JP2973750B2

JP2973750B2 - 照明光学装置とそれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JP2973750B2
Application number: JP4311736A
Authority: JP
Inventors: 吉弘枡本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1999-11-08
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: EP0563874A1; DE69323569D1; DE69323569T2; EP0563874B1; JPH05346557A; US5418583A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主にライトバルブを照
明する用途に用いる照明光学装置、ならびに当該照明光
学装置によりライトバルブを照明し、ライトバルブ上の
光学像をスクリーン上に拡大投影する投写型表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大画面映像を表示する方法の１つ
として、ライトバルブを用いた投写型表示装置が知られ
ている。近年では、液晶パネルを用いた投写型表示装置
が開発されており、例えばＳＩＤ’９１ダイジェスト４
９１〜４２２ページにその構成の一例が記載されてい
る。

【０００３】このような投写型表示装置には、ライトバ
ルブ上の光学像を強力な光で照明する照明光学装置が必
要であり、その性能は投写画像の画質を大きく左右す
る。具体的に、高効率で色再現性に優れ、明るさと色の
均一性の良好な照明光学装置が要望される。

【０００４】従来用いられている照明光学装置の一例と
して凹面鏡式照明光学装置がある。（図１８）にこのよ
うな照明光学装置の構成例を示す。主に、ランプ２０１
と凹面鏡２０２から構成される。凹面鏡２０２は放物面
鏡であり、発光体２０３の放射する光の大部分を集光
し、光軸２０４に平行に近い照明光２０５を形成して、
被照明領域２０６を照明する。

【０００５】例えば、ランプ２０１にはメタルハライド
ランプが用いられる。他に、キセノンランプ、ハロゲン
ランプ等が用いられるが、これらのランプと比較して、
メタルハライドランプは発光効率と色再現性に優れてい
る。凹面鏡２０２には、他に楕円面鏡等が用いられる。

【０００６】このような凹面鏡式照明光学装置は、凹面
鏡２０２の集光効率が高い利点がある反面、光軸２０４
近傍の光束密度が高く、被照明領域２０６の明るさむら
が比較的大きい。例えば、明るさむらを改善するため
に、ランプ２０１の発光管表面をフロスト処理する方法
が知られているが、フロスト処理された発光管は照明光
を拡散させるため、被照明領域２０６の明るさが大きく
低下する。

【０００７】一方、照明光の明るさ均一性を改善する方
法としてレンズアレイを用いたインテグレータと呼ばれ
る構成が知られており、例えば、特公昭４３−５０８９
号公報、特開平３−１１１８０６号公報がある。（図１
９）に、このような照明光学装置の構成例を示す。

【０００８】（図１９）に示す照明光学装置は、（図１
８）に示した凹面鏡式照明光学装置に、第１レンズアレ
イ板２２１、第２レンズアレイ板２２２、第３レンズ２
２３を付加している。第１レンズアレイ板２２１は、複
数の第１レンズ２２４を二次元状に配列して構成する。
第２レンズアレイ板２２２も同様に、複数の第２レンズ
２２５を二次元状に配列して構成する。第１レンズアレ
イ板２２１は、凹面鏡２０２から出射する明るさむらの
大きな単一光束を、第１レンズ２２４と同数の部分光束
に分割する。分割後の部分光束の明るさむらは、分割前
の単一光束に比較して小さい。各部分光束は、第２レン
ズアレイ板２２５により被照明領域２０６まで有効に伝
達され、第３レンズ２２３がこれを重畳させるので、明
るさ均一性の高い照明を実現できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】（図１９）に示す照明
光学装置は、明るさの均一性が高い反面、照明光の照射
角に制約を設けると光利用効率が低いという問題があ
る。これは、特に大きな発光体と組み合わせた時により
大きな問題となる。その理由を以下に述べる。

【００１０】ランプ２０１から放射される光の大部分
は、凹面鏡２０２により反射されて第１レンズアレイ板
２２１に入射し、第２レンズアレイ板２２２に到達す
る。従って、第２レンズアレイ板２２２で光の損失がな
ければ、ランプ２０１から放射される光の大部分は被照
明領域２０６に到達することがわかる。つまり、照明光
学装置全体の光利用効率は、主に第２レンズアレイ板２
２２における光の損失量に依存する。

【００１１】ところで、第２レンズアレイ板２２２上に
は、凹面鏡２０２と第１レンズ２２４により、発光体２
０３の実像が形成される。そこで、第２レンズ２２５の
開口より大きな実像が形成されると、被照明領域２０６
に有効に伝達されない光が発生して光損失が生じ、照明
光学装置の光利用効率が低下する。

【００１２】これに対し、第２レンズアレイ板２２２上
の実像の大きさは、発光体２０３の大きさで決まるの
で、光利用効率の面から発光体の小さなランプを用いる
ことが望ましい。例えばメタルハライドランプの場合、
１５０Ｗ〜２５０Ｗ相当のショートアークタイプで一般
に５〜１０mm相当の発光体長である。メタルハライドラ
ンプの場合、発光体長を短くすると、発光特性やランプ
寿命を極端に低下させるので問題がある。これは、ハロ
ゲンランプについても同様である。

【００１３】一方、光損失を低減させるために、光学系
の構成は変えずに第２レンズアレイ板のみを大きくする
ことが考えられる。この場合、被照明領域上での照明光
の照射角が大きくなり、投写型表示装置に用いる照明光
学装置として、以下に述べる問題が生じる。

【００１４】照明光の照射角が大きくなると、ライトバ
ルブから出射する光の発散角が大きくなる。その結果、
Ｆナンバーの明るい投写レンズを用いて集光する必要が
生じるが、Ｆナンバーの明るい投写レンズは、有効径が
大きく高価であり、コンパクトな投写光学装置を構成す
ることが困難になる。

【００１５】更に、偏光特性を利用するライトバルブ
は、一般に光の入射角に応じて光学特性が変化する。例
えば、液晶パネルでは、照明光の照射角が大きくなると
表示画像のコントラストが低下する。このため、実用上
使用できる投写レンズのＦナンバーには制約がある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の照明光学装置は、発光体と、前記発光体の
放射光を単一光束に変換する集光手段と、略同一の開口
形状を有する複数の第１レンズを二次元状に配列した第
１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第
２レンズを二次元状に配列した第２レンズアレイとを備
え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単
一光束を複数の部分光束に分割すると共に対応する前記
第２レンズの開口部近傍で当該部分光束を最も収束せし
め、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分
光束の各々を被照明領域上に伝達して重畳せしめ、前記
第２レンズの各々はこれらに入射する当該部分光束の最
も収束した断面よりも大きな開口を有し、前記第２レン
ズの各々を密接させて配列し前記第２レンズアレイの有
効領域ができるだけ小さな円領域を近似するようにした
ことを特徴とする。

