照明光学系及びこの照明光学系を用いたプロジェクタ装置
【課題】均一で明るく、光路長が短く小型化が可能な照明光学系と、この照明光学系を用いたプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】プロジェクタ装置１０に用いられる照明光学系１１は、光源１側から順に、集光光学系（集光レンズ群）２と、２次元的に配置された複数の単位レンズを有し、各々の単位レンズから光を射出するマイクロレンズアレイ３と、このマイクロレンズアレイ３の単位レンズの各々から射出した光を重ね合わせて所定の照明領域に照射する重畳光学系４と、を有し、重畳光学系４は、光源側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇと、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。
【解決手段】プロジェクタ装置１０に用いられる照明光学系１１は、光源１側から順に、集光光学系（集光レンズ群）２と、２次元的に配置された複数の単位レンズを有し、各々の単位レンズから光を射出するマイクロレンズアレイ３と、このマイクロレンズアレイ３の単位レンズの各々から射出した光を重ね合わせて所定の照明領域に照射する重畳光学系４と、を有し、重畳光学系４は、光源側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇと、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系及びこの照明光学系を用いたプロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ装置は、液晶デバイス（ＬＣＤ，ＬＣＯＳ）やＤＭＤ等を空間光変調素子として用い、その表示画像を投射光学系によりスクリーン等に拡大投射する装置である。このようなプロジェクタ装置において、例えば、投射される画像を明るく、高コントラストにするために、マイクロレンズアレイから出射した光を照射面に重畳させる重畳光学系を正の屈折力を有する２つのレンズ群で構成することが知られている（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、重畳光学系を正の屈折力を有する２つのレンズ群で構成すると、明るく、且つ、高コントラストの画像が投射されるが、マイクロレンズアレイから照明領域（空間光変調素子）までの距離を短縮してこのプロジェクタ装置を小型化させるには不十分である。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、均一で明るく、光路長が短く小型化が可能な照明光学系と、この照明光学系を用いたプロジェクタ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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る照明光学系は、光源側から順に、この光源からの光を集光する集光光学系と、２次元的に配置された複数の単位レンズを有し、各々の単位レンズから光を射出するマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの単位レンズの各々から射出した光を重ね合わせて所定の照明領域に照射する重畳光学系と、を有し、重畳光学系は、光源側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、を有する。そして、この照明光学系は、第１レンズ群を通過する光束の最大径をφ１とし、第２レンズ群を通過する光束の最大径をφ２とし、第３レンズ群を通過する光束の最大径をφ３としたとき、次式
φ２ ＜ φ１ ＜ φ３
の条件を満足することを特徴とする。
【０００７】
このような照明光学系は、次式
１ ＜ φ１／φ２ ＜ １．３
１ ＜ φ３／φ１ ＜ １．４
０．６ ＜ φ２／φ３ ＜ ０．８
の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、このような照明光学系において、照明領域は矩形であり、マイクロレンズアレイを射出する光束の最大径をφＭＬとし、照明領域の対角長をφＡとしたとき、次式
１ ＜ φＭＬ／φＡ ＜ １．４
の条件を満足することが好ましい。
【０００９】
また、このような照明光学系は、第１レンズ群及び第３レンズ群の屈折力の平均値をＰｐとし、第２レンズ群の屈折力をＰｎとしたとき、次式
Ｐｐ／Ｐｎ ＜ −０．７５
の条件を満足することが好ましい。
【００１０】
また、このような照明光学系において、重畳光学系は、第１レンズ群及び第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ形状であることが好ましい。
【００１１】
また、このような照明光学系において、重畳光学系は、第１レンズ群及び第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ材質であることが好ましい。
【００１２】
また、このような照明光学系は、集光光学系とマイクロレンズアレイとの間に、ダイクロイックミラーを配置することができる。
【００１３】
また、このような照明光学系は、重畳光学系と照明領域との間に偏光ビームスプリッタを配置することができる。
【００１４】
また、本発明に係るプロジェクタ装置は、光源と、この光源から放射された光を照明領域に照射する上述の照明光学系のいずれかと、この照明領域に配置された空間光変調素子と、空間光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、を有することを特徴とする。
【００１５】
このようなプロジェクタ装置において、光源はＬＥＤであることが好ましい。
【００１６】
また、このようなプロジェクタ装置は、照明光学系と投射光学とを収納する筐体を有し、被投射面は、筐体の載置面と略平行になることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る照明光学系及びプロジェクタ装置を以上のように構成すると、均一で明るく、光路長が短く小型化が可能な照明光学系と、この照明光学系を用いたプロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プロジェクタ装置の構成を示す説明図である。
【図２】重畳光学系を通過する光束の最大径とマイクロレンズアレイの射出面との関係を説明するための説明図であって、（ａ）は条件を満足する重畳光学系を示し、（ｂ）は条件を満足しない重畳光学系を示す。
