照明装置、投影型表示装置、直視型表示装置
【課題】光利用効率が改善された小型の照明装置ならびにそれを備えた投影型表示装置および直視型表示装置を提供する。
【解決手段】照明光学系１Ａの光源１０Ａとして、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子１１が用いられている。カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1，ｆCL2，ｆCL3と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとは、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０の１セルのサイズを超えない大きさとなるように設定されている。
【解決手段】照明光学系１Ａの光源１０Ａとして、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子１１が用いられている。カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1，ｆCL2，ｆCL3と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとは、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０の１セルのサイズを超えない大きさとなるように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子を用いた照明装置、ならびにそれを備えた投影型表示装置および直視型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オフィスだけでなく、家庭でも、スクリーンに映像を投影するプロジェクタが広く利用されている。プロジェクタは、光源からの光をライトバルブで変調することにより画像光を生成し、スクリーンに投射して表示を行うものである。最近では、手のひらサイズの超小型プロジェクタや、超小型プロジェクタ内蔵の携帯電話機などが普及し始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３４３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プロジェクタに用いられる光源としては、高輝度の放電ランプが主流である。しかし、放電ランプでは、サイズが比較的大きく、消費電力も大きいことから、放電ランプに代わる光源として、近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）などの固体発光素子が注目されている。これらの固体発光素子は、サイズや消費電力だけでなく、高信頼性という点でも、放電ランプよりも有利である。
【０００５】
プロジェクタの光源として上述の固体発光素子を用いる場合には、プロジェクタに含まれる他の主要部品も小型化して、プロジェクタ自体をさらに小型化することが考えられる。しかし、プロジェクタに含まれる他の主要部品を小型化すると、光の利用効率が低下し易い。そのため、例えば、上述の固体発光素子の数を増やすなどして光源の光量を増やしたとしても、光の利用効率低下によって所望の輝度が得られないという問題が生じる場合がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、光利用効率が改善された小型の照明装置を提供することにある。また、第２の目的は、そのような小型の照明装置を用いた投影型表示装置および直視型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の照明装置は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータとを備えたものである。インテグレータは、指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとにより構成されている。第１のフライアイレンズの各セルによって第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている。
【０００８】
本発明の投射型表示装置は、照明光学系と、入力された映像信号に基づいて照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系とを備えたものである。この投射型表示装置に搭載された照明光学系は、上記の照明装置と同一の構成要素を有している。
【０００９】
本発明の直視型表示装置は、照明光学系と、入力された映像信号に基づいて照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンとを備えたものである。この直視型表示装置に搭載された照明光学系は、上記の照明装置と同一の構成要素を有している。
【００１０】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置では、第１のフライアイレンズの各セルによって第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている。これにより、第２のフライアイレンズに入射した光が効率良く照明範囲にまで到達する。
【００１１】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、固体発光素子が、所定の波長帯の光を発する単一のチップ、または同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップからなる場合に、指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が以下の関係式を満たすことが好ましい。
ｈ＝Ｐ×ｍ≦ｈFEL2
ｈ：前記光源像のサイズ
Ｐ：光射出領域のサイズ（固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットのサイズに等しく、固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いのサイズに等しい）
ｍ：指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率
ｈFEL2：第２のフライアイレンズの１セルのサイズ
【００１２】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子が、固体発光素子側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するようになっている場合に、指向角変換素子の焦点距離と、第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが以下の関係式を満たすことが好ましい。このとき、第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有している場合には、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離と、第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが設定されていることが好ましい。
ｈ＝Ｐ×（ｆFEL／ｆCL）≦ｈFEL2
ｆFEL：第１および第２のフライアイレンズの焦点距離
ｆCL：指向角変換素子の焦点距離
【００１３】
また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子に入射する光のビームサイズが指向角変換素子のサイズを超えない大きさとなるように、指向角変換素子の焦点距離および開口数が設定されていることが好ましい。この場合に、指向角変換素子の焦点距離および開口数が以下の関係式を満たすことが好ましい。このとき、指向角変換素子が１以外の縦横比を有している場合には、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離および開口数が設定されていることが好ましい。
φCL＝２×ｆCL×ＮＡ≦ｈCL
φCL：指向角変換素子に入射する光のビームサイズ
ＮＡ：指向角変換素子の開口数
ｈCL：指向角変換素子のサイズ
【００１４】
また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、複数の光源と、複数の指向角変換素子とが設けられている場合に、各光源が固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、各指向角変換素子がパッケージごとに１つずつ配置されていてもよい。この場合に、照明装置は、各指向角変換素子を透過した光を合成する光路合成素子をさらに備えていることが好ましい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、複数の光源と、１つの指向角変換素子とが設けられている場合に、各光源が固体発光素子を内蔵したパッケージとなっていてもよい。この場合に、照明装置は、各固体発光素子から射出された光を合成する光路合成素子をさらに備えていることが好ましい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、１つの光源と、１つの指向角変換素子とが設けられている場合に、光源が固体発光素子を内蔵したパッケージとなっていてもよい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、チップが、発光ダイオード、有機ＥＬ発光素子、またはレーザダイオードで構成されていてもよい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子の縦横の拡大率の比と、第１および第２のフライアイレンズの各セルの縦横比とが、互いに等しくなっていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置によれば、１つの光源像が複数のセルにまたがって形成されることがないようにしたので、照明装置における光利用効率を改善することができる。
【００１６】
また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離と、第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とを設定するようにした場合には、照明装置における光利用効率をさらに改善することができる。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子が１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離および開口数を設定するようにした場合には、照明装置における光利用効率をさらに改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図２】図１のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図３】図１の光源の上面構成および断面構成の一例を示す図である。
【図４】図１の光源の上面構成および断面構成の他の例を示す図である。
【図５】図１の光源の上面構成および断面構成のその他の例を示す図である。
【図６】図１の光源の発光スポットの一例を示す図である。
【図７】図１のフライアイレンズの概略構成を表す図である。
【図８】図１の照明範囲のサイズについて説明するための模式図である。
【図９】図１のプロジェクタにおいて、後段のフライアイレンズに現れる光源像の一例を表す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図１１】図１０のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図１３】図１２のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図１５】図１４の偏光分離素子の断面構成の一例を示す図である。
【図１６】図１４の位相差板アレイの上面構成の一例を示す図である。
【図１７】図１４のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図１８】図１４のプロジェクタにおいて、後段のフライアイレンズに現れる光源像の一例を表す模式図である。
【図１９】第１ないし第３の実施の形態の実施例における設計値を示す図である。
【図２０】第４の実施の形態の実施例における設計値を示す図である。
【図２１】（Ａ）図１の光源の一変形例の断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２１（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２２】（Ａ）図２１（Ａ）の光源の断面構成の他の例を示す図である。（Ｂ）図２２（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２３】（Ａ）図２１（Ａ）の光源の断面構成のその他の例を示す図である。（Ｂ）図２３（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２４】（Ａ）図２１の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２４（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２５】（Ａ）図２２の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２５（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２６】（Ａ）図２３の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２６（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２７】上記実施の形態の照明光学系を用いたリアプロジェクション表示装置の概略構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（図１〜図９）
各光源の光をカップリングレンズで平行光化したのちに合成する例
２．第２の実施の形態（図１０、図１１）
各光源の光を合成した後にカップリングレンズで平行光化する例
３．第３の実施の形態（図１２、図１３）
単一のパッケージから各波長帯の光を射出させ、光路の合成を不要とした例
４．第４の実施の形態（図１４〜図１８）
偏光分離素子および位相差板アレイを設けた例
５．実施例（図１９、図２０）
６．変形例（図２１〜図２７）
【００１９】
＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタ１の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ１が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１（Ａ）はプロジェクタ１を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１（Ｂ）はプロジェクタ１を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。図２（Ａ），（Ｂ）は、図１のプロジェクタ１内の光路の一例を表すものである。図２（Ａ）は、プロジェクタ１を上から（ｙ軸方向から）見たときの光路の一例を表し、図２（Ｂ）はプロジェクタ１を横から（ｘ軸方向から）見たときの光路の一例を表す。
【００２０】
典型的には、ｙ軸は垂直方向を向き、ｘ軸は水平方向を向いているが、その逆に、ｙ軸が水平方向を向き、ｘ軸が垂直方向を向いていてもよい。なお、以下では、便宜的に、ｙ軸は垂直方向を向き、ｘ軸は水平方向を向いているものとして説明するものとする。また、以下において、「横方向」とはｘ軸方向を指しており、「縦方向」とはｙ軸方向を指しているものとする。
【００２１】
プロジェクタ１は、例えば、照明光学系１Ａと、入力された映像信号に基づいて照明光学系１Ａからの光を変調することにより画像光を生成する空間変調素子６０と、空間変調素子６０で生成された画像光を反射型のスクリーン２に投射する投影光学系７０とを備えたものである。なお、照明光学系１Ａが本発明の「照明装置」の一具体例に相当する。
【００２２】
照明光学系１Ａは、空間変調素子６０の照明範囲６０Ａ（被照射面）を照射する光束を供給するものである。なお、必要に応じて、照明光学系１Ａの光が通過する領域上に、何らかの光学素子が設けられていてもよい。例えば、照明光学系１Ａの光が通過する領域上に、照明光学系１Ａからの光のうち可視光以外の光を減光するフィルタなどが設けられていてもよい。
【００２３】
照明光学系１Ａは、例えば、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、カップリングレンズ（指向角変換素子）２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、光路合成素子３０と、インテグレータ４０と、コンデンサレンズ５０とを有している。光路合成素子３０は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの光を合成するものであり、例えば、２つのダイクロイックミラー３０Ａ，３０Ｂからなる。インテグレータ４０は、照明範囲６０Ａにおける光の照度分布を均一化するものであり、例えば、一対のフライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂからなる。光源１０Ａの光軸上には、カップリングレンズ２０Ａと、光路合成素子３０と、インテグレータ４０と、コンデンサレンズ５０とが光源１０Ａ側からこの順に配列されている。光源１０Ｂの光軸は、光源１０Ａの光軸とダイクロイックミラー３０Ａにおいて直交しており、光源１０Ｂの光軸上には、カップリングレンズ２０Ｂおよびダイクロイックミラー３０Ａが光源１０Ｂ側からこの順に配列されている。光源１０Ｃの光軸は、光源１０Ａの光軸とダイクロイックミラー３０Ｂにおいて直交しており、光源１０Ｃの光軸上には、カップリングレンズ２０Ｃおよびダイクロイックミラー３０Ｂが光源１０Ｃ側からこの順に配列されている。
【００２４】