【００１７】更に、本発明の照明光学装置はライトバル
ブを用いる投写型表示装置に用いることができる。

【００１８】

【作用】上記構成によれば、集光手段を出射して第１レ
ンズアレイに入射した単一光束は、第１レンズと同数の
複数の部分光束に分割される。この時、分割前の単一光
束は明るさむらが大きくても、分割後の各部分光束の明
るさむらは比較的少ない。

【００１９】次に、第１レンズを出射した複数の部分光
束は、第２レンズアレイ上の対応する第２レンズに入射
する。第２レンズアレイは複数の部分光束を被照明領域
まで伝達して、各々を重畳させるので、明るさの均一性
に優れた照明光を得ることができる。ただし、第２レン
ズアレイは、少なくとも一部の第２レンズの開口形状を
有効に異ならせて構成する。具体的に、少なくとも一部
の第２レンズについて、対応する第１レンズの開口中心
と集光手段の光軸との距離が大きいものほど、その開口
面積を相対的に小さくする。更に、各第２レンズを密接
させて適当に配列し、できるだけ小さな面積の円を近似
する開口形状の第２レンズアレイを構成する。これによ
り、各々の第２レンズは対応する部分光束の断面積に対
し十分な開口を提供しながら、第２レンズアレイの開口
面積の総和を小さくできる。

【００２０】その結果、本発明の照明光学装置は、優れ
た明るさの均一性と共に、高い光利用効率で照射角の小
さな照明光を提供する。更に、本発明の照明光学装置を
用いて、明るく、明るさの均一性に優れた投写画像を呈
示するコンパクトな投写型表示装置を実現できる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体例に
ついて詳細に述べる。

【００２２】（図１）は本発明の照明光学装置の第一の
実施例を示す構成図である。１はメタルハライドラン
プ、２は発光体、３は放物面鏡、４は第１レンズアレイ
板、５は第２レンズアレイ板、６は被照明領域である。
７は照明光学装置の主光軸であり、発光体２から、第１
レンズアレイ板４の有効領域の中心４ａと第２レンズア
レイ板５の有効領域の中心５ａを経て、被照明領域の中
心６ａに至る。ただし、主光軸７と放物面鏡３の回転対
称軸は一致している。被照明領域６は、例えば液晶パネ
ルなどのライトバルブの有効表示領域とする。

【００２３】一般に、メタルハライドランプ１は円筒形
に近い発光体２を形成する。発光体２の長軸方向と主光
軸７の方向を一致させ、その重心は放物面鏡３の焦点近
傍に位置している。従って、第１レンズアレイ板４には
主光軸７と平行に近い光が入射する。厳密には、放物面
鏡３の焦点から放射された光が主光軸７と平行に入射す
る。

【００２４】（図２）に、第１レンズアレイ板４の構成
の一例を示す。被照明領域６と相似形状である矩形開口
の第１レンズ１０を１８個配列している。図中のａ〜ｒ
の記号は、後述する第２レンズアレイ板５の構成例との
対応関係を示す。第１レンズ１０は全て平凸レンズであ
り、その凸面を放物面鏡３側に向けて配置している。

【００２５】第１レンズ１０の開口はすべて同一形状で
あり、アスペクト比４：３の矩形開口である。これは、
例えばＮＴＳＣのＴＶ画像を表示する液晶パネルを照明
する場合を想定し、被照明領域６に対して相似形状とし
ている。第１レンズ１０は、放物面鏡３から出射する光
束の断面形状に合わせて、開口の総和が円形を近似する
ように配列している。第１レンズアレイ板４の有効領域
の中心４ａは、１８個の第１レンズ１０が内接する円の
中心であり、この中心４ａを主光軸７は通過する。ここ
で、第１レンズの個数を分割数Ｎ、被照明領域の第１レ
ンズの開口に対する相似比を第２レンズの倍率Ｍ、と定
義し、以下に述べる全ての実施例に関する説明において
引用する。

【００２６】（図３）に、第２レンズアレイ板５の構成
の一例を示す。第１レンズ１０と同数の１８個の第２レ
ンズ１５を密接させて配列している。図中のａ’〜ｒ’
の記号は、（図２）に示した第１レンズ１０との対応関
係を示す。第２レンズ１５は全て平凸レンズとし、その
凸面を被照明領域６側に向けて配置している。

【００２７】以上の構成をふまえ、本発明の照明光学装
置の第一の実施例における照明の手順と特徴を説明す
る。放物面鏡３は発光体２から放射される光を集光し、
主光軸７に沿った単一光束を形成する。この単一光束
は、主光軸７の近傍ほど光束密度が高く明るさむらが大
きい。第１レンズアレイ板４に入射した単一光束は、１
８個の第１レンズ１０により１８本の部分光束に分割さ
れる。分割後の各部分光束は、元の単一光束に比較して
明るさむらが小さくなる。第１レンズ１０は、対応する
部分光束を対応する第２レンズ１５の開口部に導くと共
に、第２レンズ１５の開口部近傍で各々の部分光束を最
も収束させる。

【００２８】第２レンズ１５は、対応する部分光束を適
当な大きさに拡大し、被照明領域６上に重ね合わせる。
具体的に、対応する第１レンズ１０の開口に即した断面
形状の光束を倍率Ｍだけ拡大し、被照明領域６上に導い
て重畳させる。第１レンズ１０の開口を被照明領域６と
相似形状としているので、照明光の光束断面形状と被照
明領域６の形状が一致し、光利用効率の面で有利とな
る。

【００２９】本発明の照明光学装置は、明るさむらの大
きな単一光束を明るさむらの小さい部分光束に分割し、
これを被照明領域上に重畳させているので、明るさの均
一性に優れた照明を実現できるという特徴がある。

【００３０】一方、ランプの消費電力を大きくすること
なく明るい照明光を得るために、光利用効率の高い照明
光学装置を構成することは重要である。発光体２から放
射された光の大部分は、放物面鏡３により集光されて第
１レンズアレイ板４に入射し、第２レンズアレイ板５に
到達する。従って、第２レンズアレイ板５における光の
損失が少なければ、発光体２から放射される光の大部分
は有効に被照明領域６に到達することがわかる。そこ
で、第２レンズ１５の各々の開口をそれを通過する部分
光束の各々の断面に対して十分な大きさとすれば、極め
て高い光利用効率を実現できる。