【図３】実施例に係るプロジェクタ装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いてプロジェクタ装置の構成について説明する。このプロジェクタ装置１０は、ＬＥＤで構成された光源１と、この光源１から放射された照明光を反射型の空間光変調素子６（例えば、ＬＣＯＳ（シリコン基板の上に液晶を形成した反射型の液晶表示パネル））に照射する照明光学系１１と、この空間光変調素子６で反射した光の像を実像として被投射面（スクリーン等）に拡大投射する投射光学系１２と、から構成される。
【００２０】
照明光学系１１は、光源１と空間光変調素子６との間に設けられており、光源１側から順に、集光光学系２と、マイクロレンズアレイ３と、重畳光学系４と、偏光ビームスプリッタ５と、が光軸上にこの順で並んで配置されている。また、投射光学系１２は、照明光学系１１と偏光ビームスプリッタ５を共用し、空間光変調素子６側から順に、偏光ビームスプリッタ５と、投射レンズ群７と、がこの順で光軸上に並んで配置されている。
【００２１】
このような構成のプロジェクタ装置１０において、光源１から放射された照明光は、集光光学系２で集光されて略平行光に変換された後、マイクロレンズアレイ３に入射する。ここで、このマイクロレンズアレイ３は、多数個の矩形形状の単位レンズが２次元的に配置されている。このマイクロレンズアレイ３を構成する単位レンズは、入射面と射出面との曲率半径が等しく、両面の頂点が互いに他の焦点に配されている。マイクロレンズアレイ３は、この単位レンズを数十個、入射面及び射出面の各々において各頂点が同一平面上に並ぶように束ねて配置されている。また、各単位レンズの入射面は、図１に示した重畳光学系４を介して照明領域と共役に配置され、その像は単位レンズの位置に無関係に重畳光学系４の後側焦点に生じ、この後側焦点に配置された照明領域（すなわち、空間光変調素子６）を重畳的に照明する。マイクロレンズアレイ３の入射面上の照度は光源１の放射角度特性により不均一に照明されるが、各単位レンズの入射面が空間光変調素子６に重畳的に投射されるため、被照明領域での照度の均一性が向上する。
【００２２】
重畳光学系４から出射した照明光は、さらに、偏光ビームスプリッタ５に入射する。そして、この偏光ビームスプリッタ５に入射した照明光のうち、Ｓ偏光成分の光は偏光分離面５ａで反射されてこの偏光ビームスプリッタ５から外部に放射され、Ｐ偏光成分の光は偏光分離面５ａを透過して空間光変調素子６に照射される。
【００２３】
本実施の形態に係る空間光変調素子６は、上述のようにシリコン基板とガラス基板との間に液晶を介在させた液晶パネル（ＬＣＯＳ）であり、シリコン基板上にはＴＦＴ等のスイッチング素子や電極が画素の各サブピクセルに対応して設けられている。また、シリコン基板の最表面には光を反射させるアルミ層が形成されている。そして、透明電極が形成されたガラス基板との間に介在する液晶層を電気的に駆動して映像を表示させることができる。不図示の駆動回路から入力される映像信号のレベルに基づいて空間光変調素子６の各画素に設けられた電極への電圧の印加を制御することにより、映像信号のレベルに応じて空間光変調素子６の各電極に電圧が印加されると、液晶層の液晶分子の配列が変化してこの液晶層が位相板の役目を果たすようになる。その結果、電圧印加状態に応じた映像パターンが空間光変調素子６に形成され、空間光変調が行われる。すなわち、空間光変調素子６のガラス基板側から入射したＰ偏光成分の光は、シリコン基板側の反射面（アルミ層）で反射されて再びガラス基板から射出されるが、その間に白画素部に入射したＰ偏光成分の光は偏光方向が９０°回転されてＳ偏光成分の光に変調（偏光変換）される。一方、黒画素部に入射したＰ偏光成分の光は偏光状態が変化せず、Ｐ偏光成分のまま射出される。なお、空間光変調素子６は、カラーフィルタを備えたカラー表示のＬＣＯＳを用いることで、カラー画像の表示が可能になる。
【００２４】
そして、この空間光変調素子６で反射して射出した光は、再び偏光ビームスプリッタ５に入射する。ここで、空間光変調素子６の黒画素部を透過したＰ偏光成分の光のほとんどは、偏光分離面５ａを透過して光源１側へと戻る。一方、空間光変調素子６の白画素部で変調されて射出されたＳ偏光成分の光は偏光分離面５ａで反射した後この偏光ビームスプリッタ５から射出され、投射レンズ群７により不図示のスクリーンに投射される。その結果、空間光変調素子６に表示された画像の拡大画像がスクリーン上に投射される。
【００２５】
なお、空間光変調素子６は、Ｓ偏光成分の光で照明して白画素部で空間光変調されたＰ偏光成分の光を投射レンズ群７で投射するように構成することも可能である。このような構成の場合、偏光ビームスプリッタ５に対して、空間光変調素子６は、照明光が偏光分離面５ａで反射して射出する面側に配置され、また、投射レンズ群７は、この空間光変調素子６で反射された光が偏光分離面５ａを透過して射出される面側に配置される（後述する実施例の構成がこの配置である）。
【００２６】
このようなプロジェクタ装置１０に用いられる照明光学系１１において、マイクロレンズアレイ３の単位レンズの各々から出射した照明光を空間光変調素子６に照射する重畳光学系４は、光源１側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる３つのレンズ群で構成されている。この重畳光学系４を、正の屈折力を有する１つのレンズ群で構成すると、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法が重畳光学系４の焦点距離のおよそ２倍になってしまう。そのため照明光学系１１のサイズが大きくなってしまう。また、この重畳光学系４を、正の屈折力を有する２つのレンズ群で構成すると、１群構成のときよりはサイズが小さくなるが、小型化という観点では不十分である。さらに、重畳光学系４を４つ以上のレンズ群で構成すると、レンズ枚数が増えてしまい、これらのレンズの厚みにより、寸法の縮小効果が薄れてしまう。さらにレンズ群が増えることによりコストも増加する。以上より、マイクロレンズアレイ３から照明領域までの寸法を小さくするためには、重畳光学系４を３つのレンズ群で構成することが望ましい。さらには、上述のように第１レンズ群Ｇ１の屈折力を正、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を負、第３レンズ群Ｇ３の屈折力を正とすることが望ましい。
【００２７】
なお、この重畳光学系４の構成により、空間光変調素子６としてＬＣＯＳを用いる場合だけでなく、透過型のＬＣＤや反射型のＤＭＤを用いた場合でも、サイズ縮小の効果がある。
【００２８】
ここで、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくするためには、重畳光学系４を構成する第１レンズ群Ｇ１を通過する光束の最大径をφ１とし、第２レンズ群Ｇ２を通過する光束の最大径をφ２とし、第３レンズ群Ｇ３を通過する光束の最大径をφ３としたとき、照明光学系１１が、次に示す条件式（１）を満足することが望ましい。
【００２９】
φ２ ＜ φ１ ＜ φ３ （１）
【００３０】
