(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束で照明光学系によって液晶表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
光源からの光束で照明光学系によって液晶表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２とした
とき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴とする照明装置。
【請求項３】
光源からの光束で照明光学系によって表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っていることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
光源からの光束で照明光学系によって表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２とした
とき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴とする照明装置。
【請求項５】
光源からの光束で表示素子を照明するときに用いる表示装置用の光学素子において、該光学素子は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っていることを特徴とする表示装置用の光学素子。
【請求項６】
光源からの光束で表示素子を照明するときに用いる表示装置用の光学素子において、該光学素子は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２としたとき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴とする表示装置用の光学素子。
【請求項７】
光源からの光束で表示素子を照明するときに用いる表示装置用の光学素子において、該光学素子は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っている該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２としたとき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴とする表示装置用の光学素子。
【請求項８】
前記第１光学素子と第２光学素子との合成系の像側焦点は前記第３光学素子又はその近傍に位置しており、前記第２光学素子と第３光学素子との合成系の物体側焦点は該第１光学素子又はその近傍に位置していることを特徴とする請求項５，６又は７の表示装置用の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は照明装置及び投影装置に関し、特に液晶表示素子（液晶パネル）の画像を、投影レンズでスクリーン又は壁に拡大投影する液晶プロジェクターに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶パネルを光源からの光束により照明し、液晶パネルからの透過光又は反射光に基づく画像を、投影レンズにより、スクリーン又は壁に拡大投影する液晶プロジェクターが種々と提案されている。
【０００３】
図５は従来の液晶プロジェクターの要部概略図である。同図の液晶プロジェクターにおける照明光学系では、発光管１と放物面鏡１９および一対のレンズアレイ１５，１６を組み合わせたものを用いている。
【０００４】
図５において、発光管１（光源）の発光部１ｃから発せられた白色光は、放物面鏡１９によりほぼ平行光に変換され、第１レンズアレイ１５により、前記発光管１の光源像を第２レンズアレイ１６の各々のコマの中心に結像させている。
【０００５】
前記第１レンズアレイ１５と第２レンズアレイ１６の焦点距離はほぼ等しく、第１レンズアレイ１５と第２レンズアレイ１６の間隔は第１レンズアレイ１５の焦点距離とほぼ等しい間隔を隔てて配置されている。第１レンズアレイ１５で集光された光束は、偏光変換素子５の偏光分離層５Ｂにて、Ｐ波とＳ波に分離され、Ｐ波は偏光分離層５Ｂを透過し、Ｓ波は反射され、Ｐ波はλ／２位相差板５Ａにより位相変換され、Ｓ波と偏光軸の方向をそろえている。
【０００６】
これにより偏光変換素子５から射出される光束はすべて同一方向の偏光軸を有した偏光光となる。５Ｃは簾状の遮光板である。
【０００７】
偏光変換素子５から射出された光束は第１コンデンサーレンズ６により偏向され、ＲＧＢ各色別に変調される液晶パネルよりなる画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ、８Ｂ上に重ね合わされる。第１コンデンサーレンズ６から射出された光束はダイクロミラーＤＭ１により赤色光が反射され、残りの緑色光と青色光は透過される。
【０００８】
ダイクロミラーＤＭ１により反射された赤色光は反射ミラーＭ１および第２コンデンサーレンズ７Ｒを介して、赤用の画像変調装置の表示部８Ｒに導かれる。ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した光はダイクロイックミラーＤＭ２により緑と青に分離され、緑色光はダイクロイックミラーＤＭ２で反射され、第２コンデンサーレンズ７Ｇを介して緑用の画像変調装置の表示部８Ｇに導かれる。
