(57)【要約】【課題】光源に対する戻り光の影響を軽減しつつ、光の利用効率を高めた光源装置およびこの光源装置を備えた表示装置を提供する。【解決手段】投射型表示装置２０は、無電極放電ランプ（光源）２と、この無電極放電ランプ２から出射した光を平行光に変換するリフレクタ（平行光変換部材）３と、凸レンズが光の出射面（下流側の面）４ｂ上に格子状に配列されており、この下流側の面に対し入射面（上流側の面）４ａが傾斜している板状の複眼レンズ４と、を備え、複眼レンズ４の直上流の光軸６と複眼レンズ４の出射面４ｂの法線１９とが、交差して配設されている。【選択図】図１
2009003108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射した光を平行光に変換する平行光変換部材と、
凹レンズまたは凸レンズが光の下流側の面上に格子状に配列されており、前記下流側の面に対し上流側の面が傾斜している板状の複眼レンズと、
を備え、
前記複眼レンズの直上流の光軸と前記複眼レンズの前記上流側の面の法線とが、交差して配設されている光源装置。
【請求項２】
前記複眼レンズの前記上流側の面において屈折された、前記複眼レンズの内部に入射した前記平行光は、前記下流側の面に対して略垂直である、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記複眼レンズの前記上流側の面に入射する光の入射角をΘ、前記下流側の面に対する上流側の面の傾斜角をＴ、前記複眼レンズの屈折率をｎとすると、ｎ＝±ｓｉｎΘ／ｓｉｎＴを満たす、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複眼レンズの前記上流側の面に、不要光反射膜を有している、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複眼レンズの前記上流側の面に、紫外光反射膜および／または赤外光反射膜を有している、
請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記複眼レンズは、
凹レンズまたは凸レンズが、光の前記下流側の面上に格子状に配列されているレンズアレイ板部と、
前記レンズアレイ板部の上流側の面に接して設けられ、前記下流側の面に対し上流側の面が傾斜して設けられている楔形の光屈折部と、
を含む、
請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記平行光変換部材は、リフレクタを含む、
請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
前記平行光変換部材は、コリメータレンズを含む、
請求項１から７のいずれかに記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光源装置を備えた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複眼レンズ等のレンズ群を含む光源装置およびこれを搭載した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源装置は、主に、光源と、この光源から出射された光を平行光に変換する光学部材と、照度ムラを解消するための光インテグレータなどを備えている。そして、このような光源装置は、一般的に、光源からの光の利用効率が高いことや照射される光の輝度が高いこと、色ムラが無いこと、照度ムラがないこと、などが望まれている。
【０００３】
一方、このような光源装置は、その装置の使用中における温度上昇による特性変化という問題がある。これは、光源から出射された光が、この光の光路の下流側に設置された光学部材に入射する際に、その光学部材の上流側の面（入射面）によって、光の一部が反射され、この反射された光が光源に戻るいわゆる戻り光による光源自体への照射によるものである。また、戻り光には、紫外光などのエネルギーの高い光も含まれている。このため、温度上昇による特性変化にとどまらず、これらの有害光による経時劣化も問題となっている。
【０００４】
そこで、このような戻り光による影響を軽減するために、光源の下流側に設けられた光学部材を、光源からの光の光軸に対して傾けて設けた光源装置が提案されている（特許文献１参照）。このようにすると、その光学部材による戻り光が、光源方向に対してずれた方向に向かう。そのため、光源が受ける戻り光の影響を軽減することが可能である。
【特許文献１】特開２００６−４７９８０号公報（平成１８年２月１６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の光源装置のように、光源の下流側の光学部材を光軸に対して傾けて設けただけの構成では、その光学部材を通過する際に光が屈折してしまう。このため、この光学部材の下流側の面（出射面）より下流側では、理想の光軸からずれた光軸となって、光の利用効率が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、光源に対する戻り光の影響を軽減しつつ、光の利用効率を高めた光源装置およびこの光源装置を備えた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る光源装置は、光源と、この光源から出射した光を平行光に変換する平行光変換部材と、凹レンズまたは凸レンズが光の下流側の面上に格子状に配列されており、この下流側の面に対し上流側の面が傾斜している板状の複眼レンズと、を備え、複眼レンズの直上流の光軸と複眼レンズの上流側の面の法線とが、交差して配設されている。
