デバイスは、例えばＯＨＰのシートであることも考えられる。
また、図１では、２つの光源を用いた構成を示したが、３つ以上の複数の光源を用いた構成であっても良い。ただし、そのような３つ以上のＮ個の光源を用いた場合、レンズアレイ１２のレンズ数ＮＬＡ２は、レンズアレイ１０のレンズ９数ＮＬＡ１に対して、次の関係
2004034141.tif 000006
2004034141.tif 000007
を満たせばよい。その場合は、レンズアレイ１０の所定のレンズ９によりレンズアレイ１２上に形成される複数の像のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、レンズアレイ１０の上記所定のレンズ９とは別のレンズ９’により、上記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、レンズアレイ１２上に形成される像、のうち最大の像が配置されるよう、レンズアレイ１０が形成されている構成であればよい。
さらに、図示していないが、色分解および色合成を行うことができるプリズムやフィルタ、ミラー等を用いた構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】  本発明にかかる照明装置、照明方法によれば、複数の光源の利用効率を上昇させることができ、投射型表示装置等において有用である。
【図１】
2004034141.tif 000008
【図２】
2004034141.tif 000009
【図３】
2004034141.tif 000010
【図４】
2004034141.tif 000011
【図５】
2004034141.tif 000012
【図６】
2004034141.tif 000013
【図７】
2004034141.tif 000014
【図８】
2004034141.tif 000015
【図９】
2004034141.tif 000016
【図１０】
2004034141.tif 000017
【図１１】
2004034141.tif 000018
【図１２】
2004034141.tif 000019
【図１３】
2004034141.tif 000020
【図１４】
2004034141.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月9日(2004.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】  複数の光源と、
前記複数の光源から照射された光を、各光源に対応して所定の方向に反射させる反射面を有する反射手段と、
前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光により、前記第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記第１のレンズアレイの所定のレンズに対応するレンズ上に、所定の間隔を有して前記複数の光源の像が形成され、実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイが形成されており、
前記第２のレンズアレイは、前記第２のレンズアレイ上に光源像を形成している光束が、受光面上に所定の関係で照明されるように、形成されている、照明装置。
【請求項２】  前記第１のレンズアレイの別のレンズは、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成された複数の像の間に、前記別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように偏心されて形成されている、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項３】  前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、前記受光面のうち照明されるべき領域に導かれるように、形成されている、請求の範囲２に記載の照明装置。
【請求項４】  前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成されるレンズの曲率中心が実質上変更されずに、前記第２のレンズアレイが形成されている、請求の範囲３に記載の照明装置。
【請求項５】  前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成される複数のレンズが、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズを介して形成された像が形成される少なくとも１つのレンズを挟んで配置されている、請求の範囲４に記載の照明装置。
【請求項６】  前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成されており、
前記第２のレンズアレイは、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第１のレンズと第３のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズアレイの別のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第２のレンズと第４のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズの曲率中心および前記第３のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して第１の曲率中心を形成し、前記第２のレンズの曲率中心および前記第４のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して、前記第１の曲率中心とは異なる第２の曲率中心を形成し、
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記第４のレンズが番号順に配置されている、請求の範囲５に記載の照明装置。
【請求項７】  前記第２のレンズアレイにおいて、光軸に近いレンズの開口は、光軸から遠いレンズの開口よりも大きく形成され、光軸から遠いレンズの開口は光軸から近いレンズの開口よりも小さく形成される、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項８】  前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成される複数の像の間の間隔のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、
前記第１のレンズアレイの別のレンズにより、前記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、前記第２のレンズアレイ上に形成される像のうち最大の像が配置されるよう、前記第１のレンズアレイが形成される、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項９】  前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成され、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより形成される第１の光源による像の幅を、前記第２の所定の間隔で除算し、前記除算した値が、前記第１のレンズアレイの別のレンズにより形成される第２の光源による像の幅を前記第１の所定の間隔で除算した値以上になるように、前記第１のレンズアレイが形成される、請求の範囲８に記載の照明装置。
【請求項１０】  前記第２のレンズアレイと前記受光面との間に、前記第２のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置され、映像情報を提供するための表示デバイスをさらに備える、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項１１】  複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大画面映像等をスクリーン上に投影する、例えば、投射型表示装置における表示デバイスを照明する、照明装置、および照明方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面表示が可能な投写型の映像機器として、各種の光変調素子を用いた投写型表示装置（プロジェクター）が注目されている。これらの投写型表示装置は、光発生手段である光源から放射された光を用いて、透過型または反射型の液晶や、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等の、光変調を行うことができる光変調素子を照明し、光変調素子の外部から供給される映像信号に応じた光学像を光変調素子上に形成し、光変調素子により変調された照明光である光学像を投写レンズによってスクリーン上に拡大投影するものである。
【０００３】
このように投影された大画面の重要な光学的特性として、明るさとその均一性があげられる。光源であるランプから発生された光を効率よく受光面である光変調素子へ集光すること、および明るさむらの少ない光束で照明することが重要であり、光変調素子を照明する照明装置の高効率化、明るさの均一化が強く求められている。
【０００４】
このような要請に応えるため、例えば異形開口レンズで構成されるレンズアレイを有する照明装置が提案されている。図９にその構成を示す。放物面鏡１０２内に設けられたランプ１０１が発する光は、ほぼ同形状の開口のレンズを２次元的に配置した第１のレンズアレイ１１０で光束を分割される。その後、各々分割された光束と同数、つまり第１のレンズアレイ１１０のレンズと同数のレンズ数を有する第２のレンズアレイ１１２を介して受光面１０６に達する。すなわち、第２のレンズアレイ１１２は、第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズから到達した光束が第２のレンズアレイ１１２上の対応するレンズを通過して受光面１０６（有効な領域）に到達するように配置されている。分割された光束は、それぞれ受光面１０６に到達して重畳される。
【０００５】
例えば、図９においては、第１のレンズアレイ１１０のうち、上から２番目のレンズを通過する光が、対応関係にある第２のレンズアレイ１１２の上から２番目のレンズを通過して受光面１０６に照射される様子を示している。このように、第１のレンズアレイ１１０で分割された各々の光束は、対応関係にある第２のレンズアレイ１１２の各々のレンズを通過して受光面１０６上において重畳されるので、ランプ１０１から発せられる光の輝度の分布が不均一であっても、受光面１０６上では均一な明るさを得ることができる。
【０００６】
また、このとき第１のレンズアレイ１１０に入射する光軸とほぼ平行な光は、第１のレンズアレイ１１０内の各々のレンズによって集光され、第２のレンズアレイの対応する各々のレンズ上に光源像を形成する。このとき、光源と放物面鏡の光学特性により、第２のレンズアレイ１１２には、光軸７に近い光が相対的に大きな像として結像され、光軸７から遠い光が相対的に小さい像として結像される。従って、図９に示すように第２のレンズアレイ１１２上において、光軸に近い中心部には、開口の大きいレンズが配置され、光軸から遠い周辺部には、開口の小さいレンズが配置される。これにより、第２のレンズアレイ１１２として、上述のような異形開口のレンズで構成されるレンズアレイを採用することにより、照明装置の高効率化をはかることができる。
【０００７】
上述の手法において、より効率を高めるために、第１のレンズアレイ１１０内のレンズの各々の曲率中心位置を調整する（偏心する）ことにより第２のレンズアレイ１１２上に形成される光源像の配置を変更する。例えば、光軸付近の光源像の重なりが無くなるように、光軸付近の光源像の間隔を広げたり、周辺部の光源像間の間隔を狭めて大きく無駄な隙間を無くすように第１のレンズアレイ１１０内のレンズの各々の曲率中心位置を調整する。また、第２のレンズアレイ１１２上において、周辺部の光束を通過させる開口の大きさを保ちながら、光軸付近の光束を通過させる開口を大きくする等により、開口からはみ出す光を少なくすることができる。このように、第２のレンズアレイ１１２内の各レンズが各光源像を包括するように第２のレンズアレイの形状を最適化することで、より高い光利用効率を得ることができた（例えば、特許文献１を参照。）。このようにして得られた第２のレンズアレイ１１２上に形成される像の一例を図１０に示す。
【０００８】
また、図１１に示すように、複数の光源を用いてより高い効率が得られる照明系もあった（例えば、特許文献２を参照。）。この場合、第２のレンズアレイ１１２は、特許文献１に記載のように最適形状にされることなく、第１のレンズアレイ１１０とほぼ同等の形状を持つ（同形開口の）第２のレンズアレイを用いた構成であった。
【０００９】
特許文献２に記載の構成、および特許文献１に記載の構成に特許文献２に記載の複数光源の合成手法を用いた構成においても、光源が単数の場合と同様にレンズアレイ１１２の中央部分に形成される光源像は、周辺部分に形成される光源像に対して大きな光源像となる。この現象を、以下、図１１を参照しながら説明する。