【０００９】
ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した青色光はコンデンサーレンズ１１により集光され、反射ミラーＭ２で反射され、リレーレンズ１２により反射ミラーＭ３および第２コンデンサーレンズ７Ｂを介して青用の画像変調装置の表示部８Ｂに導かれる。
【００１０】
図中、Ｐ１は入射側の偏光板、Ｐ２は射出側の偏光板を示す。第２コンデンサーレンズ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、第１コンデンサーレンズ６から射出される光束を投射レンズ１０の入射瞳に集光させるためのものである。クロスダイクロプリズム９は、色合成を行うために、画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂと投射レンズ１０の間に配置されている。
【００１１】
投射レンズ１０は画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに対してテレセントリックな設計となっており、クロスダイクロプリズム９のダイクロ膜面における入射角が、ダイクロ膜のどこでも一定になるように構成されており、ダイクロ膜の入射角変化による色ムラが生じない構成となっている。
【００１２】
画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂで各々変調された光束はクロスダイクロプリズム９で色合成され、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに拡大投影される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すような、一般的な液晶プロジェクターにおいて、一対のレンズアレイ１５，１６の光軸方向の小型化を実現するためには、一対のレンズアレイ１５、１６の１コマの大きさを小さくすることが考えられる。
【００１４】
しかしながら、一対のレンズアレイと組み合わせて使用される簾状の偏光変換素子５の大きさも前記レンズアレイ１５、１６と比例して小さくしなければならず、偏光変換素子５を構成する微小なプリズムの製造が困難になってくるとともに、プリズムの偏光分離層を形成する面５Ｂの周辺部の膜欠け（蒸着時における蒸着物質の他の面への回り込みを防ぐためのマスクによる蒸着面のけられ）による光量損失が大きくなる等の問題があった。この為、該レンズアレイの１コマの大きさをある程度以上小さくすることができず、一対のレンズアレイの光軸方向の小型化が難しかった。
【００１５】
本発明は、照明光学系の一部に適切に設定した屈折力の３つのレンズアレイを用いることによりレンズアレイの１コマの大きさを小さくせずに、照明光学系の光軸方向の小型化を実現することができる照明装置及びそれを用いた投影装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の照明装置は、光源からの光束で照明光学系によって液晶表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っていることを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明の照明装置は、光源からの光束で照明光学系によって液晶表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２とした
とき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明の照明装置は、光源からの光束で照明光学系によって表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っていることを特徴としている。
【００１９】
請求項４の発明の照明装置は、光源からの光束で照明光学系によって表示素子を照明する照明装置において、該照明光学系は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２とした
とき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項５の発明の光学素子は、光源からの光束で表示素子を照明するときに用いる表示装置用の光学素子において、該光学素子は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っていることを特徴としている。
【００２１】
請求項６の発明の光学素子は、光源からの光束で表示素子を照明するときに用いる表示装置用の光学素子において、該光学素子は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２としたとき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２２】