なお、図１（Ａ），（Ｂ）では、プロジェクタ１の各構成要素（光源１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ｂ，２０Ｃを除く）がｚ軸と平行な線分上に配列されている場合が例示されているが、プロジェクタ１の各構成要素の一部がｚ軸と非平行な線分上に配列されていてもよい。例えば、図示しないが、照明光学系１Ａ全体を図１（Ａ），（Ｂ）の状態から９０°回転させて照明光学系１Ａの光軸がｚ軸と直交する方向を向くように照明光学系１Ａがレイアウトされていてもよい。ただし、このようにした場合には、照明光学系１Ａから出力された光を空間変調素子６０に導く光学素子（例えばミラー）を設けることが必要である。また、例えば、光源１０Ａ、カップリングレンズ２０Ａおよび光路合成素子３０を図１（Ａ），（Ｂ）の状態から９０°回転させて、これらの光軸をｚ軸と直交する方向を向くように光源１０Ａ、カップリングレンズ２０Ａおよび光路合成素子３０がレイアウトされていてもよい。ただし、このようにした場合にも、光路合成素子３０から出力された光をインテグレータ４０に導く光学素子（例えばミラー）を設けることが必要である。
【００２５】
光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）〜図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、固体発光素子１１と、固体発光素子１１を支持するとともに覆うパッケージ１２とを有している。固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するようになっている。固体発光素子１１は、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、所定の波長帯の光を発する単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向に一列に配置されていたり、例えば、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向および縦方向に格子状に配置されていたりする。固体発光素子１１に含まれるチップ１１の数は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃごとに異なっていてもよいし、全ての光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで互いに等しくなっていてもよい。
【００２６】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、例えば、図３（Ａ）に示したように、単一のチップ１１Ａのサイズ（ＷV1×ＷH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズは、例えば、図４（Ａ），図５（Ａ）に示したように、全てのチップ１１Ａをひとまとまりとしたときのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図４（Ａ）の例では、ＷV1×２ＷH1となる。また、複数のチップ１１Ａが、横方向および縦方向に格子状に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図５（Ａ）の例では、２ＷV1×２ＷH1となる。
【００２７】
チップ１１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＯＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＯＬＥＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＯＬＥＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成されていてもよい。
【００２８】
各光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに含まれるチップ１１Ａは、例えば、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃごとに互いに異なる波長帯の光を発するようになっている。光源１０Ａに含まれるチップ１１Ａは、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するものである。光源１０Ｂに含まれるチップ１１Ａは、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するものである。光源１０Ｃに含まれるチップ１１Ａは、例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するものである。なお、光源１０Ａに含まれるチップ１１Ａが、青色光以外の光（緑色光または赤色光）を発するものであってもよい。また、光源１０Ｂに含まれるチップ１１Ａが、緑色光以外の光（青色光または赤色光）を発するものであってもよい。また、光源１０Ｃに含まれるチップ１１Ａが、赤色光以外の光（緑色光または青色光）を発するものであってもよい。
【００２９】
チップ１１Ａは、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、チップ１１Ａサイズ（ＷV×ＷH）よりも小さなサイズ（ＰV1×ＰH1）の発光スポット１１Ｂを有している。発光スポット１１Ｂは、チップ１１Ａに電流を注入してチップ１１Ａを駆動したときにチップ１１Ａから光が発せられる領域（光射出領域）に相当する。チップ１１ＡがＬＥＤまたはＯＬＥＤからなる場合には、発光スポット１１Ｂは非点状（面状）となっているが、チップ１１ＡがＬＤからなる場合には、発光スポット１１ＢはＬＥＤまたはＯＬＥＤの発光スポット１１Ｂよりも小さな点状となっている。
【００３０】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図６（Ａ）に示したように１つである。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図６（Ｂ），（Ｃ）に示したようにチップ１１Ａの数と等しい。ここで、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、発光スポット１１Ｂのサイズ（ＰV1×ＰH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図６（Ｂ）の例では、ＰV1×２ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。また、複数のチップ１１Ａが、横方向および縦方向に格子状に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図６（Ｃ）の例では、２ＰV1×２ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。
【００３１】
カップリングレンズ２０Ａは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ａから発せられた光を略平行光化するものであり、光源１０Ａから発せられた光の指向角（θH，θV）を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。カップリングレンズ２０Ａは、光源１０Ａから発せられた光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。カップリングレンズ２０Ｂは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ｂから発せられた光を略平行光化するものであり、光源１０Ｂから発せられた光の指向角（θH，θV）を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。カップリングレンズ２０Ｂは、光源１０Ｂから発せられた光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。カップリングレンズ２０Ｃは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ｃから発せられた光を略平行光化するものであり、光源１０Ｃから発せられた光の指向角（θH，θV）を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。カップリングレンズ２０Ｃは、光源１０Ｃから発せられた光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。つまり、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃごとに（パッケージごとに）１つずつ配置されている。なお、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、それぞれ、単一のレンズによって構成されていてもよいし、複数のレンズによって構成されていてもよい。
【００３２】
ダイクロイックミラー３０Ａ，３０Ｂは、波長選択性を持つ１枚のミラーを含むものである。なお、上記のミラーは、例えば、多層の干渉膜を蒸着して構成されたものである。ダイクロイックミラー３０Ａは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、ミラーの裏面側から入射した光（光源１０Ａ側から入射した光）をミラーの表面側に透過させるとともに、ミラーの表面側から入射した光（光源１０Ｂ側から入射した光）をミラーで反射するようになっている。一方、ダイクロイックミラー３０Ｂは、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、ミラーの裏面側から入射した光（ダイクロイックミラー３０Ａ側から入射した光源１０Ａ，１０Ｂの光）をミラーの表面側に透過させるとともに、ミラーの表面側から入射した光（光源１０Ｃ側から入射した光）をミラーで反射するようになっている。従って、光路合成素子３０は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから発せられた個々の光束を単一の光束に合成するようになっている。
【００３３】
フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ、所定の配列状態（ここでは、縦×横＝４×３のマトリクス状）に配置された複数のレンズ（セル）によって構成されたものである。フライアイレンズ４０Ｂに含まれる複数のセル４２は、フライアイレンズ４０Ａのセル４１ごとに１つずつ対向して配置されている。フライアイレンズ４０Ａは、フライアイレンズ４０Ｂの焦点位置（または略焦点位置）に配置されており、フライアイレンズ４０Ｂは、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置（または略焦点位置）に配置されている。従って、インテグレータ４０は、フライアイレンズ４０Ａで分割形成された光束がフライアイレンズ４０Ｂの像側のレンズ面近傍に焦点を結び、ここに２次光源面（光源像）を形成するようになっている。この２次光源面は投影光学系７０の入射瞳と共役な面の位置に位置している。ただし、この２次光源面は、必ずしも厳密に投影光学系７０の入射瞳と共役な面の位置に位置している必要はなく、設計上の許容範囲内に位置していればよい。フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂは、一体に形成されたものであってもよい。
【００３４】
一般に光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから射出された光束は、その進行方向に垂直な面において不均一な強度分布をもっている。そのため、これら光束をそのまま照明範囲６０Ａ（被照射面）に導くと、照明範囲６０Ａでの照度分布が不均一になるが、上記のように光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから射出された光束をインテグレータ４０によって複数の光束に分割してそれぞれを照明範囲６０Ａに重畳的に導くようにすれば、照明範囲６０Ａ上の照度分布を均一にすることができる。
【００３５】
コンデンサレンズ５０は、インテグレータ４０により形成された多光源からの光束を集光して照明範囲６０Ａを重畳的に照明するものである。空間変調素子６０は、光源１０，１０Ｂ，１０Ｃの各波長成分に対応した色画像信号に基づいて、照明光学系１Ａからの光束を２次元的に変調し、これにより画像光を生成するものである。空間変調素子６０は、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、透過型の素子であり、例えば、透過型の液晶パネルによって構成されている。なお、図示しないが、空間変調素子６０が反射型の素子、例えば、反射型の液晶パネルもしくはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成されていてもよい。ただし、その場合には、空間変調素子６０で反射された光が投影光学系７０に入射するようになっていることが必要である。
【００３６】
次に、本実施の形態のプロジェクタ１の特徴部分について説明する。
【００３７】
（特徴部分その１）
本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離と、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離とが設定されている。これを式で表すと、以下のようになる。また、これを模式的に表すと、図９のようになる。図９には、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合が例示されている。なお、図９については後に詳述する。
ｈ1＝Ｐ1×（ｆFEL／ｆCL1）≦ｈFEL2…（１）
ｈ2＝Ｐ2×（ｆFEL／ｆCL2）≦ｈFEL2…（２）
ｈ3＝Ｐ3×（ｆFEL／ｆCL3）≦ｈFEL2…（３）
ｈ1：光源１０Ａの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ1）のサイズ
ｈ2：光源１０Ｂの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ2）のサイズ
ｈ3：光源１０Ｃの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ3）のサイズ
Ｐ1：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１の光射出領域のサイズ
Ｐ2：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１の光射出領域のサイズ
Ｐ3：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１の光射出領域のサイズ
ｆFEL：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離
ｆCL1：カップリングレンズ２０Ａの焦点距離
ｆCL2：カップリングレンズ２０Ｂの焦点距離
ｆCL3：カップリングレンズ２０Ｃの焦点距離
ｈFEL2：フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズ
【００３８】
なお、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1は、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂのサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2は、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂのサイズに等しく、光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3は、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂのサイズに等しい。光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。また、カップリングレンズ２０Ａが複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL1は、各レンズの合成焦点距離とする。同様に、カップリングレンズ２０Ｂが複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL2は、各レンズの合成焦点距離とする。カップリングレンズ２０Ｃが複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL3は、各レンズの合成焦点距離とする。
【００３９】
上記の式（１）〜（３）とおおよそ等価な式として、以下の式（４）〜（６）を挙げることができる。式（４）〜（６）は、固体発光素子１１の光射出領域のサイズが固体発光素子１１のサイズと概ね等しい場合に特に有益である。
ｈ1＝Ｗ1×（ｆFEL／ｆCL1）≦ｈFEL2…（４）
ｈ2＝Ｗ2×（ｆFEL／ｆCL2）≦ｈFEL2…（５）
ｈ3＝Ｗ3×（ｆFEL／ｆCL3）≦ｈFEL2…（６）
Ｗ1：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１のサイズ
Ｗ2：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１のサイズ
Ｗ3：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１のサイズ
【００４０】
なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗは、そのチップ１１Ａのサイズに等しい。また、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗは、全てのチップ１１Ａを単一のチップとしてみたときの、そのチップのサイズに等しい。
【００４１】
ところで、本実施の形態において、例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セル４１，４２が１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離と、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離とが以下の６つの関係式を満たしていることが好ましい。さらに、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの縦横の焦点距離の比（ｆCL1H／ｆCL1V，ｆCL2H／ｆCL2V，ｆCL3H／ｆCL3V）（アナモフィック比）と、フライアイレンズ４０Ｂの各セル４２のサイズの縦横比の逆数（ｈFEL2V／ｈFEL2H）とを互いに等しくし、照明光学系１Ａをアナモフィック光学系とすることがより好ましい。例えば、フライアイレンズ４０Ｂの各セル４２が第１の方向（例えば横方向）に長い形状となっている場合には、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとして、焦点距離ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vが焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3Hよりも長いものを用いる。以下の式（７）〜（１２）を模式的に表すと、図９のようになる。
