(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の照明領域を照明するための照明光学系であって、
光源装置と、
前記光源装置から射出された光線束を複数の部分光線束に分割するための複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから射出された複数の部分光線束が集光する近傍位置に配置され、前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第２のレンズアレイから射出された前記複数の部分光線束を、前記所定の照明領域上で重畳するための重畳レンズと、
を備え、
前記複数の第１の小レンズのうち、少なくとも一部の第１の小レンズの曲面の頂点の位置は、他の第１の小レンズの曲面の頂点の位置に対して、前記照明光学系の光軸方向に沿った位置が異なるように設けられており、
前記複数の第２の小レンズは、それぞれ対応する第１の小レンズとの間の曲面の頂点間の距離が前記第２の小レンズの焦点距離とほぼ等しくなるように設けられていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
請求項１記載の照明光学系であって、
前記複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであり、
前記複数の第１の小レンズのうち、所定方向に配列された第１の小レンズの曲面の頂点の位置は、前記第１のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて前記光軸方向に沿って単調に変化している、照明光学系。
【請求項３】
請求項２記載の照明光学系であって、
前記所定方向に配列された隣接する２つの第１の小レンズの境界では、前記隣接する２つの第１の小レンズの曲面同士が連続するように形成されている、照明光学系。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の照明光学系であって、
前記複数の第１の小レンズと、前記複数の第２の小レンズとは、前記光軸方向に沿ってそれぞれの曲面が互いに反対の向きに形成されており、
前記所定方向に配列された第１および第２の小レンズの厚みは、前記第１および第２のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化している、照明光学系。
【請求項５】
請求項２または請求項３記載の照明光学系であって、
前記複数の第１の小レンズおよび前記複数の第２の小レンズは、それぞれ入射面側が曲面で射出面側が平面であり、
前記複数の第１の小レンズのうち、前記所定方向に配列された第１の小レンズの射出面側の平面の位置は、前記第１のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて前記光軸方向に沿って単調に変化している、照明光学系。
【請求項６】
請求項２または請求項３記載の照明光学系であって、
前記複数の第１の小レンズおよび前記複数の第２の小レンズは、それぞれ入射面側が平面で射出面側が曲面であり、
前記複数の第２の小レンズのうち、前記所定方向に配列された第２の小レンズの入射面側の平面の位置は、前記第２のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて前記光軸方向に沿って単調に変化している、照明光学系。
【請求項７】
画像を投写表示するプロジェクタであって、
請求項１ないし６のいずれかに記載の照明光学系と、
前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、
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】
この発明は、画像を投写表示するプロジェクタに関し、特に、照明領域を照射する光の強度分布をほぼ均一にするための照明光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタでは、照明光学系から射出された光が液晶ライトバルブなどによって画像情報（画像信号）に応じて変調され、変調された光がスクリーン上に投写されることにより画像が表示される。
【０００３】
照明光学系は、通常、光源装置と、第１および第２のレンズアレイと、重畳レンズとを備えている。光源装置から射出された光線束は、第１のレンズアレイに備えられた複数の小レンズによって複数の部分光線束に分割される。複数の部分光線束は、第１のレンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを備える第２のレンズアレイを通過した後に、重畳レンズによって液晶ライトバルブ上で重畳される。このような照明光学系を用いることにより、液晶ライトバルブを照射する光の強度分布をほぼ均一にすることができる。
【０００４】
なお、各部分光線束が液晶ライトバルブ上に形成する照射領域は、第１のレンズアレイの各小レンズの拡大像である。そして、この拡大倍率は、第１および第２のレンズアレイ間の距離と、重畳レンズと液晶ライトバルブとの距離とに応じてほぼ決定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１のレンズアレイの小レンズとして偏心レンズを用いる場合などには、第１のレンズアレイは、照明光学系の光軸方向に沿って異なった位置に形成された小レンズを含むことがある。しかしながら、第１のレンズアレイが光軸方向に沿って異なった位置に形成された小レンズを含んでいる場合には、各小レンズから射出された各部分光線束が液晶ライトバルブ上に形成する照射領域のサイズが異なってしまい、照明光学系は液晶ライトバルブを効率よく照明することができない場合があった。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、照明光学系の第１のレンズアレイが光軸方向に沿って異なった位置に形成された小レンズを含む場合にも、液晶ライトバルブなどの所定の照明領域を効率よく照明することのできる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、所定の照明領域を照明するための照明光学系であって、
