(57)【要約】【課題】偏心したレンズアレイを容易に加工できると共に、レンズアレイに入射する光の利用効率を高める。【解決手段】光を射出する光源部と、第１方向に沿って配列された複数の小レンズを含む小レンズ列を、前記第１方向と直交する第２方向に沿って複数有し、前記光源部から射出された光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイの各小レンズに対応する複数の小レンズを有し、前記第１レンズアレイにより分割された部分光束を集光する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイにより集光される部分光束を所定の直線偏光に変換する偏光変換素子と、を備え、各小レンズ列において、各小レンズは、前記第２方向の同一方向に同一偏心量だけ偏心し、隣り合う前記小レンズ列のレンズの偏心方向は、互いに前記第２方向において反対向きである、照明装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源部と、
第１方向に沿って配列された複数の小レンズを含む小レンズ列を、前記第１方向と直交する第２方向に沿って複数有し、前記光源部から射出された光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイの各小レンズに対応する複数の小レンズを有し、前記第１レンズアレイにより分割された部分光束を集光する第２レンズアレイと、
前記第２レンズアレイにより集光される部分光束を所定の直線偏光に変換する偏光変換素子と、
を備え、
各小レンズ列において、各小レンズは、前記第２方向の同一方向に同一偏心量だけ偏心し、
隣り合う前記小レンズ列のレンズの偏心方向は、互いに前記第２方向において反対向きである、照明装置。
【請求項２】
前記偏光変換素子は、前記第２レンズアレイにより集光される部分拘束のうち透過させる直線偏光成分と、反射させる直線偏光成分とに分離する偏光分離層を有し、
前記偏光分離層は、対応する前記小レンズ列の光軸を全て含むように配置されている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記偏光変換素子は、各小レンズ列に対応する前記偏光分離層を、前記第２方向に交差するように複数有し、
各偏光分離層によって反射される直線偏光成分の反射方向は、対応する前記小レンズ列の偏心方向とは逆方向である、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記偏光変換素子は、前記偏光分離層によって反射された直線偏光成分を反射させて、前記偏光分離層を透過した直線偏光成分と平行にさせる反射層を、更に有し、
前記反射層は、前記偏光分離層と平行に所定間隔だけ離れて設けられている、請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記小レンズ列の前記第２方向の幅をＷとしたときに、前記小レンズ列のレンズの偏心量は、Ｗ／４である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を画像信号に基づいて変調する表示素子と、
前記表示素子により変調された光を投射面上に投射する投射部と、
を備える、投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像や映像をスクリーン上に投射することにより表示する投射型表示装置は、光を射出する照明装置と、照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調して画像を形成する表示素子等を含む。
【０００３】
照明装置は、光源部と、光源部からの光が入射するレンズアレイと、レンズアレイからの光を所定の直線偏光に変換する偏光変換素子と、を有する。この照明装置の中には、下記の特許文献１に記載のように、レンズアレイにおいてマトリクス状に配列された小レンズを偏心させたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８３８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、全ての小レンズの偏心向きが同一であるため、隣接する小レンズの接続部に段差が形成される。ところで、レンズアレイは金型により製造されるが、段差の形成は加工上困難である。一方で、加工上の困難を解消するために、段差を斜めにカットする方法も検討される。