ｈ1H＝Ｐ1H×（ｆFELH／ｆCL1H）≦ｈFEL2H…（７）
ｈ2H＝Ｐ2H×（ｆFELH／ｆCL2H）≦ｈFEL2H…（８）
ｈ3H＝Ｐ3H×（ｆFELH／ｆCL3H）≦ｈFEL2H…（９）
ｈ1V＝Ｐ1V×（ｆFELV／ｆCL1V）≦ｈFEL2V…（１０）
ｈ2V＝Ｐ2V×（ｆFELV／ｆCL2V）≦ｈFEL2V…（１１）
ｈ3V＝Ｐ3V×（ｆFELV／ｆCL3V）≦ｈFEL2V…（１２）
ｈ1H：光源１０Ａの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ1）の第１の方向（例えば横方向）のサイズ
ｈ2H：光源１０Ｂの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ2）の第１の方向（例えば横方向）のサイズ
ｈ3H：光源１０Ｃの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ3）の第１の方向（例えば横方向）のサイズ
ｈ1V：光源１０Ａの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ1）の、第１の方向と直交する第２の方向（例えば縦方向）のサイズ
ｈ2V：光源１０Ｂの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ2）の、第１の方向と直交する第２の方向（例えば縦方向）のサイズ
ｈ3V：光源１０Ｃの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ3）の、第１の方向と直交する第２の方向（例えば縦方向）のサイズ
Ｐ1H：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ2H：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ3H：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ1V：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ2V：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ3V：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｆFELH：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの第１の方向の焦点距離
ｆFELV：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの第２の方向の焦点距離
ｆCL1H：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL1V：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｈFEL2H：フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２の第１の方向のサイズ
ｈFEL2V：フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２の第２の方向のサイズ
【００４２】
ここで、「第１の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸上に配置されている場合には第１の方向を指している。また、「第１の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸から外れた光路上に配置されている場合には、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからインテグレータ４０までの光路上に配置された光学素子のレイアウトの関係から第１の方向に対応する方向を指している。
【００４３】
また、「第２の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸上に配置されている場合には第２の方向を指している。また、「第２の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸から外れた光路上に配置されている場合には、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからインテグレータ４０までの光路上に配置された光学素子のレイアウトの関係から第２の方向に対応する方向を指している。
【００４４】
なお、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。また、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。一方、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Vは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Vは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Vは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。また、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Vは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Vは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Vは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。
【００４５】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セル４１，４２が１以外の縦横比を有している場合には、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１のサイズの縦横比と、照明範囲６０Ａの縦横比とが以下の関係式を満たしていることが好ましい。ここで、照明範囲６０Ａの縦横比Ｈ／Ｖは、空間変調素子６０の解像度と相関を有しており、例えば、空間変調素子６０の解像度がＶＧＡ（６４０×４８０）である場合には６４０／４８０となっており、例えば、空間変調素子６０の解像度がＷＶＧＡ（８００×４８０）である場合には８００／４８０となっている。
ｈFEL1H／ｈFEL1V＝Ｈ／Ｖ…（１３）
ｈFEL1H：フライアイレンズ４０Ａの１セルの第１の方向のサイズ
ｈFEL1V：フライアイレンズ４０Ａの１セルの第２の方向のサイズ
Ｈ：照明範囲６０Ａの第１の方向のサイズ
Ｖ：照明範囲６０Ａの第２の方向のサイズ
【００４６】
（特徴部分その２）
また、本実施の形態では、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに入射する光のビームサイズが２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離および開口数が設定されている。これを式で表すと、以下のようになる。
φCL1＝２×ｆCL1×ＮＡ1≦ｈCL1…（１４）
φCL2＝２×ｆCL2×ＮＡ2≦ｈCL2…（１５）
φCL3＝２×ｆCL3×ＮＡ3≦ｈCL3…（１６）
φCL1：カップリングレンズ２０Ａに入射する光のビームサイズ
φCL2：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光のビームサイズ
φCL3：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光のビームサイズ
ＮＡ1：カップリングレンズ２０Ａの開口数
ＮＡ2：カップリングレンズ２０Ｂの開口数
ＮＡ3：カップリングレンズ２０Ｃの開口数
ｈCL1：カップリングレンズ２０Ａのサイズ
ｈCL2：カップリングレンズ２０Ｂのサイズ
ｈCL3：カップリングレンズ２０Ｃのサイズ
【００４７】
ところで、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離および開口数が以下の２つの関係式を満たしていることが好ましい。
φCL1H＝２×ｆCL1H×ＮＡ1H≦ｈCL1H…（１７）
φCL2H＝２×ｆCL2H×ＮＡ2H≦ｈCL2H…（１８）
φCL3H＝２×ｆCL3H×ＮＡ3H≦ｈCL3H…（１９）
φCL1V＝２×ｆCL1V×ＮＡ1V≦ｈCL1V…（２０）
φCL2V＝２×ｆCL2V×ＮＡ2V≦ｈCL2V…（２１）
φCL3V＝２×ｆCL3V×ＮＡ3V≦ｈCL3V…（２２）
φCL1H：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL2H：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL3H：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL1V：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL2V：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL3V：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
ＮＡ1H：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ1V：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ｈCL1H：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL1V：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
【００４８】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ１の作用・効果について説明する。本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1，ｆCL2，ｆCL3と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。ここで、固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するものであり、例えば、１もしくは複数の発光ダイオード、１もしくは複数の有機ＥＬ発光素子、または１もしくは複数のレーザダイオードによって構成されている。そのため、フライアイレンズ４０Ｂがフライアイレンズ４０Ａの焦点位置に配置されている場合であっても、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓが点状ではなく、ある程度の大きさを持っている（図９参照）。しかし、本実施の形態では、１つの光源像Ｓが複数のセルにまたがって形成されることがないので、フライアイレンズ４０Ｂに入射した光が効率良く照明範囲にまで到達する。従って、照明光学系１Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００４９】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vおよび開口数ＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3H，ＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3Vを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの指向角がそれぞれ異なる場合に、それぞれの指向角を考慮して、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vおよび開口数ＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3H，ＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3Vをそれぞれ設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００５０】
＜２．第２の実施の形態＞
[構成]
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタ３の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ３が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１０（Ａ）はプロジェクタ３を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１０（Ｂ）はプロジェクタ３を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。図１１（Ａ），（Ｂ）は、図１０のプロジェクタ３内の光路の一例を表すものである。図１１（Ａ）は、プロジェクタ３を上から（ｙ軸方向から）見たときの光路の一例を表し、図１１（Ｂ）はプロジェクタ３を横から（ｘ軸方向から）見たときの光路の一例を表す。
【００５１】
プロジェクタ３は、照明光学系３Ａを備えている点で、照明光学系１Ａを備えたプロジェクタ１の構成と相違する。そこで、以下では、プロジェクタ１との相違点について主に説明、プロジェクタ１との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００５２】
照明光学系３Ａでは、照明光学系１Ａのカップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、ダイクロイックミラー３０Ａ，３０Ｂとが省略され、その代わりに、カップリングレンズ２０Ｄと、ダイクロイックミラー３０Ｃとが設けられている。ダイクロイックミラー３０Ｃは、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれの光軸が互いに交差する箇所に配置されている。カップリングレンズ２０Ｄは、ダイクロイックミラー３０Ｃの光射出側に配置されており、ダイクロイックミラー３０Ｃとインテグレータ４０との間に配置されている。
【００５３】
ダイクロイックミラー３０Ｃは、波長選択性を持つ２枚のミラーを含むものである。なお、上記のミラーは、例えば、多層の干渉膜を蒸着して構成されたものである。２枚のミラーは互いに直交して配置されており、ミラーの表面がダイクロイックミラー３０Ｃの光射出側を向くように配置されている。ダイクロイックミラー３０Ｃは、例えば、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、一方のミラー（以下、便宜的にミラーＡと称する）の裏面側から入射した光（光源１０Ａ，１０Ｂ側から入射した光）をミラーＡの表面側に透過させるとともに、ミラーＡの表面側から入射した光（光源１０Ｃ側から入射した光）をミラーＡで反射するようになっている。また、ダイクロイックミラー３０Ｃは、例えば、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、他方のミラー（以下、便宜的にミラーＢと称する）の裏面側から入射した光（光源１０Ａ，１０Ｃ側から入射した光）をミラーＢの表面側に透過させるとともに、ミラーＢの表面側から入射した光（光源１０Ｂ側から入射した光）をミラーＢで反射するようになっている。従って、光路合成素子３０は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから発せられた個々の光束を単一の光束に合成するようになっている。
【００５４】
カップリングレンズ２０Ｄは、例えば、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、ダイクロイックミラー３０Ｃ側から入射してきた光を略平行光化するものであり、ダイクロイックミラー３０Ｃ側から入射してきた光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。
【００５５】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ３の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。従って、上記第１の実施の形態と同様、照明光学系３Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００５６】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系３Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ｄが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vおよび開口数ＮＡ4H，ＮＡ4Vを設定するようにした場合には、照明光学系３Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態のｆCL1，ｆCL2，ｆCL3が、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4となる。同様に、第１の実施の形態のｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3Hが、カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離ｆCL4Hとなる。第１の実施の形態のｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vが、カップリングレンズ２０Ｄの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離ｆCL4Vとなる。第１の実施の形態のφCL1，φCL2，φCL3が、カップリングレンズ２０Ｄに入射する光のビームサイズφCL4となる。第１の実施の形態のＮＡ1，ＮＡ2，ＮＡ3，が、カップリングレンズ２０Ｄの開口数ＮＡ4となる。第１の実施の形態のｈCL1，ｈCL2，ｈCL3が、カップリングレンズ２０ＤのサイズｈCL4となる。第１の実施の形態のφCL1H，φCL2H，φCL3Hが、カップリングレンズ２０Ｄに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズφCL4Hとなる。第１の実施の形態のφCL1V，φCL2V，φCL3Vが、カップリングレンズ２０Ｄに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズφCL4Vとなる。第１の実施の形態のＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3Hが、カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数ＮＡ4Hとなる。第１の実施の形態のＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3Vが、カップリングレンズ２０Ｄの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数ＮＡ4Vとなる。第１の実施の形態のｈCL1H，ｈCL2H，ｈCL3Hが、カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズｈCL4Hとなる。第１の実施の形態のｈCL1V，ｈCL2V，ｈCL3Vが、カップリングレンズ２０Ｄの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズｈCL4Vとなる。なお、これらの読み替えは、以降の各実施の形態においても同様に行われる。