図２に示すように、条件式（１）を満足している重畳光学系４に対して、φ１≧φ３（第１レンズ群Ｇ１を通過する光束の最大径が第３レンズ群Ｇ３を通過する光束の最大径以上になる）となる重畳光学系４′では、マイクロレンズアレイ３の射出面３ａから重畳光学系４′の第１面（最も光源１側の面）までの光軸上の距離Ｄが増大してしまう。図２の場合、重畳光学系４，４′の全長はほぼ同じであることから、距離Ｄが増大する分だけ照明光学系１１が大きくなってしまう。
【００３１】
さらには、マイクレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくするために、照明光学系１１は、次の条件式（２）を満足することが望ましい。この条件式（２）を満足しない場合、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法が大きくなってしまうおそれがある。
【００３２】
１ ＜ φ１／φ２ ＜ １．３
１ ＜ φ３／φ１ ＜ １．４ （２）
０．６ ＜ φ２／φ３ ＜ ０．８
【００３３】
ところで、この照明光学系１１により照明される照明領域に配置されるＬＣＯＳ等の空間光変調素子６の形状は矩形である。そのため、照明領域を矩形にすることで、最も効率良く空間光変調素子６を照明することができる。このとき、照明領域の対角長をφＡとし、マイクロレンズアレイ３を射出する光束径をφＭＬとしたとき、照明光学系１１は、次に示す条件式（３）を満足することが望ましい。
【００３４】
１ ＜ φＭＬ／φＡ ＜ １．４ （３）
【００３５】
マイクロレンズアレイ３を射出する光束径と照明領域の対角長との比が、この条件式（３）の上限値以上になると、少なくとも重畳光学系４を構成する第１レンズ群Ｇ１のサイズが大型化してしまい、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法も大きくなってしまう。反対に、マイクロレンズアレイ３を射出する光束径と照明領域の対角長との比が、この条件式（３）の下限値以下になると、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくすることはできるが、マイクロレンズアレイ３のサイズが小さくなることによる悪影響がある。すなわち、第１に、マイクロレンズアレイ３での光束のＮＡが増大するため、マイクロレンズアレイ３を構成する単位レンズの曲率半径が小さくなり、製造が困難になる。また、第２に、マイクロレンズアレイ３を射出する光束径の縮小に伴い、集光光学系２の光束径も小さくしなければならず、そのため、集光光学系２の屈折力（光学パワー）を強くするか、要素数を増やす必要があり、製造が難しくなるか、コストが増大してしまう。
【００３６】
また、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくするために、重畳光学系４は、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３（正のレンズ群）の屈折力（光学パワー）の平均値をＰｐとし、第２レンズ群Ｇ２（負のレンズ群）の屈折力（光学パワー）をＰｎとしたとき、次に示す条件式（４）を満足することが望ましい。
【００３７】
Ｐｐ／Ｐｎ ＜ −０．７５ （４）
【００３８】
重畳光学系４を構成する正のレンズ群と負のレンズ群の屈折力（光学パワー）の比が条件式（４）の範囲から外れると、この重畳光学系４において、正の屈折力に対して負の屈折力が小さくなるため、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３との距離が広がってしまい、結果として照明光学系１１のサイズが大きくなってしまう。
【００３９】
なお、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３は、それぞれ、複数の光学要素（レンズ）で構成しても良いし、１つの光学要素（レンズ）で構成しても良い。また、正の屈折力（光学パワー）を有する第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３は、これらのレンズ群を構成するレンズの少なくとも一つを、同じ形状のレンズで構成しても良い。さらに、材質も同じであれば、この第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３を製造するための金型も一つで済むので、製造コストの削減につながる。
【００４０】
なお、このプロジェクタ装置１０は、照明光学系１１と投射光学１２とを収納する図示しない筐体を有し、スクリーン等の被投射面は、この筐体の載置面と略平行になることが好ましい。
【実施例】
【００４１】
上述の照明光学系１１を構成する重量光学系４の実施例について図３を用いて説明する。この図３に示すプロジェクタ装置１００は、赤色光源１ｒ、青色光源１ｂ及び緑色光源１ｇを有し、これらの光源１ｒ，１ｂ，１ｇから放射される赤色光、青色光及び緑色光を重ね合わせて白色光を生成して空間光変調素子６に照射するように構成されている。これらの光源１ｒ，１ｂ，１ｇのそれぞれには、集光光学系２ｒ，２ｂ，２ｇが設けられている。また、このプロジェクタ装置１００は、赤色光と青色光とを重ね合わせるために第１のダイクロイックミラー８ａが設けられ、さらにこれらの光に緑色光を重ね合わせるために第２のダイクロイックミラー８ｂが設けられている。さらに、第１のダイクロイックミラー８ａと第２のダイクロイックミラー８ｂとの間には集光レンズ９が設けられている。その他の構成は、上述のプロジェクタ装置１０と同じである。
【００４２】
第１のダイクロイックミラー８ａは赤色光だけを透過するように構成されている。そのため、赤色光源１ｒから放射された赤色光は集光光学系２ｒで略平行光に変換されて第１のダイクロイックミラー８ａに入射し、この第１のダイクロイックミラー８ａを透過する。一方、青色光源１ｂから放射された青色光は、集光光学系２ｂで略平行光に変換されて第１のダイクロイックミラー８ａ入射し、この第１のダイクロイックミラー８ａで反射されて赤色光と重ね合わされる。
【００４３】
一方、第２のダイクロイックミラー８ｂは緑色光だけを透過するように構成されている。そのため、第１のダイクロイックミラー８ａから射出した赤色光及び青色光は集光レンズ９で集光されて第２のダイクロイックミラー８ｂに入射し、この第２のダイクロイックミラー８ｂで反射されてマイクロレンズアレイ３に導かれる。一方、緑色光源１ｇから放射された緑色光は、集光光学系２ｇで略平行光に変換されて第２のダイクロイックミラー８ｂに入射し、この第２のダイクロイックミラー８ｂを透過して赤色光及び青色光に重ね合わされてマイクロレンズアレイ３に導かれる。なお、緑色光源１ｇから放射される緑色光に比べて、赤色光源１ｒ及び青色光源１ｂから放射される赤色光及び青色光の方が光路が長くなるため、明るさのロスを防ぐために、集光レンズ９が設けられている。このようにして重ね合わされた赤色光、青色光及び緑色光（照明光）が空間光変調素子６に照射され、この空間光変調素子６に表示された画像が投射される構成は、上述のプロジェクタ装置１０と同じである。なお、赤色光源１ｒ、青色光源１ｂ及び緑色光源１ｇの配置は、この図３に示す構成に限定されることはない。