光源装置と、
前記光源装置から射出された光線束を複数の部分光線束に分割するための複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイから射出された複数の部分光線束が集光する近傍位置に配置され、前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、
前記第２のレンズアレイから射出された前記複数の部分光線束を、前記所定の照明領域上で重畳するための重畳レンズと、
を備え、
前記複数の第１の小レンズのうち、少なくとも一部の第１の小レンズの曲面の頂点の位置は、他の第１の小レンズの曲面の頂点の位置に対して、前記照明光学系の光軸方向に沿った位置が異なるように設けられており、
前記複数の第２の小レンズは、それぞれ対応する第１の小レンズとの間の距離がほぼ等しくなるように設けられていることを特徴とする。
【０００８】
なお、本明細書において小レンズの「位置」とは、小レンズの曲面の頂点の位置を意味している。また、２つのレンズ間の「距離」とは、２つのレンズの曲面の頂点間の距離を意味している。
【０００９】
上記照明光学系によれば、所定の照明領域上における第１のレンズアレイの各小レンズの像の拡大倍率がほぼ一定となる。これにより、第１のレンズアレイの各小レンズから射出される部分光線束が所定の照明領域上に形成する照射領域のサイズをほぼ一致させることができるので、照明光学系は照明領域を効率よく照明することが可能となる。
【００１０】
上記照明光学系において、
前記複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであり、
前記複数の第１の小レンズのうち、所定方向に配列された第１の小レンズの曲面の頂点の位置は、前記第１のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて前記光軸方向に沿って単調に変化しているようにしてもよい。
【００１１】
ここで、前記所定方向に配列された隣接する２つの第１の小レンズの境界では、前記隣接する２つの第１の小レンズの曲面同士が連続するように形成されていることが好ましい。
【００１２】
このように、２つの第１の小レンズの境界で２つの第１の小レンズの曲面同士を連続するように形成する場合には、２つの第１の小レンズの境界で平面状の側壁を形成する場合に比べて、第１のレンズアレイを容易にかつ精度よく製造することができる。
【００１３】
なお、前記複数の第１の小レンズと、前記複数の第２の小レンズとは、前記光軸方向に沿ってそれぞれの曲面が互いに反対の向きに形成されており、
前記所定方向に配列された第１および第２の小レンズの厚みは、前記第１および第２のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化していることが好ましい。
【００１４】
こうすれば、第１のレンズアレイの各小レンズの曲面が形成されている面とは反対側の面を同一平面とすることができ、また、第２のレンズアレイの各小レンズの曲面が形成されている面とは反対側の面を同一平面とすることができるので、第１のレンズアレイおよび第２のレンズアレイを比較的容易に製造することが可能となる。
【００１５】
なお、本明細書において、小レンズの［厚み］とは、小レンズの入射面と射出面との間の最大距離を意味している。
【００１６】
また、前記複数の第１の小レンズおよび前記複数の第２の小レンズは、それぞれ入射面側が曲面で射出面側が平面であり、
前記複数の第１の小レンズのうち、前記所定方向に配列された第１の小レンズの射出面側の平面の位置は、前記第１のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて前記光軸方向に沿って単調に変化していることも好ましい。
【００１７】
あるいは、前記複数の第１の小レンズおよび前記複数の第２の小レンズは、それぞれ入射面側が平面で射出面側が曲面であり、
前記複数の第２の小レンズのうち、前記所定方向に配列された第２の小レンズの入射面側の平面の位置は、前記第２のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて前記光軸方向に沿って単調に変化しているようにしてもよい。
【００１８】
これらのようにすれば、各第１の小レンズとこれに対応する第２の小レンズとの間の距離がほぼ等しくなるように形成することが可能である。
【００２０】
本発明の第２の装置は、画像を投写表示するプロジェクタであって、
上記のいずれかの照明光学系と、
前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
このプロジェクタでは、上記の照明光学系が用いられているので、照明光学系は所定の照明領域に相当する電気光学装置を効率よく照明することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図である。プロジェクタ１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３２０と、投写光学系３４０とを備えている。
【００２３】