【０００８】
ここでは、光源装置において、光源と、平行光変換部材と、上流側の面（入射面）と下流側の面（出射面）とが傾斜して設けられている複眼レンズと、を備えており、平行光変換部材からの光の光軸と、複眼レンズの上流側の面の法線とが交差して設けられている。
【０００９】
ここで、平行光変換部材は、例えば、リフレクタやコリメータレンズなどの、光源からの光を平行光に変換する光学部材である。複眼レンズは、板状の光学部材であって、一方の面上に複数の凹または凸レンズが格子状に配列している。また、レンズが配列している面の反対の面は、レンズが配列している面に対して非平行になっている（傾斜している）。また、この複眼レンズは、本光源装置において、レンズが配列している面が光の下流側になるように配設されている。そして、光源が出射した光は、平行変換部材によって平行光に変換され、複眼レンズの下流側の面に入射する。この光路において、平行変換部材によって平行光に変換された光の光軸は、複眼レンズの下流側の面すなわち光の入射面の法線に対し、交差している。
【００１０】
光源装置においては、光源が出射した光が、下流側に設けられえた光学部材に入射する際に、その光学部材の光の入射面によって、入射する光の一部が反射される。この反射光のうち光源方向に向かう光、いわゆる戻り光によって、光源の温度上昇や品質劣化が問題となっている。そのため、戻り光の影響を軽減するために、この戻り光が光源方向に対してずれて反射するように、上記の光学部材の入射面が光軸に対して傾くように、この光学部材自体を光軸に対して傾けて配置する手法がある。しかしながら、このような手法では、実際の光源からの光の光軸とこの光学部材にとって最も光の利用効率の高い理想の光軸とが、ずれている。そのため、光の利用効率が低下するという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明による光源装置は、光源と、この光源からの光を平行光に変換する平行光変換部材と、出射面上に複数の半球面状のレンズを有し、光の入射面と出射面とが非平行である複眼レンズと、を備えている。そして、この複眼レンズの直上流側の光の光軸と、複眼レンズの上流側の面の法線とが、交差して設けられている。
【００１２】
このような構成によると、先ず、光源からの光が平行光変換部材によって平行光に変換される。そして、この平行光は複眼レンズの上流側の面に入射する。ここで、この上流側の面の法線と入射する平行光の光軸とが交差しているため、複眼レンズの内部に入射する平行光は屈折され、反射される平行光は法線を中心として反対方向に反射される。このとき、入射した平行光は、入射面で屈折されることによって、出射面の法線に対して平行に近づけることができる。そして、複眼レンズの内部に入射した光は、この複眼レンズの下流側に設けられた複数のレンズによって複数の光束となって透過する。一方、反射された光は、光源の中心とは別の方向に向かう。なお、光の利用効率の点において、入射面によって屈折された光は、出射面の法線と平行であることが望ましい。
【００１３】
この結果、反射光すなわち戻り光が光源からそれるため、この戻り光が光源に与える影響を軽減することが可能になる。加えて、複眼レンズへの入射光がこの複眼レンズの入射面によって屈折され、出射面（レンズが設けられた面）の法線に対して平行に近づく、すなわち、個々のレンズに対する入射角が垂直に近づくため、この入射光を効率よく使用することができる。
したがって、光源の温度上昇や劣化を軽減しつつ、光の利用効率が高い光源装置を得ることが可能になる。
【００１４】
第２の発明に係る光源装置は、第１の発明に係る光源装置であって、複眼レンズの上流側の面において屈折されて複眼レンズの内部に入射した平行光は、この複眼レンズの下流側の面に対して垂直である。
【００１５】
ここでは、複眼レンズの内部に入射した光は、複眼レンズの出射面（下流側の面）に対して垂直に入射する。
これにより、戻り光の影響を軽減しつつ、複眼レンズの入射面（上流側の面）によって屈折された光は、個々のレンズに対して垂直に入射することになるため、この光の利用効率を最も高めることが可能になる。つまり、平行光変換部材によって変換された平行光の複眼レンズの入射面に対する角度を調整することにより、複眼レンズの出射面に対して垂直に入射光を入射させることができる。したがって、戻り光による光源の温度上昇や劣化を抑えつつ、光利用効率を高めた光源装置を得ることが可能になる。
【００１６】
第３の発明に係る光源装置は、第１の発明に係る光源装置であって、複眼レンズの上流側の面に入射する光の入射角をΘ、下流側の面に対する上流側の面の傾斜角をＴ、複眼レンズの屈折率をｎとすると、ｎ＝±ｓｉｎΘ／ｓｉｎＴを満たす。
【００１７】
ここでは、複眼レンズの上流側の面の下流側の面に対する傾斜角Ｔと、複眼レンズの上流側の面に入射する光の入射角Θと、複眼レンズの屈折率ｎとが、ｎ＝±ｓｉｎΘ／ｓｉｎＴを満足するように配設する。