【００４４】
このように、本実施例に係るプロジェクタ装置１００では、集光光学系２ｒ，２ｂ，２ｇとマイクロレンズアレイ３との間に２つのダイクロイックミラー８ａ，８ｂが配置されている。このダイクロイックミラーの分光特性は入射する光線の入射角度に依存して変化する。そのため、赤色光、青色光及び緑色光のような複数の波長の異なる光源光を合成する光学系において、マイクロレンズアレイ３と照明領域（空間光変調素子６）との間にダイクロイックミラーを配置すると、照明領域にダイクロイックミラーの角度依存性に起因する照明ムラが発生する可能性がある。また、波長毎に角度依存性が異なるため色ムラが発生する可能性もある。一方、本実施例のように、集光光学系２ｒ，２ｂ，２ｇとマイクロレンズアレイ３との間にダイクロイックミラー８ａ，８ｂを配置した光学系の場合、各色光はダイクロイックミラー８ａ，８ｂの角度依存性の影響を受けることになるが、その後にマイクロレンズアレイ３に入射し、分割・重畳されるため、照明領域にはダイクロイックミラー８ａ，８ｂに起因する照明ムラや色ムラが発生することはない。
【００４５】
ここで、このプロジェクタ装置１００において照明光学系１１を構成する重畳光学系４は、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、それぞれのレンズ群が１枚の非球面レンズで構成されている（球面レンズで構成することも可能である）。なお、このプロジェクタ装置１００においては、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は同じ形状、同じ材質のレンズで構成した場合について示している。
【００４６】
このような構成の重畳光学系４の諸元を以下の表１に示す。この表１において、第１欄ｍは光源側からの各光学面の番号を、第２欄ｒは各光学面の曲率半径（非球面の場合は基準球面の曲率半径）を、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄ｎｅはｅ線に対する屈折率を、そして、第５欄φは各光学面を通過する光束の最大径をそれぞれ示している。ここで、第０面はマイクロレンズアレイ３の射出面を示し、第７面は照明領域（空間光変調素子６の反射面）を示している。また、空気の屈折率は省略してある。さらに、曲率半径∞は平面を表している。また、面番号は図３の重畳光学系４に示した番号０〜７に対応している。なお、以下の諸元において掲載される曲率半径や面間隔その他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることができる。
【００４７】
ｍ ｒ ｄ ｎｅ φ
0 ∞ 0.50 12.00（φＭＬ）
1 12.2189 4.20 1.5273 12.76（φ１）
2 -78.3716 3.00 12.53
3 16.8239 1.20 1.5855 11.09（φ２）
4 7.0000 12.72 9.98
5 78.3716 4.20 1.5273 14.89（φ３）
6 -12.2189 10.43 14.85
7 ∞ 0 9.43（φＡ）
条件対応値
（１）φ２＝11.09＜φ１＝12.76＜φ３＝14.89
（２）φ１／φ２＝1.15
φ３／φ１＝1.17
φ２／φ３＝0.74
（３）φＭＬ／φＡ＝1.27
（４）Ｐｐ／Ｐｎ＝-1.05
【００４８】
以上のように、この実施例に示すプロジェクタ装置１００に用いられている照明光学系１１及び重畳光学系４では、条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。
【符号の説明】
【００４９】
１（１ｒ，１ｂ，１ｇ） 光源 ２ 集光光学系 ３ マイクロレンズアレイ
４ 重畳光学系 ５ 偏光ビームスプリッタ ６ 空間光変調素子
７ 投射レンズ群
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系及びこの照明光学系を用いたプロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ装置は、液晶デバイス（ＬＣＤ，ＬＣＯＳ）やＤＭＤ等を空間光変調素子として用い、その表示画像を投射光学系によりスクリーン等に拡大投射する装置である。このようなプロジェクタ装置において、例えば、投射される画像を明るく、高コントラストにするために、マイクロレンズアレイから出射した光を照射面に重畳させる重畳光学系を正の屈折力を有する２つのレンズ群で構成することが知られている（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、重畳光学系を正の屈折力を有する２つのレンズ群で構成すると、明るく、且つ、高コントラストの画像が投射されるが、マイクロレンズアレイから照明領域（空間光変調素子）までの距離を短縮してこのプロジェクタ装置を小型化させるには不十分である。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、均一で明るく、光路長が短く小型化が可能な照明光学系と、この照明光学系を用いたプロジェクタ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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る照明光学系は、光源側から順に、この光源からの光を集光する集光光学系と、２次元的に配置された複数の単位レンズを有し、各々の単位レンズから光を射出するマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの単位レンズの各々から射出した光を重ね合わせて所定の照明領域に照射する重畳光学系と、を有し、重畳光学系は、光源側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、を有する。そして、この照明光学系は、第１レンズ群を通過する光束の最大径をφ１とし、第２レンズ群を通過する光束の最大径をφ２とし、第３レンズ群を通過する光束の最大径をφ３としたとき、次式
φ２ ＜ φ１ ＜ φ３
の条件を満足することを特徴とする。
【０００７】
このような照明光学系は、次式
１ ＜ φ１／φ２ ＜ １．３
１ ＜ φ３／φ１ ＜ １．４
０．６ ＜ φ２／φ３ ＜ ０．８
の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、このような照明光学系において、照明領域は矩形であり、マイクロレンズアレイを射出する光束の最大径をφＭＬとし、照明領域の対角長をφＡとしたとき、次式
１ ＜ φＭＬ／φＡ ＜ １．４
の条件を満足することが好ましい。