照明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。分離された各色光は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調される。ここで、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、本発明における電気光学装置に相当する液晶パネルと、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板とによって構成されている。なお、各液晶ライトバルブには、液晶パネルに画像情報を供給して駆動させるための図示しない駆動部が接続されている。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調された変調光線束は、クロスダイクロイックプリズム３２０で合成され、投写光学系３４０によってスクリーンＳＣ上に投写される。これにより、スクリーンＳＣ上に画像が表示されることとなる。なお、図１に示すようなプロジェクタの各部の構成および機能については、例えば、本願出願人によって開示された特開平１０−３２５９５４号公報に詳述されているので、本明細書において詳細な説明は省略する。
【００２４】
図２は、図１の照明光学系１００を拡大して示す説明図である。この照明光学系１００は、光源装置１２０と、第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０と、偏光発生光学系１６０と、重畳レンズ１７０とを備えている。各光学部品は、システム光軸１００ａｘを基準として配置されている。ここで、システム光軸１００ａｘは、光源装置１２０から射出される光線束の中心軸である。なお、図２において、照明光学系１００が照明する照明領域ＬＡは、図１の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに対応する。
【００２５】
光源装置１２０は、ランプ１２２と、回転楕円面形状の凹面を有するリフレクタ１２４と、平行化レンズ１２６とを備えている。ランプ１２２は、リフレクタ１２４の回転楕円面の第１焦点近傍に配置されている。ランプ１２２から射出された光は、リフレクタ１２４によって反射され、反射光は、リフレクタ１２４の第２焦点に向かって集光されつつ進む。平行化レンズ１２６は、入射する集光光をシステム光軸１００ａｘにほぼ平行な光に変換する。
【００２６】
光源装置１２０は、さらに、平行化レンズ１２６の光入射面側に設けられた紫外線除去フィルタ１２５を備えている。紫外線除去フィルタ１２５は、光源装置１２０のランプ１２２から射出された光から、紫外光を除去するためのフィルタである。これにより、有機材料を用いた光学部品（例えば、液晶ライトバルブに備えられた偏光板）の紫外線による劣化を低減させることが可能となる。紫外線除去フィルタ１２５に代えて、平行化レンズ１２６の光射出面に紫外線除去フィルムを形成するようにしてもよい。
【００２７】
なお、光源装置１２０としては、回転放物面形状の凹面を有するリフレクタを用いてもよい。この場合には、リフレクタで反射された光はシステム光軸１００ａｘにほぼ平行となるので、平行化レンズ１２６を省略することができる。
【００２８】
第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０は、それぞれ複数の小レンズ１４２，１５２を有している。第１のレンズアレイ１４０は、光源装置１２０から射出された略平行な光線束を複数の部分光線束に分割して射出する機能を有している。そして、第２のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ１４０から射出された部分光線束のそれぞれの中心軸をシステム光軸１００ａｘとほぼ平行に揃える機能を有している。また、第２のレンズアレイ１５０は、重畳レンズ１７０とともに、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の像を照明領域ＬＡ上に結像させる機能を有している。
【００２９】
各小レンズ１４２，１５２は平凸状の偏心レンズであり、ｘ方向から見たときの外形形状は、照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）とほぼ相似形となるように設定されている。ただし、図２に示すように、第１の小レンズ１４２と第２の小レンズ１５２とでは、偏心の仕方が異なる偏心レンズが用いられている。具体的には、第１のレンズアレイ１４０の最外周の小レンズ１４２は、分割された部分光線束の主光線がシステム光軸１００ａｘに対して斜めに進むように偏心されている。また、第２のレンズアレイ１５０の最外周の小レンズ１５２は、システム光軸１００ａｘに対して斜めに入射する部分光線束の主光線がシステム光軸１００ａｘとほぼ平行となるように偏心されている。
【００３０】
第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２から射出された部分光線束は、図２に示すように、第２のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２を介して、その近傍位置、すなわち、偏光発生光学系１６０内において集光される。
【００３１】
なお、第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０については、後で詳述する。
【００３２】
偏光発生光学系１６０は、一体化された２つの偏光発生素子アレイ１６０Ａ，１６０Ｂを備えている。第１および第２の偏光発生素子アレイ１６０Ａ，１６０Ｂは、システム光軸１００ａｘに対して、対称となるように配置されている。
【００３３】
図３は、図２の第１の偏光発生素子アレイ１６０Ａを拡大して示す説明図である。図３（Ａ）は、第１の偏光発生素子アレイ１６０Ａの斜視図を示しており、図３（Ｂ）は、＋ｚ方向から見たときの平面図を示している。偏光発生素子アレイ１６０Ａは、遮光板１６２と、偏光ビームスプリッタアレイ１６４と、偏光ビームスプリッタアレイ１６４の光射出面に選択的に配置された複数のλ／２位相差板１６６とを備えている。なお、第２の偏光発生素子アレイ１６０Ｂについても同様である。
