JPH0968667A - 照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インテグレ−タ照明方式による照明光学系に
おいて、第１レンズアレイ板（面）および第２レンズア
レイ板（面）における個々のレンズの開口形状を被照明
領域の形状と略相似形とし、所定の条件式を満足するこ
とにより、光利用効率の向上および照明ムラの軽減を確
実なものとする。 【構成】 発光体１と、この発光体１から射出される光
束２を光軸Ｘ方向に反射する楕円面鏡リフレクタ３とか
らなる光源部、光源部からの光束２に対して作用する第
１レンズアレイ板４、この第１レンズアレイ板４からの
各光束を被照明体である液晶パネル７上に重畳せしめる
第２レンズアレイ板５、および凸レンズ６からなり、第
１レンズアレイ板４および第２レンズアレイ板５におけ
る個々のレンズの開口形状が液晶パネル７の前面の形状
と略相似形とされ、各部材４、５、７の相対距離および
サイズを規定する４つの条件式を満足するように構成さ
れてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばライトバル
ブ等を照明するために用いられる照明光学系に関し、詳
しくはレンズアレイ板を用いたインテグレータ方式の照
明光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、一種のケーラー照明法である
リレーコンデンサ方式と称される照明法が知られてい
る。この照明法は、光源の像をリレーして投影レンズの
瞳近傍に結像させ、コンデンサによる光源の像を無限遠
に形成するようにしたもので、これにより発光部の輝度
ムラの影響による照明ムラを除くようにしたものであ
る。しかしこの方法は、メタルハライドランプ、キセノ
ンランプ、あるいはハロゲンランプ等のように配光特性
にバラツキを有する光源を用いた場合、その影響による
照明ムラが生じ大きな問題となる。

【０００３】これに対し、この光源の配光特性によるム
ラを除去し得る、インテグレータと称される、レンズア
レイやレンチキュラー板を用いた方法が知られており、
その光束分割手法としても種々提案されている（例えば
特開平３−１１１８０６号公報）。

【０００４】すなわち、このような照明光学装置は凹面
鏡式照明光学装置の後段に、第１レンズアレイ板、第２
レンズアレイ板および第３レンズをこの順に付加してな
る。第１レンズアレイ板は、複数のレンズを二次元状に
配列して構成する。第２レンズアレイ板も同様に、複数
のレンズを二次元状に配列して構成する。第１レンズア
レイ板は、凹面鏡から射出される明るさムラの大きな単
一光束を、第１レンズアレイ板のレンズの数と同数の部
分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさムラは、
分割前の単一光束に比較して小さい。この各部分光束
は、第２レンズアレイ板により各々被照明領域方向に射
出され、第３レンズが被照明領域上でこれら各部分光束
を重畳させるので、明るさムラの小さな照明を実現する
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインテグレ−タ方式を用いた従来技術においても、
２つのレンズアレイ板や被照明領域の前段に配されたレ
ンズの配設位置やレンズアレイ板の各レンズの開口形状
によっては、光利用効率の点で問題があったり、かえっ
て照明ムラが大きくなることも多く、これまではその状
況に応じてその都度実験や試行を繰り返し、カットアン
ドトライ方式で各部材の配置やサイズを決定していたた
め、所望する効果が得られるとは限られず、装置の製造
効率が悪く製造コストも高いものとなっていた。

【０００６】本発明の目的は、インテグレ−タ方式を用
いた照明光学系において、光利用効率の向上および明る
さムラの軽減を確実に図り、さらに装置の製造効率の向
上および製造コストの低減を図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の照明光学
系は、発光体、およびこの発光体の位置と被照明体の位
置とを略共焦点位置とする楕円面鏡からなる光源部と、
略同一の開口形状のレンズを２次元的に配列して形成さ
れる第１レンズアレイ板と、略同一の開口形状のレンズ
を２次元的に配列して形成される第２レンズアレイ板と
をこの順に配設してなり、該第１レンズアレイ板および
該第２レンズアレイ板における個々のレンズの開口形状
が被照明領域の形状と略相似形であり、下記条件式
（１）〜（４）を満足することを特徴とするとするもの
である。