【０００９】
また、このような照明光学系は、第１レンズ群及び第３レンズ群の屈折力の平均値をＰｐとし、第２レンズ群の屈折力をＰｎとしたとき、次式
Ｐｐ／Ｐｎ ＜ −０．７５
の条件を満足することが好ましい。
【００１０】
また、このような照明光学系において、重畳光学系は、第１レンズ群及び第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ形状であることが好ましい。
【００１１】
また、このような照明光学系において、重畳光学系は、第１レンズ群及び第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ材質であることが好ましい。
【００１２】
また、このような照明光学系は、集光光学系とマイクロレンズアレイとの間に、ダイクロイックミラーを配置することができる。
【００１３】
また、このような照明光学系は、重畳光学系と照明領域との間に偏光ビームスプリッタを配置することができる。
【００１４】
また、本発明に係るプロジェクタ装置は、光源と、この光源から放射された光を照明領域に照射する上述の照明光学系のいずれかと、この照明領域に配置された空間光変調素子と、空間光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、を有することを特徴とする。
【００１５】
このようなプロジェクタ装置において、光源はＬＥＤであることが好ましい。
【００１６】
また、このようなプロジェクタ装置は、照明光学系と投射光学とを収納する筐体を有し、被投射面は、筐体の載置面と略平行になることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る照明光学系及びプロジェクタ装置を以上のように構成すると、均一で明るく、光路長が短く小型化が可能な照明光学系と、この照明光学系を用いたプロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プロジェクタ装置の構成を示す説明図である。
【図２】重畳光学系を通過する光束の最大径とマイクロレンズアレイの射出面との関係を説明するための説明図であって、（ａ）は条件を満足する重畳光学系を示し、（ｂ）は条件を満足しない重畳光学系を示す。
【図３】実施例に係るプロジェクタ装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いてプロジェクタ装置の構成について説明する。このプロジェクタ装置１０は、ＬＥＤで構成された光源１と、この光源１から放射された照明光を反射型の空間光変調素子６（例えば、ＬＣＯＳ（シリコン基板の上に液晶を形成した反射型の液晶表示パネル））に照射する照明光学系１１と、この空間光変調素子６で反射した光の像を実像として被投射面（スクリーン等）に拡大投射する投射光学系１２と、から構成される。
【００２０】
照明光学系１１は、光源１と空間光変調素子６との間に設けられており、光源１側から順に、集光光学系２と、マイクロレンズアレイ３と、重畳光学系４と、偏光ビームスプリッタ５と、が光軸上にこの順で並んで配置されている。また、投射光学系１２は、照明光学系１１と偏光ビームスプリッタ５を共用し、空間光変調素子６側から順に、偏光ビームスプリッタ５と、投射レンズ群７と、がこの順で光軸上に並んで配置されている。
【００２１】
このような構成のプロジェクタ装置１０において、光源１から放射された照明光は、集光光学系２で集光されて略平行光に変換された後、マイクロレンズアレイ３に入射する。ここで、このマイクロレンズアレイ３は、多数個の矩形形状の単位レンズが２次元的に配置されている。このマイクロレンズアレイ３を構成する単位レンズは、入射面と射出面との曲率半径が等しく、両面の頂点が互いに他の焦点に配されている。マイクロレンズアレイ３は、この単位レンズを数十個、入射面及び射出面の各々において各頂点が同一平面上に並ぶように束ねて配置されている。また、各単位レンズの入射面は、図１に示した重畳光学系４を介して照明領域と共役に配置され、その像は単位レンズの位置に無関係に重畳光学系４の後側焦点に生じ、この後側焦点に配置された照明領域（すなわち、空間光変調素子６）を重畳的に照明する。マイクロレンズアレイ３の入射面上の照度は光源１の放射角度特性により不均一に照明されるが、各単位レンズの入射面が空間光変調素子６に重畳的に投射されるため、被照明領域での照度の均一性が向上する。
【００２２】
重畳光学系４から出射した照明光は、さらに、偏光ビームスプリッタ５に入射する。そして、この偏光ビームスプリッタ５に入射した照明光のうち、Ｓ偏光成分の光は偏光分離面５ａで反射されてこの偏光ビームスプリッタ５から外部に放射され、Ｐ偏光成分の光は偏光分離面５ａを透過して空間光変調素子６に照射される。
【００２３】
本実施の形態に係る空間光変調素子６は、上述のようにシリコン基板とガラス基板との間に液晶を介在させた液晶パネル（ＬＣＯＳ）であり、シリコン基板上にはＴＦＴ等のスイッチング素子や電極が画素の各サブピクセルに対応して設けられている。また、シリコン基板の最表面には光を反射させるアルミ層が形成されている。そして、透明電極が形成されたガラス基板との間に介在する液晶層を電気的に駆動して映像を表示させることができる。不図示の駆動回路から入力される映像信号のレベルに基づいて空間光変調素子６の各画素に設けられた電極への電圧の印加を制御することにより、映像信号のレベルに応じて空間光変調素子６の各電極に電圧が印加されると、液晶層の液晶分子の配列が変化してこの液晶層が位相板の役目を果たすようになる。その結果、電圧印加状態に応じた映像パターンが空間光変調素子６に形成され、空間光変調が行われる。すなわち、空間光変調素子６のガラス基板側から入射したＰ偏光成分の光は、シリコン基板側の反射面（アルミ層）で反射されて再びガラス基板から射出されるが、その間に白画素部に入射したＰ偏光成分の光は偏光方向が９０°回転されてＳ偏光成分の光に変調（偏光変換）される。一方、黒画素部に入射したＰ偏光成分の光は偏光状態が変化せず、Ｐ偏光成分のまま射出される。なお、空間光変調素子６は、カラーフィルタを備えたカラー表示のＬＣＯＳを用いることで、カラー画像の表示が可能になる。
【００２４】
そして、この空間光変調素子６で反射して射出した光は、再び偏光ビームスプリッタ５に入射する。ここで、空間光変調素子６の黒画素部を透過したＰ偏光成分の光のほとんどは、偏光分離面５ａを透過して光源１側へと戻る。一方、空間光変調素子６の白画素部で変調されて射出されたＳ偏光成分の光は偏光分離面５ａで反射した後この偏光ビームスプリッタ５から射出され、投射レンズ群７により不図示のスクリーンに投射される。その結果、空間光変調素子６に表示された画像の拡大画像がスクリーン上に投射される。
【００２５】