【００１８】
これにより、複眼レンズの下流側の面の法線と複眼レンズ内における光軸とが一致する。このため、この複眼レンズ内に入射した光は、複眼レンズの下流側の面に対し、垂直に入射することになる。したがって、複眼レンズに入射した光が、全てレンズに到達することになり、光の損失がなくなり、最も効率的に光源からの光を利用することが可能になる。
【００１９】
第４の発明に係る光源装置は、第１から３のいずれかの発明に係る光源装置であって、複眼レンズの上流側の面に不要光反射膜を有している。
ここでは、複眼レンズの上流側の面すなわち光源からの光が入射する面には、不要光を反射するための不要光反射膜が設けられている。
【００２０】
これにより、複眼レンズの上流側の面に入射する光のうち、光源装置として必要な光を透過しつつ、不要光（例えば、紫外（ＵＶ）光）を反射することが可能になる。この反射された不要光は光源を照射することがない。したがって、輝度を下げずに、この光源装置から出射される不要光を軽減することが可能になる。
【００２１】
第５の発明に係る光源装置は、第１から４のいずれかの発明に係る光源装置であって、複眼レンズの上流側の面に、紫外光反射膜および／または赤外光反射膜を有している。
ここでは、複眼レンズの上流側の面すなわち光源からの光が入射する面には、紫外光反射膜と赤外光反射膜とが設けられている、あるいは、紫外光反射膜と赤外光反射膜とのいずれか一方が設けられている。
【００２２】
これにより、複眼レンズの下流側の面では、紫外光や赤外光といった特定の不要光を排除した光を出射することが可能になる。したがって、人体や物質に有害な光を出射せず、また、光源を照射して劣化させることがない光源装置を提供することが可能になる。
【００２３】
第６の発明に係る光源装置は、第１から５のいずれかの発明に係る光源装置であって、複眼レンズは、凹レンズまたは凸レンズが、光の下流側の面上に格子状に配列されているレンズアレイ板部と、レンズアレイ板部の上流側の面に接して設けられ、下流側の面に対し上流側の面が傾斜して設けられている楔形の光屈折部と、を含む。
【００２４】
ここでは、複眼レンズは、下流側のレンズを含むレンズアレイ部と、上流側の楔形の光屈折部との、二つの部材を含む構成である。また、レンズアレイ部の上流側の面と光屈折部の下流側の面とが接した状態で設けられている。なお、レンズアレイ部と屈折部とは同じ材質であることが望ましい。
【００２５】
これによっても、光屈折部の上流側の面によって反射される光は、光源には戻らず、入射する光は、屈折されて効率よくレンズアレイ部に導光される。なお、同じ材料間では、光はほとんど屈折しない。
【００２６】
第７の発明に係る光源装置は、第１から６のいずれかの発明に係る光源装置であって、平行光変換部材は、リフレクタを含む。
ここでは、光源からの光を平行光に変換する手段として、リフレクタを用いる。
【００２７】
これにより、光源が出射した光は、リフレクタによって反射され、効率よく平行光に変換されて、複眼レンズに向かって導光される。したがって、このリフレクタの下流側に配設された他の光学部材を通過する光の利用効率が向上し、高い輝度を有する光源装置を得ることが可能になる。
【００２８】
第８の発明に係る光源装置は、第１から７のいずれかの発明に係る光源装置であって、平行光変換部材は、コリメータレンズを含む。
ここでは、光源からの光を平行光に変換する手段として、コリメータレンズを用いる。
【００２９】
これにより、光源が出射した光は、コリメータレンズによって平行光に変換され、複眼レンズに向かって導光される。したがって、このコリメータレンズの下流側に配設された他の光学部材を通過する光の利用効率が向上し、高い輝度を有する光源装置を得ることが可能になる。
【００３０】
第９の発明に係る表示装置は、第１から８のいずれかの発明に係る光源装置を備える。
ここでは、投射型表示装置など、光源からの光によって所望の画像や映像を表示する表示装置であって、上述した光源装置を備えている。
【００３１】
これにより、光源の温度上昇等によって品質が劣化しにくい、光利用効率の高い表示装置を得ることが可能になる。また、従来の表示装置と比較しても、新たな部材を設ける必要が無く、上記の特徴を有しつつ、コストアップを抑えた表示装置を得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る光源装置によれば、戻り光が光源に与える影響を軽減することができるとともに、入射光を効率よく使用することができる。したがって、光源の温度上昇や劣化を軽減しつつ、光の利用効率が高い光源装置を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の一実施形態に係る光源装置１を搭載した投射型表示装置（表示装置）２０（例えば、プロジェクタなど）について、図１から図７（ｂ）を用いて説明すれば以下の通りである。なお、以下の説明で用いる「上流」・「下流」とは、光の進行方向に関するものであり、光源側を上流とし、表示画像側を下流として説明する。
【００３４】
［投射型表示装置２０の構成］
本実施形態に係る投射型表示装置２０は、主として、光源装置１と、金属マスク５と、ＰＳコンバータ８と、コンデンサレンズ９と、液晶表示バルブ１０と、を備えている。