【０００８】 １．０＜ｋ１×ｓ２／ｓ１＜１．８ ・・・・・（１） １．０＜ｋ２×（ｓ１＋ｓ２）／ｓ１＜１．８ ・・・・・（２） ０．８＜ｆ１×ｓ２／（ｓ１×（ｓ１＋ｓ２））＜２．０ ・・（３） ０．８＜ｆ２×（ｓ１＋ｓ２）／（ｓ１×ｓ２）＜２．０ ・・（４） ここで、 ｓ１：第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板の距離 ｓ２：第２レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｆ１：第１レンズアレイ板の焦点距離 ｆ２：第２レンズアレイ板の焦点距離

【０００９】また、本発明の第２の照明光学系は、発光
体、およびこの発光体の位置を略焦点位置とする放物面
鏡と、略同一の開口形状のレンズを２次元的に配列して
形成される第１レンズアレイ板と、略同一の開口形状の
レンズを２次元的に配列して形成される第２レンズアレ
イ板とをこの順に配設してなり、該第１レンズアレイ板
および該第２レンズアレイ板における個々のレンズの開
口形状が被照明領域の形状と略相似形であり、かつ該第
１レンズアレイ板と該第２レンズアレイ板の、互いに対
応するレンズの光軸が一致するように構成され、下記条
件式（５）〜（８）を満足することを特徴とするもので
ある。

【００１０】 １．０＜ｋ１×ｓ２／ｓ１＜１．８ ・・・・・（５） １．０＜ｋ２×（ｓ１＋ｓ２）／ｓ１＜１．８ ・・・・・（６） ０．７＜ｆ１／ｓ１＜１．７ ・・ ・・（７） ０．８＜ｆ２×（ｓ１＋ｓ２）／（ｓ１×ｓ２）＜２．０ ・・（８） ここで、 ｓ１：第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板の距離 ｓ２：第２レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｆ１：第１レンズアレイ板の焦点距離 ｆ２：第２レンズアレイ板の焦点距離

【００１１】さらに、本発明の第３の照明光学系は、発
光体、および発光体位置と被照明体の位置とを略共焦点
とする楕円面鏡からなる光源部と、略同一の開口形状の
レンズを２次元的に配列して形成される第１および第２
レンズアレイ面を有し、該第１レンズアレイ面が前記発
光体側を向くように配設されたレンズアレイ板とからな
り、該２つのレンズアレイ面における個々のレンズの開
口形状が被照明領域の形状と略相似形であり、下記条件
式（９）〜（１２）を満足するように構成されてなるこ
とを特徴とするものである。

【００１２】 ０．６＜ｋ１×ｓ／ｄ＜１．２ ・・・・・・・（９） ０．６＜ｋ２×ｓ／ｄ＜１．２ ・・・・・・（１０） ０．２５＜Ｒ１／ｄ＜０．４５ ・・・・・・（１１） ０．２５＜Ｒ２／ｄ＜０．４５ ・・・・・・（１２） ここで、 ｄ ：レンズアレイ板の厚さ ｓ ：レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ面（光源部側のレンズアレイ
面）における各レンズの開口と被照明領域との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ面（被照明体側のレンズアレイ
面）における各レンズの開口と被照明領域との相似比 Ｒ１：第１レンズアレイ面の各レンズの曲率半径 Ｒ２：第２レンズアレイ面の各レンズの曲率半径

【００１３】さらに、上述した各照明光学系において、
前記第２レンズアレイ板または前記第２レンズアレイ面
からの照明光を前記被照明体の後方の所定位置に指向せ
しめるレンズを該被照明体の前段に設けることも可能で
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照しつつ説明する。 （第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る照
明光学系を示す概略図である。すなわち、この照明光学
系は、発光体１とこの発光体１から射出される光束２を
光軸Ｘ方向に反射するリフレクタ３とからなる光源部、
光源部からの光束２に対して作用する第１レンズアレイ
板４、第１レンズアレイ板４からの各光束を被照明体で
ある液晶パネル７上に重畳せしめる第２レンズアレイ板
５、および凸レンズ６を備えてなる。