【００１０】
楕円面鏡２はレンズと同様、結像作用を有しているため、第１焦点１５の発光部１６から放射された光束は、第２焦点１７近傍に集光し、プリズム４上の第２焦点１７側に発光部１６の像を形成する。しかしながら、楕円面鏡２の作用はレンズの作用と次の点で異なる。すなわち、楕円面鏡２を使用する代わりにレンズを使用したとすると、発光部１６の位置から結像作用を有するレンズ面迄の距離と、レンズ面から像が結像する位置までの距離との比が、レンズの場合は、レンズのどの位置を通ってもほぼ一定である。これに対し、楕円面鏡２を使用した場合、ランプ１の発光部１６が配置される第１焦点１５から、結像作用を有する楕円面鏡２の反射面までの距離が近い場合、その反射面の位置から光源像が形成される第２焦点１７までの距離が遠くなる。このような場合には、プリズム４上の第２焦点１７側には比較的大きな光源像が形成される。逆に、第１焦点１５から楕円面鏡２の反射面までの距離が遠くなる程、楕円面鏡２の反射面から第２焦点１７までの距離が近づく。このような場合には、第２焦点１７側には比較的小さな光源像が形成される。
【００１１】
従って、図１１に示す光学系において、ランプ１の発光部１６から放射された光束が、楕円面鏡２の光軸付近で反射されると、楕円面鏡２の反射面からプリズム４上の第２焦点１７側までの距離が相対的に遠くなる。図１１のシングルアローで示すように、このような経路でプリズム４の合成ミラー６に入射した光束は、その出射角度が大きく、レンズ８の光軸付近に入射する。その結果、この光束は、第１のレンズアレイ１１０の光軸７付近のレンズ１０９を通過し、第２のレンズアレイ１１２の中央部分のレンズ１１１に相対的に大きな光源像を結像する。
【００１２】
他方、ランプ１の発光部１６から放射された光束が、楕円面鏡２の光軸から遠い場所で反射されると、楕円面鏡２の反射面からプリズム４上の第２焦点１７側までの距離が相対的に近くなる。図１１のダブルアローで示すように、このような経路でプリズム４の合成ミラー６に入射した光束は、その出射角度が小さく、レンズ８の光軸から遠い位置に入射する。その結果、この光束は、第１のレンズアレイ１１０の光軸から遠いレンズ１０９を通過し、第２のレンズアレイ１１２の周辺部分のレンズ１１１に相対的に小さな光源像を結像する。なお、上記はランプ１’、楕円面鏡２’に関しても同様である。
【００１３】
このようにして第２のレンズアレイ１１２上には、中央部分は相対的に大きな２つの光源像が形成され、周辺部分には相対的に小さな２つの光源像が形成される。また、中央部分と周辺部分で光源像の大きさが異なることから、第２のレンズアレイ１１２上の２つの光源像の間隔も、中央部分ではほぼ無い状態か、狭くなっているが、周辺部分では相対的にかなり大きな間隔が形成されている。このようにして形成された第２のレンズアレイ上の光源像の一例を図１２に示す。図１２は、レンズ９が３６個で、光源の数が２個であり、７２個の光源像がレンズアレイ１２上に形成される例を示す。
【００１４】
第１のレンズアレイ１１０、および第２のレンズアレイ１１２を用いた照明光学系では、各レンズ１０９で集光された光源像が、対応する第２のレンズアレイ１１２の各レンズ１１１の開口を通過した場合のみ、照明すべき領域に有効な光束として照明される。従って、照明すべき領域に照明される光束を増加させるためには、単数の光源の場合と同様、第２のレンズアレイ１１２の中心部分の各レンズ１１１の開口を大きくすることが考えられる。
【００１５】
また、別の光学系では、１つの光源を用いた場合であっても自然光が有する２つの偏光成分を分離する光学系が第１のレンズアレイ１１０と第２のレンズアレイ１１２の間に配置されている場合や、２つの光源から出射され別々の第１のレンズアレイ１１０を通過した後第２のレンズアレイ１１２に到達するまでに２つの光軸をほぼ一致させる光学系において、第１のレンズアレイ１１０に含まれるレンズの数ＮLA1に比べて、第２のレンズアレイ１１２に含まれるレンズの数ＮLA2は、１つの光源から偏光成分や波長帯域で分割された光束の数、又は、光源の数Ｎ＝２を第１のレンズアレイのレンズの数ＮLA1に乗じた
（数１）
ＮLA2＝２ ×  ＮLA1
と等しくすることで、複数の光束又は光源を用いた照明装置を構成している（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）。
【００１６】
特許文献１、および特許文献４に記載の構成では、上記例と同様の問題があった。尚、上記文献の全ての開示は、そっくりそのまま引用することにより、ここに一体化する。
【特許文献１】
特開平０５−３４６５５７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７１９０１号公報
【特許文献３】
特開平１１−６６９２６号公報
【特許文献４】
特許第３３０１９５１号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光源を複数とし、第２のレンズアレイを同形開口、または異形開口とすると、第２のレンズアレイ１１２の周辺部のレンズ上に形成される１組の光源像間に隙間が存在するため、それ以上の高効率化ができないといった問題があった。この場合、この１組の光源像の隙間に、第１のレンズアレイ１１０の上記所定のレンズ１０９とは別のレンズで形成される光源像が配置されると、この１組の光源像間に挿入された上記別のレンズ１０９’で形成される光源像の光束は、第２のレンズアレイから照明されるべき領域内に集光されないため、結局、照明装置の光利用効率を低下させていた。
【００１８】
このことを以下に具体的に説明する。図１３は、第２のレンズアレイ１１２として異形開口レンズを使用した場合の、２つの光源の像の、第２のレンズアレイ１１２上の配置を示す。図１３から明らかなように、第２のレンズアレイの周辺部の光源像は、中央部の光源像に比べて、互いに間隔が空き小さな像となっている。
【００１９】
図１４（ａ）は、第２のレンズアレイ１１２として異形開口レンズを使用した場合の、光束が第１のレンズアレイ１１０、第２のレンズアレイ１１２を通過して受光面１１４に至る経路を示す。第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９を通過した光は、レンズ１０９に対応する第２のレンズアレイ１１２上のレンズ１１１を介して照明されるべき領域である受光面１１４の全体に達する（図１４（ａ）に示す有効領域）。そして、同様に、第１のレンズアレイ１１０の別の所定のレンズ１０９’を通過した光は、レンズ１０９’に対応するレンズ１１１’を介して照明されるべき領域である受光面１１４の全体に達する。
【００２０】
次に、図１３に示すレンズアレイ１１２の周辺部の１組の光源像の間の隙間を活用するために、別の１組の光源像を配置することを考える。図１４（ｂ）に示すように、第１のレンズアレイ１１０のレンズ１０９’を通過した光束を、レンズ１１１’に到達させる代わりに、レンズ１１１に到達させるように、レンズ１０９’の偏心を調整する。
【００２１】
すなわち、レンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９で集光される１組の光源像の間に、レンズアレイ１１０上の、上記所定のレンズ１０９とは別のレンズ１０９’で集光された１組の光源像のうち少なくとも１つの光源像を入り込ませるように、レンズ１０９’の偏心を調整する。従って、このとき、最低でも３つの光源像が１つの曲率中心を有する１つの開口であるレンズ１１１が包括することになる。
【００２２】
第２のレンズアレイ１１２内のレンズ１１１の曲率中心は、第１のレンズアレイ１１０のレンズ１０９を通過した光束をレンズ１１１を介して受光面１１４に照明するように合わせられている。従って、レンズ１０９’を通過してレンズ１０９との対応関係を有するレンズ１１１に至る光束は、照明されるべき領域である受光面１１４（有効領域）に全て到達することができなくなる。すなわち、上記の光束は図１４（ｂ）に示す無効領域に到達してしまう。このような理由から、第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９により形成される光源像の隙間に、上記所定のレンズとは別のレンズ１０９’で形成される光源像が配置されるように第１のレンズアレイ１１０を偏心させる従来の設計手法および構成では、照明装置の光利用効率をかえって低下させていた。
【００２３】
なお、図１４における第２のレンズアレイ１１２が有するレンズと図９に示す第２のレンズアレイ１１２が有するレンズとは、その数、および形状が図面上で異なっているが、説明の本質には関係ない。
【００２４】
本発明は、上記の課題を鑑み、複数の光源の利用効率を上昇させることができる、照明装置、照明方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の本発明は、複数の光源と、前記複数の光源から照射された光を、各光源に対応して所定の方向に反射させる反射面を有する反射手段と、
前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光により、前記第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記第１のレンズアレイの所定のレンズに対応するレンズ上に、所定の間隔を有して前記複数の光源の像が形成され、実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイが形成されており、
前記第２のレンズアレイは、前記第２のレンズアレイ上に光源像を形成している光束が、受光面上に所定の関係で照明されるように、形成されている、照明装置である。
【００２６】
第２の本発明は、前記第１のレンズアレイの別のレンズは、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成された複数の像の間に、前記別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように偏心されて形成されている、第１の本発明の照明装置である。
【００２７】
第３の本発明は、前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、前記受光面のうち照明されるべき領域に導かれるように、形成されている、第２の本発明の照明装置である。
【００２８】
第４の本発明は、前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成されるレンズの曲率中心が実質上変更されずに、前記第２のレンズアレイが形成されている、第３の本発明の照明装置である。
【００２９】
第５の本発明は、前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成される複数のレンズが、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズを介して形成された像が形成される少なくとも１つのレンズを挟んで配置されている、第４の本発明の照明装置である。
【００３０】
第６の本発明は、前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成されており、
前記第２のレンズアレイは、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第１のレンズと第３のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズアレイの別のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第２のレンズと第４のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズの曲率中心および前記第３のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して第１の曲率中心を形成し、前記第２のレンズの曲率中心および前記第４のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して、前記第１の曲率中心とは異なる第２の曲率中心を形成し、
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記第４のレンズが番号順に配置されている、第５の本発明の照明装置である。
【００３１】
第７の本発明は、前記第２のレンズアレイにおいて、光軸に近いレンズの開口は、光軸から遠いレンズの開口よりも大きく形成され、光軸から遠いレンズの開口は光軸から近いレンズの開口よりも小さく形成される、第１の本発明の照明装置である。
【００３２】
第８の本発明は、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成される複数の像の間の間隔のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、