【００３５】
（光源装置１）
光源装置１は、液晶プロジェクタやリアプロジェクションテレビ等の投射型表示装置２０に搭載される光源装置１であって、無電極放電ランプ２と、光インテグレータ３３と、を備えている。そして、この光源装置１は、導電性の筐体（図示せず）によって覆われることで、無電極放電ランプ２による電磁波（不要輻射）対策が施されている。なお、この光源装置１に含まれる各構成部材については、後段で詳述する。
【００３６】
（金属マスク５）
金属マスク５は、図１に示すように、後述する、光インテグレータ３３を構成する第２複眼レンズ２２とＰＳコンバータ８との間に、光出射方向と略直交する方向に沿って配置されている。そして、金属マスク５は、直上流側に配設された、第２複眼レンズ２２側からＰＳコンバータ８における所定の領域（後述するプリズム８ｂ）に光を入射させて、ＰＳコンバータ８に入射する有効光のクオリティを高めている。
【００３７】
具体的には、金属マスク５は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、スリット状に形成されており、ＰＳコンバータ８における所定の領域（プリズム８ｂ）以外の領域（後述するプリズム８ａ）に入射する光の光路を遮断することによって、ＰＳコンバータ８に不要光線が入射することを回避している。
【００３８】
（ＰＳコンバータ８）
ＰＳコンバータ８は、図１に示すように、金属マスク５の直下流側に隣接して配置されており、入射する光の偏光成分（Ｐ偏光、Ｓ偏光）を揃えて一方向の直線偏光成分、例えば、Ｓ偏光成分をＰ偏光成分に変換する。
【００３９】
また、ＰＳコンバータ８は、図５（ａ）、図５（ｂ）および図６に示すように、交互に配置された微小な偏光ビームスプリッタ（以下プリズムと示す）８ａ，８ｂの集合体として構成されている。プリズム８ａとプリズム８ｂとの間には、交互に偏光分離膜８ｃと反射膜８ｄとが設けられている。そして、プリズム８ｂの光の出射側表面には、半波長板８ｅが配置されている。
【００４０】
これにより、Ｐ偏光成分については偏光分離膜８ｃを通過し、Ｓ偏光成分については偏光分離膜８ｃにおいて反射膜８ｄ側へ反射して反射膜８ｄにおいて出射方向へと送られる。このとき、Ｓ偏光成分は、半波長板８ｅを通過することでＰ偏光成分へと変換されるため、出射される光の成分をＰ偏光成分のみに揃え、かつ光の利用効率を向上させることができる。
【００４１】
偏光分離膜８ｃは、プリズム８ｂを通過して４５度の角度で入射するランダム偏光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離するとともに、Ｐ偏光成分についてはそのまま通過させる一方、Ｓ偏光成分については反射させて光路を９０度変えて隣接する反射膜８ｄの方向へ導く。
【００４２】
反射膜８ｄは、偏光分離膜８ｃにおいて分離されたＳ偏光成分を反射して再度９０度光路を変換して、偏光分離膜８ｃをそのまま通過したＰ偏光成分と進行方向を揃えている。
半波長板８ｅは、ＰＳコンバータ８の光出射側の表面上に短冊状に配置されており、偏光分離膜８ｃおよび反射膜８ｄにおいて光路を９０度ずつ切り換えられてプリズム８ｂを通過してきたＳ偏光成分の偏光角を９０度回転させる。これにより、半波長板８ｅを通過したＳ偏光成分を、Ｐ偏光成分へと変換することができる。
【００４３】
ＰＳコンバータ８では、上述した金属マスク５によって、プリズム８ｂにのみ光が入射するように設定されている。このため、ＰＳコンバータ８に入射した光は、プリズム８ｂ内を通過して偏光分離膜８ｃにおいて偏光分離される。このとき、Ｐ偏光成分は、偏光分離膜８ｃをそのまま通過して出射される一方、Ｓ偏光成分については偏光分離膜８ｃにおいて反射されて反射膜８ｄの方へ導かれたのち、半波長板８ｅを通過して出射されることで、ＰＳコンバータ８に入射したランダムな偏光成分を全てＰ偏光成分へと変換して出力することで、光の利用効率の向上が図れる。
【００４４】
（コンデンサレンズ９）
コンデンサレンズ９は、ＰＳコンバータ８によって偏光面が統一された直線偏光成分（ここでは、Ｐ偏光成分）を液晶表示バルブ１０等の空間光変調素子に導くレンズであって、図１に示すように、ＰＳコンバータ８の直下流側に配置されている。そして、複眼レンズ４に形成されている微小レンズ４ｃの矩形状の像を、照明対象である液晶表示バルブ１０に重畳して結像させる。
【００４５】
（液晶表示バルブ１０）
液晶表示バルブ１０は、上述のように、複眼レンズ４に形成されている微小レンズ４ｃの矩形状の像が重畳されて照明される。そして、光シャッタとして機能することで、この照明された光を所望の映像や画像に変換し、表示画像として出射する。
【００４６】
［光源装置１の構成］
本発明の一実施形態に係る光源装置１は、主な部材として、図１に示すように、無電極放電ランプ（光源）２と、リフレクタ（平行光変換部材）３と、光インテグレータ３３として複眼レンズ４および第２複眼レンズ２２と、を備えている。以下に、この主な部材の構成について説明する。
【００４７】
（無電極放電ランプ２）