【００１５】上記リフレクタ３は、発光体１の配設位置
と被照明体７の配設位置とを略共焦点位置とする楕円面
鏡により形成されており、その一方の共焦点位置付近よ
り発した光束２を反射して、第１レンズアレイ板４にお
ける個々のレンズの開口中心、第２レンズアレイ板５に
おける個々のレンズの開口中心を通過せしめて、他方の
共焦点位置付近に位置する被照明領域（液晶パネル７の
前面に略対応する）の略中心に向かわせることができる
ようにしており、これにより照明の光利用効率を高める
ことができるようになっている。また、第１レンズアレ
イ板４と第２レンズアレイ板５とは、図２（ａ）、
（Ｂ）に示すように、互いに同数のレンズを２次元的に
配列して形成され、各レンズアレイ板４、５のレンズア
レイ面４ａ，５ａにおけるレンズは各々が略同一形状の
開口部とされており、これら第１レンズアレイ板４、第
２レンズアレイ板５における個々のレンズの開口形状お
よび液晶パネル７の前面形状は互いに略相似形とされて
おり、下記条件式（１）〜（４）を満足するように設定
されている。

【００１６】 １．０＜ｋ１×ｓ２／ｓ１＜１．８ ・・・・・（１） １．０＜ｋ２×（ｓ１＋ｓ２）／ｓ１＜１．８ ・・・・・（２） ０．８＜ｆ１×ｓ２／（ｓ１×（ｓ１＋ｓ２））＜２．０ ・・（３） ０．８＜ｆ２×（ｓ１＋ｓ２）／（ｓ１×ｓ２）＜２．０ ・・（４） ここで、 ｓ１：第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板の距離 ｓ２：第２レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｆ１：第１レンズアレイ板の焦点距離 ｆ２：第２レンズアレイ板の焦点距離 ここで、本実施例において設定されている上記各変数の
値および上記各条件式の値を下記表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】本実施例においては、上記第１レンズアレ
イ板４が、発光体１の像をその構成レンズの数だけ第２
レンズアレイ板５の近傍に結像させ、そのマルチ像によ
って液晶パネル７を照明するので、発光体の輝度ムラの
影響を取り除くことができる。すなわち、第１レンズア
レイ板４を透過する各光束の光量分布は、発光体１の発
光特性のバラツキによる影響を受けて濃淡が残存する
が、第２レンズアレイ板５により、第１レンズアレイ板
４の個々のレンズの開口部分の像を液晶パネル７を充分
カバーする倍率で投影し、液晶パネル７上にその開口部
分の数だけ重畳させるので、発光体１の発光特性の影響
による照明ムラを小さくして均一な照明を実現すること
ができる。

【００１９】さらに、第１レンズアレイ板４および第２
レンズアレイ板５における個々のレンズの開口形状が、
被照明領域（液晶パネル７の前面）の形状と略相似形と
なるようにしており、これにより照明光のロスを少なく
し照明の光利用効率を高くすることができる。なお、本
実施例においては、第１レンズアレイ板４の発光体１側
にレンズ面４ａが形成されており、これにより球面収差
や正弦条件を小さくすることができるので光利用効率の
点で有利となる。もちろん、両側の面を共にレンズ面と
することが可能であり、さらには、このレンズ面を非球
面形状とすることや、フレネル面とすることも可能であ
る。

【００２０】また、上記第２レンズアレイ板５は、液晶
パネル７側にレンズ面５ａが形成されており、これによ
り球面収差や正弦条件を小さくすることができるので照
明の均一性の点で有利となる。もちろん、両側の面を共
にレンズ面とすることが可能であり、さらには、このレ
ンズ面を非球面形状とすることや、フレネル面とするこ
とも可能である。また、液晶パネル７の直前に配置され
たレンズ６は、照明光を適切な方向に指向させる作用を
有する。すなわち被照明体が、本実施例のように液晶パ
ネルの如き透過型素子であり、投影レンズによってさら
に他の被照明体に投影されるような場合においては、そ
の投影レンズの入射瞳位置近傍に光を指向させるように
このレンズ６の形状および位置を設定する。