【００５８】
＜３．第３の実施の形態＞
[構成]
図１２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタ４の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ４が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１２（Ａ）はプロジェクタ４を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１２（Ｂ）はプロジェクタ４を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。図１３（Ａ），（Ｂ）は、図１２のプロジェクタ４内の光路の一例を表すものである。図１３（Ａ）は、プロジェクタ４を上から（ｙ軸方向から）見たときの光路の一例を表し、図１３（Ｂ）はプロジェクタ４を横から（ｘ軸方向から）見たときの光路の一例を表す。
【００５９】
プロジェクタ４は、照明光学系４Ａを備えている点で、照明光学系３Ａを備えたプロジェクタ３の構成と相違する。そこで、以下では、プロジェクタ３との相違点について主に説明、プロジェクタ３との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００６０】
照明光学系４Ａでは、照明光学系３Ａの光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、ダイクロイックミラー３０Ｃとが省略され、その代わりに、光源１０Ｄが設けられている。光源１０Ｄは、カップリングレンズ２０Ｄの光軸上に配置されており、照明光学系４Ａは、光源１０Ｄから発せられた光が直接、カップリングレンズ２０Ｄに入射するように構成されている。
【００６１】
光源１０Ｄは、例えば、固体発光素子１１と、固体発光素子１１を支持するとともに覆うパッケージ１２とを有している。光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するようになっている。光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１は、例えば、所定の波長帯の光を発する単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、例えば、同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、横方向に一列に配置されていたり、例えば、横方向および縦方向に格子状に配置されていたりする。
【００６２】
チップ１１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、光源１０Ｄに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＯＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＬＤによって構成されていてもよい。光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、一部のチップ１１ＡがＬＥＤによって構成され、他のチップ１１ＡがＯＬＥＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、一部のチップ１１ＡがＬＥＤによって構成され、他のチップ１１ＡがＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、一部のチップ１１ＡがＯＬＥＤによって構成され、他のチップ１１ＡがＬＤによって構成されていてもよい。
【００６３】
光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、光源１０Ｄに含まれるチップ１１Ａが全て、互いに等しい波長帯の光を発するようになっていてもよいし、互いに異なる波長帯の光を発するようになっていてもよい。光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、全てのチップ１１Ａが、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するもので構成されていてもよいし、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するもので構成されていてもよいし、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するもので構成されていてもよい。また、光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、光源１０Ｄに含まれる複数のチップ１１Ａが、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するものと、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するものと、例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するものとで構成されていてもよい。
【００６４】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ４の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０の１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。従って、上記第２の実施の形態と同様、照明光学系４Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００６５】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系４Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ｄが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vおよび開口数ＮＡ4H，ＮＡ4Vを設定するようにした場合には、照明光学系４Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００６６】
＜４．第４の実施の形態＞
[構成]
図１４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係るプロジェクタ５の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ５が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１４（Ａ）はプロジェクタ５を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１４（Ｂ）はプロジェクタ５を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。
【００６７】
プロジェクタ５は、照明光学系５Ａを備えている点で、照明光学系４Ａを備えたプロジェクタ４の構成と相違する。そこで、以下では、プロジェクタ４との相違点について主に説明、プロジェクタ４との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００６８】
照明光学系５Ａでは、照明光学系４Ａの光源１０Ｄおよびカップリングレンズ２０Ｄの光軸がインテグレータ４０の光軸と交差する方向に傾けられている。光源１０Ｄおよびカップリングレンズ２０Ｄの光軸は、図１４（Ａ）に示したように、横方向に傾いていることが好ましい。なお、光源１０Ｄおよびカップリングレンズ２０Ｄの光軸が、図示しないが、縦方向に傾いていてもよいし、傾いていない構成となっていてもよい。
【００６９】
照明光学系５Ａは、さらに、偏光分離素子８０と、位相差板アレイ９０とを備えている。偏光分離素子８０は、カップリングレンズ２０Ｄとインテグレータ４０との間に設けられており、位相差板アレイ９０は、インテグレータ４０とコンデンサレンズ５０（または照明範囲６０Ａ）との間に設けられている。本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ｂは、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置の手前に配置されており、位相差板アレイ９０が、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置（または略焦点位置）に配置されている。
【００７０】
偏光分離素子８０は、入射する光の偏光に対して異方性を有する光学素子であり、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射する光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離（例えば回折）するものである。偏光の分離方向は、横方向となっていることが好ましいが、縦方向となっていてもよい。偏光分離素子８０は、例えば、図１５（Ａ），（Ｂ）に示したように、一方の表面に、ブレーズ状またはステップ状の複数の帯状の凸部が並列配置された凹凸形状を有する偏光回折素子であることが好ましい。なお、偏光分離素子８０は、図示しないが、バイナリ型の偏光回折素子であってもよい。
【００７１】
偏光分離素子８０は、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＳ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに等しく（またはほぼ等しく）なるように透過させるようになっている。さらに、偏光分離素子８０は、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＰ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに異なるように回折透過させるようになっている。なお、偏光分離素子８０は、上記の例とは逆に、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＰ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに等しく（またはほぼ等しく）なるように透過させるようになっていてもよい。この場合に、偏光分離素子８０は、さらに、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＳ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに異なるように回折透過させるようになっていてもよい。偏光分離素子８０から射出されたＳ偏光の進行方向と、偏光分離素子８０から射出されたＰ偏光の進行方向とは、偏光分離素子８０の法線（光軸）との関係で互いに反対方向を向いており、偏光分離素子８０の法線（光軸）との関係で互いに線対称となる方向を向いていることが好ましい。
【００７２】
位相差板アレイ９０は、例えば、図１６に示したように、位相差の互いに異なる第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂを有している。第１領域９０Ａは、偏光分離素子８０で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、第１領域９０Ａへの入射光を、偏光方向を維持したまま透過するようになっている。一方、第２領域９０Ｂは、偏光分離素子８０で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち第１領域９０Ａに入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、第２領域９０Ｂへの入射光を、第１領域９０Ａに入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換するようになっている。第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂは、ともに、偏光分離素子８０における分離（回折）方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ偏光分離素子８０における分離（回折）方向と平行な方向に交互に配置されている。ここで、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂはともに、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの長手方向と垂直な方向に延在していることが好ましい。
【００７３】
互いに隣り合う第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂの合計の幅Λarrayは、例えば、フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２の幅と等しくなっている。第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂが、例えば、図１６に示したように、横方向に配列されている場合には、幅Λarrayは、例えば、セル４２の横方向の幅（ｈFEL2H）と等しくなっている。第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂが、図示しないが、縦方向に配列されている場合には、幅Λarrayは、例えば、セル４２の縦方向の幅（ｈFEL2V）と等しくなっている。第１領域９０Ａの幅ｈAWP1と、第２領域９０Ｂの幅ｈAWP2とは、例えば、互いに等しくなっている。
【００７４】
ところで、本実施の形態では、例えば、図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、偏光分離素子８０には、カップリングレンズ２０Ｄ側からの光が斜め方向から入射するようになっている。なお、図１７（Ａ）は、偏光分離素子８０に入射した光のうちＳ偏光成分またはＰ偏光成分の光路だけを模式的に表したものであり、図１７（Ｂ）は、偏光分離素子８０に入射した光のうち図１７（Ａ）に示した偏光成分とは異なる偏光成分の光路だけを模式的に表したものである。図１７（Ｃ）は、偏光成分によらず光路が共通となっている様子を模式的に表したものである。
【００７５】
例えば、偏光分離素子８０には、位相差板アレイ９０内の配列方向と平行な方向（例えば横方向）に光軸が傾いた光が偏光分離素子８０に入射するようになっている。そのため、例えば、図１７（Ａ），（Ｂ）に示したように、偏光分離素子８０に入射した光のうち一方の偏光成分の光が、入射光の光軸と平行な方向に射出され、偏光分離素子８０に入射した光のうち他方の偏光成分の光が、入射光の光軸と交差する方向に射出される。このとき、入射光の光軸と平行な方向に射出された光の光軸と、入射光の光軸と交差する方向に射出された光の光軸との二等分線が、偏光分離素子８０の法線（ｚ軸）と平行（またはほぼ平行）となっていることが好ましい。
【００７６】
入射光の光軸と平行な方向に射出された光は、インテグレータ４０で複数の微小光束となり、例えば、図１７（Ａ）に示したように、位相差板アレイ９０の第１領域９０Ａに入射するようになっている。また、入射光の光軸と交差する方向に射出された光は、例えば、図１７（Ｂ）に示したように、インテグレータ４０で複数の微小光束となり、例えば、位相差板アレイ９０の第２領域９０Ｂに入射するようになっている。なお、図示しないが、入射光の光軸と平行な方向に射出された光が、位相差板アレイ９０の第２領域９０Ｂに入射するとともに、入射光の光軸と交差する方向に射出された光が、位相差板アレイ９０の第１領域９０Ａに入射するようになっていてもよい。いずれにしても、位相差板アレイ９０からは、Ｐ偏光およびＳ偏光のいずれか一方の偏光光が主として射出されるようになっている。
【００７７】
入射光の光軸と平行な方向に射出された光は、フライアイレンズ４０Ａで微小光束に分割され、分割された各光束が位相差板アレイ９０の第１領域９０Ａの近傍に焦点を結び、ここに２次光源面（光源像ＳA）を形成する（図１８参照）。同様に、入射光の光軸と交差する方向に射出された光は、フライアイレンズ４０Ａで微小光束に分割され、分割された各光束が位相差板アレイ９０の第２領域９０Ｂの近傍に焦点を結び、ここに２次光源面（光源像ＳB）を形成する（図１８参照）。なお、光源像ＳAおよび光源像ＳBからなる光源像が、上記実施の形態の光源像Ｓに対応する。
【００７８】
本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ９０に形成される各光源像Ｓ1、各光源像Ｓ2のサイズが第１領域９０Ａ、第２領域９０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。
【００７９】
ここで、第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂがともに、第２の方向に延在しているとした場合に、上の条件を式で表すと、以下の式（２３），（２４）ようになる。また、上の条件を模式的に表すと、図１８のようになる。
ｈH1＝Ｐ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP1…（２３）