【００３４】
偏光ビームスプリッタアレイ１６４は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、略平行四辺形の断面形状を有する柱状のガラス材１６４ｃが複数貼り合わされて構成されている。各ガラス材１６４ｃの界面には、偏光分離膜１６４ａと反射膜１６４ｂとが交互に形成されている。なお、偏光分離膜１６４ａとしては誘電体多層膜が用いられ、反射膜１６４ｂとしては誘電体多層膜や金属膜が用いられる。
【００３５】
遮光板１６２は、開口面１６２ａと遮光面１６２ｂとがストライプ状に配列されて構成されている。開口面１６２ａと遮光面１６２ｂとは、それぞれ偏光分離膜１６４ａと反射膜１６４ｂとに対応して設けられている。これにより、第１のレンズアレイ１４０（図２）から射出された部分光線束は、開口面１６２ａを介して偏光ビームスプリッタアレイ１６４の偏光分離膜１６４ａのみに入射し、反射膜１６４ｂには入射しない。なお、遮光板１６２としては、平板状の透明体（例えばガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜や、アルミニウム膜、誘電体多層膜など）を選択的に形成したものを用いることができる。また、アルミニウム板のような遮光性の平板にストライプ状の開口部を設けたものを用いることも可能である。さらに、偏光ビームスプリッタアレイ１６４のガラス材１６４ｃに、遮光性の膜を直接形成するようにしてもよい。
【００３６】
第１のレンズアレイ１４０（図２）から射出された各部分光線束の主光線（中心軸）は、図３（Ｂ）に実線で示すように、システム光軸１００ａｘとほぼ平行に遮光板１６２の開口面１６２ａに入射する。開口面１６２ａを通過した部分光線束は、偏光分離膜１６４ａにおいて、ｓ偏光の部分光線束とｐ偏光の部分光線束とに分離される。なお、ｓ偏光は、偏光分離膜１６４ａの入射面に垂直な偏光方向であり、ｐ偏光は、偏光分離膜１６４ａの入射面に平行な偏光方向であるとする。ｐ偏光の部分光線束は、偏光分離膜１６４ａを透過して、偏光ビームスプリッタアレイ１６４から射出される。一方、ｓ偏光の部分光線束は偏光分離膜１６４ａで反射され、反射膜１６４ｂにおいてさらに反射された後に、偏光ビームスプリッタアレイ１６４から射出される。なお、偏光ビームスプリッタアレイ１６４の光射出面において、ｐ偏光の部分光線束の主光線とｓ偏光の部分光線束の主光線とは、互いにほぼ平行となっている。
【００３７】
λ／２位相差板１６６は、偏光ビームスプリッタアレイ１６４の光射出面のうち、偏光分離膜１６４ａを透過したｐ偏光の部分光線束の光射出面だけに形成されている。λ／２位相差板１６６は、入射する直線偏光光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する機能を有している。したがって、ｐ偏光の部分光線束は、λ／２位相差板１６６によって、ｓ偏光の部分光線束に変換されて射出される。これにより、偏光発生素子アレイ１６０Ａに入射した偏りのない部分光線束（ｓ＋ｐ）は、ｓ偏光の部分光線束に変換されて射出されることとなる。なお、ｓ偏光の部分光線束の光射出面だけにλ／２位相差板１６６を配置することにより、偏光発生素子アレイ１６０Ａに入射する部分光線束をｐ偏光の部分光線束に変換して射出することもできる。
【００３８】
第１のレンズアレイ１４０から射出された複数の部分光線束は、上記のように、偏光発生光学系１６０によって各部分光線束ごとに２つの部分光線束に分離されるとともに、それぞれ偏光方向の揃ったほぼ１種類の直線偏光光に変換される。偏光方向の揃った複数の部分光線束は、図２に示す重畳レンズ１７０によって照明領域ＬＡ上で重畳される。このとき、照明領域ＬＡを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となっている。
【００３９】
以上のように、照明光学系１００（図１）は、偏光方向の揃った照明光（ｓ偏光光）を射出し、色光分離光学系２００やリレー光学系２２０を介して、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを照明する。
【００４０】
ところで、照明光学系１００は、第１のレンズアレイ１４０および第２のレンズアレイ１５０の構成に特徴を有している。
【００４１】
図４は、図２の第１のレンズアレイ１４０を拡大して示す説明図である。図４（Ａ）は、第１のレンズアレイ１４０を−ｘ方向から見たときの平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ−Ｂ面における概略断面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のＣ−Ｃ面における概略断面図である。
【００４２】
第１のレンズアレイ１４０は、サイズが同じ計４８個の小レンズ１４２を含んでいる。各小レンズ１４２は、それぞれｙ方向およびｚ方向に平行な辺を有する略矩形形状のレンズであり、ｘ方向から見たときの外形形状は互いにほぼ等しい。各小レンズ１４２は、システム光軸１００ａｘと直交するｙ軸およびｚ軸に対して線対称となるように配列されている。
【００４３】
図４（Ａ）に示すように、各小レンズの外形形状は、液晶ライトバルブの有効表示領域のアスペクト比（縦横比）に応じてほぼ決定されている。すなわち、有効表示領域のアスペクト比が３：４ならば、各小レンズの外形形状のアスペクト比も３：４となる。
【００４４】