【００２１】また、上記条件式（１）において、その上
限を超えると、第１レンズアレイ板４に達した光の相当
量をロスし、光利用効率が低下するため問題となり、一
方その下限を下回ると、被照明領域の周辺部に光が回ら
なくなり、照明ムラが生じるため問題となるが、本実施
例においては、この条件式を満足するように設定されて
いるので光利用効率および照明ムラの両者を良好なもの
とすることができる。また、上記条件式（２）におい
て、その上限または下限のいずれの外側にはずれても、
発光体からの光を被照明領域に効率的に伝達できなくな
るため、照明ムラや光利用効率が不良となり問題となる
が、本実施例においては、この条件式を満足するように
設定されているので光利用効率および照明ムラの両者を
良好なものとすることができる。

【００２２】また、上記条件式（３）,(４）において、
その上限または下限のいずれの外側にはずれても、第１
レンズアレイ板４に達した光を被照明領域に効率的に伝
達できなくなるため、光利用効率が不良となり問題とな
るが、本実施例においては、この条件式を満足するよう
に設定されているので光利用効率を良好なものとするこ
とができる。次に、第１の実施例に係る照明光学系の各
部材の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各部材の中心厚および各部
材間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔と
いう）ｄ（ｍｍ）、各部材のｄ線における屈折率Ｎの値
を表２に示す。さらに、この表２に発光体とリフレクタ
の距離、被照明体とレンズの距離、被照明領域のサイ
ズ、第１および第２のレンズアレイ板の各レンズの開口
サイズ、およびリフレクタの形状を示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】（第２の実施例）図３は、本発明の第１の
実施例に係る照明光学系を示す概略図である。この照明
光学系は、上記第２の実施例に係る照明光学系と略同様
の構成とされているが、液晶パネル１７の前段のレンズ
が通常の凸レンズ６ではなく凸のフレネルレンズ16とさ
れている点で異なっている。このようにフレネルレンズ
16を用いることによりその厚みを薄くすることができ、
レンズ配設スペ−スの点で有利となる。なお、上記第１
の実施例における部材と同様の機能を有する部材につい
ては、第１の実施例における各部材に付した数字に10を
加えた数字を付し、その説明は省略する。

【００２５】なお、本実施例において設定されている上
記各変数の値および上記各条件式の値を上記表１に示
す。また、図３における、第１レンズアレイ板14のレン
ズアレイ面14aおよび第２レンズアレイ板15のレンズア
レイ面15aの形状を,各々図４（ａ）および図４（ｂ）に
示す。

【００２６】次に、第２の実施例に係る照明光学系の各
部材の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各部材の中心厚および各部
材間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔と
いう）ｄ（ｍｍ）、各部材のｄ線における屈折率Ｎの値
を表３に示す。さらに、この表３に発光体とリフレクタ
の距離、被照明体とレンズの距離、被照明領域のサイ
ズ、第１および第２のレンズアレイ板の各レンズの開口
サイズ、リフレクタの形状およびフレネルレンズの形状
を示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】（第３の実施例）図５は本発明の第３の実
施例に係る照明光学系を示す概略図である。この第３の
実施例は上記第１の実施例と比べてリフレクタ23の形状
が異なっており、これに伴い各レンズアレイ板24、25の
レンズ形状も異なっている。すなわち、この照明光学系
は、発光体21とこの発光体21から射出される光束22を光
軸Ｘ方向に反射するリフレクタ23とからなる光源部、光
源部からの光束22に対して作用する第１レンズアレイ板
24、第１レンズアレイ板24からの各光束22を被照明体で
ある液晶パネル27上に重畳せしめる第２レンズアレイ板
25、および凸レンズ26を備えてなる。