なお、空間光変調素子６は、Ｓ偏光成分の光で照明して白画素部で空間光変調されたＰ偏光成分の光を投射レンズ群７で投射するように構成することも可能である。このような構成の場合、偏光ビームスプリッタ５に対して、空間光変調素子６は、照明光が偏光分離面５ａで反射して射出する面側に配置され、また、投射レンズ群７は、この空間光変調素子６で反射された光が偏光分離面５ａを透過して射出される面側に配置される（後述する実施例の構成がこの配置である）。
【００２６】
このようなプロジェクタ装置１０に用いられる照明光学系１１において、マイクロレンズアレイ３の単位レンズの各々から出射した照明光を空間光変調素子６に照射する重畳光学系４は、光源１側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる３つのレンズ群で構成されている。この重畳光学系４を、正の屈折力を有する１つのレンズ群で構成すると、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法が重畳光学系４の焦点距離のおよそ２倍になってしまう。そのため照明光学系１１のサイズが大きくなってしまう。また、この重畳光学系４を、正の屈折力を有する２つのレンズ群で構成すると、１群構成のときよりはサイズが小さくなるが、小型化という観点では不十分である。さらに、重畳光学系４を４つ以上のレンズ群で構成すると、レンズ枚数が増えてしまい、これらのレンズの厚みにより、寸法の縮小効果が薄れてしまう。さらにレンズ群が増えることによりコストも増加する。以上より、マイクロレンズアレイ３から照明領域までの寸法を小さくするためには、重畳光学系４を３つのレンズ群で構成することが望ましい。さらには、上述のように第１レンズ群Ｇ１の屈折力を正、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を負、第３レンズ群Ｇ３の屈折力を正とすることが望ましい。
【００２７】
なお、この重畳光学系４の構成により、空間光変調素子６としてＬＣＯＳを用いる場合だけでなく、透過型のＬＣＤや反射型のＤＭＤを用いた場合でも、サイズ縮小の効果がある。
【００２８】
ここで、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくするためには、重畳光学系４を構成する第１レンズ群Ｇ１を通過する光束の最大径をφ１とし、第２レンズ群Ｇ２を通過する光束の最大径をφ２とし、第３レンズ群Ｇ３を通過する光束の最大径をφ３としたとき、照明光学系１１が、次に示す条件式（１）を満足することが望ましい。
【００２９】
φ２ ＜ φ１ ＜ φ３ （１）
【００３０】
図２に示すように、条件式（１）を満足している重畳光学系４に対して、φ１≧φ３（第１レンズ群Ｇ１を通過する光束の最大径が第３レンズ群Ｇ３を通過する光束の最大径以上になる）となる重畳光学系４′では、マイクロレンズアレイ３の射出面３ａから重畳光学系４′の第１面（最も光源１側の面）までの光軸上の距離Ｄが増大してしまう。図２の場合、重畳光学系４，４′の全長はほぼ同じであることから、距離Ｄが増大する分だけ照明光学系１１が大きくなってしまう。
【００３１】
さらには、マイクレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくするために、照明光学系１１は、次の条件式（２）を満足することが望ましい。この条件式（２）を満足しない場合、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法が大きくなってしまうおそれがある。
【００３２】
１ ＜ φ１／φ２ ＜ １．３
１ ＜ φ３／φ１ ＜ １．４ （２）
０．６ ＜ φ２／φ３ ＜ ０．８
【００３３】
ところで、この照明光学系１１により照明される照明領域に配置されるＬＣＯＳ等の空間光変調素子６の形状は矩形である。そのため、照明領域を矩形にすることで、最も効率良く空間光変調素子６を照明することができる。このとき、照明領域の対角長をφＡとし、マイクロレンズアレイ３を射出する光束径をφＭＬとしたとき、照明光学系１１は、次に示す条件式（３）を満足することが望ましい。
【００３４】
１ ＜ φＭＬ／φＡ ＜ １．４ （３）
【００３５】
マイクロレンズアレイ３を射出する光束径と照明領域の対角長との比が、この条件式（３）の上限値以上になると、少なくとも重畳光学系４を構成する第１レンズ群Ｇ１のサイズが大型化してしまい、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法も大きくなってしまう。反対に、マイクロレンズアレイ３を射出する光束径と照明領域の対角長との比が、この条件式（３）の下限値以下になると、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくすることはできるが、マイクロレンズアレイ３のサイズが小さくなることによる悪影響がある。すなわち、第１に、マイクロレンズアレイ３での光束のＮＡが増大するため、マイクロレンズアレイ３を構成する単位レンズの曲率半径が小さくなり、製造が困難になる。また、第２に、マイクロレンズアレイ３を射出する光束径の縮小に伴い、集光光学系２の光束径も小さくしなければならず、そのため、集光光学系２の屈折力（光学パワー）を強くするか、要素数を増やす必要があり、製造が難しくなるか、コストが増大してしまう。
【００３６】
また、マイクロレンズアレイ３の射出面から照明領域までの寸法を小さくするために、重畳光学系４は、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３（正のレンズ群）の屈折力（光学パワー）の平均値をＰｐとし、第２レンズ群Ｇ２（負のレンズ群）の屈折力（光学パワー）をＰｎとしたとき、次に示す条件式（４）を満足することが望ましい。
【００３７】
Ｐｐ／Ｐｎ ＜ −０．７５ （４）
【００３８】
重畳光学系４を構成する正のレンズ群と負のレンズ群の屈折力（光学パワー）の比が条件式（４）の範囲から外れると、この重畳光学系４において、正の屈折力に対して負の屈折力が小さくなるため、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３との距離が広がってしまい、結果として照明光学系１１のサイズが大きくなってしまう。
【００３９】
なお、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３は、それぞれ、複数の光学要素（レンズ）で構成しても良いし、１つの光学要素（レンズ）で構成しても良い。また、正の屈折力（光学パワー）を有する第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３は、これらのレンズ群を構成するレンズの少なくとも一つを、同じ形状のレンズで構成しても良い。さらに、材質も同じであれば、この第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３を製造するための金型も一つで済むので、製造コストの削減につながる。
【００４０】