しかし、斜めにカットされた接続部に光が入射した場合には、光の挙動が不安定になり、光の利用効率が低下する問題が発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、偏心したレンズアレイを容易に加工できると共に、レンズアレイに入射する光の利用効率を高めることが可能な、新規かつ改良された照明装置、及び投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光を射出する光源部と、第１方向に沿って配列された複数の小レンズを含む小レンズ列を、前記第１方向と直交する第２方向に沿って複数有し、前記光源部から射出された光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイの各小レンズに対応する複数の小レンズを有し、前記第１レンズアレイにより分割された部分光束を集光する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイにより集光される部分光束を所定の直線偏光に変換する偏光変換素子と、を備え、各小レンズ列において、各小レンズは、前記第２方向の同一方向に同一偏心量だけ偏心し、隣り合う前記小レンズ列のレンズの偏心方向は、互いに前記第２方向において反対向きである、照明装置が提供される。
【０００８】
かかる照明装置においては、第１レンズアレイの各小レンズ列において、各小レンズは、前記第２方向の同一方向に同一偏心量だけ偏心し、隣り合う前記小レンズ列のレンズの偏心方向は、互いに前記第２方向において反対向きである。これにより、第１レンズアレイにおいて隣り合うレンズ列の境界部が滑らかに繋がるので、段差が形成されない。このため、偏心した小レンズ列を容易に製造できると共に、小レンズ列に入射する光の利用効率を高めることが可能となる。
【０００９】
また、前記偏光変換素子は、前記第２レンズアレイにより集光される部分拘束のうち透過させる直線偏光成分と、反射させる直線偏光成分とに分離する偏光分離層を有し、前記偏光分離層は、対応する前記小レンズ列の光軸を全て含むように配置されている。かかる構成によれば、前記偏光分離層は、対応する前記小レンズ列の光軸を全て含むように配置されているので、小レンズ列に入射された光を効果的に直線偏光成分に変換できる。
【００１０】
また、前記偏光変換素子は、各小レンズ列に対応する前記偏光分離層を、前記第２方向に交差するように複数有し、各偏光分離層によって反射される直線偏光成分の反射方向は、対応する前記小レンズ列の偏心方向とは逆方向である。かかる構成によれば、各偏光分離層によって反射される直線偏光成分の反射方向は、対応する前記小レンズ列の偏心方向とは逆方向であるので、複数の偏光分離層の間隔を狭めることができ、偏光分離層を多数配置できる。
【００１１】
また、前記偏光変換素子は、前記偏光分離層によって反射された直線偏光成分を反射させて、前記偏光分離層を透過した直線偏光成分と平行にさせる反射層を、更に有し、前記反射層は、前記偏光分離層と平行に所定間隔だけ離れて設けられている。かかる構成によれば、前記反射層は、前記偏光分離層と平行に所定間隔だけ離れて設けられているので、複数の偏光分離層及び反射層の間隔を狭めるように配置できるので、偏光分離層と反射層を多数配置できる。
【００１２】
また、前記小レンズ列の前記第２方向の幅をＷとしたときに、前記小レンズ列のレンズの偏心量は、Ｗ／４である。かかる構成によれば、前記小レンズ列の前記第２方向の幅をＷとしたときに、前記小レンズ列のレンズの偏心量は、Ｗ／４であるので、第１レンズアレイにおいて隣り合うレンズ列の境界部をより滑らかに繋げることが可能となる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、前記照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像信号に基づいて変調する表示素子と、前記表示素子により変調された光を投射面上に投射する投射部と、を備える、投射型表示装置が提供される。
【００１４】
かかる投射型表示装置においても、第１レンズアレイの各小レンズ列において、各小レンズは、前記第２方向の同一方向に同一偏心量だけ偏心し、隣り合う前記小レンズ列のレンズの偏心方向は、互いに前記第２方向において反対向きである。これにより、第１レンズアレイにおいて隣り合うレンズ列の境界部が滑らかに繋がるので、段差が形成されない。このため、偏心した小レンズ列を容易に製造できると共に、小レンズ列に入射する光の利用効率を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、偏心したレンズアレイを容易に加工できると共に、レンズアレイに入射する光の利用効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に係る投射型表示装置１の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る第１レンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態に係る第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、及び偏光変換素子１４０を示す図である。
【図４】第１小レンズ１２２の偏心量を説明するための図である。