【００２９】上記リフレクタ23は、発光体21の配設位置
を略焦点位置とする放物面鏡により形成されており、そ
の焦点位置付近より種々の方向に放射された光束22を反
射して光軸と平行に射出する。また、第１レンズアレイ
板24と第２レンズアレイ板25における対応するレンズは
その光軸が一致するように構成され、第１レンズアレイ
板24における個々のレンズの開口中心、第２レンズアレ
イ板25における個々のレンズの開口中心を通過せしめ
て、焦点位置付近に位置する被照明領域（液晶パネル７
の前面に略対応する）の略中心に向かわせることができ
るようにしており、これにより照明の光利用効率を高め
ることができるようになっている。

【００３０】なお、本実施例において設定されている上
記各変数の値および上記各条件式の値を上記表１に示
す。また、第１レンズアレイ板24と第２レンズアレイ板
25とは、図６に示すように、互いに同数のレンズを２次
元的に配列して形成され、各アレイ板24、25のレンズ面
24a、24bにおけるレンズは各々が略同一形状の開口部と
されている。さらに、これら第１レンズアレイ板24、第
２レンズアレイ板25における個々のレンズの開口形状お
よび液晶パネル27の前面形状は互いに略相似形とされて
おり、この点は上記第１の実施例と略同様である。ま
た、この第３の実施例は下記条件式（５）〜（８）を満
足するように設定されている。

【００３１】 １．０＜ｋ１×ｓ２／ｓ１＜１．８ ・・・・・（５） １．０＜ｋ２×（ｓ１＋ｓ２）／ｓ１＜１．８ ・・・・・（６） ０．７＜ｆ１／ｓ１＜１．７ ・・ ・・（７） ０．８＜ｆ２×（ｓ１＋ｓ２）／（ｓ１×ｓ２）＜２．０ ・・（８） ここで、 ｓ１：第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板の距離 ｓ２：第２レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ板における各レンズの開口形状
と被照明領域の形状との相似比 ｆ１：第１レンズアレイ板の焦点距離 ｆ２：第２レンズアレイ板の焦点距離

【００３２】その他の各光学部材の機能および態様の変
更については上記第１の実施例と略同様であるのでその
詳細な説明は省略する。なお、上記条件式（５）、
（６）、（７）、（８）による作用は、各々上記条件式
（１）、（２）、（３）、（４）と略同様である。

【００３３】次に、第３の実施例に係る照明光学系の各
部材の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各部材の中心厚および各レ
ンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔
という）ｄ（ｍｍ）、各部材のｄ線における屈折率Ｎの
値を表４に示す。さらに、この表４に発光体とリフレク
タの距離、被照明体とレンズの距離、被照明領域のサイ
ズ、第１および第２のレンズアレイ板の各レンズの開口
サイズ、およびリフレクタの形状を示す。

【００３４】

【表４】

【００３５】（第４の実施例）図７は本発明の第４の実
施例に係る照明光学系を示す概略図である。この第４の
実施例は上記第１の実施例と比べ、２つのレンズアレイ
板４、５の代わりに２つのレンズアレイ面34a、35aを有
するレンズアレイ板34を備えている点で異なっている。
すなわち、この照明光学系は、発光体31とこの発光体31
から射出される光束32を光軸Ｘ方向に反射するリフレク
タ33とからなる光源部、光源部からの光束32に対して作
用する第１レンズアレイ面34aおよびこの第１レンズア
レイ面34aからの各光束32を被照明体である液晶パネル3
7上に重畳せしめる第２レンズアレイ面35aを有するレン
ズアレイ板34、および凸レンズ36を備えてなる。

【００３６】上記リフレクタ33は、発光体31の配設位置
と被照明体37の配設位置とを略共焦点位置とする楕円面
鏡により形成されており、その一方の共焦点位置付近よ
り発した光束32を反射して、第１レンズアレイ面34にお
ける個々のレンズの開口中心、第２レンズアレイ面35に
おける個々のレンズの開口中心を通過せしめて、他方の
共焦点位置付近に位置する被照明領域（液晶パネル37の
前面に略対応する）の略中心に向かわせることができる
ようにしており、これにより照明の光利用効率を高める
ことができるようになっている。