無電極放電ランプ２は、この投射型表示装置２０の光源として設けられ、６００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波電力を印加することにより発光する。また、この無電極放電ランプ２は、フィラメントが無く、二段階の物理現象を経て発光する。つまり、前段は封入された金属原子の励起および紫外線の放出、後段は発生した紫外線による蛍光物質の励起および可視光の放出である。すなわち、水銀蒸気などを封入したガラス管内に、このガラス管の外面に巻かれたコイルによって高周波磁界を与え、この高周波磁界によって発生する誘導電界が内部の水銀蒸気を励起させることにより紫外線が発生する。そして、この紫外線がガラス球内面に塗布した蛍光体に当たって可視光に変換される。このような無電極放電ランプ２を光源として用いた場合は、他の光源と比べて出力の可変範囲が広いため、表示画像の輝度調整の要求に高く対応することが可能になる。
【００４８】
（リフレクタ３）
リフレクタ３は、図１に示すように、無電極放電ランプ２を覆うように配設された反射面３ａを内面（無電極放電ランプ２側の面）に有しており、所定方向に開口部３ｂを有している。また、リフレクタ３は、無電極放電ランプ２から出射された光を反射し、この反射によって開口部３ｂから平行光を出射する。本実施形態における開口部３ｂの形状は、このリフレクタ３が出射する平行光の光軸６に垂直な平面６ａに対し平行な円形状をなしている。また、開口部３ｂの開口径は、後述する、複眼レンズ４の入射面（上流側の面）４ａを、光軸６に垂直な平面６ａ（ただし、この平面６ａは実在しない）上に正射投影した形状に内接する大きさとする。
【００４９】
（複眼レンズ４）
複眼レンズ４は、図１に示すように、光インテグレータ３３を構成する部材であって、無電極放電ランプ２から照射される光の照度を照射面方向において均一化するための光学系の部材である。
【００５０】
複眼レンズ４は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、出射面（下流側の面）４ｂに、微小レンズ４ｃ群を有しており、この微小レンズ４ｃ群によって、入射した光を微小光束に変換するものである。本実施形態における微小レンズ４ｃ群は、下流側に向けて凸状であって、矩形の輪郭を有している微小レンズ４ｃが隙間無く配列されたものである。
【００５１】
また、複眼レンズ４は、平面状の入射面４ａを有している。そして、無電極放電ランプ２およびリフレクタ３からの光は、この複眼レンズ４の入射面４ａに到達する。そして、図２（ｂ）に示すように、この入射面４ａは、出射面４ｂに対して非平行になるように配置されている。つまり、出射面４ｂに対して入射面４ａが傾斜して設けられている。具体的には、図１に示すように、無電極放電ランプ２とリフレクタ３とが設けられた側の方向に近づくにつれて、出射面４ｂと入射面４ａとの間隔が大きくなるように傾斜している。
【００５２】
また、入射面４ａは、表面に、紫外光を反射する紫外光反射膜７を有している。この紫外光反射膜７は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの誘電体多層膜を含むものであってもよい。
このような構成の複眼レンズ４は、微小レンズ４ｃを備えた出射面４ｂ側を射出成型法によって形成し、平面状の入射面４ａ側は、出射面４ｂに対して非平行に研磨することによって形成される。
【００５３】
なお、この微小レンズ４ｃ群によって微小光束に分割された光は、当然に、下流側の種々の光学部材（例えば、第２複眼レンズ２２やＰＳコンバータなど）に入射する。そのため、個々の微小レンズ４ｃに入射する光は、光利用効率の点から、この微小レンズ４ｃが備えられている面（本実施形態においては、出射面４ｂ）に対し、垂直に入射することが好適である。
【００５４】
（第２複眼レンズ２２）
第２複眼レンズ２２は、図１に示すように、複眼レンズ４と対になって光インテグレータ３３を構成する部材であって、無電局放電ランプ２から照射される光の照度を照射面方向において均一化するための光学系の部材である。そして、図１に示すように、複眼レンズ４の下流側に配置されており、複眼レンズ４の焦点位置近傍に配置されている。そして、上流側の面には、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、複眼レンズ４の微小レンズ４ｃに対応して複数の微小レンズ２２ａが、アレイ状に配列されている。
【００５５】
＜光源装置１における主な部材の配設角度＞
次に、光源装置１における、複眼レンズ４の入射面４ａと、出射面４ｂと、光源からの光の光軸６との配設角度について、図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて、以下で説明する。
【００５６】
先ず、図７（ａ）で示すように、複眼レンズ４の入射面４ａと出射面４ｂとがなす角度をＴ、入射面４ａに入射する光の光軸の入射角度をΘ、複眼レンズ４の空気に対する相対屈折率（入射面４ａでの屈折率）をｎとする。ただし、ｎは複眼レンズ４の絶対屈折率をＬ、空気の絶対屈折率をＡ、とするとｎ＝Ｌ／Ａ≠０、また、Ｔは、０＜Ｔ＜π／２とする。また、光源からの光軸６は、複眼レンズ４の法線に対して交差（入射面４ａ上で交差）させているため、０＜Θ＜π／２、である。
この場合、本実施形態においては、角度Θと角度Ｔと相対屈折率ｎとは、以下の関係式（１）を満たすものとする。
【００５７】
ｎ＝ｓｉｎΘ／ｓｉｎＴ  ・・・・・（１）