前記第１のレンズアレイの別のレンズにより、前記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、前記第２のレンズアレイ上に形成される像のうち最大の像が配置されるよう、前記第１のレンズアレイが形成される、第１の本発明の照明装置である。
【００３３】
第９の本発明は、前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成され、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより形成される第１の光源による像の幅を、前記第２の所定の間隔で除算し、前記除算した値が、前記第１のレンズアレイの別のレンズにより形成される第２の光源による像の幅を前記第１の所定の間隔で除算した値以上になるように、前記第１のレンズアレイが形成される、第８の本発明の照明装置である。
【００３４】
第１０の本発明は、前記第２のレンズアレイと前記受光面との間に、前記第２のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置され、映像情報を提供するための表示デバイスをさらに備える、第１の本発明の照明装置である。
【００３５】
第１１の本発明は、複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法である。
【００３６】
本発明によれば、複数の光源の利用効率を上昇させることができる、照明装置、照明方法を提供することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の照明装置の構成および動作について、以下図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施形態にかかる照明装置の概略構成を示す。
【００３８】
本実施の形態の照明装置は、ランプ１、および集光手段として楕円面鏡２を備える、本発明の複数の光源の一例である、２つのランプユニット３と、その側面１８を反射膜でコーティングして本発明の反射面の一例である合成ミラー６が形成された、三角柱状の、本発明の反射手段の一例であるプリズム４と、プリズム４から所定の間隔を空けて配置され、ランプユニット３から放射され合成ミラー６で反射された光束を照明ユニット５の光軸７に対しておよそ平行な光束にするレンズ８と、レンズ８の出射側から所定の間隔を空けて設置され、複数のレンズ９を２次元状に配置した形状の本発明の第１のレンズアレイの一例であるレンズアレイ１０と、レンズアレイ１０の出射側から所定の間隔を空けて配置され、複数のレンズを２次元状に配置した形状の本発明の第２のレンズアレイの一例であるレンズアレイ１２と、レンズアレイ１２の出射側から所定の間隔を空けて配置された、レンズアレイ１２から出射された光束を受光面に照明するためのレンズ１３と、レンズ１３から所定の間隔を空けて配置され、レンズ１３から出射した光束を照明するための受光面１４と、を有して構成される。
【００３９】
ランプ１としては、ガラス管に発光物資である水銀や不活性ガス等が封入されており、点灯時のガラス管球内の圧力が超高圧になる超高圧水銀灯や、その他にも発光効率が優れているメタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等のランプを用いる。
【００４０】
楕円面鏡２の一方の焦点である第１焦点１５にランプ１の発光部１６が配置され、ランプ１から放射された光を楕円面鏡２のもう一方の焦点である第２焦点１７側に集光する。この楕円面鏡２の第２焦点１７の近傍に、合成ミラー６のミラー面が配置され、楕円面鏡２から出射された光を照明ユニット５の方向に反射させることができる。同様に一方の楕円面鏡２に対向して配置される他方の楕円面鏡２’のランプ１’から放射された光も、他方の楕円面鏡２’で集光後、プリズム４の他方の合成ミラー６’のミラー面で所定の方向に反射される。これによって、２つのランプ１、１’から放射された光はおよそ同じ方向へ進行する光束として照明ユニット５に入射する。
【００４１】
合成ミラー６、６’近傍で楕円面鏡２、２’から出射された光は、第２焦点１７、１７’の近傍で小さな光源像に集光され、合成ミラー６、６’の反射面近傍を起点として照明ユニット５側に広がって進行する。このように広がりながら進行する光は、レンズ８に入射し、照明ユニット５の光軸７とおよそ平行な光束に変換されてレンズ８から出射する。
【００４２】
レンズ８から出射した光束は、レンズアレイ１０の複数のレンズ９に導入されて部分光束に分割される。分割された各部分光束は、レンズアレイ１０内の個々のレンズに対応するレンズを有するレンズアレイ１２上に、レンズアレイ１０内の各レンズ開口と相似形で結像し、レンズ１３を介して照明されるべき領域である受光面１４上で重畳される。これにより、レンズアレイ１０に入射する時点では光束に明るさむらが存在するが、様々な輝度分布を有する各部分光束が重畳されることによって、照明すべき領域内で均一性の高い照明が実現される。
【００４３】
レンズアレイ１０とレンズアレイ１２は、レンズアレイ１０で分割された部分光束が、レンズアレイ１２近傍で集光されるよう間隔を空けて配置されている。また、図１に示す光学系では、合成ミラー６、６’上に形成された光源像がそれぞれ１つずつあるため、各レンズ９で集光された各部分光束も２つの光源像を形成する。
【００４４】
従って、レンズアレイ１２上に、レンズアレイ１０に含まれるレンズ９の個数と合成ミラー６、および合成ミラー６’上に形成される光源像の個数を乗じた数の光源像が形成される。
【００４５】
本発明の実施の形態の照明装置において、レンズアレイ１２のレンズのうち周辺部のレンズが各光源像を効率よく包括するように分割される。また、図１に示すように、レンズアレイ１２の分割されたレンズに光源像が形成されるように、レンズアレイ１０の一部のレンズ９’が偏心されて配置される。すなわち、例えば図１に示す例では、レンズアレイ１０のレンズ９からの２つの光源像は、レンズアレイ１２の、本発明の第１のレンズの一例であるレンズ２１、および本発明の第３のレンズの一例であるレンズ２３にそれぞれ光源像２７，２９として形成され、レンズ９とは別のレンズ９’からの２つの光源像は、レンズアレイ１２の、本発明の第２のレンズの一例であるレンズ２２，および本発明の第４のレンズの一例であるレンズ２４にそれぞれ光源像２８，３０として形成されるように、レンズ９’が偏心されて配置されている。
【００４６】
従来技術によれば、レンズ９に対応する光源像は、レンズアレイ１２のレンズ１１（レンズ２１、２２、２３からなる領域を有するレンズを想定してこのように呼ぶ。）に形成され、レンズ９’に対応する光源像は、レンズアレイ１２のレンズ１１’（レンズ２２、２３、２４からなり、レンズ１１の領域とは重ならない領域を有するレンズを想定してこのように呼ぶ。）に形成されていた。レンズアレイ１２の分割とは、上記のように、レンズ１１をレンズ２１、２２、２３に分割し、レンズ１１’をレンズ２２、２３、２４に分割することを言う。
【００４７】
このようにレンズアレイ１２のレンズが分割され、光源像の一方が別の光源像の間に挟まれるようにレンズを配置することにより、レンズアレイ１２上の周辺部の領域を、従来技術の第２のレンズアレイ１１２に比べて（例えば４／６に）減少させることができる。
【００４８】
このようなレンズアレイ１２におけるレンズ分割の概念を図２（ａ）、（ｂ）にさらに具体的に示す。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズアレイ１２の周辺部のレンズの開口は、レンズアレイ１０の所定のレンズ９からの光源像に対応する開口である、レンズ２１、およびレンズ２３、ならびにレンズアレイ１０の上記所定のレンズ９以外の別のレンズ９’からの光源像に対応する開口である、レンズ２２、およびレンズ２４に分割される。そして、レンズ２１、レンズ２２、レンズ２３、レンズ２４はこの順番に並べられている。また、レンズ２１およびレンズ２３の本発明の第１の曲率中心の一例である曲率中心２５と、レンズ２２およびレンズ２４の本発明の第２の曲率中心の一例である曲率中心２６とは、近接させるがずらして配置される。すなわち、レンズ２１の曲率中心とレンズ２３の曲率中心はほぼ一致して曲率中心２５が形成され、レンズ２２の曲率中心とレンズ２４の曲率中心はほぼ一致して曲率中心２６が形成され、曲率中心２５および曲率中心２６はずらされて配置される。
【００４９】
レンズ２１、２３の曲率中心２５は、レンズ１１の曲率中心と一致している。また、レンズ２２、２４の曲率中心２６は、レンズ１１’の曲率中心と一致している。すなわち、レンズ１１、１１’の曲率中心は、レンズ１１、１１’を分割する、しないに関わらず実質上変更せずに（すなわちレンズ１１、１１’の分割の前後で実質上保存されて）形成される。つまり、レンズ１１、１１’を分割した場合の曲率中心２５、２６は、レンズ１１、１１’を分割しないとした場合の曲率中心と一致して形成される。
【００５０】
図２（ａ）は、このようなレンズアレイ１２上に形成されたレンズ２１〜２４の平面図を示し、図２（ｂ）は、その断面図を示す。このような構成によって、レンズ９で集光される１つ１つの光源像は、曲率中心２５を有するレンズ２１、２３を通過し、レンズ９’で集光される１つ１つの光源像は、曲率中心２６を有するレンズ２２、２４を通過し、照明すべき領域である受光面１４へ有効な光束として効率的に照明される。
【００５１】
このように、レンズアレイ１０のレンズ９により形成される１組の光源像間に大きな隙間が形成されやすいレンズアレイ１２の周辺部のレンズを分割し、各分割されたレンズの組がそれぞれ所定の曲率中心を有することで、レンズアレイ１２上に形成される光源像の隙間を減少させ、従来よりも小さな開口でより効率よく光源像を包括することができる。
【００５２】
例えば、従来の照明装置では、レンズアレイ１２上においてレンズ２１、２２、２３で形成される領域に光源像２７、２９が結像され、レンズ２１、２２、２３の領域が形成される領域とは別の領域であって、レンズ２２、２３、２４で形成される領域に光源像２８、３０が結像されていた。従って、レンズ２１〜２４の面積が同一とすると、上記の所定のレンズ９からの光源像と、上記の別のレンズ９’からの光源像とをレンズアレイ１２上に結像するためには、レンズ２１の６枚分の面積が必要であった。
【００５３】
しかし、本発明の照明装置によれば、レンズ２１の４枚分の面積で上記の所定のレンズ９からの光源像と、上記の別のレンズ９’からの光源像とをレンズアレイ１２上に結像することができる。従って、レンズアレイ１２の周辺部において節約できた領域をレンズアレイ１２の中央部におけるレンズの開口の増加に寄与させることができる。あるいは、上記のようにレンズアレイ１２の周辺部の領域を減少させることにより、従来の異形開口レンズよりもレンズアレイ１２全体の面積を小さくすることができ、照明装置自体の小型化を図ることもできる。
【００５４】
なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す例は、一例であり、特に曲率中心２５、２６に関しては図示以外の配置も当然考えられる。
【００５５】
本発明の照明装置においては、レンズアレイ１２上の光源像が配置されていない部分（隙間）をできるだけ排除し、レンズアレイ１２上における光源像の充填率を高めることで、より小さな光学系で、より高い効率の照明系を実現することができる。
【００５６】
このように、レンズアレイ１２の周辺部分に配置されているレンズが分割され、レンズアレイ１２のレンズ数が増加した方が照明装置の効率を向上させることができる。
【００５７】
しかしながら、無制限にレンズアレイ１２のレンズ数を増加させると、レンズアレイ１２の中央部分に結像される１組の光源像の間に、別のレンズ９’により形成される光源像を移動させてきても、光軸付近の光源像が大きいため、１組の光源像間の隙間が無く、新たな光源像を配置する場所がほとんど無くなる。すなわち、レンズアレイ１２の中央部分のレンズ上で、別のレンズ９’により形成される光源像の大部分がもとの光源像と重なってしまう。この場合、レンズの曲率中心位置をレンズ９、９’のうちどちらか一方に対応させなければならないため、光源像の重複部分のうちのいずれかの光源像は、照明すべき領域に到達せず、照明効率の点で損失となる。
【００５８】
従って、上記の効果をより確実に得るためには、レンズアレイ１２のレンズ数ＮLA2が、レンズアレイ１０のレンズ数ＮLA1に対して、次の関係
（数２）
ＮLA1＜ＮLA2＜２ ×  ＮLA1
を満たせばよい。
【００５９】
レンズアレイ１０およびレンズアレイ１２の形状は、上記の（数２）満たせばどのような形状であってもよい。このような例として、図３（ａ）においては、レンズ９の数が４８個の場合のレンズアレイ１０の形状の一例を示し、図３（ｂ）においては、図３（ａ）に示すレンズアレイ１０に対応する、６０個のレンズを有するレンズアレイ１２の形状の一例を示す。また、図３（ｃ）は、レンズアレイ１０のレンズ９の数が４２個の場合のレンズアレイ１０の形状の一例を示す。また、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示すレンズアレイ１０に対応する、４６個のレンズを有するレンズアレイ１２の形状の一例を示す。
【００６０】