【００３７】また、第１レンズアレイ面34aと第２レン
ズアレイ面35aは、各々マイクロレンズを２次元的に配
列して形成され、図８（ａ）に示すように、第２レンズ
アレイ面35aのレンズピッチが第１レンズアレイ面34aの
レンズピッチよりも所定の割合で小さくなるように形成
されている。ただし、光軸Ｘにおいて各レンズ面34a、3
5aのレンズの中心軸が一致するようになっている。この
ようにレンズピッチを所定の値に設定することにより、
リフレクタ33の周辺で反射された光束32を被照明領域に
向かわせる際に、２つのレンズアレイ面34a、35aの対応
する２つのレンズの開口中心を通過させることが可能と
なる。なお、図８（b）には、レンズアレイ板34を第１
レンズアレイ面34a側からみた概略図を示す。このよう
に、本実施例では１つの部材に２つのレンズアレイ面34
a、35aを形成することにより、部品点数を減らすことが
でき、光学系の組み立て、調整が容易となる。

【００３８】なお、これらの図からも明らかなように、
レンズアレイ板34の各レンズ面34a，35aにおけるレンズ
は各々が略同一形状の開口部とされている。また、これ
ら第１レンズアレイ面34a、第２レンズアレイ面35aにお
ける個々のレンズの開口形状および液晶パネル37の前面
形状は互いに略相似形とされており、下記条件式（９）
〜（12）を満足するように設定されている。

【００３９】 ０．６＜ｋ１×ｓ／ｄ＜１．２ ・・・・・・・（９） ０．６＜ｋ２×ｓ／ｄ＜１．２ ・・・・・・（１０） ０．２５＜Ｒ１／ｄ＜０．４５ ・・・・・・（１１） ０．２５＜Ｒ２／ｄ＜０．４５ ・・・・・・（１２） ここで、 ｄ ：レンズアレイ板の厚さ ｓ ：レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ面（光源部側のレンズアレイ
面）における各レンズの開口と被照明領域との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ面（被照明体側のレンズアレイ
面）における各レンズの開口と被照明領域との相似比 Ｒ１：第１レンズアレイ面の各レンズの曲率半径 Ｒ２：第２レンズアレイ面の各レンズの曲率半径

【００４０】なお、本実施例において設定されている上
記各変数の値および上記各条件式の値を上記表１に示
す。本実施例においては、上記レンズアレイ板34の第１
レンズアレイ面34aのレンズが、発光体31の像をその構
成レンズの数だけ第２レンズアレイ面35aの近傍に結像
させ、そのマルチ像によって液晶パネル37を照明するの
で、発光体の輝度ムラの影響を取り除くことができる。
すなわち、第１レンズアレイ面34aを透過する各光束32
の光量分布は、発光体31の発光特性のバラツキによる影
響を受けて濃淡が残存するが、第２レンズアレイ面35a
により、第１レンズアレイ面34aの個々のレンズの開口
部分の像を液晶パネル37を充分カバーする倍率で投影
し、液晶パネル37上にその開口部分の数だけ重畳させる
ので、発光体31の発光特性の影響による照明ムラを小さ
くして均一な照明を実現することができる。

【００４１】また、液晶パネル37の直前に配置されたレ
ンズ36は、照明光を適切な方向に指向させる作用を有す
る。すなわち、上記第１の実施例と同様に、被照明体が
液晶パネルの如き透過型素子であり、その像が投影レン
ズによってさらに他の被照明体に投影されるような場合
においては、その投影レンズの入射瞳位置近傍に光を指
向させるようにこのレンズ36の形状および位置を設定す
る。なお、上記条件式（９）、（10）、（11）、（12）
による作用は各々上記条件式（１）、（２）、（３）、
（４）と略同様である。