ｈH2＝Ｐ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP2…（２４）
ｈH1：光源像ＳAの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈH2：光源像ＳBの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ4H：光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｆCL4H：カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｈAWP1：第１領域９０Ａの配列方向のサイズ
ｈAWP2：第２領域９０Ｂの配列方向のサイズ
【００８０】
なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ4Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ4Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。また、カップリングレンズ２０Ｄが、複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL4Hは、各レンズの、第１の方向またはそれに対応する方向の合成焦点距離とする。
【００８１】
上記の式（２３），（２４）とおおよそ等価な式として、以下の式（２５），（２６）を挙げることができる。式（２５），（２６）は、固体発光素子１１の光射出領域のサイズが固体発光素子１１のサイズと概ね等しい場合に特に有益である。
ｈH1＝Ｗ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP1…（２５）
ｈH2＝Ｗ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP2…（２６）
Ｗ4H：光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
【００８２】
なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗ4Hは、そのチップ１１Ａのサイズに等しい。また、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗ4Hは、全てのチップ１１Ａを単一のチップとしてみたときの、そのチップのサイズに等しい。
【００８３】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ５の作用・効果について説明する。本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ９０に形成される各光源像Ｓ1、各光源像Ｓ2のサイズが第１領域９０Ａ、第２領域９０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。これにより、照明光学系５Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００８４】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系５Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ｄが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vおよび開口数ＮＡ4H，ＮＡ4Vを設定するようにした場合には、照明光学系５Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、偏光分離素子８０をインテグレータ４０の手前に配置し、位相差板アレイ９０をインテグレータ４０の後ろに配置した上で、カップリングレンズ２０Ｄからの光を偏光分離素子８０に斜めに入射させるようにした。これにより、空間変調素子６０の光入射側などに偏光板が用いられている場合に、光源１０Ｄから射出された光を、上記の偏光板の透過軸と平行な偏光成分を主として含む偏光光に変換することができる。その結果、空間変調素子６０の光入射側などに設けられた偏光板で生じる光のロスを小さくすることができるので、プロジェクタ５全体の光利用効率を大幅に改善することができる。
【００８６】
＜５．実施例＞
次に、上記各実施の形態のプロジェクタ１，３，４，５に用いられる照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａの実施例について説明する。図１９は、第１ないし第３の実施の形態の実施例の設計値を表したものであり、図２０は、第４の実施の形態の実施例の設計値を表したものである。図中の実施例１〜３は、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａに共通の設計値であり、図中の実施例４は、照明光学系５Ａの設計値である。図１９の一番下に記載の「条件式」とは、上述の式（７）〜（１２）においてＰ1H，Ｐ2H，Ｐ3H，Ｐ1V，Ｐ2V，Ｐ3VをＷ1H，Ｗ2H，Ｗ3H，Ｗ1V，Ｗ2V，Ｗ3Vに置き換えたものと、上述の式（１７）〜（２２）とを以下の式（２７）〜（２９），（３１）〜（３３）にまとめたものに、設計値を代入することにより得られたものである。図２０の「条件式」も同様の方法で以下の式（３０），（３４）にまとめたものに、設計値を代入することにより得られたものである。なお、図１９、図２０では、ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL4Hを便宜的にｆCLHと記載し、ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3V，ｆCL4Vを便宜的にｆCLVと記載した。また、図１９、図２０では、開口数ＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3H，ＮＡ4Hを便宜的にＮＡHと記載し、開口数ＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3V，ＮＡ4Vを便宜的にＮＡVと記載した。
（ｗ1H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL1H≦ｈCL1H／（２×ＮＡ1H）…（２７）
（ｗ2H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL2H≦ｈCL2H／（２×ＮＡ2H）…（２８）
（ｗ3H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL3H≦ｈCL3H／（２×ＮＡ3H）…（２９）
（ｗ4H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL4H≦ｈCL4H／（２×ＮＡ4H）…（３０）
（ｗ1V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL1V≦ｈCL1V／（２×ＮＡ1V）…（３１）
（ｗ2V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL2V≦ｈCL2V／（２×ＮＡ2V）…（３２）
（ｗ3V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL3V≦ｈCL3V／（２×ＮＡ3V）…（３３）
（ｗ4V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL4V≦ｈCL4V／（２×ＮＡ4V）…（３４）
【００８７】
図１９、図２０から、いずれの設計値においても、式（２７）〜（３４）を満たす焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL4H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3V，ｆCL4Vに設定することができることがわかる。
【００８８】
＜６．変形例＞
以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００８９】
（変形例１）
例えば、上記実施の形態では、図３（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、チップ１１Ａが上面発光型の素子となっている場合が例示されていたが、端面発光型の素子であってもよい。その場合には、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれ、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）〜図２６（Ａ），（Ｂ）に示したように、ステム１３とキャップ１４とによって囲まれた内部空間に、１または複数の端面発光型のチップ１１Ａからなる固体発光素子１１が収容されたキャンタイプの形態となっている。
【００９０】
ステム１３は、キャップ１４とともに光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのパッケージを構成するものであり、例えば、サブマウント１５を支持する支持基板１３Ａと、支持基板１３Ａの裏面に配置された外枠基板１３Ｂと、複数の接続端子１３Ｃとを有している。サブマウント１５は導電性および放熱性を有する材料からなる。支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂは、それぞれ、導電性および放熱性を有する基材に、１または複数の絶縁性のスルーホールと、１または複数の導電性のスルーホールとが形成されたものである。支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂは、例えば、円板形状となっており、双方の中心軸（図示せず）が互いに重なり合うように積層されている。外枠基板１３Ｂの直径は、支持基板１３Ａの直径よりも大きくなっている。外枠基板１３Ｂの外縁は、外枠基板１３Ｂの中心軸を法線とする面内において外枠基板１３Ｂの中心軸から放射方向に張り出した環状のフランジとなっている。フランジは、製造過程においてキャップ１４を支持基板１３Ａに嵌合させるときの基準位置を規定する役割を有している。複数の接続端子１３Ｃは、少なくとも支持基板１３Ａを貫通している。複数の接続端子１３Ｃのうち少なくとも１つの端子を除いた端子（以下、便宜的に「端子α」とする。）は、個々のチップ１１Ａの電極（図示せず）に１つずつ電気的に接続されている。端子αは、例えば、外枠基板１３Ｂ側に長く突出しており、かつ支持基板１３Ａ側に短く突出している。また、複数の接続端子１３Ｃのうち上記の端子α以外の端子（以下、便宜的に「端子β」とする。）は、全てのチップ１１Ａの他の電極（図示せず）に電気的に接続されている。端子βは、例えば、外枠基板１３Ｂ側に長く突出しており、端子βの支持基板１３Ａ側の端縁は、例えば、支持基板１３Ａ内に埋め込まれている。各接続端子１３Ｃのうち外枠基板１３Ｂ側に長く突出している部分が、例えば基板などに嵌め込まれる部分に相当する。一方、複数の接続端子１３Ｃのうち支持基板１３Ａ側に短く突出している部分が、ワイヤ１６を介して個々のチップ１１Ａと１つずつ電気的に接続される部分に相当する。複数の接続端子１３Ｃのうち支持基板１３Ａ内に埋め込まれている部分が、例えば、支持基板１３Ａおよびサブマウント１５を介して全てのチップ１１Ａと電気的に接続される部分に相当する。端子αは、支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂに設けられた絶縁性のスルーホールによって支持されており、そのスルーホールによって支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂから絶縁分離されている。さらに、個々の端子αは、上記の絶縁部材によって互いに絶縁分離されている。一方、端子βは、支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂに設けられた導電性のスルーホールによって支持されており、そのスルーホールと電気的に接続されている。
【００９１】
キャップ１４は、固体発光素子１１を封止するものである。キャップ１４は、例えば、上端および下端に開口が設けられた筒部１４Ａを有している。筒部１４Ａの下端が、例えば、支持基板１３Ａの側面に接しており、筒部１４Ａの内部空間に、固体発光素子１１が位置している。キャップ１４は、筒部１４Ａの上端側の開口を塞ぐようにして配置された光透過窓１４Ｂを有している。光透過窓１４Ｂは、固体発光素子１１の光射出面と対向する位置に配置されており、固体発光素子１１から出力された光を透過する機能を有している。
【００９２】
本変形例において、固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するようになっている。固体発光素子１１は、例えば、所定の波長帯の光を発する単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、同一の波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよいし、互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）、図２２（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向に一列に配置されていたり、例えば、図２４（Ａ），（Ｂ）、図２５（Ａ），（Ｂ）に示したように、縦方向に一列に配置されていたりする。固体発光素子１１に含まれるチップ１１Ａの数は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄごとに異なっていてもよいし、全ての光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄで互いに等しくなっていてもよい。
【００９３】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、例えば、図２３（Ｂ）、図２６（Ｂ）に示したように、単一のチップ１１Ａのサイズ（ＷV1×ＷH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズは、例えば、図２１（Ｂ），図２２（Ｂ），図２４（Ｂ），図２５（Ｂ）に示したように、全てのチップ１１Ａをひとまとまりとしたときのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図２１（Ｂ）の例では、ＷV1×３ＷH1より大きく、図２２（Ｂ）の例では、ＷV1×２ＷH1より大きい。また、複数のチップ１１Ａが縦方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図２４（Ｂ）の例では、３ＷV1×ＷH1より大きく、図２５（Ｂ）の例では、２ＷV1×ＷH1より大きい。
【００９４】
チップ１１Ａは、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤまたはＯＬＥＤによって構成されていてもよい。
【００９５】
チップ１１Ａは、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）〜図２６（Ａ），（Ｂ）に示したように、チップ１１Ａサイズ（ＷV×ＷH）よりも小さなサイズ（ＰV1×ＰH1）の発光スポット１１Ｂを有している。発光スポット１１Ｂは、チップ１１Ａに電流を注入してチップ１１Ａを駆動したときにチップ１１Ａから光が発せられる領域（光射出領域）に相当する。チップ１１ＡがＬＤからなる場合には、発光スポット１１ＢはＬＥＤまたはＯＬＥＤの発光スポットよりも小さな点状となっている。
【００９６】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図２３（Ｂ）、図２６（Ｂ）に示したように１つである。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図２１（Ｂ），図２２（Ｂ），図２４（Ｂ）、図２５（Ｂ）に示したようにチップ１１Ａの数と等しい。ここで、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、発光スポット１１Ｂのサイズ（ＰV1×ＰH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図２１（Ｂ）の例では、ＰV1×３ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。同様に、図２２（Ｂ）の例では、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、ＰV1×２ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。また、複数のチップ１１Ａが縦方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図２４（Ｂ）の例では、３ＰV1×ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。同様に、図２５（Ｂ）の例では、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、２ＰV1×ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。
【００９７】
（変形例２）
また、上記実施の形態およびその変形例では、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａが、平行光をフライアイレンズ４０Ａに入射させる無限光学系を含んで構成されていたが、収束光（または発散光）をフライアイレンズ４０Ａに入射させる有限光学系を含んで構成されていてもよい。この場合には、上記実施の形態およびその変形例において、カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｄの代わりに、光源１０Ａ〜１０Ｄから発せられた光を収束するか、または発散する機能を有する指向角変換素子を配置すればよい。ただし、この場合には、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、上記の指向角変換素子と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂとからなる光学系の光学倍率が設定されていることが好ましい。具体的には、上記の指向角変換素子と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂとからなる光学系の光学倍率が以下の関係式を満たすことが好ましい。
ｈ＝Ｐ×ｍ≦ｈFEL2