なお、このプロジェクタ装置１０は、照明光学系１１と投射光学１２とを収納する図示しない筐体を有し、スクリーン等の被投射面は、この筐体の載置面と略平行になることが好ましい。
【実施例】
【００４１】
上述の照明光学系１１を構成する重量光学系４の実施例について図３を用いて説明する。この図３に示すプロジェクタ装置１００は、赤色光源１ｒ、青色光源１ｂ及び緑色光源１ｇを有し、これらの光源１ｒ，１ｂ，１ｇから放射される赤色光、青色光及び緑色光を重ね合わせて白色光を生成して空間光変調素子６に照射するように構成されている。これらの光源１ｒ，１ｂ，１ｇのそれぞれには、集光光学系２ｒ，２ｂ，２ｇが設けられている。また、このプロジェクタ装置１００は、赤色光と青色光とを重ね合わせるために第１のダイクロイックミラー８ａが設けられ、さらにこれらの光に緑色光を重ね合わせるために第２のダイクロイックミラー８ｂが設けられている。さらに、第１のダイクロイックミラー８ａと第２のダイクロイックミラー８ｂとの間には集光レンズ９が設けられている。その他の構成は、上述のプロジェクタ装置１０と同じである。
【００４２】
第１のダイクロイックミラー８ａは赤色光だけを透過するように構成されている。そのため、赤色光源１ｒから放射された赤色光は集光光学系２ｒで略平行光に変換されて第１のダイクロイックミラー８ａに入射し、この第１のダイクロイックミラー８ａを透過する。一方、青色光源１ｂから放射された青色光は、集光光学系２ｂで略平行光に変換されて第１のダイクロイックミラー８ａ入射し、この第１のダイクロイックミラー８ａで反射されて赤色光と重ね合わされる。
【００４３】
一方、第２のダイクロイックミラー８ｂは緑色光だけを透過するように構成されている。そのため、第１のダイクロイックミラー８ａから射出した赤色光及び青色光は集光レンズ９で集光されて第２のダイクロイックミラー８ｂに入射し、この第２のダイクロイックミラー８ｂで反射されてマイクロレンズアレイ３に導かれる。一方、緑色光源１ｇから放射された緑色光は、集光光学系２ｇで略平行光に変換されて第２のダイクロイックミラー８ｂに入射し、この第２のダイクロイックミラー８ｂを透過して赤色光及び青色光に重ね合わされてマイクロレンズアレイ３に導かれる。なお、緑色光源１ｇから放射される緑色光に比べて、赤色光源１ｒ及び青色光源１ｂから放射される赤色光及び青色光の方が光路が長くなるため、明るさのロスを防ぐために、集光レンズ９が設けられている。このようにして重ね合わされた赤色光、青色光及び緑色光（照明光）が空間光変調素子６に照射され、この空間光変調素子６に表示された画像が投射される構成は、上述のプロジェクタ装置１０と同じである。なお、赤色光源１ｒ、青色光源１ｂ及び緑色光源１ｇの配置は、この図３に示す構成に限定されることはない。
【００４４】
このように、本実施例に係るプロジェクタ装置１００では、集光光学系２ｒ，２ｂ，２ｇとマイクロレンズアレイ３との間に２つのダイクロイックミラー８ａ，８ｂが配置されている。このダイクロイックミラーの分光特性は入射する光線の入射角度に依存して変化する。そのため、赤色光、青色光及び緑色光のような複数の波長の異なる光源光を合成する光学系において、マイクロレンズアレイ３と照明領域（空間光変調素子６）との間にダイクロイックミラーを配置すると、照明領域にダイクロイックミラーの角度依存性に起因する照明ムラが発生する可能性がある。また、波長毎に角度依存性が異なるため色ムラが発生する可能性もある。一方、本実施例のように、集光光学系２ｒ，２ｂ，２ｇとマイクロレンズアレイ３との間にダイクロイックミラー８ａ，８ｂを配置した光学系の場合、各色光はダイクロイックミラー８ａ，８ｂの角度依存性の影響を受けることになるが、その後にマイクロレンズアレイ３に入射し、分割・重畳されるため、照明領域にはダイクロイックミラー８ａ，８ｂに起因する照明ムラや色ムラが発生することはない。
【００４５】
ここで、このプロジェクタ装置１００において照明光学系１１を構成する重畳光学系４は、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、それぞれのレンズ群が１枚の非球面レンズで構成されている（球面レンズで構成することも可能である）。なお、このプロジェクタ装置１００においては、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は同じ形状、同じ材質のレンズで構成した場合について示している。
【００４６】
このような構成の重畳光学系４の諸元を以下の表１に示す。この表１において、第１欄ｍは光源側からの各光学面の番号を、第２欄ｒは各光学面の曲率半径（非球面の場合は基準球面の曲率半径）を、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄ｎｅはｅ線に対する屈折率を、そして、第５欄φは各光学面を通過する光束の最大径をそれぞれ示している。ここで、第０面はマイクロレンズアレイ３の射出面を示し、第７面は照明領域（空間光変調素子６の反射面）を示している。また、空気の屈折率は省略してある。さらに、曲率半径∞は平面を表している。また、面番号は図３の重畳光学系４に示した番号０〜７に対応している。なお、以下の諸元において掲載される曲率半径や面間隔その他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることができる。
【００４７】
ｍ ｒ ｄ ｎｅ φ
0 ∞ 0.50 12.00（φＭＬ）
1 12.2189 4.20 1.5273 12.76（φ１）
2 -78.3716 3.00 12.53
3 16.8239 1.20 1.5855 11.09（φ２）
4 7.0000 12.72 9.98
5 78.3716 4.20 1.5273 14.89（φ３）
6 -12.2189 10.43 14.85
7 ∞ 0 9.43（φＡ）
条件対応値
（１）φ２＝11.09＜φ１＝12.76＜φ３＝14.89
（２）φ１／φ２＝1.15
φ３／φ１＝1.17
φ２／φ３＝0.74
（３）φＭＬ／φＡ＝1.27
（４）Ｐｐ／Ｐｎ＝-1.05
【００４８】
以上のように、この実施例に示すプロジェクタ装置１００に用いられている照明光学系１１及び重畳光学系４では、条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。
【符号の説明】
【００４９】
１（１ｒ，１ｂ，１ｇ） 光源 ２ 集光光学系 ３ マイクロレンズアレイ
４ 重畳光学系 ５ 偏光ビームスプリッタ ６ 空間光変調素子
７ 投射レンズ群
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側から順に、
前記光源からの光を集光する集光光学系と、
２次元的に配置された複数の単位レンズを有し、各々の前記単位レンズから前記光を射出するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの前記単位レンズの各々から射出した前記光を重ね合わせて所定の照明領域に照射する重畳光学系と、を有し、