【００３１】一方、第２レンズ１５の各々の開口を大き
くすると第２レンズアレイ板５の有効領域が大きくな
り、被照明領域６を照明する照明光の照射角が増加する
という問題を生じる。照射角とは、照明光の中で主光軸
７との傾きが最大となる光線の角度を示す。つまり、照
射角の大きい照明光とはＦナンバーが小さいことであ
り、この照明光学装置を用いてライトバルブを照明する
場合に、効率よく照明光を集光するためにはＦナンバー
の小さな投写レンズと組み合わせる必要がある。

【００３２】これに対し、（図３）に示す第２レンズア
レイ板５は、照明光の照射角をあまり大きくすることな
く高い光利用効率を実現できる第２レンズ１５の各々の
開口形状の一例とそれらの配列の一例を提供している。
一般に、第２レンズアレイ板５に入射する各々の部分光
束の最も収束した断面の大きさは明るさむらを反映して
不揃いとなる。そこで、第２レンズ１５の各々の開口を
有効に異ならせれば、いずれの部分光束に対しても必要
十分な開口を与えることができる。この場合、光学系の
配置誤差などを考慮してそれぞれの開口に余裕を与えて
も構わない。同時に、第２レンズ１５の各々をできるだ
け密接させて配列し、第２レンズアレイ板５の有効領域
をできるだけ小さな円領域に近似させる。

【００３３】その結果、有効に異ならせた第２レンズ１
５の各々の開口は、各々の開口を通過するいずれの部分
光束についても大きな損失を生じさせない。同時に、第
２レンズアレイ５の有効領域を小さくできるので、光利
用効率をあまり低下させることなく照射角の小さい照明
光を形成できる。従って、本発明の照明光学装置は、照
射角が小さく明るさむらの少ない照明光を高い光利用効
率で形成でき、極めて大きな効果を得ることができる。

【００３４】次に、（図４）を用い第２レンズの開口に
ついて補足する。（図４）は、特に、第１レンズ１０ｆ
及び第２レンズ１５ｆ’の組み合わせに着目し、発光体
２から、放物面鏡３、第１レンズ１０ｆ、第２レンズ１
５ｆ’、被照明領域６に到る経路に沿って、関連する要
素のみを記述している。

【００３５】発光体２の長さ（長軸方向）をｄＬ、太さ
（短軸方向）をｄＷ、放物面鏡３の焦点距離をＰ、第１
レンズ１０ｆの焦点距離をＦ１、第２レンズ１５ｆ’の
焦点距離をＦ２、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１５
ｆ’の主光軸７に沿った距離をＸ１、第２レンズ１５
ｆ’と被照明領域６の主光軸７に沿った距離をＸ２とお
く。放物面鏡３の焦点２１から出射し、第１レンズ１０
ｆの開口中心２２、第２レンズ１５ｆ’の開口中心２３
を経て、被照明領域６の中心２４に至る光線に沿った経
路を、着目しているレンズ系の補助光軸２５とする。た
だし、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１５ｆ’間の補助
光軸２５ａと主光軸７のなす角、第２レンズ１５ｆ’と
被照明領域６間の補助光軸２５ｂと主光軸７のなす角、
はいずれも小さいと見なし、第１レンズ１０ｆと第２レ
ンズ１５ｆ’の補助光軸２５ａに沿った長さ、第２レン
ズ１５ｆ’と被照明領域６間の補助光軸２５ｂに沿った
長さは、それぞれ、Ｘ１、Ｘ２と等しいと見なす。

【００３６】第１レンズ１０ｆの焦点距離Ｆ１は、Ｘ１
と一致しており、放物面鏡３の焦点２１から出射し、主
光軸７と平行に第１レンズ１０ｆに入射した光は、第２
レンズ１５ｆ’上で補助光軸２５と交わる。つまり、放
物面鏡３と第１レンズ１０ｆの働きにより、第２レンズ
１５ｆ’上に発光体２の実像２６が形成される。第２レ
ンズ１５ｆ’は第１レンズ１０ｆ上の物体２７の実像２
８を被照明領域６上に形成する。ただし、倍率Ｍは被照
明領域６と第１レンズ１０ｆの開口との相似比から決ま
り、Ｘ１とＸ２の比におよそ等しくなる。

【００３７】第１レンズ１０ｆは、第２レンズ１５ｆ’
の開口中心２３の近傍に発光体２の実像２６を形成し、
第２レンズ１５ｆ’は第１レンズ１０ｆの開口中心２２
から出射した光を被照明領域６の中心２４に到達させる
必要がある。そこで、第１レンズ１０ｆと第２レンズ１
５ｆ’は適宜偏心させている。具体的に、例えば、第１
レンズ１０ｆの回転対称軸の延長上に第２レンズ１５
ｆ’の開口中心２３が位置するように、第１レンズ１０
ｆを偏心させる。第２レンズ１５ｆ’の曲率中心を第１
レンズ１０ｆの開口中心２２と被照明領域６の中心２４
を結ぶ直線上に位置するように、第２レンズ１５ｆ’を
偏心させる。ここで、偏心、あるいはレンズを偏心させ
るとは、以下の意味で用いる。各レンズアレイを構成す
るレンズの開口において、当該レンズの光軸がその開口
重心を通過していない状態を偏心、と表す。また、レン
ズの光軸に対して非対称に開口を定義し、レンズの光軸
を開口重心からずれた位置に配置させることを偏心させ
る、と表す。

【００３８】以上の構成から、第２レンズ１５ｆ’の開
口に比較して発光体２の実像２６が小さければ、第１レ
ンズ１０ｆと第２レンズ１５ｆ’を通過する部分光束に
ついて高い光利用効率を得る。従って、各々の第１レン
ズ１０が作る発光体２の実像の大きさを明らかにすれ
ば、各々の第２レンズ１５の開口形状を損失の少ない必
要十分な形状にできる。

【００３９】（図５）は第１レンズアレイ板４上の着目
している第１レンズ１０ｆのみを示す。第１レンズ１０
ｆの高さＨを、開口中心２２の主光軸７に対する高さと
して定義する。二次元に展開した場合の高さＨの定義を
（図４）中に図示する。更に、第１レンズアレイ板４上
で互いに直交する方向ＵとＶを定義する。主光軸７との
交点４ａを中心とする円を考えた場合に、Ｕはその半径
方向、Ｖはその円周方向に相当する。着目している第１
レンズ１０ｆについて方向Ｕはその高さＨ方向である。

【００４０】（図６）は第２レンズアレイ板５上の着目
している第２レンズ１５ｆ’のみと、そこに作られる発
光体像２６ｆの一例を示す。第１レンズアレイ板４上で
定義した方向ＵとＶを第２レンズアレイ板５上に写して
考える。発光体像２６ｆの長さ方向ｄＬ’は第２レンズ
アレイ板５上での半径方向Ｕと一致し、太さ方向ｄＷ’
はそれと直交する方向Ｖと一致する。ここで、長さ方向
の倍率ｄＬ’／ｄＬをＫＬ、太さ方向の倍率ｄＷ’／ｄ
ＷをＫＷとする。