【図５】比較例に係る第１レンズアレイ６２０を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
＜投射型表示装置の構成＞
図１を参照しながら、本実施の形態に係る投射型表示装置１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る投射型表示装置１の構成を示す図である。
【００１９】
投射型表示装置１は、例えば、画像や映像をスクリーンなどに投影することにより表示するプロジェクタである。投射型表示装置１は、図１に示すように、照明装置１００と、色分離光学系２００と、表示素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂと、色合成プリズム４００と、投射部の一例である投射光学系５００とを有する。
【００２０】
（照明装置１００）
照明装置１００は、照明光束を射出する装置である。照明装置１００は、図１に示すように、光源部１１０と、レンズ１１２と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０とを有する。
【００２１】
光源部１１０は、本実施形態ではランプであり、被照明領域側に照明光軸を中心軸とする照明光束を射出する。なお、光源部１１０は、ランプに限定されず、例えばＬＥＤやレーザであっても良い。レンズ１１２は、光源部１１２から射出された光線をほぼ平行な光線束として射出する。
【００２２】
第１レンズアレイ１２０は、光源装置１１０から射出された照明光束を複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ１２０は、偏心した複数の第１小レンズ１２２を有する。第１小レンズ１２２は、レンズ１１４からの光を複数の部分光束に分割する機能を有する。第１小レンズ１２２は、照明光軸と直交する面内にマトリックス状に配置している。なお、第１レンズアレイ１２０の詳細構成については、後述する。
【００２３】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０により分割された複数の部分光束を集光する。第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０と同様に、照明光軸と直交する面内にマトリックス状に配置された複数の第２小レンズ１３２を有する。各第２小レンズ１３２は、各第１小レンズ１２２に対応する位置に配置している。
【００２４】
偏光変換素子１４０は、第２レンズアレイ１３０により集光される部分光束を所定の直線偏光に変換して、射出する。なお、偏光変換素子１４０の詳細構成については、後述する。
【００２５】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された複数の部分光束を、重畳させる機能を有する。重畳レンズ１５０は、図１では１枚のレンズで構成されているが、複数のレンズを組み合わせた複合レンズであっても良い。
【００２６】
（色分離光学系２００）
色分離光学系２００は、複数のミラーとレンズで構成される。色分離光学系２００は、重畳レンズ１５０から射出される照明光束を、赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光に分離して、それぞれの色光を照明対象となる３つの表示素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに導く。
【００２７】
（表示素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ）
表示素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂは、照明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、光源装置１１０の照明対象である。
【００２８】
（色合成プリズム４００）
色合成プリズム４００は、３色の色光を合成してカラー画像を形成する。色合成プリズム４００においては、赤光を反射する誘電体多層膜と、青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字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を投写するための合成光が形成される。
【００２９】
（投射光学系５００）
投射光学系５００は、複数のレンズから構成され、色合成プリズム４００から射出された合成光を、スクリーンに拡大投写する。これにより、スクリーン上に大画面画像が形成される。
【００３０】
＜第１レンズアレイ、偏光変換素子の詳細構成＞
図２及び図３を参照しながら、本実施の形態に係る第１レンズアレイ１２０、及び偏光変換素子１４０の詳細構成について説明する。
【００３１】