請求項７の発明の光学素子は、光源からの光束で表示素子を照明するときに用いる表示装置用の光学素子において、該光学素子は該光源側から順に複数の正レンズを所定の規則で配列した第１光学素子と、複数の負レンズを所定の規則で配列した第２光学素子、そして複数の正レンズを所定の規則で配列した第３光学素子とを有しており、該第１光学素子の複数の正レンズは光源側に凸面を向けた凸平レンズより成り、該第２光学素子の複数の負レンズは光源側に平面を向けた平凹レンズより成り、該第３光学素子の複数の正レンズは光源側に平面を向けた平凸レンズより成っている該第１光学素子の焦点距離をｆ１、該第２光学素子の焦点距離をｆ２、該第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２としたとき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項８の発明の光学素子は、請求項５，６又は７の発明において、前記第１光学素子と第２光学素子との合成系の像側焦点は前記第３光学素子又はその近傍に位置しており、前記第２光学素子と第３光学素子との合成系の物体側焦点は該第１光学素子又はその近傍に位置していることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。図中１はメタルハライドランプ等の光源（発光管）である。ＲＭは反射面が放物面又は楕円面から成るリフレクター（反射部材）である。同図は放物ミラーを示している。光源１の発光部１ｃからの光束をリフレクターＲＭで反射して平行光に変換し、この平行光を第１レンズアレイ（第１光学素子）に入射させている。
【００２８】
第１レンズアレイ２は、正の屈折力を有するレンズ（凸平レンズ）２ａを複数個平板上に配置して構成している。３は第２レンズアレイ（第２光学素子）であり、負の屈折力を有するレンズ（平凹レンズ）３ａを複数個、平板上に配置して構成している。
【００２９】
４は第３レンズアレイ（第３光学素子）であり、正の屈折力を有するレンズ（平凸レンズ）４ａを複数個、平板上に配置して構成している。
【００３０】
第１，第２，第３レンズアレイ２，３，４で表示装置用の光学素子を構成している。
【００３１】
第１，第２，第３レンズアレイ２，３，４を構成する複数の各レンズ２ａ，３ａ，４ａはレンズ同志、互いに対応している。
【００３２】
第１レンズアレイ２および第２レンズアレイ３により、前記発光管１の光源像（２次光源像）を第３レンズアレイ４の各々のレンズ４ａの中心又はその近傍に結像させている。前記第１レンズアレイ２と第２レンズアレイ３の合成系の焦点距離ｆ１２は第３レンズアレイ４と第２レンズアレイ３の合成系の焦点距離ｆ２３とほぼ等しく、第１レンズアレイ２と第２レンズアレイ３の主点間隔は第２レンズアレイ３と第３レンズアレイ４の主点間隔とほぼ等しく配置されている。
【００３３】
第１レンズアレイ２の各レンズ２ａの形状は球面収差を小さくするため光源側に凸状の凸平レンズ形状が望ましく、第２レンズアレイ３の各レンズ３ａのレンズ形状はコマ収差を内向きに発生させるため、後述する画像変調装置の表示部側に凹状の平凹レンズ形状が望ましく、第３レンズアレイ４のレンズ形状は球面収差を小さくするため光源側に平面を向けた平凸レンズ形状が望ましい。
【００３４】
第３レンズアレイ４の複数のレンズ面又はその近傍に形成した２次光源像からの光束は偏光変換素子アレイ５を構成する各プリズム５ｄに入射している。
【００３５】
５は偏光変換素子アレイであり、図２に示す構成を有し、偏光変換素子毎に入射する無偏光（ランダム偏光）の光を特定の方向に偏光した直線偏光光として射出させている。各偏光変換素子から射出する偏光光の偏光方向は、図２が示す通り、互いに一致している。
【００３６】
偏光変換素子５に入射した光は、その偏光分離層５Ｂにて、Ｐ波とＳ波に分離され、Ｐ波は偏光分離層５Ｂを透過し、Ｓ波は反射され、Ｐ波はλ／２位相差板５Ａにより位相変換され、Ｓ波と偏光軸の方向をそろえている。これにより偏光変換素子５から射出される光束はすべて同一方向の偏光軸を有した偏光光となる。５Ｃは簾状の遮光板である。
【００３７】
偏光変換素子５から射出された光束は第１コンデンサーレンズ６により偏向され、ＲＧＢ各色別に変調される液晶パネル（液晶表示素子）よりなる画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ、８Ｂ上に重ね合わされる。
【００３８】
第１コンデンサーレンズ６から射出された光束はダイクロミラーＤＭ１により赤色光が反射され、残りの緑色光と青色光は透過される。ダイクロミラーＤＭ１により反射された赤色光は反射ミラーＭ１および第２コンデンサーレンズ７Ｒを介して、赤用の画像変調装置の表示部８Ｒに導かれる。ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した光はダイクロイックミラーＤＭ２により緑色光と青色光に分離され、緑色光はダイクロイックミラーＤＭ２で反射され、第２コンデンサーレンズ７Ｇを介して緑用の画像変調装置の表示部８Ｇに導かれる。
【００３９】
ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した青色光はコンデンサーレンズ１１により集光され、反射ミラーＭ２で反射され、リレーレンズ１２により反射ミラーＭ３および第２コンデンサーレンズ７Ｂを介して青用の画像変調装置の表示部８Ｂに導かれる。
【００４０】