【００４１】（図７）は、第２レンズアレイ板５上に作
られるすべての発光体像２６の様子を観測した結果の一
例を示す。発光体像２６の大きさは、対応する第１レン
ズ１０が主光軸７の近傍に位置するほど相対的に大き
く、主光軸７から離れて位置するほど相対的に小さいこ
とが明らかとなる。

【００４２】（図８）は、第１レンズ１０の高さＨと発
光体像２６の倍率ＫＬ、ＫＷの関係を求めた結果の一例
を示す。高さＨが増加するほど太さ方向の倍率ＫＷは単
調に減少する。長さ方向の倍率ＫＬはある高さＨ₀で極
大となり、その後、高さＨが増加すると単調に減少す
る。

【００４３】ところで、（図４）においてＨが十分に小
さく主光軸７の近傍に第１レンズ１０ｆがある場合、発
光体像２６は特異な形状となる。発光体２の見かけの長
さは０に近づき、太さ方向の断面形状である円形に近い
発光体像となる。このため、（図８）において、高さＨ
＜Ｈ₀となる領域では太さ方向の倍率ＫＷが支配的とな
る。

【００４４】以上のことから、第１レンズの高さＨが大
きくなるほど対応する第２レンズ上の発光体像の面積は
相対的に小さくなることが明らかとなる。そこで、対応
する第１レンズが主光軸より離れて位置するものほど第
２レンズの開口面積を相対的に小さくしても、光の損失
はあまり問題とならない。

【００４５】このことは、第２レンズの各々の開口形状
についてのより好ましい状態を提供する。すなわち、対
応する第１レンズ１０の高さＨが大きいものほど第２レ
ンズ１５の開口面積を小さくしても、各々の第２レンズ
１５は対応する各々の発光体像２６に対し必要十分な開
口を確保できる。加えて、例えば第２レンズ１５の各々
の開口を矩形とし、それらを密接させてできるだけ小さ
い面積の円領域を近似するように配列すれば、第２レン
ズアレイ板５の有効領域を小さくすることができる。そ
の結果、本発明の照明光学装置は、高い光利用効率で照
射角が小さく明るさの均一性に優れた照明光を提供でき
る。

【００４６】ただし、（図７）に示す第２レンズアレイ
板５の実施例において、特に、ｅ’、ｆ’、ｍ’、ｎ’
で表した第２レンズ１５は、隣接するレンズとの整合性
から各々の発光体像２６に対して必要以上に大きい開口
形状としている。この場合、特に矩形開口とする必要は
なく発光体像の存在しない領域を非レンズ領域としても
良い。

【００４７】本発明の照明光学装置の第一の実施例にお
いて、凹面鏡は特に放物面鏡でなくても構わない。（図
９）はこのような場合の実施例を示しており、凹面鏡７
１は楕円面鏡を用いている。楕円面鏡７１の形状に合わ
せて、第１レンズ１０’と第２レンズ１５’の曲率、偏
心量、開口形状を適宜定めて、第１レンズアレイ板
４’、第２レンズアレイ板５’を適宜構成すれば良い。
この場合も、対応する部分光束の断面に対し第２レンズ
１５’の各々の開口を適当に異ならせ、それらを密接さ
せて配列すれば良い。その結果、上述と同様の効果を得
ることができる。

【００４８】（図１０）は、発光体２から放射される光
を集光レンズ７２と球面鏡７３を用いて集光する場合の
実施例を示す。一般に、集光レンズ７２が正弦条件を十
分に満たせば、明るさむらの少ない光束を得ることがで
きる。ところが、発光体２から放射される光を高い効率
で集光しようとすれば、集光レンズ７２のＦナンバーを
小さくしなければならず、軸外に到るまで正弦条件を十
分に満たすことは難しい。この場合も、第２レンズ１
５”の各々の開口を適当に異ならせ、それらを密接させ
て配列し、上述と同様の効果を得ることができる。

【００４９】（図９）と（図１０）で示したいずれの実
施例も、第１レンズアレイ板に入射する光束の明るさむ
らは、主光軸の近傍ほど明るく、主光軸から離れるほど
暗い。これは、放物面鏡を用いて述べた（図１）の構成
と同様に、光軸上に配置された発光体の放射光を、光軸
について光学的に回転対称の光学系を用いて集光する場
合に同様である。このような場合、第１レンズが作る発
光体像の大きさは、第１レンズの高さＨが大きくなるほ
ど小さくなる。従って、対応する第１レンズの高さＨが
大きくなるほど第２レンズの開口面積を小さくし、それ
らを密接させることは、高い光利用効率で照射角の小さ
い照明光を得るために有効である。

【００５０】発光体から放射される光を高い効率で第１
レンズアレイ板に入射させるには、集光できる立体角の
大きい放物面鏡や楕円面鏡などの凹面鏡を用いるほうが
有利である。この場合、長軸方向を凹面鏡の光軸方向に
揃えて発光体を配置すれば、光軸について回転対称に近
い光束を得ることができ、第１レンズアレイ板と第２レ
ンズアレイ板を設計する上で有利である。

【００５１】第１レンズを平凸レンズとし、光源側に凸
面を向けて第１レンズを構成した場合の実施例について
特に述べたが、本発明の効果はこの構成に限定されな
い。ただし、第１レンズを平凸レンズとすると、第１レ
ンズアレイの量産時の作り易さ、コストの面で有利とな
る。これは、第２レンズアレイ板についても同様であ
る。また、照明光の平行度が高い放物面鏡３側に第１レ
ンズ１０の凸面を向けることで諸収差の発生を抑制で
き、各々の部分光束を効率良く対応する第２レンズの開
口部に導くことができる。

【００５２】本発明の照明光学装置に用いるレンズアレ
イ板を加工のしやすい構成とすることは、コストと量産
性の両面で利点がある。特に、一般的なガラスプレス法
を用いて加工する場合、急峻な段差部の少ない形状であ
ることが好ましい。特に、各々が偏心したレンズや、各
々の開口の異なるレンズをアレイ状に配列する場合、レ
ンズ境界部に生じる段差の影響がより大きな問題とな
る。これに対し、レンズ境界部を大きくして段差を緩和
させると、境界部での光損失が増加するので問題があ
る。