前述したように、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２としては、偏心レンズが用いられている。そして、本実施例では、図４（Ｃ）に示すように、ｙ方向に沿って配列された小レンズの位置は、第１のレンズアレイ１４０の中央側から外周側に向かうにつれてシステム光軸１００ａｘに沿って−ｘ側に順次ずれている。なお、小レンズの「位置」とは、小レンズの曲面の頂点の位置を意味する。
【００４５】
ところで、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の位置が異なっているのは、以下の理由による。図５は、図４と同様に各小レンズが配列された種々のレンズアレイの概略断面を示す説明図である。なお、図５（Ｃ）は、図４（Ｃ）と同じであり、レンズアレイ１４０の概略断面を示している。
【００４６】
図５（Ａ）のレンズアレイ１４０Ａでは、各小レンズ１４２Ａとして偏心レンズが用いられている。このレンズアレイ１４０Ａでは、ｙ方向に配列された６つの小レンズ１４２Ａの位置は、若干の違いはあるものの、レンズアレイ１４０の各小レンズ１４２に比べて、システム光軸１００ａｘに沿ってほぼ同じ位置を有している。そして、ｙ方向に配列された隣接する２つの小レンズの境界には、システム光軸（すなわち、入射する光線束の中心軸）１００ａｘに略平行な平面状の側壁が形成されている。このレンズアレイ１４０Ａは、図４の第１のレンズアレイ１４０に代えて利用する場合には、以下に示す問題がある。すなわち、図５（Ａ）のレンズアレイ１４０Ａを作成するのは比較的困難であり、実際には、図５（Ｂ）に示すレンズアレイ１４０Ｂのように、隣接する２つの小レンズ１４２Ｂの境界に形成される平面状の側壁の先端部は、丸みを帯びてしまうことが多い。そして、図５（Ｂ）のレンズアレイ１４０Ｂを図４の第１のレンズアレイ１４０に代えて用いる場合には、各小レンズ１４２Ｂは、丸みを帯びた領域Ｗに入射する光を第２のレンズアレイ１５０（図２）に向けてうまく射出することができない。このため、各小レンズ１４２Ｂから射出された各部分光線束が液晶ライトバルブ上に形成する照射領域のサイズは、領域Ｗのサイズが大きいほど小さくなってしまう。
【００４７】
図５（Ｃ）に示す本実施例のレンズアレイ１４０では、ｙ方向に配列された隣接する２つの小レンズ１４２の境界に、上記の平面状の壁面が形成されないように工夫されている。具体的には、２つの小レンズ１４２の境界は、隣接する２つの小レンズの曲面同士が連続するように接続されている。図５（Ｃ）のレンズアレイ１４０を用いる場合には、各小レンズ１４２は、入射するすべての光を第２のレンズアレイ１５０に向けてうまく射出することができる。このように、２つの第１の小レンズ１４２の境界で、平面状の壁面が形成されないように、２つの第１の小レンズ１４２の曲面同士を連続するように形成する場合には、２つの第１の小レンズ１４２の境界で平面状の壁面を形成する場合に比べて、第１のレンズアレイを容易にかつ精度よく製造することができる。
【００４８】
以上の理由から、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２に偏心レンズが用いられている場合には、各小レンズ１４２の位置がシステム光軸方向に沿って異なった位置を有することになる。
【００４９】
図６は、第１のレンズアレイ１４０と第２のレンズアレイとの関係を示す説明図である。図６（Ａ）は、実施例における第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０を＋ｚ方向から見たときの概略平面図を示しており、図６（Ｂ）は、比較例における第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０Ａを＋ｚ方向から見たときの概略平面図を示している。なお、第１および第２のレンズアレイはシステム光軸１００ａｘに対して対称に構成されているので、図６では、システム光軸１００ａｘに対して＋ｙ方向側のみを示している。また、第１および第２のレンズアレイは、同じ屈折率を有する材料を用いて形成されている。
【００５０】
図６（Ａ）に示すように、第２のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２に対応する小レンズ１５２を備えている。図２においても示したように、第１の小レンズ１４２と第２の小レンズ１５２とでは、偏心の仕方が異なる偏心レンズが用いられている。具体的には、第１のレンズアレイ１４０の最外周の小レンズ１４２ｃは、分割された部分光線束の主光線がシステム光軸１００ａｘに対して斜めに進むように偏心されている。また、第２のレンズアレイ１５０の最外周の小レンズ１５２ｃは、システム光軸１００ａｘに対して斜めに入射する部分光線束の主光線がシステム光軸１００ａｘとほぼ平行となるように偏心されている。
【００５１】
第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の曲面は−ｘ方向を向き、第２のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２の曲面は＋ｘ方向を向いている。
【００５２】
第１のレンズアレイ１４０のｙ方向に配列された第１の小レンズ１４２の位置は、第１のレンズアレイ１４０の中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化し、これに応じて第２のレンズアレイ１５０のｙ方向に配列された第２の小レンズ１５２の位置も、第２のレンズアレイ１５０の中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化している。一方、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の曲面とは反対側の面は、同一平面を構成している。第２のレンズアレイ１５０も同様である。従って、第１のレンズアレイ１４０のｙ方向に配列された第１の小レンズ１４２の厚みは、第１のレンズアレイ１４０の中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化し、また、第２のレンズアレイ１５０のｙ方向に配列された第２の小レンズ１５２の厚みも、第２のレンズアレイ１５０の中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化している。なお、小レンズの［厚み］とは、小レンズの入射面と射出面との間の最大距離を意味している。