このように、レンズアレイ１２のレンズの一部を分割することにより、レンズアレイ１２の周辺部に形成された１組の光源間の隙間が減少した分、レンズアレイ１２全体の大きさを小さくさせ照明装置全体を小さくしたり、レンズアレイ１２中央部のレンズの開口をさらに大きくすることができるので光利用効率を高めることが可能となる。
【００６１】
次に、レンズアレイ１０の所定のレンズ９で形成された１組の光源像の間に、レンズアレイ１０の上記所定のレンズ９とは別のレンズ９’で形成される１組の光源像のうち少なくとも１つの光源像を配置する際に、上記別のレンズ９’で形成された１組の光源像のうち、どちらの光源像を上記所定のレンズ９で形成された１組の光源像間の隙間に移動すれば良いかを以下に説明する。
【００６２】
図４、図５は、レンズアレイ１２の周辺部に実際に形成される光源像を用いた例を示す。図４に示すように、所定の１つのレンズ９から形成される１組の光源像において、各光源像の面積中心を結ぶ直線上における大きい光源像の幅をＲ１、小さい方の光源像の幅をＬ１、その光源像間の隙間幅をＧ１とし、同様に上記別のレンズ９’から形成される１組の光源像（すなわち、レンズ９’を偏心しないとした場合に本来レンズ９’に対応するレンズアレイ１２上の仮想のレンズ１１’に形成されるであろう光源像）の幅をＲ２、Ｌ２とし、これらの光源像の隙間の幅をＧ２とする。このような２組の光源像を組み合わせる場合、各光源像間の隙間幅（Ｇ１またはＧ２）に対する大きい像の幅（Ｒ１またはＲ２）の比率ができるだけ小さくなるように配置する方が効率が良くなる。
【００６３】
つまり、次の関係
（数３）
Ｒ２／Ｇ１≧Ｒ１／Ｇ２
を満たすように各光源像間の配置を決定すればよい。
【００６４】
例えば、図４、図５に示す例においては、Ｇ１の隙間に幅Ｌ２を有する光源像３８を挿入するよりも、またはＧ２の隙間に幅Ｌ１を有する光源像３７を挿入するよりも、Ｇ１よりも大きい隙間を有するＧ２の隙間に、幅Ｒ２を有する光源像４０よりも大きい幅Ｒ１を有する光源像３９を挿入した構成の方が効率が良い。
【００６５】
例えば図５（ａ）は、光源像３７、３９の間に光源像３８を配置した場合のレンズアレイ１２の構成の一部を平面的に示し、図５（ｂ）はその断面を示す。レンズ３１およびレンズ３３は別のレンズであるが、同一の曲率中心を有してレンズ３２を挟んで配置される。そして、レンズ３２およびレンズ３４は、別のレンズであるが、同一の曲率中心を有してレンズ３３を挟んで配置されている。この場合、レンズ３１〜３３により形成される曲率中心とレンズ３２〜３４により形成される曲率中心とが互いに近接しているがずらされて配置されている。
【００６６】
ただし、上記配置にしない場合であっても、従来手法よりも効率を高めたり、照明装置の大きさを小さくすることができる、という点で上記と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、１組の光源像間の隙間が大きく、その光源間の隙間に対して、別のレンズ９’で形成されるかなり小さい光源像を挿入する場合、１組の光源像ではなく、複数の別のレンズ９’等により形成される２組以上の光源像を挿入する構成であっても良い。この場合も、レンズアレイ１２の分割後の各レンズは、対応するレンズ９、９’等からの光束が照明すべき領域内に到達する有効な照明となるように、曲率中心の位置が互いに近接するがずらされて、１組の光源像が通過するレンズ１１の有する領域において配置される。また、レンズ９、９’等は、通過する光束がレンズ１１に集光されるように偏心して配置される。
【００６８】
例えば図６（ａ）は、光源像５０、５３の間に光源像５１および光源像５２を配置した場合のレンズアレイ１２の構成の一部を平面図で示し、図６（ｂ）はその断面を示す。この場合、レンズ４１〜４４により曲率中心４７が形成され、レンズ４２〜４５により曲率中心４８が形成され、レンズ４３〜４６により曲率中心４９が形成され、曲率中心４７、４８、４９は、互いに近接しているがずらされて配置されている。
【００６９】
すなわち、レンズ４１の曲率中心とレンズ４４の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４７が形成され、レンズ４２の曲率中心とレンズ４５の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４８が形成され、レンズ４３の曲率中心およびレンズ４６の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４９が形成され、曲率中心４７、４８、４９がずらされて配置されている。但し、各曲率中心は、図２（ａ）、（ｂ）に示す場合と同様、レンズ１１を分割する、しないに関わらず変更せずに形成される。
【００７０】
このように、光源像間の隙間をできるだけ別の光源像で埋めるようにレンズアレイ１０、レンズアレイ１２を形成することにより、レンズアレイ１２上の所定のレンズ１１に形成される各曲率中心間の距離を小さくすることができる。従ってその場合、レンズアレイ１２全体をさらに小型化できるか、またはレンズアレイ１２の中心部分の口径を大型化することにより光利用効率を高めることができる。
【００７１】
また、図７に示すように、レンズアレイ１２の分割後のレンズは、２組の光源像のうち、片側の光源像が比較的小さく、全体の光利用効率に大きく寄与していない場合、４つのレンズ１１のうち３つまたは２つのレンズでレンズ１１を構成しても良い。
【００７２】
このように、本発明によれば、レンズアレイ１２をレンズアレイ１０より細かく分割することで、レンズアレイ１２上に形成される複数の光源像間に生じていた隙間領域が低減され、光利用効率の高い照明装置を得ることができる。また、本発明の照明装置を用いれば、光利用効率の高い投写型表示装置を実現できる。
【００７３】
なお、図１２、図２（ａ）に示す光源像の大きさを表現する為に記した外形は、光源像における最大輝度を１００％とした場合の１０〜３０％の輝度を持つ等輝度線で表示している。このような等輝度線は、光源像としてレンズ１１の開口において取り込むことにより光利用効率に影響を与える範囲を示す指標である。そのため、レンズアレイ１０、レンズアレイ１２を上述のように形成することにより、この等輝度線の外形がレンズ１１の中にすべて収容される場合は、上記手法を用いることで大きな効果が得られる。しかし、上記の等輝度線の外形どうしが一部重複されるような場合、または上記の等輝度線の外形の一部がレンズ１１からはみ出る場合でも、光学系全体として、効率が高くなったり、レンズアレイ１２の大きさが小さくなる等の効果が得られることもあり得る。
【００７４】
また、以上までの説明における複数の光源像間の隙間または間隔とは、上記の等輝度線により囲まれる像の面積中心どうしを結んだ線上での、１つの等輝度線から別の等輝度線に至るまでの距離として表してきた。しかし、光源像どうしの間隔は、別の方法により定義されていてもよい。
【００７５】
また以上までの説明において、本発明の反射手段として、その側面を反射膜でコーティングした合成ミラー６、６’を有する三角柱状のプリズム４を示したが、本発明の反射手段は、プリズム４に限らず、２枚のミラーを用いた構成であっても良く、２つの光源から放射された光束を、照明ユニット５の方に反射させる構成であればどのような構成であってもよい。
【００７６】
また以上までの説明では、集光手段として楕円面鏡２を使用する例を示したが、集光手段としては、放物面鏡であってもよい。さらには、集光手段としてレンズが使用されることも考えられる。その場合は、第２のレンズアレイ１２の中央部分においても周辺部分においても光源像の大きさは大きく変わらないのでレンズアレイ１２の形状は異形開口である必要はない。そして、レンズアレイ１２上の所定の１つのレンズ１１に形成される光源像間の間隔が空いている場合は、上記所定のレンズ１１に対応する所定のレンズ９とは別のレンズ９’により形成される光源像が、上記と同様に上記所定のレンズ１１上に形成される光源像の間に形成される構成であってもよい。このような場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、図１ではレンズアレイ１２の後に、照明すべき受光面１４側の形状に合わせ、均一性をもつ照明光に変換する光学手段としてレンズ１３を図示したが、本発明の照明装置の構成として、レンズ１３が無いものや、複数個の単レンズを組み合せた構成、またはミラー、プリズム等の光学要素が含まれた光学系の構成を有していてもよい。
【００７８】
また、上記の照明装置に、図８に示すように、本発明の表示デバイスの一例として、透過型の液晶パネル６１（光変調素子）と、投写レンズ６２とを設ければ、均一性の高い投写画像が提供できる投写型表示装置を得ることができる。
【００７９】
さらに、図８では、光変調素子として液晶パネル６１を１つだけ備えた構成を例示したが、複数個の光変調素子を備えた構成であってもよい。また、上記の透過型の液晶パネル６１の代わりに、その他の透過型ライトバルブ、反射型ライトバルブ、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるミラーパネル、または光書き込み方式の光変調素子、画像表示デバイスなどを用いることができる。さらに、本発明の表示デバイスは、例えばＯＨＰのシートであることも考えられる。
【００８０】
また、図１では、２つの光源を用いた構成を示したが、３つ以上の複数の光源を用いた構成であっても良い。ただし、そのような３つ以上のＮ個の光源を用いた場合、レンズアレイ１２のレンズ数ＮLA2は、レンズアレイ１０のレンズ９数ＮLA1に対して、次の関係
（数４）
ＮLA1＜ＮLA2＜Ｎ ×  ＮLA1
を満たせばよい。その場合は、レンズアレイ１０の所定のレンズ９によりレンズアレイ１２上に形成される複数の像のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、レンズアレイ１０の上記所定のレンズ９とは別のレンズ９’により、上記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、レンズアレイ１２上に形成される像、のうち最大の像が配置されるよう、レンズアレイ１０が形成されている構成であればよい。
【００８１】
さらに、図示していないが、色分解および色合成を行うことができるプリズムやフィルタ、ミラー等を用いた構成であってもよい。
【００８２】
【発明の効果】
本発明にかかる照明装置、照明方法によれば、複数の光源の利用効率を上昇させることができ、投射型表示装置等において有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態の照明装置の概略構成図である。
【図２】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
【図３】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
（ｃ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
（ｄ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
【図４】
本発明の実施の形態の照明装置の光源像の配置の決定方法を示す模式図である。
【図５】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
【図６】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
【図７】
本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
【図８】
本発明の実施の形態の照明装置の１つの構成例を示す概略図である。
【図９】
従来の異形開口レンズを有する照明装置の構成を示す概略図である。
【図１０】
従来の異形開口レンズを有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された光源像の一例を示す模式図である。
【図１１】
従来の複数の光源を有する照明装置の構成を示す概略図である。
【図１２】
従来の複数の光源を有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された複数の光源像の一例を示す模式図である。
【図１３】
従来の複数の光源を有し、異形開口レンズを有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された複数の光源像の一例を示す模式図である。
【図１４】
（ａ）は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の動作原理を説明する概略図である。
（ｂ）は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の動作原理を説明する概略図である。
【符号の説明】
１、１’ ランプ
２、２’ 楕円面鏡
３、３’ ランプユニット
４ プリズム
５ 照明ユニット
６、６’ 合成ミラー
７ 光軸
８、９、１１、１３ レンズ
１０、１２ レンズアレイ
１４ 受光面
１５、１５’ 第１の焦点
１６、１６’ 発光部
１７、１７’ 第２の焦点
１８ 側面