図中、Ｐ１は入射側の偏光板、Ｐ２は射出側の偏光板を示す。第２コンデンサーレンズ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、第１コンデンサーレンズ６から射出される光束を投射レンズ１０の入射瞳に集光させるためのものである。クロスダイクロプリズム９は、色合成を行うために、画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂと投射レンズ１０の間に配置されている。
【００４１】
投射レンズ１０は画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに対してテレセントリックな設計となっており、クロスダイクロプリズム９のダイクロ膜面における入射角が、ダイクロ膜のどこでも一定になるように構成されており、ダイクロ膜の入射角変化による色ムラが生じない構成となっている。画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂで各々変調された光束はクロスダイクロプリズム９で色合成され、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに拡大投影されている。
【００４２】
図１の実施形態においては、レンズアレイ部分を光源１側から順に正，負，正の屈折力を有した３枚のレンズアレイ２，３，４より構成することにより、レンズアレイ部分の光軸方向の大きさの小型化を実現している。
【００４３】
第１レンズアレイ２と画像変調装置の表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは共役関係となっている。第３レンズアレイ４の各レンズ面に形成された複数の２次光源像からの光は後続するレンズ系（６，７，１１，１２）により表示部８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを重畳照明している。
【００４４】
図３は本発明の照明光学系において、３枚のレンズアレイを用いることにより従来の照明光学系に対し、どのような原理で光学系全体の小型化を実現したかについての説明図である。
【００４５】
図３（Ａ）は従来の２つのレンズアレイ（インテングレータ）を用いたときの１つのフライアイレンズ部分の光学近軸配置を示したもので、第１レンズアレイの１コマのレンズをＬＬ１、第２レンズアレイの１コマのレンズをＬＬ２とし、ふたつのレンズの主点間隔をＤＤだけ離して配置している。
【００４６】
第１レンズアレイのレンズＬＬ１の焦点距離ｆｆ１と第２レンズアレイのレンズＬＬ２の焦点距離ｆｆ２を前記主点間隔ＤＤと等しくすることにより、第１レンズアレイの焦点位置ＦＦＰ１を第２レンズアレイの主平面と一致させ、また、第２レンズアレイの焦点位置ＦＦＰ２を第１レンズアレイの主平面と一致させている。
【００４７】
これにより、後続するレンズ系を用いて効率良く第１レンズアレイの１コマの像を液晶パネル上に投影している。
【００４８】
図３（Ｂ）は本発明の照明光学系を構成する３つのレンズアレイ２，３，４のフライアイレンズ部分の光学近軸配置の説明図である。
【００４９】
第１レンズアレイ２の１コマのレンズをＬ１、第２レンズアレイ３の１コマのレンズをＬ２とし、第３レンズアレイ４の１コマのレンズをＬ３とし、第１レンズアレイ２と第２レンズアレイ３の主点間隔をｅ１，第２レンズアレイ３と第３レンズアレイ４の主点間隔をｅ２だけ離して配置している。
【００５０】
図３（Ａ）の従来例と同じ合成焦点距離を得るためには、第１レンズアレイ２の焦点距離ｆ１を焦点距離ｆｆ１の半分にし、第２レンズアレイ３で第１レンズアレイ２によって形成される光源像の虚像ｉｐ１を２倍に拡大すればよい。
【００５１】
同様に第３レンズアレイ４の焦点距離ｆ３を第１レンズアレイ２の焦点距離ｆ１と等しくし、第２レンズアレイ３に対し、第１レンズアレイ２と第３レンズアレイ４の近軸配置が対称になるように構成している。
【００５２】
ここで、前記第１光学素子と第２光学素子との合成系の像側焦点は前記第３光学素子又はその近傍に位置しており、前記第２光学素子と第３光学素子との合成系の物体側焦点は該第１光学素子又はその近傍に位置している。
【００５３】
尚、像側焦点とは光源側から平行光を入射させたときの焦点位置をいう。又物体側焦点では液晶表示素子側から平行光束を入射させたときの焦点位置をいう。
【００５４】
光源側から、正屈折力の第１レンズアレイ、負屈折力の第２レンズアレイ、正屈折力の第３レンズアレイによりフライアイインテグレーターのフライアイレンズ部分を構成する場合、第１レンズアレイＬ１と第２レンズアレイＬ２の合成焦点位置ＦＰ１と第３レンズアレイＬ３の主平面を一致させ、第３レンズアレイＬ３と第２レンズアレイＬ２の合成焦点位置ＦＰ２と第１レンズアレイＬ１の主平面を一致させるために、以下の関係式が成り立つよう近軸配置を構成している。
【００５５】
ｆ１＝ｆ３
ｆ２＝−（２／３）・ｆ１
ｅ１＝ｅ２＝（２／３）・ｆ１
上記関係式を満足することにより従来例と同一の光学作用を従来例に対し３分の２の長さで実現している。
【００５６】
本実施形態では、前記第１光学素子の焦点距離をｆ１、前記第２光学素子の焦点距離をｆ２、前記第３光学素子の焦点距離をｆ３、該第１光学素子と第２光学素子の主点間隔をｅ１、該第２光学素子と第３光学素子の主点間隔をｅ２としたとき