【００５３】
第２のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２は、第１のレンズアレイ１４０の対応する小レンズ１４２との間の距離が等しくなるように設けられている。具体的には、第１のレンズアレイ１４０の最内周の小レンズ１４２ａに対して、その外側の小レンズ１４２ｂ，１４２ｃの位置が−ｘ方向（システム光軸１００ａｘに沿った方向）に長さΔｔｂ，Δｔｃだけずれた位置に設けられている。そして、第２のレンズアレイ１５０の最内周の小レンズ１５２ａに対して、その外側の小レンズ１５２ｂ，１５２ｃの位置も−ｘ方向（システム光軸１００ａｘに沿った方向）に長さΔｔｂ，Δｔｃだけずれた位置に設けられている。すなわち、第１の小レンズ１４２と対応する第２の小レンズ１５２の間の各距離は、最内周の第１の小レンズ１４２ａと第２の小レンズ１５２ａの間の距離Ｓ１に等しくなるように設けられている。
【００５４】
一方、図６（Ｂ）に示すように、比較例の第２のレンズアレイ１５０Ａの各小レンズ１５２Ａは、対応する第１のレンズアレイ１４０の小レンズ１４２の位置に関わらず、ｘ方向の同じ位置に設けられている。このため、中間の第１の小レンズ１４２ｂと第２の小レンズ１５２Ａｂとの間の距離は、最内周の第１の小レンズ１４２ａと第２の小レンズ１５２Ａａとの間の距離Ｓ１に対して、長さΔｔｂだけ長くなる。また、最外周の第１の小レンズ１４２ｃと第２の小レンズ１５２Ａｃとの間の距離は、距離Ｓ１に対して長さΔｔｃだけ長くなっている。
【００５５】
図６（Ａ）に示す第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０用いた場合には、下記に示す効果を得ることができる。
【００５６】
図７は、第１のレンズアレイ１４０の小レンズ１４２の像の拡大倍率について示す説明図である。図７は、説明を容易にするため、第１のレンズアレイ１４０の１つの小レンズ１４２と、これに対応する第２のレンズアレイ１５０の１つの小レンズ１５２と、重畳レンズ１７０とをシステム光軸１００ａｘ上に配置して、各レンズによる光の偏向を無視した場合を示している。また、照明領域ＬＡの前段には、通常、図１に示すようにフィールドレンズ等が設けられるが、このようなレンズも無視して示している。
【００５７】
図７において、Ｓ１は、第１の小レンズ１４２の曲面の頂点（物点Ｏ）から第２の小レンズ１５２の曲面の頂点までの距離を示し、Ｓ２は、重畳レンズ１７０の曲面の頂点から照明領域ＬＡ（像点Ｏ’）までの距離を示している。第２の小レンズ１５２の焦点距離ｆ１は距離Ｓ１に等しく設定されている。また、重畳レンズ１７０の焦点距離ｆ２は距離Ｓ２に等しく設定されている。なお、上記フィールドレンズを考慮する場合には、重畳レンズ１７０とフィールドレンズの合成焦点距離を焦点距離ｆ２として用いられる。
【００５８】
ｈ１は、光軸上の物点Ｏから射出した光が第２の小レンズ１５２の曲面を切る高さを示し、ｕ１は、その光の傾角（＝ｈ１／Ｓ１）を示している。また、ｈ２は、光軸上の物点Ｏから射出した光が重畳レンズ１７０の曲面を切る高さを示し、ｕ２は、その光の傾角（＝ｈ２／Ｓ２）を示している。
【００５９】
ｙ１は、物点Ｏにおける第１の小レンズ１４２の像のｙ方向の大きさを示し、ｙ２は像点Ｏ’における第１の小レンズ１４２の拡大像の大きさを示している。
【００６０】
第１の小レンズ１４２の像の拡大倍率βは、下記のように表される。
β≡ｙ２／ｙ１＝ｕ１／ｕ２＝（ｈ１／Ｓ１）／（ｈ２／Ｓ２）＝Ｓ２／Ｓ１＝ｆ２／ｆ１  …（１）
【００６１】
上記（１）式からわかるように、第１の小レンズ１４２の像の拡大倍率βは、距離Ｓ１，Ｓ２によって決定される。
【００６２】
ここで、図６（Ｂ）に示したように、比較例の第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０Ａにおいては、第１の小レンズ１４２と第２の小レンズ１５２Ａとの間の距離が、第１の小レンズ１４２の位置のずれに応じて異なっているので、照明領域ＬＡ上で形成される第１の小レンズ１４２の像の拡大倍率が変化してしまう。
【００６３】
一方、図６（Ａ）に示したように、本実施例の第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０においては、第１の小レンズ１４２と第２の小レンズ１５２との間の距離が等しくなるように構成されているので、照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）上で形成される各第１の小レンズ１４２の像の拡大倍率がほぼ一定に設定される。
【００６４】
従って、本実施例の第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０を用いた照明光学系１００においては、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２から射出される部分光線束が照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）上に形成する照射領域のサイズをほぼ一致させることができるので、照明領域を効率よく照明することが可能となる。
【００６５】