【００５３】（図１１）はこのような場合の第１レンズ
板の構成の一例を示す。ただし、（図１１）において、
（ａ）は第１レンズアレイ板８３の平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’面における断面図、（ｃ）は（ａ）の
Ｂ−Ｂ’面における断面図である。第１レンズアレイ板
８３は、例えば、隣接する第１レンズ、８１と８２の凸
レンズ面を反対面に形成し、各々の第１レンズの凸レン
ズ面が基板について交互に両面となるようにしている。

【００５４】第１レンズアレイ板をこのような構成にす
ると、レンズ境界部の加工が容易になるという利点があ
る。また、境界部を小さくすることができるので、レン
ズアレイ板の開口効率を高くできる。このようなレンズ
アレイ板の構成は、第２レンズアレイ板についても有効
である。特に、第２レンズアレイ板は第２レンズの開口
形状を各々異ならせて配列するので、加工性の面でより
大きな効果を得ることができる。

【００５５】特に、第２レンズアレイ板を（図１２）に
示すような構成にすると、レンズアレイ板の加工性の面
で大きな効果を得ることができる。これは、各々は開口
に対して偏心させたフレネルレンズを第２レンズ９１と
して用いて、第２レンズアレイ板９２を構成している。
第２レンズ９１をフレネルレンズとすると、偏心量やそ
の開口形状に依らずコバ部の高さを一定にできる。従っ
て、レンズ境界部の非レンズ領域を非常に小さくすると
共に、優れた加工性を得ることができる。この場合も、
隣接する第２レンズ９１を基板に対して両面に交互に形
成すれば、加工性の面でより大きな効果を得る。

【００５６】ところで、耐熱性に優れ、比較的透明度の
高い樹脂材料の１つとしてシリコーン樹脂が知られてい
る。本発明の照明光学装置に用いる第１レンズアレイ
板、または第２レンズアレイ板の少なくともいずれか一
方を、透明度の高いシリコーンゴムを用いて形成すると
以下に述べる利点がある。

【００５７】これまで述べたように、各々が偏心し、か
つ各偏心量や偏心の方向が異なる複数のレンズをアレイ
状に構成する場合、加工の難易度が高いという問題が生
じる。併せて、コストも比較的高くなる。これは、各レ
ンズの開口形状が異なる場合により大きな問題となる。
例えば、ガラスプレス法により形成する場合、高温の溶
融ガラスを用いるので、耐熱性の優れた金属型が必要で
ある。一般に金属型は、耐熱性が高いほど加工しにく
く、コストも高くなる。

【００５８】このため、耐熱性の低い材料からなる母型
を用いて、レンズアレイ板を形成できれば、加工性とコ
ストの両面から利点がある。一般に、二液型として知ら
れるシリコーンゴムは、原材料は液状であり、その多く
は常温下のプロセスで硬化させることができるので有効
である。加熱を伴う場合でも１００゜Ｃ前後の加熱で良
い。また、硬化後は安定性が高く、耐熱性、対候性も優
れている。具体的には、例えば、信越化学工業（株）の
ＫＥ１０６、ＫＥ１０８を用いることができる。ＫＥ１
０６は、付加反応により硬化し、ＫＥ１０８は縮合反応
により硬化する。

【００５９】これにより、金属型を用いる場合、例え
ば、比較的安価で加工性にも優れた真鍮を使用できる。
レンズ面に鏡面が要求される場合には、ニッケル、クロ
ムなどをめっきすれば良い。また、原型から型を取り母
型を形成する方法も有効である。例えば、任意に偏心さ
せた任意の開口形状を持つ複数の平凸レンズを接合して
レンズアレイ板の原型を用意し、適当な樹脂材料を用い
て注型法により母型を取ることができる。

【００６０】いずれの場合も、加工された母型に、液状
のシリコーンゴム材料を注入し硬化させて、比較的容易
な加工法と安価なコストでレンズアレイ板を形成するこ
とができ、大きな効果を得ることができる。この場合、
複数個の母型を用意することで少ロットの量産に対応で
きる。

【００６１】上に述べた実施例において、第１レンズの
開口形状を被照明領域と相似形状として説明した。これ
は、被照明領域を照明する光束の断面形状を被照明領域
の形状に合わせることができるので、光利用効率の面で
有効である。しかし、本発明の効果は特に第１レンズの
開口形状には依らず、必ずしも被照明領域と相似形状と
する必要はない。

【００６２】また、発光体、凹面鏡、第１レンズ、第２
レンズ、第１レンズアレイ板、第２レンズアレイ板、の
形状、構成、位置関係などは、特に上に述べた関係を厳
密に満たす必要はない。被照明領域を照明する光が所定
の性能を満たすように適宜、変更しても構わない。特
に、第１レンズ、第２レンズのいずれかの光学面の少な
くとも１つを非球面形状とすれば、照明光に与える諸収
差の影響を低減でき、光利用効率を更に高めることがで
きる。

【００６３】ランプは特にメタルハライドランプである
必要はない。他に、ハロゲンランプ、キセノンランプな
どを用いても構わない。ただし、メタルハライドランプ
は、他のランプに比較して発光体が大きい反面、発光効
率と色再現特性に優れている。本発明の照明光学装置
は、発光体の大きいランプを用いるほどより大きな効果
を得ることができるので、メタルハライドランプを用い
るとより優れた照明光学装置を実現できる。

【００６４】次に、（図１３）を用い、本発明の照明光
学装置を用いて投写型表示装置を構成した場合の第一の
実施例について述べる。５０は、（図１）に示したもの
と同じ照明光学装置である。５１は透過型のツイストネ
マティック液晶パネル、５２は投写レンズ、５３はスク
リーンを表す。投写レンズ５２はテレセントリックの投
写レンズを用いている。

【００６５】照明光学装置５０は、上述の作用にもとづ
き明るく均一性に優れた照明光で液晶パネル５１の有効
表示領域５１ａを照明する。しかも、光損失を大きくす
ることなく第２レンズアレイ板５の有効領域を小さくで
きるので、液晶パネル５１を照明する光の照射角が小さ
い。このため、比較的Ｆナンバーの大きな投写レンズ５
２を用いて、明るく、明るさの均一性の優れた投写画像
を提供できる。また、照明光の照射角が小さいので、液
晶パネル５１の視野角特性の影響をあまり受けることな
く、コントラストの高い投写画像を実現できる。その結
果、高画質で光利用効率の優れた投写型表示装置を実現
でき、非常に大きな効果がある。