【００４２】次に、第４の実施例に係る照明光学系の各
部材の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各部材の中心厚および各部
材間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔と
いう）ｄ（ｍｍ）、各部材のｄ線における屈折率Ｎの値
を表５に示す。さらに、この表５に発光体とリフレクタ
の距離、被照明体とレンズの距離、被照明領域のサイ
ズ、第１および第２のレンズアレイ面の各レンズの開口
サイズ、およびリフレクタの形状を示す。

【００４３】

【表５】

【００４４】なお、本発明の照明光学系としては上述し
たような実施例のものに限られるものではなく、その他
の種々の態様の変更が可能である。例えば、リフレクタ
の開口サイズや発光体の配設位置としては適宜変更する
ことが可能である。なお、該サイズや位置を決定する場
合において、発光体の発光特性を考慮して、その大きな
発光部分が利用されるようにすることが望ましい。

【００４５】また、被照明体の前段に配されたレンズ
を、複数のレンズで構成したり、非球面レンズやフレネ
ルレンズで構成することも可能である。また、上記被照
明体が最終的に照明されるものである場合等、照明光を
特に指向させる必要がない場合には、この被照明体の前
段に配されたレンズを省略することも可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
系によれば、２つのレンズアレイ板（もしくは２つのレ
ンズアレイ面）と被照明体との三者間の距離およびこれ
らのサイズを決定する際に、これらのレンズアレイ板
（もしくはレンズアレイ面）のレンズ開口形状と被照明
領域の形状の相似比という概念をとりいれ、各レンズの
焦点距離も加味して上記距離を規定しているから、比較
的簡単な条件式によりインテグレ−タ照明方式における
各光学部材の配設位置やサイズを得ることができ、発光
部の輝度ムラや配光特性のバラツキによる影響を確実に
取り除いた均一な照明を、極めて高い光利用効率の下に
達成することができる。

【００４７】また、本発明の照明光学系によれば、この
ように各光学部材の配設位置やサイズを簡単に、かつ確
実に決定して作製することができるから、装置の製造効
率の向上および製造コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る照明光学系を示す断面
図