ｍ：上記の指向角変換素子と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂとからなる光学系の光学倍率
【００９８】
また、本変形例においても、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セル４１，４２が１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａが、アナモフィック光学系となっていることが好ましい。
【００９９】
（変形例３）
また、上記実施の形態およびその変形例では、本発明を、投射型表示装置に適用した場合について説明されていたが、他の表示装置に適用することももちろん可能である。例えば、図２７に示したように、本発明を、リアプロジェクション表示装置６に適用することが可能である。リアプロジェクション表示装置６は、図２７に示したように、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａを含むプロジェクタ１，３，４，５と、プロジェクタ１，３，４，５（投影光学系７０）から投射された画像光を映し出す透過型スクリーン７とを備えている。このように、リアプロジェクション表示装置６の照明光学系として、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａを用いることにより、光利用効率を改善することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１，３，４，５…プロジェクタ、１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａ…照明光学系、２…スクリーン、６…リアプロジェクション表示装置、７…透過型スクリーン、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ…光源、１１…固体発光素子、１１Ａ…チップ、１１Ｂ…発光スポット、１２…パッケージ、１３…ステム、１３Ａ…支持基板、１３Ｂ…外枠基板、１３Ｃ…接続端子、１４…キャップ、１４Ａ…筒部、１４Ｂ…光透過部、１５…サブマウント、１６…ワイヤ、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…カップリングレンズ、３０…光路合成素子、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…ダイクロイックミラー、４０…インテグレータ、４０Ａ，４０Ｂ…フライアイレンズ、４１，４２…セル、５０…コンデンサレンズ、６０…空間変調素子、６０Ａ…照明範囲、７０…投影光学系、８０…偏光分離素子、９０…位相差板アレイ、９０Ａ…第１領域、９０Ｂ…第２領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子を用いた照明装置、ならびにそれを備えた投影型表示装置および直視型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オフィスだけでなく、家庭でも、スクリーンに映像を投影するプロジェクタが広く利用されている。プロジェクタは、光源からの光をライトバルブで変調することにより画像光を生成し、スクリーンに投射して表示を行うものである。最近では、手のひらサイズの超小型プロジェクタや、超小型プロジェクタ内蔵の携帯電話機などが普及し始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３４３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プロジェクタに用いられる光源としては、高輝度の放電ランプが主流である。しかし、放電ランプでは、サイズが比較的大きく、消費電力も大きいことから、放電ランプに代わる光源として、近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）などの固体発光素子が注目されている。これらの固体発光素子は、サイズや消費電力だけでなく、高信頼性という点でも、放電ランプよりも有利である。
【０００５】
プロジェクタの光源として上述の固体発光素子を用いる場合には、プロジェクタに含まれる他の主要部品も小型化して、プロジェクタ自体をさらに小型化することが考えられる。しかし、プロジェクタに含まれる他の主要部品を小型化すると、光の利用効率が低下し易い。そのため、例えば、上述の固体発光素子の数を増やすなどして光源の光量を増やしたとしても、光の利用効率低下によって所望の輝度が得られないという問題が生じる場合がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、光利用効率が改善された小型の照明装置を提供することにある。また、第２の目的は、そのような小型の照明装置を用いた投影型表示装置および直視型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の照明装置は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータとを備えたものである。インテグレータは、指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとにより構成されている。第１のフライアイレンズの各セルによって第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている。
【０００８】
本発明の投射型表示装置は、照明光学系と、入力された映像信号に基づいて照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系とを備えたものである。この投射型表示装置に搭載された照明光学系は、上記の照明装置と同一の構成要素を有している。
【０００９】
本発明の直視型表示装置は、照明光学系と、入力された映像信号に基づいて照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンとを備えたものである。この直視型表示装置に搭載された照明光学系は、上記の照明装置と同一の構成要素を有している。
【００１０】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置では、第１のフライアイレンズの各セルによって第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている。これにより、第２のフライアイレンズに入射した光が効率良く照明範囲にまで到達する。
【００１１】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、固体発光素子が、所定の波長帯の光を発する単一のチップ、または同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップからなる場合に、指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が以下の関係式を満たすことが好ましい。
ｈ＝Ｐ×ｍ≦ｈFEL2
ｈ：前記光源像のサイズ
Ｐ：光射出領域のサイズ（固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットのサイズに等しく、固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いのサイズに等しい）
ｍ：指向角変換素子と、第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率
ｈFEL2：第２のフライアイレンズの１セルのサイズ
【００１２】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子が、固体発光素子側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するようになっている場合に、指向角変換素子の焦点距離と、第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが以下の関係式を満たすことが好ましい。このとき、第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有している場合には、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離と、第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが設定されていることが好ましい。
ｈ＝Ｐ×（ｆFEL／ｆCL）≦ｈFEL2
ｆFEL：第１および第２のフライアイレンズの焦点距離
ｆCL：指向角変換素子の焦点距離
【００１３】
また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子に入射する光のビームサイズが指向角変換素子のサイズを超えない大きさとなるように、指向角変換素子の焦点距離および開口数が設定されていることが好ましい。この場合に、指向角変換素子の焦点距離および開口数が以下の関係式を満たすことが好ましい。このとき、指向角変換素子が１以外の縦横比を有している場合には、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離および開口数が設定されていることが好ましい。
φCL＝２×ｆCL×ＮＡ≦ｈCL
φCL：指向角変換素子に入射する光のビームサイズ
ＮＡ：指向角変換素子の開口数
ｈCL：指向角変換素子のサイズ
【００１４】
また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、複数の光源と、複数の指向角変換素子とが設けられている場合に、各光源が固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、各指向角変換素子がパッケージごとに１つずつ配置されていてもよい。この場合に、照明装置は、各指向角変換素子を透過した光を合成する光路合成素子をさらに備えていることが好ましい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、複数の光源と、１つの指向角変換素子とが設けられている場合に、各光源が固体発光素子を内蔵したパッケージとなっていてもよい。この場合に、照明装置は、各固体発光素子から射出された光を合成する光路合成素子をさらに備えていることが好ましい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、１つの光源と、１つの指向角変換素子とが設けられている場合に、光源が固体発光素子を内蔵したパッケージとなっていてもよい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、チップが、発光ダイオード、有機ＥＬ発光素子、またはレーザダイオードで構成されていてもよい。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子の縦横の拡大率の比と、第１および第２のフライアイレンズの各セルの縦横比とが、互いに等しくなっていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置によれば、１つの光源像が複数のセルにまたがって形成されることがないようにしたので、照明装置における光利用効率を改善することができる。
【００１６】
また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離と、第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とを設定するようにした場合には、照明装置における光利用効率をさらに改善することができる。また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、指向角変換素子が１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、指向角変換素子の焦点距離および開口数を設定するようにした場合には、照明装置における光利用効率をさらに改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図２】図１のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図３】図１の光源の上面構成および断面構成の一例を示す図である。
【図４】図１の光源の上面構成および断面構成の他の例を示す図である。
【図５】図１の光源の上面構成および断面構成のその他の例を示す図である。
【図６】図１の光源の発光スポットの一例を示す図である。
【図７】図１のフライアイレンズの概略構成を表す図である。
【図８】図１の照明範囲のサイズについて説明するための模式図である。
【図９】図１のプロジェクタにおいて、後段のフライアイレンズに現れる光源像の一例を表す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図１１】図１０のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図１３】図１２のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。
【図１５】図１４の偏光分離素子の断面構成の一例を示す図である。
【図１６】図１４の位相差板アレイの上面構成の一例を示す図である。
【図１７】図１４のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。
【図１８】図１４のプロジェクタにおいて、後段のフライアイレンズに現れる光源像の一例を表す模式図である。
【図１９】第１ないし第３の実施の形態の実施例における設計値を示す図である。
【図２０】第４の実施の形態の実施例における設計値を示す図である。
【図２１】（Ａ）図１の光源の一変形例の断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２１（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２２】（Ａ）図２１（Ａ）の光源の断面構成の他の例を示す図である。（Ｂ）図２２（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２３】（Ａ）図２１（Ａ）の光源の断面構成のその他の例を示す図である。（Ｂ）図２３（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２４】（Ａ）図２１の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２４（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２５】（Ａ）図２２の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２５（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２６】（Ａ）図２３の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２６（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。
【図２７】上記実施の形態の照明光学系を用いたリアプロジェクション表示装置の概略構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（図１〜図９）
各光源の光をカップリングレンズで平行光化したのちに合成する例
２．第２の実施の形態（図１０、図１１）
各光源の光を合成した後にカップリングレンズで平行光化する例
３．第３の実施の形態（図１２、図１３）
単一のパッケージから各波長帯の光を射出させ、光路の合成を不要とした例
４．第４の実施の形態（図１４〜図１８）
偏光分離素子および位相差板アレイを設けた例
５．実施例（図１９、図２０）
６．変形例（図２１〜図２７）
【００１９】
＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタ１の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ１が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１（Ａ）はプロジェクタ１を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１（Ｂ）はプロジェクタ１を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。図２（Ａ），（Ｂ）は、図１のプロジェクタ１内の光路の一例を表すものである。図２（Ａ）は、プロジェクタ１を上から（ｙ軸方向から）見たときの光路の一例を表し、図２（Ｂ）はプロジェクタ１を横から（ｘ軸方向から）見たときの光路の一例を表す。
【００２０】
典型的には、ｙ軸は垂直方向を向き、ｘ軸は水平方向を向いているが、その逆に、ｙ軸が水平方向を向き、ｘ軸が垂直方向を向いていてもよい。なお、以下では、便宜的に、ｙ軸は垂直方向を向き、ｘ軸は水平方向を向いているものとして説明するものとする。また、以下において、「横方向」とはｘ軸方向を指しており、「縦方向」とはｙ軸方向を指しているものとする。
【００２１】
プロジェクタ１は、例えば、照明光学系１Ａと、入力された映像信号に基づいて照明光学系１Ａからの光を変調することにより画像光を生成する空間変調素子６０と、空間変調素子６０で生成された画像光を反射型のスクリーン２に投射する投影光学系７０とを備えたものである。なお、照明光学系１Ａが本発明の「照明装置」の一具体例に相当する。
【００２２】
照明光学系１Ａは、空間変調素子６０の照明範囲６０Ａ（被照射面）を照射する光束を供給するものである。なお、必要に応じて、照明光学系１Ａの光が通過する領域上に、何らかの光学素子が設けられていてもよい。例えば、照明光学系１Ａの光が通過する領域上に、照明光学系１Ａからの光のうち可視光以外の光を減光するフィルタなどが設けられていてもよい。
【００２３】
照明光学系１Ａは、例えば、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、カップリングレンズ（指向角変換素子）２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、光路合成素子３０と、インテグレータ４０と、コンデンサレンズ５０とを有している。光路合成素子３０は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの光を合成するものであり、例えば、２つのダイクロイックミラー３０Ａ，３０Ｂからなる。インテグレータ４０は、照明範囲６０Ａにおける光の照度分布を均一化するものであり、例えば、一対のフライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂからなる。光源１０Ａの光軸上には、カップリングレンズ２０Ａと、光路合成素子３０と、インテグレータ４０と、コンデンサレンズ５０とが光源１０Ａ側からこの順に配列されている。光源１０Ｂの光軸は、光源１０Ａの光軸とダイクロイックミラー３０Ａにおいて直交しており、光源１０Ｂの光軸上には、カップリングレンズ２０Ｂおよびダイクロイックミラー３０Ａが光源１０Ｂ側からこの順に配列されている。光源１０Ｃの光軸は、光源１０Ａの光軸とダイクロイックミラー３０Ｂにおいて直交しており、光源１０Ｃの光軸上には、カップリングレンズ２０Ｃおよびダイクロイックミラー３０Ｂが光源１０Ｃ側からこの順に配列されている。