【００５８】
以下、この関係式（１）の算出過程について説明する。
また、便宜的に、図７（ａ）に示すように、入射面４ａによって屈折された光の光軸１８と入射面４ａの法線１９とがなす角度をα、入射面４ａによって屈折された光の光軸１８と出射面４ｂとがなす角度をβ、とする。
先ず、三角形の外角の定理より以下の関係式（２）が成立する。
【００５９】
（π／２）−α＋Ｔ＝π−β  ・・・・・（２）
【００６０】
したがって、次の関係式（３）も成立する。
【００６１】
ｓｉｎ（（π／２）−α＋Ｔ）＝ｓｉｎ（π−β）  ・・・・・（３）
【００６２】
そして、三角関数の定理を考慮すると、関係式（３）は、以下の関係式（４）に置き換わる。
【００６３】
ｃｏｓ（α−Ｔ）＝ｓｉｎβ  ・・・・・（４）
【００６４】
ここで、上述したように、複眼レンズ４に入射した光の光軸１８の出射面４ｂに対する角度が、図７（ｂ）に示すように垂直になるようにする、すなわちβ＝π／２になる条件は、ｓｉｎβ＝１である。したがって、ｃｏｓ（α−Ｔ）＝１すなわちα＝Ｔが、β＝π／２となるための必要条件である。
【００６５】
一方、スネルの法則から、以下の関係式（５）が成立する。
【００６６】
ｎ＝ｓｉｎΘ／ｓｉｎα  ・・・・・（５）
【００６７】
ここで上述の結果であるＴ＝αを適用すると、以下の関係式（６）が成立する。
【００６８】
ｎ＝ｓｉｎΘ／ｓｉｎＴ  ・・・・・（６）
【００６９】
すなわち、角度Θと角度Ｔと相対屈折率ｎとが、関係式（６）を満たす構成であれば、複眼レンズ４に入射した光の光軸１８の出射面４ｂに対する角度が垂直になり、光の利用効率を 最も向上させることができる。
上記の条件を考慮して構成された本実施形態は、複眼レンズ４の出射面４ｂに対し垂直に光が入射する構成である。
【００７０】
＜光源装置１の光路＞
本実施形態に係る光源装置１における、無電極放電ランプ２からの光の光路を以下で説明する。
先ず、無電極放電ランプ２から出射された光は、リフレクタ３の開口部３ｂから直接出射する、または、リフレクタ３の反射面３ａに反射された後に、開口部３ｂから出射する。開口部３ｂから出射したこれらの光は、図１に示すように、光軸６を中心とした平行光となって複眼レンズ４の入射面４ａに到達する。
【００７１】
複眼レンズ４の入射面４ａに到達した平行光は、入射面４ａの表面に設けられた紫外光反射膜７によって、紫外光が反射される。この反射角度は、当然に、入射面４ａの法線１９を中心として対称方向に反射される。一方、複眼レンズ４の内部に入射した光は、上述したように、入射面４ａによって屈折されて、出射面４ｂに対して垂直な光軸１８を有して、平行光のまま導光される。この入射した平行光は、出射面４ｂに設けられた微小レンズ４ｃ群によって分割されて微小光束となって出射する。そして、この微小光束は、第２複眼レンズ２２の微小レンズ２２ａにそれぞれ入射し、さらに光束形状を整えて出射させる。
【００７２】
［本光源装置１および投射型表示装置２０の特徴］
（１）
本実施形態に係る光源装置１は、図１および図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、無電極放電ランプ２と、この無電極放電ランプ２から出射された光を平行光に変換するリフレクタ３と、出射面４ｂ上に複数の微小レンズ４ｃを有する複眼レンズ４と、を備えている。そして、図７（ａ）に示すように、この複眼レンズ４は、直上流側の光の光軸６と、複眼レンズ４の入射面４ａの法線１９とが、入射面４ａ上において交差するような形状を有している。
【００７３】
これにより、複眼レンズ４の入射面４ａによって反射される光は、この入射面４ａの法線１９を中心に反対方向へ反射されるため、無電極放電ランプ２への戻り光とはならない。したがって、無電極放電ランプ２の不要な温度上昇を防ぐことができ、また、戻り光に含まれる有害な光による無電極放電ランプ２の劣化を防ぐことができる。一方、複眼レンズ４内に入射する光の光軸１８を、入射面４ａで屈折されることにより、出射面４ｂに対して垂直に近づけることが可能になる。したがって、光の利用効率を従来と比べて高くすることが可能になる。
【００７４】
（２）
本実施形態に係る光源装置１では、図７（ｂ）に示すように、複眼レンズ４の入射面４ａにおいて屈折されて複眼レンズ４の内部に入射した平行光が、出射面４ｂに対して垂直（出射面４ｂの法線に対して平行）に入射している。
【００７５】
これにより、戻り光の影響を軽減しつつ、複眼レンズ４の入射面４ａによって屈折された光は、個々の微小レンズ４ｃに対して垂直に入射することになるため、この光の利用効率を最も高めることが可能になる。したがって、戻り光による無電極放電ランプ２の温度上昇や劣化を抑えつつ、光の利用効率を最も高めることが可能になる。
【００７６】
（３）
本実施形態に係る光源装置１では、図７（ｂ）に示すように、複眼レンズ４の入射面４ａと出射面４ｂとがなす角度をＴ、入射面４ａに入射する光の光軸の入射角度をΘ、複眼レンズ４の空気に対する相対屈折率（入射面４ａでの屈折率）をｎとすると、角度Θと角度Ｔと相対屈折率ｎとは、以下の関係式（１）を満たすように構成されている。
【００７７】
ｎ＝ｓｉｎΘ／ｓｉｎＴ  ・・・・・（１）
【００７８】