【図２】図１に示すレンズアレイ板を詳しく示す平面図

【図３】本発明の実施例２に係る照明光学系を示す断面
図

【図４】図３に示すレンズアレイ板を詳しく示す平面図

【図５】本発明の実施例３に係る照明光学系を示す断面
図

【図６】図５に示すレンズアレイ板を詳しく示す平面図

【図７】本発明の実施例４に係る照明光学系を示す断面
図

【図８】図７に示すレンズアレイ板を詳しく示す平面図

【符号の説明】 １,１１,２１,３１ 発光体 ２,１２,２２,３２ 光束 ３,１３,２３,３３ リフレクタ ４,１４,２４ 第１レンズ
アレイ板 ４ａ,５ａ,１４ａ,１５ａ,２４ａ,２５ａ レンズアレ
イ面 ５,１５,２５ 第２レンズ
アレイ板 ６,２６,３６ 凸レンズ ７,１７,２７,３７ 被照明体
（液晶パネル） １６ 凸のフレネ
ルレンズ ３４ レンズアレ
イ板 ３４ａ 第１レンズ
アレイ面 ３５ａ 第２レンズ
アレイ面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光体、およびこの発光体の位置と被照
   明体の位置とを略共焦点位置とする楕円面鏡からなる光
   源部と、略同一の開口形状のレンズを２次元的に配列し
   て形成される第１レンズアレイ板と、略同一の開口形状
   のレンズを２次元的に配列して形成される第２レンズア
   レイ板とをこの順に配設してなり、 該第１レンズアレイ板および該第２レンズアレイ板にお
   ける個々のレンズの開口形状が被照明領域の形状と略相
   似形であり、下記条件式（１）〜（４）を満足すること
   を特徴とする照明光学系。 １．０＜ｋ１×ｓ２／ｓ１＜１．８ ・・・・・（１） １．０＜ｋ２×（ｓ１＋ｓ２）／ｓ１＜１．８ ・・・・・（２） ０．８＜ｆ１×ｓ２／（ｓ１×（ｓ１＋ｓ２））＜２．０ ・・（３） ０．８＜ｆ２×（ｓ１＋ｓ２）／（ｓ１×ｓ２）＜２．０ ・・（４） ここで、 ｓ１：第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板の距離 ｓ２：第２レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ板における各レンズの開口形状
   と被照明領域の形状との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ板における各レンズの開口形状
   と被照明領域の形状との相似比 ｆ１：第１レンズアレイ板の焦点距離 ｆ２：第２レンズアレイ板の焦点距離
2. 【請求項２】発光体、およびこの発光体の位置を略焦点
   位置とする放物面鏡と、略同一の開口形状のレンズを２
   次元的に配列して形成される第１レンズアレイ板と、略
   同一の開口形状のレンズを２次元的に配列して形成され
   る第２レンズアレイ板とをこの順に配設してなり、 該第１レンズアレイ板および該第２レンズアレイ板にお
   ける個々のレンズの開口形状が被照明領域の形状と略相
   似形であり、かつ該第１レンズアレイ板と該第２レンズ
   アレイ板の、互いに対応するレンズの光軸が一致するよ
   うに構成され、下記条件式（５）〜（８）を満足するこ
   とを特徴とする照明光学系。 １．０＜ｋ１×ｓ２／ｓ１＜１．８ ・・・・・（５） １．０＜ｋ２×（ｓ１＋ｓ２）／ｓ１＜１．８ ・・・・・（６） ０．７＜ｆ１／ｓ１＜１．７ ・・ ・・（７） ０．８＜ｆ２×（ｓ１＋ｓ２）／（ｓ１×ｓ２）＜２．０ ・・（８） ここで、 ｓ１：第１レンズアレイ板と第２レンズアレイ板の距離 ｓ２：第２レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ板における各レンズの開口形状
   と被照明領域の形状との相似比 ｋ２：第２レンズアレイ板における各レンズの開口形状
   と被照明領域の形状との相似比 ｆ１：第１レンズアレイ板の焦点距離 ｆ２：第２レンズアレイ板の焦点距離
3. 【請求項３】発光体、および発光体位置と被照明体の位
   置とを略共焦点とする楕円面鏡からなる光源部と、 略同一の開口形状のレンズを２次元的に配列して形成さ
   れる第１および第２レンズアレイ面を有し、該第１レン
   ズアレイ面が前記発光体側を向くように配設されたレン
   ズアレイ板とからなり、 該２つのレンズアレイ面における個々のレンズの開口形
   状が被照明領域の形状と略相似形であり、下記条件式
   （９）〜（１２）を満足するように構成されてなること
   を特徴とする照明光学系。 ０．６＜ｋ１×ｓ／ｄ＜１．２ ・・・・・・・（９） ０．６＜ｋ２×ｓ／ｄ＜１．２ ・・・・・・（１０） ０．２５＜Ｒ１／ｄ＜０．４５ ・・・・・・（１１） ０．２５＜Ｒ２／ｄ＜０．４５ ・・・・・・（１２） ここで、 ｄ ：レンズアレイ板の厚さ ｓ ：レンズアレイ板と被照明体の距離 ｋ１：第１レンズアレイ面（光源部側のレンズアレイ
   面）における各レンズの開口形状と被照明領域の形状と
   の相似比 ｋ２：第２レンズアレイ面（被照明体側のレンズアレイ
   面）における各レンズの開口形状と被照明領域の形状と
   の相似比 Ｒ１：第１レンズアレイ面の各レンズの曲率半径 Ｒ２：第２レンズアレイ面の各レンズの曲率半径
4. 【請求項４】前記第２レンズアレイ板または前記第２レ
   ンズアレイ面からの照明光を前記被照明体の後方の所定
   位置に指向せしめるレンズを該被照明体の前段に設けて
   なることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項
   記載の照明光学系。