【００６６】以下、（図１）及び（図９）を用いて述べ
た本発明の照明光学装置及び投写型表示装置の一実施例
における効果を、具体的な数値を挙げて説明する。

【００６７】液晶パネル５１としてアクティブマトリッ
クス式のツイストネマテック液晶パネルを用い、有効表
示領域は対角長８０mm、アスペクト比４：３である。照
明光学装置５０の分割数Ｎは１８とし、倍率Ｍは３．２
とした。メタルハライドランプ１は２５０Ｗ相当のもの
を用い、発光体２の有効長さｄＬは約６mm、有効太さｄ
Ｗは約３mmであり、放物面鏡３は焦点距離１２mm、出射
開口部直径１００mmのものを用いた。

【００６８】第１レンズ１０は、対角２５mm、アスペク
ト比４：３の矩形開口とし、（図２）に示した構成例に
基づいて第１レンズアレイ板４を形成した。また、第１
レンズアレイ板４と第２レンズアレイ板５の面間隔Ｘ１
は約９０mm、第２レンズアレイ板５と液晶パネル５１と
の面間隔Ｘ２は約２８０mmとし、第１レンズ１０の焦点
距離Ｆ１は全て９０mm、第２レンズ１５の焦点距離Ｆ２
は全て６７mmとした。

【００６９】第２レンズアレイ板５は（図３）に示した
構成例に基づいて形成し、第２レンズ１５はそれぞれ
ａ’〜ｒ’で表したものについて（表１）の開口長を与
えた。ただし、水平方向とは液晶パネル５１の横方向、
垂直方向とは液晶パネル５１の縦方向に相当する。

【００７０】

【表１】

【００７１】以上の構成によれば、第２レンズアレイ板
５の開口部が内接する円の半径が３５mmとなり、最大照
射角約７度の照明光により液晶パネル５１上で最大２５
０万lxの照度が測定された。次に、投写レンズ５２とし
てＦ４相当のものを用い、４０インチのスクリーン５３
上の投写画像の明るさを測定した所、約１０００lxの最
大照度が得られた。同時に、明るさの均一性は極めて良
好であり、最も暗い所と明るい所の照度比は約６０％で
あった。

【００７２】本発明の効果を従来と比較検証するため
に、（図１４）に示す第２レンズアレイ板６０を構成し
た。第２レンズ６１は第１レンズ１０と全て同一の開口
形状であり、具体的に、対角２５mm、アスペクト比４：
３の矩形とした。加えて、第１レンズ１０と同一の手法
によって配列した。これに対応する第１レンズアレイ板
として、（図２）に示したものと同一の構成で、第１レ
ンズは各々偏心していないもの構成した。ただし、各レ
ンズの焦点距離は変更しておらず、第２レンズ６１は各
部分光束を有効に重畳させるように適宜偏心させた。以
上述べた２枚のレンズアレイ板、同一のランプ、同一の
放物面鏡、同一の液晶パネルを用いて同様の実験を行っ
た。

【００７３】（図１４）に示した第２レンズアレイ板６
０は、開口部の内接する円の半径が４５mmあり、照明光
の最大照射角は約９度まで広がった。この照明光を全て
利用して照度を測定した場合、液晶パネル５１上で２３
０万lxの照度が得られた。また、第２レンズアレイ板６
０上の発光体像６２を観察した結果、主光軸７の近傍に
位置する発光体像６２の一部は、対応する第２レンズ６
１の開口より大きく光の損失が発生していた。（図１
４）に、発光体像６２の観察結果を模式的に書き加え
る。

【００７４】これに対し、Ｆ３相当の投写レンズを用い
て４０インチのスクリーン５３上の明るさを測定した
所、最大照度は約９００lxであった。更に、上述と同じ
Ｆ４相当の投写レンズを用いた場合、最大照度は約６０
０lxまで低下した。

【００７５】以上述べた結果から、本発明の照明光学装
置は、高い光利用効率でもって照射角が小さく、明るさ
の均一性に優れた照明光を形成することが確認できた。
また、本発明の投写型表示装置は、Ｆ値の大きな投写レ
ンズを用いた場合であっても光損失をあまり発生させる
ことなく、明るさと明るさの均一性に優れた投写画像を
提供できることを確認できた。加えて、ライトバルブと
して液晶パネルを用いた場合、Ｆ３の投写レンズに比較
してＦ４の投写レンズを用いると、コントラストの高い
表示を実現できることが視感評価から確認できた。

【００７６】次に、本発明の投写型表示装置の他の実施
例を述べる。（図１５）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色に対応
した３枚の液晶パネル１０１、１０２、１０３を用いて
フルカラーの投写型表示装置を実現する場合の構成例で
ある。メタルハライドランプ１、放物面鏡３、第１レン
ズアレイ板４、第２レンズアレイ板５、コールドミラー
１０４、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１０５、色分解ダイ
クロイックミラー１０６、１０８、フィルードレンズ１
１３、１１４、１１５、液晶パネル１０１、１０２、１
０３、色合成ダイクロイックミラー１０９、１１０、折
返しミラー１０７、１１１、投写レンズ１１２から構成
される。ランプ１、放物面鏡３、第１レンズアレイ板
４、第２レンズアレイ板５は、（図１）に示したものと
同一である。

【００７７】コールドミラー１０４、ＵＶ−ＩＲカット
フィルタ１０５は、照明光から不要な熱線や紫外線を取
り除くために用いる。色分解ダイクロイックミラー１０
６、１０８は、その分光反射特性を適宜設計して、照明
光をＲ、Ｇ、Ｂの３原色に分解する。分解された３原色
の照明光は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応した映像信号に
より駆動された液晶パネル１０１、１０２、１０３を照
明する。液晶パネル１０１、１０２、１０３上に作られ
たＲ、Ｇ、Ｂの光学像は、色合成ダイクロイックミラー
１０９、１１０により合成され、投写レンズ１１２によ
りスクリーン上にカラー画像が拡大投影される。フィー
ルドレンズ１１３、１１４、１１５は、照明光を投写レ
ンズ１１２の入射瞳内に有効に到達させるために用い
る。

【００７８】（図１５）に示す構成においても、本発明
の照明光学装置は、高い光利用効率で均一性の優れた照
明光を実現でき、かつ、照明光の照射角が小さいのでＦ
値の大きな投写レンズを利用でき、極めて大きな効果が
得られる。結果として、明るく、均一性に優れた高画質
の投写画像が得られるコンパクトな投写型表示装置を実
現できる。

【００７９】また、（図１５）に示す構成は、第２レン
ズアレイ板５から液晶パネル１０１、１０２、１０３に
到る３つの光路長をいずれも同じくすることができる構
成を示している。これは、１つのランプと１つの凹面
鏡、１つの第１レンズアレイ板、１つの第２レンズアレ
イ板を用いて、３原色に対応する３枚の液晶パネルの照
明をいずれも同じ条件で行うことができるので、明るさ
と色の均一性に優れた表示を行う上で優れている。ま
た、光源部の部品数を少なくできる利点がある。