図２は、本実施の形態に係る第１レンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係る第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、及び偏光変換素子１４０を示す図である。なお、以下においては、図２及び図３に示すＹ方向が第１方向であり、Ｘ方向が第２方向であるものとする。
【００３２】
（第１レンズアレイ１２０）
図２に示すように、第１レンズアレイ１２０は、略矩形状の輪郭を有する第１小レンズ１２２がマトリクス状に配列した構成を有する。各第１小レンズ１２２の光学的中心（光軸）の位置は、レンズの幾何学的中心からずれている、すなわち偏心している。
【００３３】
本実施の形態の第１レンズアレイ１２０は、図２に示すように、Ｘ方向（第２方向）に沿って８列の第１小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈを有する。各第１小レンズ列は、Ｙ方向（第１方向）に沿って配列された複数の小レンズ１２２から成る。８列の第１小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈの偏心量（各第１小レンズ１２２の偏心量）は、同じである。一方で、図３に示すように、８列の第１小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈにおいて隣り合う第１小レンズ列の偏心の向きは、互いにＸ方向において反対向きである。なお、各第１小レンズ列において第１小レンズ１２２（Ｙ方向に並んだ第１小レンズ１２２）は、同一方向に偏心している。
【００３４】
図４は、第１小レンズ１２２の偏心量を説明するための図である。図４に示すように、第１小レンズ１２２のＸ方向の幅をＷとしたときに、各第１小レンズ１２２の偏心量は、Ｗ／４である。ただし、各第１小レンズ１２２の偏心量は、Ｗ／４以外の大きさであっても良い。
【００３５】
ここで、第１小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈの偏心向きの関係について説明する。図３に示すように、第１小レンズ列１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅ、１２３ｇの偏心の向きは、Ｘ方向の正方向である。一方で、第１小レンズ列１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆ、１２３ｈの偏心の向きは、Ｘ方向の負方向である。すなわち、第１小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈの偏心の向きは、交互に逆方向になっている（換言すれば、一の第１小レンズ列の偏心の向きは、一の第１小レンズ列に隣接する２つの第１小レンズ列の偏心の向きと逆方向である）。
【００３６】
また、第１小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈの偏心の向きは、交互に逆方向になっていることで、隣接する第１小レンズ列の境界部１２４は、円滑に繋がっており、段差が形成されていない。
【００３７】
第２レンズアレイ１３０は、マトリックス状に配置された第２小レンズ１３２を有するが、第１レンズアレイ１２０とは異なり、各第２小レンズ１３２の光軸の位置は、レンズの幾何学的中心の位置と一致している。また、第２小レンズ１３２の幾何学的中心は、第１小レンズ１２２の幾何学的中心と一致している。
【００３８】
（偏光変換素子１４０）
偏光変換素子１４０は、図３に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ１４１と、位相差板１４６とを有する。
【００３９】
偏光ビームスプリッタアレイ１４１は、第２レンズアレイ１３０と対向するように設けられている。偏光ビームスプリッタアレイ１４１は、複数の第１透過性部材１４２と、複数の第２透過性部材１４３とを、Ｘ方向に沿って交互に張り合わせた構造を有する。
【００４０】
第１透過性部材１４２は、三角形の柱状の形状を成している。複数の第１透過性部材１４２は、Ｙ方向において交互に向きを反転させるように、配置されている。そして、隣り合う第１透過性部材１４２の間に、第２透過性部材１４３が位置する。
【００４１】
第２透過性部材１４３は、平行四辺形の柱状の形状を成している。第１透過性部材１４２の間に位置する複数の第２透光性部材１４３は、Ｘ方向に対して交差するように配置している。具体的には、複数の第２透光性部材１４３は、互いに交差するように、略ハ字状に配列している。
【００４２】
第２透過性部材１４３は、第２レンズアレイ１３０からの光が入射部１４３ａを有する。入射部１４３ａのＸ方向の幅は、第１小レンズ１２２のＸ方向の幅をＷとしたときに、Ｗ／２である。そして、第２透過性部材１４３は、それぞれ対応する第１レンズアレイ１２０の第１小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈの光軸を全て含むように、位置している。
【００４３】