ただし、ｎは複眼レンズ４の絶対屈折率をＬ、空気の絶対屈折率をＡ、とするとｎ＝Ｌ／Ａ≠０、また、Ｔは、０＜Ｔ＜π／２とする。また、光源からの光軸６は、複眼レンズ４の法線に対して交差（入射面４ａ上で交差）させているため、０＜Θ＜π／２、である。
【００７９】
これにより、複眼レンズ４の出射面４ｂの法線と複眼レンズ４内における光軸とを一致させることができる。つまり、上記関係式（１）を満たすことにより、この複眼レンズ４内に入射した光は、図７（ｂ）に示すように、複眼レンズ４の出射面４ｂに対して垂直に入射する。したがって、複眼レンズ４に入射した光の損失を最小限とすることで、光源からの光を最も有効に利用することができる。
【００８０】
（４）
本実施形態に係る光源装置１は、図２（ｂ）に示すように、複眼レンズ４の入射面４ａに、紫外光反射膜７を有している。
【００８１】
これにより、複眼レンズ４の出射面４ｂでは、紫外光が排除された光を出射することが可能になる。また、反射された紫外光は、上述のように、入射面４ａの傾斜と入射光の角度との関係によって、無電極放電ランプ２を照射することがないため、無電極放電ランプ２の劣化を防ぐことが可能になる。
【００８２】
（５）
本実施形態に係る光源装置１は、図１に示すように、無電極放電ランプ２から出射された光を平行光に変換するためにリフレクタ３を用いている。
【００８３】
これにより、無電極放電ランプ２から出射された光は、効率よく平行光に変換されて、複眼レンズ４の入射面４ａに向けて導光される。したがって、無電極放電ランプ２からの光の利用効率が向上し、高い輝度を有する光源装置１を提供することが可能になる。
【００８４】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態では、図１に示すように、光源装置１の光源として、無電極放電ランプ２を用いた例を挙げて説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではない。
本発明における光源としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザ、ハロゲンランプなどを用いてもよい。
【００８５】
この場合であっても、戻り光の影響が軽減された、かつ、光利用効率の高い光源装置を提供することが可能である。また、光源として、無電極放電ランプを使用しない場合には、不要輻射対策が不要となるため、光源装置自体を導電性の筐体で覆う等の措置が不要となる。
【００８６】
（Ｂ）
上記実施形態では、図７（ｂ）に示すように、複眼レンズ４の入射面４ａにおいて屈折されて複眼レンズ４の内部に入射した平行光が、出射面４ｂに対して垂直に入射する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、複眼レンズの出射面に対して、平行光が８５度〜９５度等のように略垂直に入射するように構成されていてもよい。換言すれば、必ずしも上述した各関係式を満たすような構成でなくてもよい。
【００８７】
この場合でも、従来の複眼レンズを採用した構成と比較して、複眼レンズの出射面に対する平行光の入射角度を垂直に近づけることができるため、従来よりも光の利用効率の向上が図れるという、上記と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
（Ｃ）
上記実施形態では、図１に示すように、複眼レンズ４の入射面４ａに紫外光反射膜７を有する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、複眼レンズ４の入射面４ａには、紫外光反射膜７のような不要光反射膜を設けない構成であってもよい。
【００８９】
通常、反射膜が設けられていない透明な透過部材であっても、若干の戻り光が発生している。したがって、不要光反射膜を設けていない場合であっても、複眼レンズ４の入射面４ａによる反射がある。
この場合でも、複眼レンズ４による戻り光は、光源である無電極放電ランプ２に方向には行かない。したがって、戻り光の影響が軽減された、かつ、光利用効率の高い光源装置を提供することが可能である。
【００９０】
（Ｄ）
上記実施形態では、図２（ｂ）に示すように、複眼レンズ４の入射面４ａに紫外光反射膜７を有する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、複眼レンズ４の入射面４ａには、赤外光反射膜を設けてもよい。または、紫外光反射膜と赤外光反射膜とを両方設けてもよい。あるいは、他の不要光を反射する膜を設けてもよい。
【００９１】
これにより、所望の不要光を反射しつつ、光の利用効率を高めることが可能になる。したがって、所望の不要光を排除した光を出射し、高い輝度を有した光源装置を提供することが可能になる。
【００９２】
（Ｅ）
上記実施形態では、図１に示すように、複眼レンズ４が単一の部材である例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図８（ａ）に示すように、平板上のレンズアレイ板部３１と屈折部３２との二つの構成部材を、図８（ｂ）に示すように、一体的に接着して形成したものであってもよい。なお、この場合は、レンズアレイ板部３１と屈折部３２とは同じ屈折率を有するものであることが望ましい。また、レンズアレイ板部３１の入射面３１ａと屈折部３２の出射面３２ａとの接着は、このレンズアレイ板部３１と屈折部３２とを互いに固定する留め具やホルダなどを用いてもよいし、あるいは、レンズアレイ板部３１と屈折率が近似した接着剤などを用いてもよい。