前記重畳光学系は、前記光源側から順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、を有し、
前記第１レンズ群を通過する光束の最大径をφ１とし、前記第２レンズ群を通過する光束の最大径をφ２とし、前記第３レンズ群を通過する光束の最大径をφ３としたとき、次式
φ２ ＜ φ１ ＜ φ３
の条件を満足することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
次式
１ ＜ φ１／φ２ ＜ １．３
１ ＜ φ３／φ１ ＜ １．４
０．６ ＜ φ２／φ３ ＜ ０．８
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記照明領域は矩形であり、
前記マイクロレンズアレイを射出する光束の最大径をφＭＬとし、前記照明領域の対角長をφＡとしたとき、次式
１ ＜ φＭＬ／φＡ ＜ １．４
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群の屈折力の平均値をＰｐとし、前記第２レンズ群の屈折力をＰｎとしたとき、次式
Ｐｐ／Ｐｎ ＜ −０．７５
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記重畳光学系は、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ形状であることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記重畳光学系は、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ材質であることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記集光光学系と前記マイクロレンズアレイとの間に、ダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記重畳光学系と前記照明領域との間に偏光ビームスプリッタが配置されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項９】
光源と、
前記光源から放射された光を前記照明領域に照射する請求項１〜８いずれか一項に記載の照明光学系と、
前記照明領域に配置された空間光変調素子と、
前記空間光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項１０】
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ装置。
【請求項１１】
前記照明光学系と前記投射光学とを収納する筐体を有し、
前記被投射面は、前記筐体の載置面と略平行になることを特徴とする請求項９または１０に記載のプロジェクタ装置。
【請求項１】
光源側から順に、
前記光源からの光を集光する集光光学系と、
２次元的に配置された複数の単位レンズを有し、各々の前記単位レンズから前記光を射出するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの前記単位レンズの各々から射出した前記光を重ね合わせて所定の照明領域に照射する重畳光学系と、を有し、
前記重畳光学系は、前記光源側から順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、を有し、
前記第１レンズ群を通過する光束の最大径をφ１とし、前記第２レンズ群を通過する光束の最大径をφ２とし、前記第３レンズ群を通過する光束の最大径をφ３としたとき、次式
φ２ ＜ φ１ ＜ φ３
の条件を満足することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
次式
１ ＜ φ１／φ２ ＜ １．３
１ ＜ φ３／φ１ ＜ １．４
０．６ ＜ φ２／φ３ ＜ ０．８
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記照明領域は矩形であり、
前記マイクロレンズアレイを射出する光束の最大径をφＭＬとし、前記照明領域の対角長をφＡとしたとき、次式
１ ＜ φＭＬ／φＡ ＜ １．４
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群の屈折力の平均値をＰｐとし、前記第２レンズ群の屈折力をＰｎとしたとき、次式
Ｐｐ／Ｐｎ ＜ −０．７５
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記重畳光学系は、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ形状であることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記重畳光学系は、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群を構成する光学要素の少なくとも一つが、同じ材質であることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記集光光学系と前記マイクロレンズアレイとの間に、ダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記重畳光学系と前記照明領域との間に偏光ビームスプリッタが配置されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項９】
光源と、
前記光源から放射された光を前記照明領域に照射する請求項１〜８いずれか一項に記載の照明光学系と、
前記照明領域に配置された空間光変調素子と、
前記空間光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項１０】
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ装置。
【請求項１１】
前記照明光学系と前記投射光学とを収納する筐体を有し、
前記被投射面は、前記筐体の載置面と略平行になることを特徴とする請求項９または１０に記載のプロジェクタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２４８０５３（Ｐ２０１１−２４８０５３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０５０７（Ｐ２０１０−１２０５０７）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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