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月1日(2004.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】  複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
すなわち、レンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９で集光される１組の光源像の間に、レンズアレイ１１０上の、上記所定のレンズ１０９とは別のレンズ１０９’で集光された１組の光源像のうち少なくとも１つの光源像を入り込ませるように、レンズ１０９’の偏心を調整する。従って、このとき、最低でも３つの光源像を１つの曲率中心を有する１つの開口であるレンズ１１１が包括することになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
第１１の本発明は、複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法である。
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月1日(2005.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大画面映像等をスクリーン上に投影する、例えば、投射型表示装置における表示デバイスを照明する、照明装置、および照明方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面表示が可能な投写型の映像機器として、各種の光変調素子を用いた投写型表示装置（プロジェクター）が注目されている。これらの投写型表示装置は、光発生手段である光源から放射された光を用いて、透過型または反射型の液晶や、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等の、光変調を行うことができる光変調素子を照明し、光変調素子の外部から供給される映像信号に応じた光学像を光変調素子上に形成し、光変調素子により変調された照明光である光学像を投写レンズによってスクリーン上に拡大投影するものである。
【０００３】
このように投影された大画面の重要な光学的特性として、明るさとその均一性があげられる。光源であるランプから発生された光を効率よく受光面である光変調素子へ集光すること、および明るさむらの少ない光束で照明することが重要であり、光変調素子を照明する照明装置の高効率化、明るさの均一化が強く求められている。
【０００４】
このような要請に応えるため、例えば異形開口レンズで構成されるレンズアレイを有する照明装置が提案されている。図９にその構成を示す。放物面鏡１０２内に設けられたランプ１０１が発する光は、ほぼ同形状の開口のレンズを２次元的に配置した第１のレンズアレイ１１０で光束を分割される。その後、各々分割された光束と同数、つまり第１のレンズアレイ１１０のレンズと同数のレンズ数を有する第２のレンズアレイ１１２を介して受光面１０６に達する。すなわち、第２のレンズアレイ１１２は、第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズから到達した光束が第２のレンズアレイ１１２上の対応するレンズを通過して受光面１０６（有効な領域）に到達するように配置されている。分割された光束は、それぞれ受光面１０６に到達して重畳される。
【０００５】
例えば、図９においては、第１のレンズアレイ１１０のうち、上から２番目のレンズを通過する光が、対応関係にある第２のレンズアレイ１１２の上から２番目のレンズを通過して受光面１０６に照射される様子を示している。このように、第１のレンズアレイ１１０で分割された各々の光束は、対応関係にある第２のレンズアレイ１１２の各々のレンズを通過して受光面１０６上において重畳されるので、ランプ１０１から発せられる光の輝度の分布が不均一であっても、受光面１０６上では均一な明るさを得ることができる。
【０００６】
また、このとき第１のレンズアレイ１１０に入射する光軸とほぼ平行な光は、第１のレンズアレイ１１０内の各々のレンズによって集光され、第２のレンズアレイの対応する各々のレンズ上に光源像を形成する。このとき、光源と放物面鏡の光学特性により、第２のレンズアレイ１１２には、光軸７に近い光が相対的に大きな像として結像され、光軸７から遠い光が相対的に小さい像として結像される。従って、図９に示すように第２のレンズアレイ１１２上において、光軸に近い中心部には、開口の大きいレンズが配置され、光軸から遠い周辺部には、開口の小さいレンズが配置される。これにより、第２のレンズアレイ１１２として、上述のような異形開口のレンズで構成されるレンズアレイを採用することにより、照明装置の高効率化をはかることができる。
【０００７】
上述の手法において、より効率を高めるために、第１のレンズアレイ１１０内のレンズの各々の曲率中心位置を調整する（偏心する）ことにより第２のレンズアレイ１１２上に形成される光源像の配置を変更する。例えば、光軸付近の光源像の重なりが無くなるように、光軸付近の光源像の間隔を広げたり、周辺部の光源像間の間隔を狭めて大きく無駄な隙間を無くすように第１のレンズアレイ１１０内のレンズの各々の曲率中心位置を調整する。また、第２のレンズアレイ１１２上において、周辺部の光束を通過させる開口の大きさを保ちながら、光軸付近の光束を通過させる開口を大きくする等により、開口からはみ出す光を少なくすることができる。このように、第２のレンズアレイ１１２内の各レンズが各光源像を包括するように第２のレンズアレイの形状を最適化することで、より高い光利用効率を得ることができた（例えば、特許文献１を参照。）。このようにして得られた第２のレンズアレイ１１２上に形成される像の一例を図１０に示す。
【０００８】
また、図１１に示すように、複数の光源を用いてより高い効率が得られる照明系もあった（例えば、特許文献２を参照。）。この場合、第２のレンズアレイ１１２は、特許文献１に記載のように最適形状にされることなく、第１のレンズアレイ１１０とほぼ同等の形状を持つ（同形開口の）第２のレンズアレイを用いた構成であった。
【０００９】
特許文献２に記載の構成、および特許文献１に記載の構成に特許文献２に記載の複数光源の合成手法を用いた構成においても、光源が単数の場合と同様にレンズアレイ１１２の中央部分に形成される光源像は、周辺部分に形成される光源像に対して大きな光源像となる。この現象を、以下、図１１を参照しながら説明する。
【００１０】
楕円面鏡２はレンズと同様、結像作用を有しているため、第１焦点１５の発光部１６から放射された光束は、第２焦点１７近傍に集光し、プリズム４上の第２焦点１７側に発光部１６の像を形成する。しかしながら、楕円面鏡２の作用はレンズの作用と次の点で異なる。すなわち、楕円面鏡２を使用する代わりにレンズを使用したとすると、発光部１６の位置から結像作用を有するレンズ面迄の距離と、レンズ面から像が結像する位置までの距離との比が、レンズの場合は、レンズのどの位置を通ってもほぼ一定である。これに対し、楕円面鏡２を使用した場合、ランプ１の発光部１６が配置される第１焦点１５から、結像作用を有する楕円面鏡２の反射面までの距離が近い場合、その反射面の位置から光源像が形成される第２焦点１７までの距離が遠くなる。このような場合には、プリズム４上の第２焦点１７側には比較的大きな光源像が形成される。逆に、第１焦点１５から楕円面鏡２の反射面までの距離が遠くなる程、楕円面鏡２の反射面から第２焦点１７までの距離が近づく。このような場合には、第２焦点１７側には比較的小さな光源像が形成される。
【００１１】
従って、図１１に示す光学系において、ランプ１の発光部１６から放射された光束が、楕円面鏡２の光軸付近で反射されると、楕円面鏡２の反射面からプリズム４上の第２焦点１７側までの距離が相対的に遠くなる。図１１のシングルアローで示すように、このような経路でプリズム４の合成ミラー６に入射した光束は、その出射角度が大きく、レンズ８の光軸付近に入射する。その結果、この光束は、第１のレンズアレイ１１０の光軸７付近のレンズ１０９を通過し、第２のレンズアレイ１１２の中央部分のレンズ１１１に相対的に大きな光源像を結像する。
【００１２】
他方、ランプ１の発光部１６から放射された光束が、楕円面鏡２の光軸から遠い場所で反射されると、楕円面鏡２の反射面からプリズム４上の第２焦点１７側までの距離が相対的に近くなる。図１１のダブルアローで示すように、このような経路でプリズム４の合成ミラー６に入射した光束は、その出射角度が小さく、レンズ８の光軸から遠い位置に入射する。その結果、この光束は、第１のレンズアレイ１１０の光軸から遠いレンズ１０９を通過し、第２のレンズアレイ１１２の周辺部分のレンズ１１１に相対的に小さな光源像を結像する。なお、上記はランプ１’、楕円面鏡２’に関しても同様である。
【００１３】
このようにして第２のレンズアレイ１１２上には、中央部分は相対的に大きな２つの光源像が形成され、周辺部分には相対的に小さな２つの光源像が形成される。また、中央部分と周辺部分で光源像の大きさが異なることから、第２のレンズアレイ１１２上の２つの光源像の間隔も、中央部分ではほぼ無い状態か、狭くなっているが、周辺部分では相対的にかなり大きな間隔が形成されている。このようにして形成された第２のレンズアレイ上の光源像の一例を図１２に示す。図１２は、レンズ９が３６個で、光源の数が２個であり、７２個の光源像がレンズアレイ１２上に形成される例を示す。
【００１４】  第１のレンズアレイ１１０、および第２のレンズアレイ１１２を用いた照明光学系では、各レンズ１０９で集光された光源像が、対応する第２のレンズアレイ１１２の各レンズ１１１の開口を通過した場合のみ、照明すべき領域に有効な光束として照明される。従って、照明すべき領域に照明される光束を増加させるためには、単数の光源の場合と同様、第２のレンズアレイ１１２の中心部分の各レンズ１１１の開口を大きくすることが考えられる。
【００１５】
また、別の光学系では、１つの光源を用いた場合であっても自然光が有する２つの偏光成分を分離する光学系が第１のレンズアレイ１１０と第２のレンズアレイ１１２の間に配置されている場合や、２つの光源から出射され別々の第１のレンズアレイ１１０を通過した後第２のレンズアレイ１１２に到達するまでに２つの光軸をほぼ一致させる光学系において、第１のレンズアレイ１１０に含まれるレンズの数ＮLA1に比べて、第２のレンズア
レイ１１２に含まれるレンズの数ＮLA2は、１つの光源から偏光成分や波長帯域で分割さ
れた光束の数、又は、光源の数Ｎ＝２を第１のレンズアレイのレンズの数ＮLA1に乗じた
（数１）
ＮLA2＝２ ×  ＮLA1
と等しくすることで、複数の光束又は光源を用いた照明装置を構成している（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）。
【００１６】
特許文献１、および特許文献４に記載の構成では、上記例と同様の問題があった。尚、上記文献の全ての開示は、そっくりそのまま引用することにより、ここに一体化する。
【特許文献１】
特開平０５−３４６５５７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７１９０１号公報
【特許文献３】
特開平１１−６６９２６号公報
【特許文献４】
特許第３３０１９５１号公報
【００１７】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光源を複数とし、第２のレンズアレイを同形開口、または異形開口とすると、第２のレンズアレイ１１２の周辺部のレンズ上に形成される１組の光源像間に隙間が存在するため、それ以上の高効率化ができないといった問題があった。この場合、この１組の光源像の隙間に、第１のレンズアレイ１１０の上記所定のレンズ１０９とは別のレンズで形成される光源像が配置されると、この１組の光源像間に挿入された上記別のレンズ１０９’で形成される光源像の光束は、第２のレンズアレイから照明されるべき領域内に集光されないため、結局、照明装置の光利用効率を低下させていた。
【００１８】
このことを以下に具体的に説明する。図１３は、第２のレンズアレイ１１２として異形開口レンズを使用した場合の、２つの光源の像の、第２のレンズアレイ１１２上の配置を示す。図１３から明らかなように、第２のレンズアレイの周辺部の光源像は、中央部の光源像に比べて、互いに間隔が空き小さな像となっている。
【００１９】
図１４（ａ）は、第２のレンズアレイ１１２として異形開口レンズを使用した場合の、光束が第１のレンズアレイ１１０、第２のレンズアレイ１１２を通過して受光面１１４に至る経路を示す。第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９を通過した光は、レンズ１０９に対応する第２のレンズアレイ１１２上のレンズ１１１を介して照明されるべき領域である受光面１１４の全体に達する（図１４（ａ）に示す有効領域）。そして、同様に、第１のレンズアレイ１１０の別の所定のレンズ１０９’を通過した光は、レンズ１０９’に対応するレンズ１１１’を介して照明されるべき領域である受光面１１４の全体に達する。
【００２０】