【００８０】（図１５）に示す構成の投写型表示装置
は、第１レンズアレイ板４と第２レンズアレイ板５の間
の光路中にコールドミラー１０４を配置する間隔を確保
し、（図１６）に示す構成とすることもできる。これに
より、よりコンパクトな投写型表示装置にすることがで
きる。

【００８１】ところで、（図１６）に示す構成とした場
合に以下に述べる工夫を行うことでより大きな効果を得
ることができる。このような場合の投写型表示装置の実
施例を（図１７）に示す。（図１７）に示す構成は、
（図１６）に示す構成の第２レンズアレイ板５と液晶パ
ネル１０１、１０２、１０３の光路中に、凹レンズ１２
１、１２２を付加している。その理由を説明する。

【００８２】第２レンズアレイ板５と液晶パネル１０
１、１０２、１０３の間の光路長は、ダイクロイックミ
ラー１０６、１０８、あるいは折り返しミラー１０７の
いずれか２枚を配置できる間隔から決まる。必要以上に
光路長を長くするとセットが大きくなるため問題があ
る。一方、好ましくは第１レンズアレイ板４と第２レン
ズアレイ板５の間にコールドミラー１０４を配置する一
定の光路長が必要である。その結果、第１レンズの開口
形状と液晶パネルの有効表示領域の相似比、すなわち第
２レンズの倍率Ｍに一定の制約を生じる。

【００８３】（図４）の構成に置き換えて説明すれば、
光路長Ｘ１とＸ２が決まれば、倍率Ｍは光路長Ｘ１とＸ
２の比として制約される。これに対し、凹面鏡３の開口
のみをあまり大きくするとコンパクトなセットを実現で
きないので、第１レンズの開口寸法の制約から分割数Ｎ
も制約される。分割数Ｎは明るさの均一性を得るために
ある程度大きくする必要があるので、分割数Ｎが制約を
受けることは大きな問題となる。

【００８４】これに対し、凹レンズ１２１、１２２を用
いると、用いない場合に比較して分割数Ｎを大きくでき
る。これは、第２レンズより液晶パネル側に凹レンズを
付加することで、付加しない場合に比較して入射側の主
点位置を第１レンズ１０側に移動させることができるた
めである。つまり、（図４）の構成に置き換えて説明す
れば、等価的に光路長Ｘ１を短く、光路長Ｘ２を長くで
きる。その結果、投写画像の明るさ均一性をあまり損な
うことなくコンパクトな投写光学装置を実現できる。

【００８５】上に述べた各実施例の投写光学装置では、
ライトバルブとして液晶パネルを用いた例を説明した
が、照明光を空間的に変調できる素子であれば、同様の
効果を得ることができる。また、（図１５）及び（図１
６）及び（図１７）に示した投写型表示装置の各実施例
は、特に説明した構成にのみ本発明の効果を限定するも
のではなく、本発明の効果を損なわない範囲内で異なる
構成であっても良い。

【００８６】以上述べたいずれの実施例においても、本
発明の照明光学装置は、高い光利用効率で明るさ均一性
に優れ、かつ照射角の小さな照明光を得ることができ
る。更に、本発明の照明光学装置を用いて投写型表示装
置を構成した場合に、Ｆナンバーの大きな投写レンズと
組み合わせても、明るく、明るさ均一性に優れたコンパ
クトな投写型表示装置を実現することができ、極めて大
きな効果を得ることができる。

【００８７】また（図１）を用いて述べた第１の実施例
における本発明の効果は、使用するランプの発光体が大
きいほど大きく、特にメタルハライドランプを用いた場
合に極めて大きな効果を実現できる。

【００８８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の照明光学装
置は、被照明領域への照明光の照射角を大きくすること
なく、高い光利用効率で明るさの均一性に優れた照明を
提供する。更に、本発明の照明光学装置を用いて、明る
く、明るさの均一性に優れた投写画像を呈示するコンパ
クトな投写型表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明光学装置の一実施例を示す構成図