以上説明したように、本実施例の照明光学系１００は、光源装置１２０と、光源装置１２０から射出された光線束を複数の部分光線束に分割するための複数の第１の小レンズ１４２を有する第１のレンズアレイ１４０と、第１のレンズアレイから射出された複数の部分光線束が集光する近傍位置に配置され、複数の第１の小レンズ１４２に対応する複数の第２の小レンズ１５２を有する第２のレンズアレイ１５０と、第２のレンズアレイ１５０から射出された複数の部分光線束を所定の照明領域ＬＡ上で重畳するための重畳レンズ１７０とを備えている。そして、複数の第１の小レンズ１４２の少なくとも一部は、照明光学系の光軸方向（システム光軸１００ａｘ）に沿った位置が異なるように形成されている。また、複数の第２の小レンズ１５２は、それぞれ対応する第１の小レンズ１４２との間の距離がほぼ等しくなるように構成されている。このような第１および第２のレンズアレイ１４０，１５０を用いれば、第１のレンズアレイの各小レンズから射出された部分光線束が照明領域ＬＡにおいて形成する照射領域のサイズをほぼ一致させることができるので、照明光学系は照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）を効率よく照明することが可能となる。
【００６６】
なお、上述したように、図５（Ａ）のレンズアレイ１４０Ａにおいても、実施例のレンズアレイ１４０に比べて厚みは薄いが、各小レンズ１４２Ａの位置がシステム光軸方向に沿って異なった位置を有する場合がある。仮に、レンズアレイ１４０Ａを第１のレンズアレイとして利用しようとした場合においても、本発明を適用することにより、照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）を効率よく照明することが可能となる。
【００６７】
ところで、本実施例では、第２のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ１４０と同様に、第２の小レンズ１５２として偏心レンズを用いている。したがって、図５（Ｂ）で説明したのと同様の問題、すなわち、隣接する２つの第２の小レンズ１５２の境界に形成される平面状の側壁の先端部が丸みを帯びてしまうという問題が発生し得る。しかしながら、第１のレンズアレイ１４０から射出された各部分光線束は、第２のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２の一部に入射するのみなので、上記の問題は、第２のレンズアレイ１５０の光学特性にあまり影響しない。従って、第２のレンズアレイ１５０については、必ずしも、ｙ方向に配列された隣接する２つの小レンズ１５２の境界に、上記の平面状の壁面が形成されないように工夫する必要はない。
【００６８】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６９】
（１）第１および第２のレンズアレイは、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２の曲面が＋ｘ方向を向き、第２のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２の曲面が−ｘ方向を向くように構成してもよい。すなわち、互いの曲面が反対方向を向くように構成すればよい。
【００７０】
（２）また、第１および第２のレンズアレイの構成は、以下のように変形することも可能である。
【００７１】
図８は、変形例の第１のレンズアレイ１４０’と第２のレンズアレイ１５０’との関係を示す説明図である。第１および第２のレンズアレイ１４０’，１５０’の各小レンズ１４２’，１５２’の曲面は−ｘ方向を向くように配置されている。実施例と同様に、第１のレンズアレイ１４０’の各小レンズ１４２’の位置は、それぞれｘ方向にずれて配置されており、これに応じて第２のレンズアレイ１５０’の各小レンズ１５２’もずれて配置されている。各小レンズ１４２’、１５２’間の距離は、等しくなるように設定されている。
【００７２】
また、第１のレンズアレイ１４０’の各小レンズ１４２’のレンズは、それぞれの厚みがほぼ同じになるように、曲面の位置のずれに応じて射出面側の平面がずれて、階段状に形成されている。なお、レンズの「厚み」とは、レンズの入射面（レンズの曲面の頂点）と射出面（平面）との間の最大距離を意味している。
【００７３】
ここで、変形例の第１のレンズアレイ１４０を実施例における第１のレンズアレイ１４０に置き換えた場合、各小レンズ１４２の厚みが異なることになる。この厚みの変化によっても、それぞれの小レンズ１４２の像の拡大倍率が変化することになるため、本変形例の第１のレンズアレイ１４０’においては、各小レンズ１４２’の厚みがほぼ等しくなるように形成されている。
【００７４】
本変形例の第１および第２のレンズアレイ１４０’，１５０’を用いた照明光学系においても、実施例の照明光学系１００と同様に、第１のレンズアレイ１４０’の各小レンズ１４２’から射出される部分光線束が照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）上に形成する照射領域のサイズをほぼ一致させることができるので、照明領域を効率よく照明することが可能となる。
【００７５】
なお、第１および第２のレンズアレイの各小レンズの曲面が射出面側を向くように配置されている場合には、第２のレンズアレイの各小レンズの厚みがほぼ等しくなるように、第２のレンズアレイの各小レンズの入射面側の平面が、曲面の位置のずれに応じてずれて形成されていればよい。
【００７６】
以上のように、第１のレンズアレイの複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであり、かつ、照明光学系の光軸方向に沿って異なった位置に形成されており、第２のレンズアレイの第２の小レンズは、それぞれ対応する第１の小レンズとの間の距離がほぼ等しくなるように形成されていればよい。