次に、図１３に示すレンズアレイ１１２の周辺部の１組の光源像の間の隙間を活用するために、別の１組の光源像を配置することを考える。図１４（ｂ）に示すように、第１のレンズアレイ１１０のレンズ１０９’を通過した光束を、レンズ１１１’に到達させる代わりに、レンズ１１１に到達させるように、レンズ１０９’の偏心を調整する。
【００２１】
すなわち、レンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９で集光される１組の光源像の間に、レンズアレイ１１０上の、上記所定のレンズ１０９とは別のレンズ１０９’で集光された１組の光源像のうち少なくとも１つの光源像を入り込ませるように、レンズ１０９’の偏心を調整する。従って、このとき、最低でも３つの光源像が１つの曲率中心を有する１つの開口であるレンズ１１１が包括することになる。
【００２２】
第２のレンズアレイ１１２内のレンズ１１１の曲率中心は、第１のレンズアレイ１１０のレンズ１０９を通過した光束をレンズ１１１を介して受光面１１４に照明するように合わせられている。従って、レンズ１０９’を通過してレンズ１０９との対応関係を有するレンズ１１１に至る光束は、照明されるべき領域である受光面１１４（有効領域）に全て到達することができなくなる。すなわち、上記の光束は図１４（ｂ）に示す無効領域に到達してしまう。このような理由から、第１のレンズアレイ１１０の所定のレンズ１０９により形成される光源像の隙間に、上記所定のレンズとは別のレンズ１０９’で形成される光源像が配置されるように第１のレンズアレイ１１０を偏心させる従来の設計手法および構成では、照明装置の光利用効率をかえって低下させていた。
【００２３】
なお、図１４における第２のレンズアレイ１１２が有するレンズと図９に示す第２のレンズアレイ１１２が有するレンズとは、その数、および形状が図面上で異なっているが、説明の本質には関係ない。
【００２４】
本発明は、上記の課題を鑑み、複数の光源の利用効率を上昇させることができる、照明装置、照明方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の本発明は、複数の光源と、前記複数の光源から照射された光を、各光源に対応して所定の方向に反射させる反射面を有する反射手段と、
前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光により、前記第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記第１のレンズアレイの所定のレンズに対応するレンズ上に、所定の間隔を有して前記複数の光源の像が形成され、実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイが形成されており、
前記第２のレンズアレイは、前記第２のレンズアレイ上に光源像を形成している光束が、受光面上に所定の関係で照明されるように、形成されている、照明装置である。
【００２６】
第２の本発明は、前記第１のレンズアレイの別のレンズは、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成された複数の像の間に、前記別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように偏心されて形成されている、第１の本発明の照明装置である。
【００２７】
第３の本発明は、前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、前記受光面のうち照明されるべき領域に導かれるように、形成されている、第２の本発明の照明装置である。
【００２８】
第４の本発明は、前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成されるレンズの曲率中心が実質上変更されずに、前記第２のレンズアレイが形成されている、第３の本発明の照明装置である。
【００２９】
第５の本発明は、前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成される複数のレンズが、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズを介して形成された像が形成される少なくとも１つのレンズを挟んで配置されている、第４の本発明の照明装置である。
【００３０】
第６の本発明は、前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成されており、
前記第２のレンズアレイは、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第１のレンズと第３のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズアレイの別のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第２のレンズと第４のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズの曲率中心および前記第３のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して第１の曲率中心を形成し、前記第２のレンズの曲率中心および前記第４のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して、前記第１の曲率中心とは異なる第２の曲率中心を形成し、
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記第４のレンズが番号順に配置されている、第５の本発明の照明装置である。
【００３１】
第７の本発明は、前記第２のレンズアレイにおいて、光軸に近いレンズの開口は、光軸から遠いレンズの開口よりも大きく形成され、光軸から遠いレンズの開口は光軸から近いレンズの開口よりも小さく形成される、第１の本発明の照明装置である。
【００３２】
第８の本発明は、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成される複数の像の間の間隔のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、
前記第１のレンズアレイの別のレンズにより、前記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、前記第２のレンズアレイ上に形成される像のうち最大の像が配置されるよう、前記第１のレンズアレイが形成される、第１の本発明の照明装置である。
【００３３】
第９の本発明は、前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成され、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより形成される第１の光源による像の幅を、前記第２の所定の間隔で除算し、前記除算した値が、前記第１のレンズアレイの別のレンズにより形成される第２の光源による像の幅を前記第１の所定の間隔で除算した値以上になるように、前記第１のレンズアレイが形成される、第８の本発明の照明装置である。
【００３４】
第１０の本発明は、前記第２のレンズアレイと前記受光面との間に、前記第２のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置され、映像情報を提供するための表示デバイスをさらに備える、第１の本発明の照明装置である。
【００３５】
第１１の本発明は、複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法である。
【００３６】
本発明によれば、複数の光源の利用効率を上昇させることができる、照明装置、照明方法を提供することができる。
【発明の効果】
本発明にかかる照明装置、照明方法によれば、複数の光源の利用効率を上昇させることができ、投射型表示装置等において有用である。
【００３７】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の実施の形態の照明装置の構成および動作について、以下図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施形態にかかる照明装置の概略構成を示す。
【００３８】
本実施の形態の照明装置は、ランプ１、および集光手段として楕円面鏡２を備える、本発明の複数の光源の一例である、２つのランプユニット３と、その側面１８を反射膜でコーティングして本発明の反射面の一例である合成ミラー６が形成された、三角柱状の、本発明の反射手段の一例であるプリズム４と、プリズム４から所定の間隔を空けて配置され、ランプユニット３から放射され合成ミラー６で反射された光束を照明ユニット５の光軸７に対しておよそ平行な光束にするレンズ８と、レンズ８の出射側から所定の間隔を空けて設置され、複数のレンズ９を２次元状に配置した形状の本発明の第１のレンズアレイの一例であるレンズアレイ１０と、レンズアレイ１０の出射側から所定の間隔を空けて配置され、複数のレンズを２次元状に配置した形状の本発明の第２のレンズアレイの一例であるレンズアレイ１２と、レンズアレイ１２の出射側から所定の間隔を空けて配置された、レンズアレイ１２から出射された光束を受光面に照明するためのレンズ１３と、レンズ１３から所定の間隔を空けて配置され、レンズ１３から出射した光束を照明するための受光面１４と、を有して構成される。
【００３９】
ランプ１としては、ガラス管に発光物資である水銀や不活性ガス等が封入されており、点灯時のガラス管球内の圧力が超高圧になる超高圧水銀灯や、その他にも発光効率が優れているメタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等のランプを用いる。
【００４０】
楕円面鏡２の一方の焦点である第１焦点１５にランプ１の発光部１６が配置され、ランプ１から放射された光を楕円面鏡２のもう一方の焦点である第２焦点１７側に集光する。この楕円面鏡２の第２焦点１７の近傍に、合成ミラー６のミラー面が配置され、楕円面鏡２から出射された光を照明ユニット５の方向に反射させることができる。同様に一方の楕円面鏡２に対向して配置される他方の楕円面鏡２’のランプ１’から放射された光も、他方の楕円面鏡２’で集光後、プリズム４の他方の合成ミラー６’のミラー面で所定の方向に反射される。これによって、２つのランプ１、１’から放射された光はおよそ同じ方向へ進行する光束として照明ユニット５に入射する。
【００４１】
合成ミラー６、６’近傍で楕円面鏡２、２’から出射された光は、第２焦点１７、１７’の近傍で小さな光源像に集光され、合成ミラー６、６’の反射面近傍を起点として照明ユニット５側に広がって進行する。このように広がりながら進行する光は、レンズ８に入射し、照明ユニット５の光軸７とおよそ平行な光束に変換されてレンズ８から出射する。
【００４２】
レンズ８から出射した光束は、レンズアレイ１０の複数のレンズ９に導入されて部分光束に分割される。分割された各部分光束は、レンズアレイ１０内の個々のレンズに対応するレンズを有するレンズアレイ１２上に、レンズアレイ１０内の各レンズ開口と相似形で結像し、レンズ１３を介して照明されるべき領域である受光面１４上で重畳される。これにより、レンズアレイ１０に入射する時点では光束に明るさむらが存在するが、様々な輝度分布を有する各部分光束が重畳されることによって、照明すべき領域内で均一性の高い照明が実現される。
【００４３】
レンズアレイ１０とレンズアレイ１２は、レンズアレイ１０で分割された部分光束が、レンズアレイ１２近傍で集光されるよう間隔を空けて配置されている。また、図１に示す光学系では、合成ミラー６、６’上に形成された光源像がそれぞれ１つずつあるため、各レンズ９で集光された各部分光束も２つの光源像を形成する。
【００４４】
従って、レンズアレイ１２上に、レンズアレイ１０に含まれるレンズ９の個数と合成ミラー６、および合成ミラー６’上に形成される光源像の個数を乗じた数の光源像が形成される。
【００４５】
本発明の実施の形態の照明装置において、レンズアレイ１２のレンズのうち周辺部のレンズが各光源像を効率よく包括するように分割される。また、図１に示すように、レンズアレイ１２の分割されたレンズに光源像が形成されるように、レンズアレイ１０の一部のレンズ９’が偏心されて配置される。すなわち、例えば図１に示す例では、レンズアレイ１０のレンズ９からの２つの光源像は、レンズアレイ１２の、本発明の第１のレンズの一例であるレンズ２１、および本発明の第３のレンズの一例であるレンズ２３にそれぞれ光源像２７，２９として形成され、レンズ９とは別のレンズ９’からの２つの光源像は、レンズアレイ１２の、本発明の第２のレンズの一例であるレンズ２２，および本発明の第４のレンズの一例であるレンズ２４にそれぞれ光源像２８，３０として形成されるように、レンズ９’が偏心されて配置されている。
【００４６】
従来技術によれば、レンズ９に対応する光源像は、レンズアレイ１２のレンズ１１（レンズ２１、２２、２３からなる領域を有するレンズを想定してこのように呼ぶ。）に形成され、レンズ９’に対応する光源像は、レンズアレイ１２のレンズ１１’（レンズ２２、２３、２４からなり、レンズ１１の領域とは重ならない領域を有するレンズを想定してこのように呼ぶ。）に形成されていた。レンズアレイ１２の分割とは、上記のように、レンズ１１をレンズ２１、２２、２３に分割し、レンズ１１’をレンズ２２、２３、２４に分割することを言う。