【図２】第１レンズアレイ板の一実施例を示す構成図

【図３】第２レンズアレイ板の一実施例を示す構成図

【図４】本発明の照明光学装置の作用を説明する図

【図５】（図２）に示す第１レンズアレイ板の着目する
第１レンズのみについて、その構成を示す構成図

【図６】（図３）に示す第２レンズアレイ板の着目する
第２レンズのみについて、その構成と第２レンズ上に作
られる発光体像を示す構成図

【図７】（図３）に示す第２レンズアレイ板上に形成さ
れる発光体像の模式図

【図８】本発明の照明光学装置の一実施例における第１
レンズの高さＨと発光体像の倍率ＫＬ、ＫＷの相関図

【図９】本発明の照明光学装置の他の実施例を示す構成
図

【図１０】本発明の照明光学装置の他の実施例を示す構
成図

【図１１】本発明に用いるレンズアレイ板の他の実施例
を示す構成図

【図１２】本発明に用いる第２レンズアレイ板の他の実
施例を示す構成図

【図１３】本発明の投写型表示装置の一実施例を示す構
成図

【図１４】従来の第２レンズアレイ板の一構成例と、そ
れを用いた場合の発光体像の模式図

【図１５】本発明の投写型表示装置の他の実施例を示す
構成図

【図１６】本発明の投写型表示装置の他の実施例を示す
構成図

【図１７】本発明の投写型表示装置の他の実施例を示す
構成図

【図１８】従来の照明光学装置の一例を示す構成図

【図１９】従来の照明光学装置の他の一例を示す構成図

【符号の説明】

１メタルハライドランプ２発光体３放物面鏡４第１レンズアレイ板５第２レンズアレイ板６被照明領域７主光軸１０第１レンズ１５第２レンズ５１液晶パネル５２投写レンズ５３スクリーン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光体の放射光を単一光束に変換する集光
手段と、略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状
に配列した第１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状
に配列した第２レンズアレイとを備え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光
束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第
２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束
の各々を被照明領域上に伝達して重畳せしめ、前記第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸
を偏心させて、前記第２レンズアレイ上における前記複
数の部分光束の断面群の拡がりを、前記第１のレンズの
光軸を偏心させない場合に比して小さくする構成とした
照明光学装置。
【請求項２】発光体の放射光を単一光束に変換する集光
手段と、略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状
に配列した第１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状
に配列した第２レンズアレイとを備え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光
束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第
２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束
の各々を被照明領域上に伝達して重畳せしめ、前記第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段
の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レン
ズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従
って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積
を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する
構成の照明光学装置。
【請求項３】発光体の放射光を単一光束に変換する集光
手段と、略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状
に配列した第１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状
に配列した第２レンズアレイとを備え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光
束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第
２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束
の各々を被照明領域上に伝達して重畳せしめ、前記第２レンズの主点は対をなす前記第１レンズの開口
中心と前記被照明領域の重心とを結ぶ直線近傍に位置す
るように前記第２レンズの各々を偏心させて、対をなす
前記第１レンズの開口中心から出射する光を前記被照明
領域の重心近傍に到達せしめる構成とした照明光学装
置。
【請求項４】集光手段は主として凹面鏡から成り、発光
体の長軸方向と前記集光手段の光軸を略同一方向とする
請求項１〜３いずれかに記載の照明光学装置。
【請求項５】第１レンズは凸面を入射側に向けた平凸レ
ンズである請求項１〜４いずれかに記載の照明光学装
置。
【請求項６】第１レンズまたは第２レンズの少なくとも
いずれか１つの光学面を非球面とした請求項１〜５いず
れかに記載の照明光学装置。
【請求項７】第１レンズの開口は被照明領域の形状と略
相似形状である請求項１〜６いずれかに記載の照明光学
装置。
【請求項８】第１レンズアレイと第２レンズアレイの間
の光路中に折り返しミラーを備え、前記第２レンズアレ
イと被照明領域の間の光路中に凹レンズを備えた請求項
１〜７いずれかに記載の照明光学装置。
【請求項９】発光体はメタルハライドランプにより形成
される請求項１〜８いずれかに記載の照明光学装置。
【請求項１０】第１レンズアレイまたは第２レンズアレ
イの少なくともいずれか１つの基板は、両面に略交互に
凸レンズを形成したレンズアレイである請求項１〜９い
ずれかに記載の照明光学装置。
【請求項１１】第２レンズアレイは、各々がフレネルレ
ンズである請求項２〜１０いずれかに記載の照明光学装
置。
【請求項１２】第１レンズアレイまたは第２レンズアレ
イの少なくともいずれか１つは、透光性シリコーンゴム
により形成される請求項１〜１１いずれかに記載の照明
光学装置。
【請求項１３】発光体の放射光を単一光束に変換する集
光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状
に配列した第１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状
に配列した第２レンズアレイと、少なくとも１つのライトバルブと、前記ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投写
する投写光学系とを備え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光
束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第
２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束
の各々を前記ライトバルブの有効表示領域上に伝達して
重畳せしめ、前記投写光学系は前記ライトバルブを出射した光を前記
スクリーン上に有効に到達せしめ、前記第１レンズの少なくとも１つは、当該レンズの光軸
を偏心させて、前記第２レンズアレイ上における前記複
数の部分光束の断面群の拡がりを、前記第１のレンズの
光軸を偏心させない場合に比して小さくする構成とした
投写型表示装置。
【請求項１４】発光体の放射光を単一光束に変換する集
光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状
に配列した第１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状
に配列した第２レンズアレイと、少なくとも１つのライトバルブと、前記ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投写
する投写光学系とを備え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光
束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第
２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束
の各々を前記ライトバルブの有効表示領域上に伝達して
重畳せしめ、前記投写光学系は前記ライトバルブを出射した光を前記
スクリーン上に有効に到達せしめ、前記第１レンズについて各々の開口中心と前記集光手段
の光軸との距離を高さＨと表した場合に、前記第２レン
ズと対をなす前記第１レンズの高さＨが大きくなるに従
って、少なくとも１つの前記第２レンズの有効開口面積
を小さくし、前記第２レンズの各々を密接して配列する
構成の投写型表示装置。
【請求項１５】発光体の放射光を単一光束に変換する集
光手段と、略同一の開口形状を有する複数の第１レンズを二次元状
に配列した第１レンズアレイと、前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状
に配列した第２レンズアレイと、少なくとも１つのライトバルブと、前記ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投写
する投写光学系とを備え、前記第１レンズアレイは前記集光手段を出射した単一光
束を複数の部分光束に分割すると共に、対をなす前記第
２レンズの開口部近傍で当該部分光束を収束せしめ、前記第２レンズアレイはこれに入射する複数の部分光束
の各々を前記ライトバルブの有効表示領域上に伝達して
重畳せしめ、前記投写光学系は前記ライトバルブを出射した光を前記
スクリーン上に有効に到達せしめ、前記第２レンズの主点は対をなす前記第１レンズの開口
中心と前記ライトバルブの重心とを結ぶ直線近傍に位置
するように前記第２レンズの各々を偏心させて、対をな
す前記第１レンズの開口中心から出射する光を前記ライ
トバルブの重心近傍に到達せしめることを特徴とする投
写型表示装置。
【請求項１６】ライトバルブは液晶パネルである請求項
１３〜１５いずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項１７】集光手段は主として凹面鏡から成り、発
光体の長軸方向と前記集光手段の光軸を略同一方向とす
る請求項１３〜１６いずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項１８】第１レンズは凸面を入射側に向けた平凸
レンズである請求項１３〜１７いずれかに記載の投写型
表示装置。
【請求項１９】第１レンズまたは第２レンズの少なくと
もいずれか１つの光学面を非球面とした請求項１３〜１
８いずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項２０】第１レンズの開口はライトバルブの形状
と略相似形状である請求項１３〜１９いずれかに記載の
投写型表示装置。
【請求項２１】第１レンズアレイと第２レンズアレイの
間の光路中に折り返しミラーを備え、前記第２レンズア
レイとライトバルブの間の光路中に凹レンズを備えた請
求項１３〜２０いずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項２２】発光体はメタルハライドランプにより形
成される請求項１３〜２１いずれかに記載の投写型表示
装置。
【請求項２３】第１レンズアレイまたは第２レンズアレ
イの少なくともいずれか１つの基板は、両面に略交互に
凸レンズを形成したレンズアレイである請求項１３〜２
２いずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項２４】第２レンズアレイは、各々がフレネルレ
ンズである請求項１４〜２３いずれかに記載の投写型表
示装置。
【請求項２５】第１レンズアレイまたは第２レンズアレ
イの少なくともいずれか１つは、透光性シリコーンゴム
により形成される請求項１３〜２４いずれかに記載の投
写型表示装置。
【請求項２６】３原色に対応する３枚のライトバルブ
と、前記ライトバルブを照明する光を３原色の色光に分解す
る色分解手段と、第２レンズアレイから前記３枚のライトバルブの各々に
至る光路中に少なくとも１枚の凹レンズと、第１レンズアレイと第２レンズアレイの光路中に折り返
しミラーとを備えた請求項１３〜２５いずれかに記載の
投写型表示装置。