【００２４】
なお、図１（Ａ），（Ｂ）では、プロジェクタ１の各構成要素（光源１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ｂ，２０Ｃを除く）がｚ軸と平行な線分上に配列されている場合が例示されているが、プロジェクタ１の各構成要素の一部がｚ軸と非平行な線分上に配列されていてもよい。例えば、図示しないが、照明光学系１Ａ全体を図１（Ａ），（Ｂ）の状態から９０°回転させて照明光学系１Ａの光軸がｚ軸と直交する方向を向くように照明光学系１Ａがレイアウトされていてもよい。ただし、このようにした場合には、照明光学系１Ａから出力された光を空間変調素子６０に導く光学素子（例えばミラー）を設けることが必要である。また、例えば、光源１０Ａ、カップリングレンズ２０Ａおよび光路合成素子３０を図１（Ａ），（Ｂ）の状態から９０°回転させて、これらの光軸をｚ軸と直交する方向を向くように光源１０Ａ、カップリングレンズ２０Ａおよび光路合成素子３０がレイアウトされていてもよい。ただし、このようにした場合にも、光路合成素子３０から出力された光をインテグレータ４０に導く光学素子（例えばミラー）を設けることが必要である。
【００２５】
光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）〜図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、固体発光素子１１と、固体発光素子１１を支持するとともに覆うパッケージ１２とを有している。固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するようになっている。固体発光素子１１は、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、所定の波長帯の光を発する単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向に一列に配置されていたり、例えば、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向および縦方向に格子状に配置されていたりする。固体発光素子１１に含まれるチップ１１の数は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃごとに異なっていてもよいし、全ての光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで互いに等しくなっていてもよい。
【００２６】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、例えば、図３（Ａ）に示したように、単一のチップ１１Ａのサイズ（ＷV1×ＷH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズは、例えば、図４（Ａ），図５（Ａ）に示したように、全てのチップ１１Ａをひとまとまりとしたときのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図４（Ａ）の例では、ＷV1×２ＷH1となる。また、複数のチップ１１Ａが、横方向および縦方向に格子状に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図５（Ａ）の例では、２ＷV1×２ＷH1となる。
【００２７】
チップ１１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＯＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＯＬＥＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＯＬＥＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成されていてもよい。
【００２８】
各光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに含まれるチップ１１Ａは、例えば、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃごとに互いに異なる波長帯の光を発するようになっている。光源１０Ａに含まれるチップ１１Ａは、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するものである。光源１０Ｂに含まれるチップ１１Ａは、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するものである。光源１０Ｃに含まれるチップ１１Ａは、例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するものである。なお、光源１０Ａに含まれるチップ１１Ａが、青色光以外の光（緑色光または赤色光）を発するものであってもよい。また、光源１０Ｂに含まれるチップ１１Ａが、緑色光以外の光（青色光または赤色光）を発するものであってもよい。また、光源１０Ｃに含まれるチップ１１Ａが、赤色光以外の光（緑色光または青色光）を発するものであってもよい。
【００２９】
チップ１１Ａは、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、チップ１１Ａサイズ（ＷV×ＷH）よりも小さなサイズ（ＰV1×ＰH1）の発光スポット１１Ｂを有している。発光スポット１１Ｂは、チップ１１Ａに電流を注入してチップ１１Ａを駆動したときにチップ１１Ａから光が発せられる領域（光射出領域）に相当する。チップ１１ＡがＬＥＤまたはＯＬＥＤからなる場合には、発光スポット１１Ｂは非点状（面状）となっているが、チップ１１ＡがＬＤからなる場合には、発光スポット１１ＢはＬＥＤまたはＯＬＥＤの発光スポット１１Ｂよりも小さな点状となっている。
【００３０】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図６（Ａ）に示したように１つである。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図６（Ｂ），（Ｃ）に示したようにチップ１１Ａの数と等しい。ここで、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、発光スポット１１Ｂのサイズ（ＰV1×ＰH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図６（Ｂ）の例では、ＰV1×２ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。また、複数のチップ１１Ａが、横方向および縦方向に格子状に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図６（Ｃ）の例では、２ＰV1×２ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。
【００３１】
カップリングレンズ２０Ａは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ａから発せられた光を略平行光化するものであり、光源１０Ａから発せられた光の指向角（θH，θV）を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。カップリングレンズ２０Ａは、光源１０Ａから発せられた光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。カップリングレンズ２０Ｂは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ｂから発せられた光を略平行光化するものであり、光源１０Ｂから発せられた光の指向角（θH，θV）を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。カップリングレンズ２０Ｂは、光源１０Ｂから発せられた光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。カップリングレンズ２０Ｃは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ｃから発せられた光を略平行光化するものであり、光源１０Ｃから発せられた光の指向角（θH，θV）を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。カップリングレンズ２０Ｃは、光源１０Ｃから発せられた光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。つまり、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃごとに（パッケージごとに）１つずつ配置されている。なお、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、それぞれ、単一のレンズによって構成されていてもよいし、複数のレンズによって構成されていてもよい。
【００３２】
ダイクロイックミラー３０Ａ，３０Ｂは、波長選択性を持つ１枚のミラーを含むものである。なお、上記のミラーは、例えば、多層の干渉膜を蒸着して構成されたものである。ダイクロイックミラー３０Ａは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、ミラーの裏面側から入射した光（光源１０Ａ側から入射した光）をミラーの表面側に透過させるとともに、ミラーの表面側から入射した光（光源１０Ｂ側から入射した光）をミラーで反射するようになっている。一方、ダイクロイックミラー３０Ｂは、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、ミラーの裏面側から入射した光（ダイクロイックミラー３０Ａ側から入射した光源１０Ａ，１０Ｂの光）をミラーの表面側に透過させるとともに、ミラーの表面側から入射した光（光源１０Ｃ側から入射した光）をミラーで反射するようになっている。従って、光路合成素子３０は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから発せられた個々の光束を単一の光束に合成するようになっている。
【００３３】
フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ、所定の配列状態（ここでは、縦×横＝４×３のマトリクス状）に配置された複数のレンズ（セル）によって構成されたものである。フライアイレンズ４０Ｂに含まれる複数のセル４２は、フライアイレンズ４０Ａのセル４１ごとに１つずつ対向して配置されている。フライアイレンズ４０Ａは、フライアイレンズ４０Ｂの焦点位置（または略焦点位置）に配置されており、フライアイレンズ４０Ｂは、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置（または略焦点位置）に配置されている。従って、インテグレータ４０は、フライアイレンズ４０Ａで分割形成された光束がフライアイレンズ４０Ｂの像側のレンズ面近傍に焦点を結び、ここに２次光源面（光源像）を形成するようになっている。この２次光源面は投影光学系７０の入射瞳と共役な面の位置に位置している。ただし、この２次光源面は、必ずしも厳密に投影光学系７０の入射瞳と共役な面の位置に位置している必要はなく、設計上の許容範囲内に位置していればよい。フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂは、一体に形成されたものであってもよい。
【００３４】
一般に光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから射出された光束は、その進行方向に垂直な面において不均一な強度分布をもっている。そのため、これら光束をそのまま照明範囲６０Ａ（被照射面）に導くと、照明範囲６０Ａでの照度分布が不均一になるが、上記のように光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから射出された光束をインテグレータ４０によって複数の光束に分割してそれぞれを照明範囲６０Ａに重畳的に導くようにすれば、照明範囲６０Ａ上の照度分布を均一にすることができる。
【００３５】
コンデンサレンズ５０は、インテグレータ４０により形成された多光源からの光束を集光して照明範囲６０Ａを重畳的に照明するものである。空間変調素子６０は、光源１０，１０Ｂ，１０Ｃの各波長成分に対応した色画像信号に基づいて、照明光学系１Ａからの光束を２次元的に変調し、これにより画像光を生成するものである。空間変調素子６０は、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、透過型の素子であり、例えば、透過型の液晶パネルによって構成されている。なお、図示しないが、空間変調素子６０が反射型の素子、例えば、反射型の液晶パネルもしくはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成されていてもよい。ただし、その場合には、空間変調素子６０で反射された光が投影光学系７０に入射するようになっていることが必要である。
【００３６】
次に、本実施の形態のプロジェクタ１の特徴部分について説明する。
【００３７】
（特徴部分その１）
本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離と、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離とが設定されている。これを式で表すと、以下のようになる。また、これを模式的に表すと、図９のようになる。図９には、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合が例示されている。なお、図９については後に詳述する。
ｈ1＝Ｐ1×（ｆFEL／ｆCL1）≦ｈFEL2…（１）
ｈ2＝Ｐ2×（ｆFEL／ｆCL2）≦ｈFEL2…（２）
ｈ3＝Ｐ3×（ｆFEL／ｆCL3）≦ｈFEL2…（３）
ｈ1：光源１０Ａの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ1）のサイズ
ｈ2：光源１０Ｂの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ2）のサイズ
ｈ3：光源１０Ｃの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ3）のサイズ
Ｐ1：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１の光射出領域のサイズ
Ｐ2：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１の光射出領域のサイズ
Ｐ3：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１の光射出領域のサイズ
ｆFEL：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離
ｆCL1：カップリングレンズ２０Ａの焦点距離
ｆCL2：カップリングレンズ２０Ｂの焦点距離
ｆCL3：カップリングレンズ２０Ｃの焦点距離
ｈFEL2：フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズ
【００３８】
なお、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1は、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂのサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2は、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂのサイズに等しく、光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3は、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂのサイズに等しい。光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。また、カップリングレンズ２０Ａが複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL1は、各レンズの合成焦点距離とする。同様に、カップリングレンズ２０Ｂが複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL2は、各レンズの合成焦点距離とする。カップリングレンズ２０Ｃが複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL3は、各レンズの合成焦点距離とする。
【００３９】
上記の式（１）〜（３）とおおよそ等価な式として、以下の式（４）〜（６）を挙げることができる。式（４）〜（６）は、固体発光素子１１の光射出領域のサイズが固体発光素子１１のサイズと概ね等しい場合に特に有益である。
ｈ1＝Ｗ1×（ｆFEL／ｆCL1）≦ｈFEL2…（４）
ｈ2＝Ｗ2×（ｆFEL／ｆCL2）≦ｈFEL2…（５）
ｈ3＝Ｗ3×（ｆFEL／ｆCL3）≦ｈFEL2…（６）
Ｗ1：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１のサイズ
Ｗ2：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１のサイズ
Ｗ3：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１のサイズ
【００４０】
なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗは、そのチップ１１Ａのサイズに等しい。また、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗは、全てのチップ１１Ａを単一のチップとしてみたときの、そのチップのサイズに等しい。