【００４７】
このようにレンズアレイ１２のレンズが分割され、光源像の一方が別の光源像の間に挟まれるようにレンズを配置することにより、レンズアレイ１２上の周辺部の領域を、従来技術の第２のレンズアレイ１１２に比べて（例えば４／６に）減少させることができる。
【００４８】
このようなレンズアレイ１２におけるレンズ分割の概念を図２（ａ）、（ｂ）にさらに具体的に示す。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズアレイ１２の周辺部のレンズの開口は、レンズアレイ１０の所定のレンズ９からの光源像に対応する開口である、レンズ２１、およびレンズ２３、ならびにレンズアレイ１０の上記所定のレンズ９以外の別のレンズ９’からの光源像に対応する開口である、レンズ２２、およびレンズ２４に分割される。そして、レンズ２１、レンズ２２、レンズ２３、レンズ２４はこの順番に並べられている。また、レンズ２１およびレンズ２３の本発明の第１の曲率中心の一例である曲率中心２５と、レンズ２２およびレンズ２４の本発明の第２の曲率中心の一例である曲率中心２６とは、近接させるがずらして配置される。すなわち、レンズ２１の曲率中心とレンズ２３の曲率中心はほぼ一致して曲率中心２５が形成され、レンズ２２の曲率中心とレンズ２４の曲率中心はほぼ一致して曲率中心２６が形成され、曲率中心２５および曲率中心２６はずらされて配置される。
【００４９】
レンズ２１、２３の曲率中心２５は、レンズ１１の曲率中心と一致している。また、レンズ２２、２４の曲率中心２６は、レンズ１１’の曲率中心と一致している。すなわち、レンズ１１、１１’の曲率中心は、レンズ１１、１１’を分割する、しないに関わらず実質上変更せずに（すなわちレンズ１１、１１’の分割の前後で実質上保存されて）形成される。つまり、レンズ１１、１１’を分割した場合の曲率中心２５、２６は、レンズ１１、１１’を分割しないとした場合の曲率中心と一致して形成される。
【００５０】
図２（ａ）は、このようなレンズアレイ１２上に形成されたレンズ２１〜２４の平面図を示し、図２（ｂ）は、その断面図を示す。このような構成によって、レンズ９で集光される１つ１つの光源像は、曲率中心２５を有するレンズ２１、２３を通過し、レンズ９’で集光される１つ１つの光源像は、曲率中心２６を有するレンズ２２、２４を通過し、照明すべき領域である受光面１４へ有効な光束として効率的に照明される。
【００５１】
このように、レンズアレイ１０のレンズ９により形成される１組の光源像間に大きな隙間が形成されやすいレンズアレイ１２の周辺部のレンズを分割し、各分割されたレンズの組がそれぞれ所定の曲率中心を有することで、レンズアレイ１２上に形成される光源像の隙間を減少させ、従来よりも小さな開口でより効率よく光源像を包括することができる。
【００５２】
例えば、従来の照明装置では、レンズアレイ１２上においてレンズ２１、２２、２３で形成される領域に光源像２７、２９が結像され、レンズ２１、２２、２３の領域が形成される領域とは別の領域であって、レンズ２２、２３、２４で形成される領域に光源像２８、３０が結像されていた。従って、レンズ２１〜２４の面積が同一とすると、上記の所定のレンズ９からの光源像と、上記の別のレンズ９’からの光源像とをレンズアレイ１２上に結像するためには、レンズ２１の６枚分の面積が必要であった。
【００５３】
しかし、本発明の照明装置によれば、レンズ２１の４枚分の面積で上記の所定のレンズ９からの光源像と、上記の別のレンズ９’からの光源像とをレンズアレイ１２上に結像することができる。従って、レンズアレイ１２の周辺部において節約できた領域をレンズアレイ１２の中央部におけるレンズの開口の増加に寄与させることができる。あるいは、上記のようにレンズアレイ１２の周辺部の領域を減少させることにより、従来の異形開口レンズよりもレンズアレイ１２全体の面積を小さくすることができ、照明装置自体の小型化を図ることもできる。
【００５４】
なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す例は、一例であり、特に曲率中心２５、２６に関しては図示以外の配置も当然考えられる。
【００５５】
本発明の照明装置においては、レンズアレイ１２上の光源像が配置されていない部分（隙間）をできるだけ排除し、レンズアレイ１２上における光源像の充填率を高めることで、より小さな光学系で、より高い効率の照明系を実現することができる。
【００５６】
このように、レンズアレイ１２の周辺部分に配置されているレンズが分割され、レンズアレイ１２のレンズ数が増加した方が照明装置の効率を向上させることができる。
【００５７】
しかしながら、無制限にレンズアレイ１２のレンズ数を増加させると、レンズアレイ１２の中央部分に結像される１組の光源像の間に、別のレンズ９’により形成される光源像を移動させてきても、光軸付近の光源像が大きいため、１組の光源像間の隙間が無く、新たな光源像を配置する場所がほとんど無くなる。すなわち、レンズアレイ１２の中央部分のレンズ上で、別のレンズ９’により形成される光源像の大部分がもとの光源像と重なってしまう。この場合、レンズの曲率中心位置をレンズ９、９’のうちどちらか一方に対応させなければならないため、光源像の重複部分のうちのいずれかの光源像は、照明すべき領域に到達せず、照明効率の点で損失となる。
【００５８】
従って、上記の効果をより確実に得るためには、レンズアレイ１２のレンズ数ＮLA2が
、レンズアレイ１０のレンズ数ＮLA1に対して、次の関係
（数２）
ＮLA1＜ＮLA2＜２ ×  ＮLA1
を満たせばよい。
【００５９】
レンズアレイ１０およびレンズアレイ１２の形状は、上記の（数２）満たせばどのような形状であってもよい。このような例として、図３（ａ）においては、レンズ９の数が４８個の場合のレンズアレイ１０の形状の一例を示し、図３（ｂ）においては、図３（ａ）に示すレンズアレイ１０に対応する、６０個のレンズを有するレンズアレイ１２の形状の一例を示す。また、図３（ｃ）は、レンズアレイ１０のレンズ９の数が４２個の場合のレンズアレイ１０の形状の一例を示す。また、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示すレンズアレイ１０に対応する、４６個のレンズを有するレンズアレイ１２の形状の一例を示す。
【００６０】
このように、レンズアレイ１２のレンズの一部を分割することにより、レンズアレイ１２の周辺部に形成された１組の光源間の隙間が減少した分、レンズアレイ１２全体の大きさを小さくさせ照明装置全体を小さくしたり、レンズアレイ１２中央部のレンズの開口をさらに大きくすることができるので光利用効率を高めることが可能となる。
【００６１】
次に、レンズアレイ１０の所定のレンズ９で形成された１組の光源像の間に、レンズアレイ１０の上記所定のレンズ９とは別のレンズ９’で形成される１組の光源像のうち少なくとも１つの光源像を配置する際に、上記別のレンズ９’で形成された１組の光源像のうち、どちらの光源像を上記所定のレンズ９で形成された１組の光源像間の隙間に移動すれば良いかを以下に説明する。
【００６２】
図４、図５は、レンズアレイ１２の周辺部に実際に形成される光源像を用いた例を示す。図４に示すように、所定の１つのレンズ９から形成される１組の光源像において、各光源像の面積中心を結ぶ直線上における大きい光源像の幅をＲ１、小さい方の光源像の幅をＬ１、その光源像間の隙間幅をＧ１とし、同様に上記別のレンズ９’から形成される１組の光源像（すなわち、レンズ９’を偏心しないとした場合に本来レンズ９’に対応するレンズアレイ１２上の仮想のレンズ１１’に形成されるであろう光源像）の幅をＲ２、Ｌ２とし、これらの光源像の隙間の幅をＧ２とする。このような２組の光源像を組み合わせる場合、各光源像間の隙間幅（Ｇ１またはＧ２）に対する大きい像の幅（Ｒ１またはＲ２）の比率ができるだけ小さくなるように配置する方が効率が良くなる。
【００６３】
つまり、次の関係
（数３）
Ｒ２／Ｇ１≧Ｒ１／Ｇ２
を満たすように各光源像間の配置を決定すればよい。
【００６４】
例えば、図４、図５に示す例においては、Ｇ１の隙間に幅Ｌ２を有する光源像３８を挿入するよりも、またはＧ２の隙間に幅Ｌ１を有する光源像３７を挿入するよりも、Ｇ１よりも大きい隙間を有するＧ２の隙間に、幅Ｒ２を有する光源像４０よりも大きい幅Ｒ１を有する光源像３９を挿入した構成の方が効率が良い。
【００６５】
例えば図５（ａ）は、光源像３７、３９の間に光源像３８を配置した場合のレンズアレイ１２の構成の一部を平面的に示し、図５（ｂ）はその断面を示す。レンズ３１およびレンズ３３は別のレンズであるが、同一の曲率中心を有してレンズ３２を挟んで配置される。そして、レンズ３２およびレンズ３４は、別のレンズであるが、同一の曲率中心を有してレンズ３３を挟んで配置されている。この場合、レンズ３１〜３３により形成される曲率中心とレンズ３２〜３４により形成される曲率中心とが互いに近接しているがずらされて配置されている。
【００６６】
ただし、上記配置にしない場合であっても、従来手法よりも効率を高めたり、照明装置の大きさを小さくすることができる、という点で上記と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、１組の光源像間の隙間が大きく、その光源間の隙間に対して、別のレンズ９’で形成されるかなり小さい光源像を挿入する場合、１組の光源像ではなく、複数の別のレンズ９’等により形成される２組以上の光源像を挿入する構成であっても良い。この場合も、レンズアレイ１２の分割後の各レンズは、対応するレンズ９、９’等からの光束が照明すべき領域内に到達する有効な照明となるように、曲率中心の位置が互いに近接するがずらされて、１組の光源像が通過するレンズ１１の有する領域において配置される。また、レンズ９、９’等は、通過する光束がレンズ１１に集光されるように偏心して配置される。
【００６８】
例えば図６（ａ）は、光源像５０、５３の間に光源像５１および光源像５２を配置した場合のレンズアレイ１２の構成の一部を平面図で示し、図６（ｂ）はその断面を示す。この場合、レンズ４１〜４４により曲率中心４７が形成され、レンズ４２〜４５により曲率中心４８が形成され、レンズ４３〜４６により曲率中心４９が形成され、曲率中心４７、４８、４９は、互いに近接しているがずらされて配置されている。
【００６９】
すなわち、レンズ４１の曲率中心とレンズ４４の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４７が形成され、レンズ４２の曲率中心とレンズ４５の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４８が形成され、レンズ４３の曲率中心およびレンズ４６の曲率中心がほぼ一致して曲率中心４９が形成され、曲率中心４７、４８、４９がずらされて配置されている。但し、各曲率中心は、図２（ａ）、（ｂ）に示す場合と同様、レンズ１１を分割する、しないに関わらず変更せずに形成される。
【００７０】
このように、光源像間の隙間をできるだけ別の光源像で埋めるようにレンズアレイ１０、レンズアレイ１２を形成することにより、レンズアレイ１２上の所定のレンズ１１に形成される各曲率中心間の距離を小さくすることができる。従ってその場合、レンズアレイ１２全体をさらに小型化できるか、またはレンズアレイ１２の中心部分の口径を大型化することにより光利用効率を高めることができる。
【００７１】
また、図７に示すように、レンズアレイ１２の分割後のレンズは、２組の光源像のうち、片側の光源像が比較的小さく、全体の光利用効率に大きく寄与していない場合、４つのレンズ１１のうち３つまたは２つのレンズでレンズ１１を構成しても良い。
【００７２】
このように、本発明によれば、レンズアレイ１２をレンズアレイ１０より細かく分割することで、レンズアレイ１２上に形成される複数の光源像間に生じていた隙間領域が低減され、光利用効率の高い照明装置を得ることができる。また、本発明の照明装置を用いれば、光利用効率の高い投写型表示装置を実現できる。
【００７３】
なお、図１２、図２（ａ）に示す光源像の大きさを表現する為に記した外形は、光源像における最大輝度を１００％とした場合の１０〜３０％の輝度を持つ等輝度線で表示している。このような等輝度線は、光源像としてレンズ１１の開口において取り込むことにより光利用効率に影響を与える範囲を示す指標である。そのため、レンズアレイ１０、レンズアレイ１２を上述のように形成することにより、この等輝度線の外形がレンズ１１の中にすべて収容される場合は、上記手法を用いることで大きな効果が得られる。しかし、上記の等輝度線の外形どうしが一部重複されるような場合、または上記の等輝度線の外形の一部がレンズ１１からはみ出る場合でも、光学系全体として、効率が高くなったり、レンズアレイ１２の大きさが小さくなる等の効果が得られることもあり得る。
【００７４】
また、以上までの説明における複数の光源像間の隙間または間隔とは、上記の等輝度線により囲まれる像の面積中心どうしを結んだ線上での、１つの等輝度線から別の等輝度線に至るまでの距離として表してきた。しかし、光源像どうしの間隔は、別の方法により定義されていてもよい。