【００７７】
（３）上記実施例では、照明光学系１００は、重畳レンズ１７０を備えているが、第２のレンズアレイ１５０が重畳機能を有する場合には、省略可能である。この場合には、第２のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２の偏心の度合いを変更すればよい。
【００７８】
（４）上記実施例では、第１のレンズアレイ１４０には、光源装置１２０から射出された略平行な光線束が入射しているが、光源装置１２０から射出され、集光しつつ進む光や広がりつつ進む光が入射するようにしてもよい。一般に、第１のレンズアレイは、光源装置から射出された光線束を複数の部分光線束に分割するための複数の第１の小レンズを有していればよい。
【００７９】
（５）上記実施例では、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズは、略矩形形状を有しているが、各小レンズは他の形状を有していてもよい。一般には、照明光学系１００が照明する所定の照明領域と相似形とすることが望ましい。
【００８０】
（６）上記実施例では、第１のレンズアレイのｙ方向に沿って中央側から外周側に配列された３つの第１の小レンズの位置が順次変化する場合について説明したが、３つの第１の小レンズのうちの隣接する２つの第１の小レンズの位置が同じであってもよい。
【００８１】
一般には、複数の第１の小レンズのうち、所定方向に配列された第１の小レンズの位置が、第１のレンズアレイの中央側から外周側に向かうにつれて単調に変化していればよい。
【００８２】
（７）上記実施例では、図５において説明したように、第１のレンズアレイ１４０の各小レンズとして偏心レンズを用いているので、各小レンズの位置が、順に変化しているが、複数の小レンズの少なくとも一部に偏心レンズを用いる場合にも本発明を適用可能である。一般には、複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであり、かつ、照明光学系の光軸方向に沿って異なった位置に形成されており、複数の第２の小レンズは、それぞれ対応する第１の小レンズとの間の光路長がほぼ等しくなるように形成されていればよい。
【００８３】
（８）上記実施例では、電気光学装置として、透過型の液晶パネルが用いられているが、反射型の液晶パネルを利用するようにしてもよい。この場合にも、透過型の液晶パネルを用いる場合と同様の作用・効果を奏する。
【００８４】
（９）上記実施例では、プロジェクタ１０００は、電気光学装置として液晶パネルを備えているが、これに代えて、マイクロミラー型光変調装置を備えるようにしてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。電気光学装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよい。
【００８５】
（１０）上記実施例においては、カラー画像を表示するプロジェクタ１０００を例に説明しているが、モノクロ画像を表示するプロジェクタにおいても同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の照明光学系１００を拡大して示す説明図である。
【図３】図２の第１の偏光発生素子アレイ１６０Ａを拡大して示す説明図である。
【図４】図２の第１のレンズアレイ１４０を拡大して示す説明図である。
【図５】図４と同様に各小レンズが配列された種々のレンズアレイの概略断面を示す説明図である。
【図６】第１のレンズアレイ１４０と第２のレンズアレイとの関係を示す説明図である。
【図７】第１のレンズアレイ１４０の小レンズ１４２の像の拡大倍率について示す説明図である。
【図８】変形例の第１のレンズアレイ１４０’と第２のレンズアレイ１５０’との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０００…プロジェクタ
１００ａｘ…システム光軸
１００…照明光学系
２００…色光分離光学系
２２０…リレー光学系
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ
３２０…クロスダイクロイックプリズム
３４０…投写光学系
１２０…光源装置
１２２…ランプ
１２４…リフレクタ
１２５…紫外線除去フィルタ
１２６…平行化レンズ
１４０…第１のレンズアレイ
１４２…第１の小レンズ
１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ…第１の小レンズ
１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ…第１のレンズアレイ
１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃ…第１の小レンズ
１５０…第２のレンズアレイ
１５２…第２の小レンズ
１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ…第２の小レンズ
１５０Ａ…第２のレンズアレイ
１５２Ａ…第２の小レンズ
１５２Ａａ，１５２Ａｂ，１５２Ａｃ…第２の小レンズ
１６０…偏光発生光学系
１６０Ａ，１６０Ｂ…偏光発生素子アレイ
１６２…遮光板
１６２ａ…開口面
１６２ｂ…遮光面
１６４…偏光ビームスプリッタアレイ
１６４ａ…偏光分離膜
１６４ｂ…反射膜
１６４ｃ…ガラス材
１６６…λ／２位相差板
１７０…重畳レンズ
ＬＡ…照明領域
Ｓ１，Ｓ２…距離
ＳＣ…スクリーン
ｆ１…焦点距離
ｆ２…焦点距離
β…拡大倍率
【図１】
0003969038.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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