【００９３】
（Ｆ）
上記実施形態では、図１に示すように、無電極放電ランプ２から出射された光を平行光に変換するためにリフレクタ３を用いる例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図９に示すように、光源４１と複眼レンズ４との間にコリメータレンズ４２を用いた構成であってもよい。または、図１０に示すように、光源５１と複眼レンズ４との間に設けられたコリメータレンズ５２と、リフレクタ５３と、を両方備えた構成であってもよい。
【００９４】
この場合でも、光源から出射された光を平行光に変換することが可能になる。特に、リフレクタ５３とコリメータレンズ５２との両方を備えた構成では、より完全に近い平行光を得ることが可能になる。
【００９５】
（Ｇ）
上記実施形態では、図１に示すように、光変調素子として液晶表示バルブ１０を用いて画像表示を行う投射型表示装置を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ＤＭＤ等の他の光変調素子を用いて画像表示を行う投射型表示装置に対しても、本発明に係る光源装置を用いることは当然に可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の光源装置は、光源への戻り光の影響を軽減しつつ、高い光の利用効率を得ることができるという効果を奏することから、表示装置の光源としてのみならず、光源を搭載した各種装置に対して広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す模式図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１の光源装置に含まれる複眼レンズの平面図、側面視断面図、下面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１の光源装置に含まれる第２複眼レンズの平面図、右側面図、下面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１の光源装置に含まれる金属マスクの平面図、右側面図、下面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の光源装置に含まれるＰＳコンバータの平面図、下面図。
【図６】図１の光源装置に含まれるＰＳコンバータの構成を示す側断面図。
【図７】（ａ）は、図１における光源装置の光路を幾何学的に示す模式図。（ｂ）は、（ａ）における最も光の利用効率が高い構成を幾何学的に示す模式図。
【図８】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る光源装置の複眼レンズの構成を示す分解図。（ｂ）は、（ａ）を一体化した状態を示す模式図。
【図９】本発明の他の実施形態に係る光源装置の構成を示す模式図。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る光源装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００９８】
１        光源装置
２        無電極放電ランプ（光源）
３        リフレクタ（平行光変換部材）
３ａ      反射面
３ｂ      開口部
４        複眼レンズ
４ａ      入射面（上流側の面）
４ｂ      出射面（下流側の面）
４ｃ      微小レンズ
５        金属マスク
６        光軸
６ａ      平面
７        紫外光反射膜７
８        ＰＳコンバータ
８ａ      光ビームスプリッタ（プリズム）
８ｂ      光ビームスプリッタ（プリズム）
８ｃ      偏光分離膜
８ｄ      反射膜
８ｅ      半波長板
９        コンデンサレンズ
１０      液晶表示バルブ
１８      光軸
１９      法線
２０      投射型表示装置
２２      第２複眼レンズ
２２ａ    微小レンズ
３１      レンズアレイ板部
３１ａ    入射面
３２      屈折部
３２ａ    出射面
３３      光インテグレータ
４１      光源
４２      コリメータレンズ
５１      光源
５２      コリメータレンズ
５３      リフレクタ
【図１】
2009003108.tif 000003
【図２】
2009003108.tif 000004
【図３】
2009003108.tif 000005
【図４】
2009003108.tif 000006
【図５】
2009003108.tif 000007
【図６】
2009003108.tif 000008
【図７】
2009003108.tif 000009
【図８】
2009003108.tif 000010
【図９】
2009003108.tif 000011
【図１０】
2009003108.tif 000012