【００７５】
また以上までの説明において、本発明の反射手段として、その側面を反射膜でコーティングした合成ミラー６、６’を有する三角柱状のプリズム４を示したが、本発明の反射手段は、プリズム４に限らず、２枚のミラーを用いた構成であっても良く、２つの光源から放射された光束を、照明ユニット５の方に反射させる構成であればどのような構成であってもよい。
【００７６】
また以上までの説明では、集光手段として楕円面鏡２を使用する例を示したが、集光手段としては、放物面鏡であってもよい。さらには、集光手段としてレンズが使用されることも考えられる。その場合は、第２のレンズアレイ１２の中央部分においても周辺部分においても光源像の大きさは大きく変わらないのでレンズアレイ１２の形状は異形開口である必要はない。そして、レンズアレイ１２上の所定の１つのレンズ１１に形成される光源像間の間隔が空いている場合は、上記所定のレンズ１１に対応する所定のレンズ９とは別のレンズ９’により形成される光源像が、上記と同様に上記所定のレンズ１１上に形成される光源像の間に形成される構成であってもよい。このような場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、図１ではレンズアレイ１２の後に、照明すべき受光面１４側の形状に合わせ、均一性をもつ照明光に変換する光学手段としてレンズ１３を図示したが、本発明の照明装置の構成として、レンズ１３が無いものや、複数個の単レンズを組み合せた構成、またはミラー、プリズム等の光学要素が含まれた光学系の構成を有していてもよい。
【００７８】
また、上記の照明装置に、図８に示すように、本発明の表示デバイスの一例として、透過型の液晶パネル６１（光変調素子）と、投写レンズ６２とを設ければ、均一性の高い投写画像が提供できる投写型表示装置を得ることができる。
【００７９】
さらに、図８では、光変調素子として液晶パネル６１を１つだけ備えた構成を例示したが、複数個の光変調素子を備えた構成であってもよい。また、上記の透過型の液晶パネル６１の代わりに、その他の透過型ライトバルブ、反射型ライトバルブ、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるミラーパネル、または光書き込み方式の光変調素子、画像表示デバイスなどを用いることができる。さらに、本発明の表示デバイスは、例えばＯＨＰのシートであることも考えられる。
【００８０】
また、図１では、２つの光源を用いた構成を示したが、３つ以上の複数の光源を用いた構成であっても良い。ただし、そのような３つ以上のＮ個の光源を用いた場合、レンズアレイ１２のレンズ数ＮLA2は、レンズアレイ１０のレンズ９数ＮLA1に対して、次の関係
（数４）
ＮLA1＜ＮLA2＜Ｎ ×  ＮLA1
を満たせばよい。その場合は、レンズアレイ１０の所定のレンズ９によりレンズアレイ１２上に形成される複数の像のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、レンズアレイ１０の上記所定のレンズ９とは別のレンズ９’により、上記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、レンズアレイ１２上に形成される像、のうち最大の像が配置されるよう、レンズアレイ１０が形成されている構成であればよい。
【００８１】
さらに、図示していないが、色分解および色合成を行うことができるプリズムやフィルタ、ミラー等を用いた構成であってもよい。
【００８２】
【産業上の利用可能性】
本発明にかかる照明装置および照明方法は、複数の光源の利用効率を上昇させることができ、投射型表示装置等において有用であり、大画面映像等をスクリーン上に投影する、例えば、投射型表示装置における表示デバイスを照明する、照明装置、および照明方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態の照明装置の概略構成図である。
【図２】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
【図３】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
（ｃ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
（ｄ）は、本発明の実施の形態の照明装置に使用されるレンズアレイの平面図である。
【図４】
本発明の実施の形態の照明装置の光源像の配置の決定方法を示す模式図である。
【図５】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
【図６】
（ａ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す断面図である。
【図７】
本発明の実施の形態の照明装置の第２のレンズアレイの形状の一例を示す平面図である。
【図８】
本発明の実施の形態の照明装置の１つの構成例を示す概略図である。
【図９】
従来の異形開口レンズを有する照明装置の構成を示す概略図である。
【図１０】
従来の異形開口レンズを有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された光源像の一例を示す模式図である。
【図１１】
従来の複数の光源を有する照明装置の構成を示す概略図である。
【図１２】
従来の複数の光源を有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された複数の光源像の一例を示す模式図である。
【図１３】
従来の複数の光源を有し、異形開口レンズを有する照明装置の第２のレンズアレイに結像された複数の光源像の一例を示す模式図である。
【図１４】
（ａ）は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の動作原理を説明する概略図である。
（ｂ）は、従来の異形開口レンズを有する照明装置の動作原理を説明する概略図である。
【符号の説明】
１、１’ ランプ
２、２’ 楕円面鏡
３、３’ ランプユニット
４ プリズム
５ 照明ユニット
６、６’ 合成ミラー
７ 光軸
８、９、１１、１３ レンズ
１０、１２ レンズアレイ
１４ 受光面
１５、１５’ 第１の焦点
１６、１６’ 発光部
１７、１７’ 第２の焦点
１８ 側面
【手続補正２】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正２
【補正方法】追加
【補正の内容】
【手続補正２】
【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】
複数の光源と、
前記複数の光源から照射された光を、各光源に対応して所定の方向に反射させる反射面を有する反射手段と、
前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光により、前記第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記第１のレンズアレイの所定のレンズに対応するレンズ上に、所定の間隔を有して前記複数の光源の像が形成され、実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイが形成されており、
前記第２のレンズアレイは、前記第２のレンズアレイ上に光源像を形成している光束が、受光面上に所定の関係で照明されるように、形成されている、照明装置。
【請求項２】
前記第１のレンズアレイの別のレンズは、前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成された複数の像の間に、前記別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように偏心されて形成されている、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、前記受光面のうち照明されるべき領域に導かれるように、形成されている、請求の範囲２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成されるレンズの曲率中心が実質上変更されずに、前記第２のレンズアレイが形成されている、請求の範囲３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第２のレンズアレイ上の、前記第１のレンズアレイの前記別のレンズを介して形成された像が形成される複数のレンズが、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズを介して形成された像が形成される少なくとも１つのレンズを挟んで配置されている、請求の範囲４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成されており、
前記第２のレンズアレイは、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第１のレンズと第３のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズアレイの別のレンズを通過した像を前記受光面に照明させるための、第２のレンズと第４のレンズとが前記第２のレンズアレイ上に形成されており、
前記第１のレンズの曲率中心および前記第３のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して第１の曲率中心を形成し、前記第２のレンズの曲率中心および前記第４のレンズの曲率中心は、ほぼ一致して、前記第１の曲率中心とは異なる第２の曲率中心を形成し、
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記第４のレンズが番号順に配置されている、請求の範囲５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第２のレンズアレイにおいて、光軸に近いレンズの開口は、光軸から遠いレンズの開口よりも大きく形成され、光軸から遠いレンズの開口は光軸から近いレンズの開口よりも小さく形成される、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより前記第２のレンズアレイ上に形成される複数の像の間の間隔のうち最大の間隔である第１の所定の間隔に、
前記第１のレンズアレイの別のレンズにより、前記第１の所定の間隔より小さい第２の所定の間隔を空けて形成される、前記第２のレンズアレイ上に形成される像のうち最大の像が配置されるよう、前記第１のレンズアレイが形成される、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項９】
前記複数の光源は、第１の光源と第２の光源とから構成され、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズにより形成される第１の光源による像の幅を、前記第２の所定の間隔で除算し、前記除算した値が、前記第１のレンズアレイの別のレンズにより形成される第２の光源による像の幅を前記第１の所定の間隔で除算した値以上になるように、前記第１のレンズアレイが形成される、請求の範囲８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第２のレンズアレイと前記受光面との間に、前記第２のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置され、映像情報を提供するための表示デバイスをさらに備える、請求の範囲１に記載の照明装置。
【請求項１１】
複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法。
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月1日(2005.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
複数の光源から照射された光を、各光源に対応して反射手段により所定の方向に反射させて、前記反射手段から所定の間隔を空けて配置された複数のレンズを有する第１のレンズアレイに導く工程と、
前記第１のレンズアレイの所定のレンズを通過した前記複数の光源からの光を、前記第１のレンズアレイから所定の間隔を空けて配置された、複数のレンズを有する第２のレンズアレイの複数のレンズのうちの前記所定のレンズに対応するレンズ上に導いて、所定の間隔を有して前記複数の光源の像を形成する工程と、
実質上、前記形成された複数の光源の像の間に、前記第１のレンズアレイの前記所定のレンズとは別のレンズにより形成される複数の像のうち全部または一部を配置するように、前記第１のレンズアレイを形成する工程と、
前記第２のレンズアレイを、前記第２のレンズアレイ上に形成される像が、受光面上に所定の関係で照明されるように形成する工程と、を備える照明方法。
【国際調査報告】
2004034141.tif 000022
2004034141.tif 000023
2004034141.tif 000024
2004034141.tif 000025