第２透光性部材１４３の界面には、偏光分離層１４４と、反射層１４５とが形成されている。反射層１４５は、偏光分離層１４４と平行であり、Ｘ方向において所定間隔（ここではＷ／２）だけ離れている。
【００４４】
偏光分離層１４４は、第２レンズアレイ１３０からの各部分光束に含まれる偏光方向のうち一方の直線偏光成分（ｐ偏光成分）に係る照明光束（ｐ偏光光）を透過し、他方の直線偏光成分（ｓ偏光成分）に係る照明光束（ｓ偏光光）を反射する。すなわち、偏光分離層１４４は、第２レンズアレイ１３０からの光を、ｓ偏光光とｐ偏光光とに分離する。
【００４５】
偏光分離層１４４を透過したｐ偏光光は、第１透過性部材１４２を通過する。一の偏光分離層１４４を反射したｓ偏光光の反射方向は、一の偏光分離層１４４に対応する第１小レンズ列の偏心方向とは逆方向である。
【００４６】
反射層１４５は、偏光分離層１４４で反射されたｓ偏光光を照明光軸に略平行な方向に向けて反射する。ｓ偏光光は、偏光分離層１４４を通過したｐ偏光光とほぼ平行な状態で、射出される。
【００４７】
偏光分離層１４４と反射層１４５は、偏光分離層１４４で反射するｓ偏光光が、隣り合う偏光分離層１４４で互いに異なるように、配置されている。
【００４８】
位相差板１４６は、偏光ビームスプリッタアレイ１４１から見て第２レンズアレイ１３０とは反対側に位置し、第１透過性部材１４２に接触するように設けられている。位相差板１４６は、偏光分離層１４４及び第１透過性部材１４２を通過したｐ偏光光をｓ偏光光に変換する。この結果、偏光変換素子１４０に入射した偏光方向を有する光束のほとんどが、ｓ偏光光に変換されて射出される。
【００４９】
上記の偏光変換素子１４０においては、偏光分離層１４４は、対応する小レンズ列の光軸を全て含むように配置されているので、小レンズ列に入射された光を効果的に直線偏光成分に変換できる。また、偏光分離層１４４によって反射される直線偏光成分の反射方向は、対応する小レンズ列の偏心方向とは逆方向であるので、複数の偏光分離層１４４の間隔を狭めることができ、偏光分離層１４４を多数配置できる。
【００５０】
＜本実施形態の有効性＞
本実施形態に係る照明装置１００及び投射型表示装置１の有効性について、図５に示す比較例と対比しつつ説明する。
【００５１】
図５は、比較例に係る第１レンズアレイ６２０を示す図である。比較例に係る第１レンズアレイ６２０では、第１小レンズ列６２３ａ〜６２３ｈの偏心の向きが同じ方向である。このため、隣接する第１小レンズ列の境界部６２４に、段差が形成されている。このように段差が形成されている場合には、以下の問題がある。
【００５２】
まず、第１レンズアレイ６２０は金型により製造されるが、境界部６２４に段差が形成されている場合には、金型の特性上、図５に示すような急な段差は加工上困難である。一方で、このような加工上の困難を解消するために、段差を斜めにカットする方法も検討される。しかし、斜めにカットされた境界部６２４に光が入射した場合には、光の挙動が不安定になり、光の利用効率が低下する問題が発生する。
【００５３】
これに対して、本実施の形態においては、第１レンズアレイ１２０の各小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈにおいて、各小レンズ１２２は、第２方向（図３のＸ方向）の同一方向に同一偏心量（Ｗ／４）だけ偏心し、隣り合う小レンズ列のレンズの偏心方向は、互いに第２方向において反対向きである。これにより、第１レンズアレイ１２０において隣り合うレンズ列の境界部１２４が滑らかに繋がるので、段差が形成されない。このため、偏心した小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈを容易に製造できると共に、小レンズ列１２３ａ〜１２３ｈに入射する光の利用効率を高めることが可能となる。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５５】
１        投射型表示装置
１００    照明装置
１１０    光源部
１２０    第１レンズアレイ
１２２    第１小レンズ
１２３ａ〜１２３ｈ    第１小レンズ列
１２４    境界部
１３０    第２レンズアレイ
１３２    第２小レンズ
１４０    偏光変換素子
１４２    第１透過性部材
１４３    第２透過性部材
１４４    偏光分離層
１４５    反射層
１４６    位相差板
１５０    重畳レンズ
２００    色分離光学系
３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ    表示素子
４００    色合成プリズム
５００    投射光学系
【図１】
2013120349.tif 000003
【図２】
2013120349.tif 000004
【図３】
2013120349.tif 000005
【図４】
2013120349.tif 000006
【図５】
2013120349.tif 000007