０．８＜ｆ１／ｆ３＜１．２    ‥‥‥（１）
−０．８＜ｆ２／ｆ１＜−０．５  ‥‥‥（２）
０．５＜ｅ１／ｆ１＜０．８    ‥‥‥（３）
０．５＜ｅ２／ｆ１＜０．８    ‥‥‥（４）
なる条件を満足している。
【００５７】
即ち、前記条件式（１）から（４）は上記関係式の近傍を限定したもので、条件式の範囲内であれば、第１光学素子と第２光学素子の合成焦点位置と第３光学素子の主平面のずれが許容できる範囲内におさまる。同様に、第３光学素子と第２光学素子の合成焦点位置と第１光学素子の主平面のずれが許容できる範囲内におさまり、照明効率の良好な照明光学系が実現できる。
【００５８】
以上のように本実施形態ではフライアイインテグレーターのフライアイレンズ部分を正，負，正の屈折力の３枚のレンズアレイで構成することにより、フライアイインテゲレーターをテレタイプの構成として光軸方向の小型化を実現している。
【００５９】
尚、本発明において更に好ましくは条件式（１）〜（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００６０】
０．８５＜ｆ１／ｆ３＜１．１５    ‥‥‥（１ａ）
−０．７５＜ｆ２／ｆ１＜−０．５５  ‥‥‥（２ａ）
０．５５＜ｅ１／ｆ１＜０．７５    ‥‥‥（３ａ）
０．５５＜ｅ２／ｆ１＜０．７５    ‥‥‥（４ａ）
図４は本発明の実施形態２の要部概略図である。本実施形態は図１の実施形態１に比べて放物面鏡の代わりに楕円鏡ＥＭを用いたこと、楕円鏡ＥＭの光出射側にカバーガラス１４を用いたこと、光源１と第１レンズアレイ２との間に光源１側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ１３を用いたことが異なっており、その他の構成は同じである。
【００６１】
本実施形態では集光ミラーとして楕円鏡を用いることで、集光反射鏡の頂点と光源の距離を大きくし、集光反射鏡の穴による光量損失を小さくしている。また楕円鏡による集光反射鏡から射出される光束径を縮小することにより、投射レンズ１０の入射瞳によるケラレを小さくしている。
【００６２】
メニスカス状の負レンズ１３は楕円鏡ＥＭにより圧縮された光を平行光にもどすための作用をするもので、光源側に凸状のメニスカス形状をとることで、レンズ周辺部ほど光源からの距離を大きくして反射鏡の周辺部から反射される光の圧縮率を高めて、照明効率を向上させている。他の構成は、図１と同じである。
【００６３】
図４の構成では、本発明のフライアイインテグレーターにより生み出された空間を照明効率の向上に利用したもので、全体としては、照明効率を従来例に対し約２０％向上させている。
【００６４】
次に図１，図４の実施形態１，２において第１レンズアレイ（第１光学素子）から第２コンデンサーレンズ（７Ｇ，７Ｒ）に至る各要素の数値実施例を示す。又条件式（１）〜（４）の関係を表−１に示す。
【００６５】
数値実施例において、
Ｒｉ；光源側からｉ番目のレンズ面の曲率半径
Ｄｉ；光源側からｉ番目のレンズ面の面間隔
Ｎｉ；光源側からｉ番目のレンズのd 線における屈折率
である。
0003880227.tif 000002
0003880227.tif 000003
【００６６】
【表１】
0003880227.tif 000004
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、照明光学系の一部に適切に設定した屈折力の３つのレンズアレイを用いることによりレンズアレイの１コマの大きさを小さくせずに、照明光学系の光軸方向の小型化を実現することができる照明装置及びそれを用いた投影装置を達成することができる。
【００６８】
特に、本発明の照明装置では、照明光学系の小型化が実現できる。また、小型化により生み出された空間を利用して照明効率を向上することができるので、全体として小型で照明効率の良い投影装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の一部分の説明図
【図３】本発明の実施形態１と従来の照明装置の一部分の光路説明図
【図４】本発明の実施形態２の要部概略図
【図５】従来の投影装置の要部概略図
【符号の説明】
１；発光管
２；第１レンズアレイ
３；第２レンズアレイ
４；第３レンズアレイ
５；偏光変換素子
５Ａ；１／２位相差板
５Ｂ；偏光分離層
５Ｃ；遮光板
６；第１コンデンサーレンズ
７Ｒ；赤用第２コンデンサーレンズ
７Ｇ；緑用第２コンデンサーレンズ
７Ｂ；青用第２コンデンサーレンズ
８Ｒ；赤用液晶パネル
８Ｇ；緑用液晶パネル
８Ｂ；青用液晶パネル
９；クロスダイクロプリズム
１０；投射レンズ
１１；コンデンサーレンズ
１２；リレーレンズ
１３；負メニスカスレンズ
１４；平行平面板
Ｐ１；入射側偏光板
Ｐ２；射出側偏光板
ＤＭ１、ＤＭ２；ダイクロミラー
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３；反射ミラー
ＲＭ；放物面鏡
ＥＭ；楕円鏡
【図１】
0003880227.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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