【００４１】
ところで、本実施の形態において、例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セル４１，４２が１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離と、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離とが以下の６つの関係式を満たしていることが好ましい。さらに、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの縦横の焦点距離の比（ｆCL1H／ｆCL1V，ｆCL2H／ｆCL2V，ｆCL3H／ｆCL3V）（アナモフィック比）と、フライアイレンズ４０Ｂの各セル４２のサイズの縦横比の逆数（ｈFEL2V／ｈFEL2H）とを互いに等しくし、照明光学系１Ａをアナモフィック光学系とすることがより好ましい。例えば、フライアイレンズ４０Ｂの各セル４２が第１の方向（例えば横方向）に長い形状となっている場合には、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとして、焦点距離ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vが焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3Hよりも長いものを用いる。以下の式（７）〜（１２）を模式的に表すと、図９のようになる。
ｈ1H＝Ｐ1H×（ｆFELH／ｆCL1H）≦ｈFEL2H…（７）
ｈ2H＝Ｐ2H×（ｆFELH／ｆCL2H）≦ｈFEL2H…（８）
ｈ3H＝Ｐ3H×（ｆFELH／ｆCL3H）≦ｈFEL2H…（９）
ｈ1V＝Ｐ1V×（ｆFELV／ｆCL1V）≦ｈFEL2V…（１０）
ｈ2V＝Ｐ2V×（ｆFELV／ｆCL2V）≦ｈFEL2V…（１１）
ｈ3V＝Ｐ3V×（ｆFELV／ｆCL3V）≦ｈFEL2V…（１２）
ｈ1H：光源１０Ａの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ1）の第１の方向（例えば横方向）のサイズ
ｈ2H：光源１０Ｂの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ2）の第１の方向（例えば横方向）のサイズ
ｈ3H：光源１０Ｃの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ3）の第１の方向（例えば横方向）のサイズ
ｈ1V：光源１０Ａの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ1）の、第１の方向と直交する第２の方向（例えば縦方向）のサイズ
ｈ2V：光源１０Ｂの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ2）の、第１の方向と直交する第２の方向（例えば縦方向）のサイズ
ｈ3V：光源１０Ｃの光によって形成される光源像Ｓ（光源像Ｓ3）の、第１の方向と直交する第２の方向（例えば縦方向）のサイズ
Ｐ1H：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ2H：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ3H：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ1V：光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ2V：光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ3V：光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｆFELH：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの第１の方向の焦点距離
ｆFELV：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの第２の方向の焦点距離
ｆCL1H：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL1V：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCL3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｈFEL2H：フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２の第１の方向のサイズ
ｈFEL2V：フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２の第２の方向のサイズ
【００４２】
ここで、「第１の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸上に配置されている場合には第１の方向を指している。また、「第１の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸から外れた光路上に配置されている場合には、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからインテグレータ４０までの光路上に配置された光学素子のレイアウトの関係から第１の方向に対応する方向を指している。
【００４３】
また、「第２の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸上に配置されている場合には第２の方向を指している。また、「第２の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがインテグレータ４０の光軸から外れた光路上に配置されている場合には、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからインテグレータ４０までの光路上に配置された光学素子のレイアウトの関係から第２の方向に対応する方向を指している。
【００４４】
なお、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。また、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。一方、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Vは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Vは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Vは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。また、光源１０Ａに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ1Vは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。同様に、光源１０Ｂに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ2Vは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。光源１０Ｃに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ3Vは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。
【００４５】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セル４１，４２が１以外の縦横比を有している場合には、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１のサイズの縦横比と、照明範囲６０Ａの縦横比とが以下の関係式を満たしていることが好ましい。ここで、照明範囲６０Ａの縦横比Ｈ／Ｖは、空間変調素子６０の解像度と相関を有しており、例えば、空間変調素子６０の解像度がＶＧＡ（６４０×４８０）である場合には６４０／４８０となっており、例えば、空間変調素子６０の解像度がＷＶＧＡ（８００×４８０）である場合には８００／４８０となっている。
ｈFEL1H／ｈFEL1V＝Ｈ／Ｖ…（１３）
ｈFEL1H：フライアイレンズ４０Ａの１セルの第１の方向のサイズ
ｈFEL1V：フライアイレンズ４０Ａの１セルの第２の方向のサイズ
Ｈ：照明範囲６０Ａの第１の方向のサイズ
Ｖ：照明範囲６０Ａの第２の方向のサイズ
【００４６】
（特徴部分その２）
また、本実施の形態では、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに入射する光のビームサイズが２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離および開口数が設定されている。これを式で表すと、以下のようになる。
φCL1＝２×ｆCL1×ＮＡ1≦ｈCL1…（１４）
φCL2＝２×ｆCL2×ＮＡ2≦ｈCL2…（１５）
φCL3＝２×ｆCL3×ＮＡ3≦ｈCL3…（１６）
φCL1：カップリングレンズ２０Ａに入射する光のビームサイズ
φCL2：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光のビームサイズ
φCL3：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光のビームサイズ
ＮＡ1：カップリングレンズ２０Ａの開口数
ＮＡ2：カップリングレンズ２０Ｂの開口数
ＮＡ3：カップリングレンズ２０Ｃの開口数
ｈCL1：カップリングレンズ２０Ａのサイズ
ｈCL2：カップリングレンズ２０Ｂのサイズ
ｈCL3：カップリングレンズ２０Ｃのサイズ
【００４７】
ところで、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離および開口数が以下の２つの関係式を満たしていることが好ましい。
φCL1H＝２×ｆCL1H×ＮＡ1H≦ｈCL1H…（１７）
φCL2H＝２×ｆCL2H×ＮＡ2H≦ｈCL2H…（１８）
φCL3H＝２×ｆCL3H×ＮＡ3H≦ｈCL3H…（１９）
φCL1V＝２×ｆCL1V×ＮＡ1V≦ｈCL1V…（２０）
φCL2V＝２×ｆCL2V×ＮＡ2V≦ｈCL2V…（２１）
φCL3V＝２×ｆCL3V×ＮＡ3V≦ｈCL3V…（２２）
φCL1H：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL2H：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL3H：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL1V：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL2V：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCL3V：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
ＮＡ1H：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ1V：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡ3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ｈCL1H：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL1V：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCL3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
【００４８】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ１の作用・効果について説明する。本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1，ｆCL2，ｆCL3と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。ここで、固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するものであり、例えば、１もしくは複数の発光ダイオード、１もしくは複数の有機ＥＬ発光素子、または１もしくは複数のレーザダイオードによって構成されている。そのため、フライアイレンズ４０Ｂがフライアイレンズ４０Ａの焦点位置に配置されている場合であっても、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓが点状ではなく、ある程度の大きさを持っている（図９参照）。しかし、本実施の形態では、１つの光源像Ｓが複数のセルにまたがって形成されることがないので、フライアイレンズ４０Ｂに入射した光が効率良く照明範囲にまで到達する。従って、照明光学系１Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００４９】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vおよび開口数ＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3H，ＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3Vを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの指向角がそれぞれ異なる場合に、それぞれの指向角を考慮して、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vおよび開口数ＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3H，ＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3Vをそれぞれ設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００５０】
＜２．第２の実施の形態＞
[構成]
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタ３の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ３が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１０（Ａ）はプロジェクタ３を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１０（Ｂ）はプロジェクタ３を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。図１１（Ａ），（Ｂ）は、図１０のプロジェクタ３内の光路の一例を表すものである。図１１（Ａ）は、プロジェクタ３を上から（ｙ軸方向から）見たときの光路の一例を表し、図１１（Ｂ）はプロジェクタ３を横から（ｘ軸方向から）見たときの光路の一例を表す。
【００５１】
プロジェクタ３は、照明光学系３Ａを備えている点で、照明光学系１Ａを備えたプロジェクタ１の構成と相違する。そこで、以下では、プロジェクタ１との相違点について主に説明、プロジェクタ１との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００５２】
照明光学系３Ａでは、照明光学系１Ａのカップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、ダイクロイックミラー３０Ａ，３０Ｂとが省略され、その代わりに、カップリングレンズ２０Ｄと、ダイクロイックミラー３０Ｃとが設けられている。ダイクロイックミラー３０Ｃは、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれの光軸が互いに交差する箇所に配置されている。カップリングレンズ２０Ｄは、ダイクロイックミラー３０Ｃの光射出側に配置されており、ダイクロイックミラー３０Ｃとインテグレータ４０との間に配置されている。
【００５３】
ダイクロイックミラー３０Ｃは、波長選択性を持つ２枚のミラーを含むものである。なお、上記のミラーは、例えば、多層の干渉膜を蒸着して構成されたものである。２枚のミラーは互いに直交して配置されており、ミラーの表面がダイクロイックミラー３０Ｃの光射出側を向くように配置されている。ダイクロイックミラー３０Ｃは、例えば、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、一方のミラー（以下、便宜的にミラーＡと称する）の裏面側から入射した光（光源１０Ａ，１０Ｂ側から入射した光）をミラーＡの表面側に透過させるとともに、ミラーＡの表面側から入射した光（光源１０Ｃ側から入射した光）をミラーＡで反射するようになっている。また、ダイクロイックミラー３０Ｃは、例えば、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、他方のミラー（以下、便宜的にミラーＢと称する）の裏面側から入射した光（光源１０Ａ，１０Ｃ側から入射した光）をミラーＢの表面側に透過させるとともに、ミラーＢの表面側から入射した光（光源１０Ｂ側から入射した光）をミラーＢで反射するようになっている。従って、光路合成素子３０は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから発せられた個々の光束を単一の光束に合成するようになっている。
【００５４】
カップリングレンズ２０Ｄは、例えば、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、ダイクロイックミラー３０Ｃ側から入射してきた光を略平行光化するものであり、ダイクロイックミラー３０Ｃ側から入射してきた光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。
【００５５】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ３の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。従って、上記第１の実施の形態と同様、照明光学系３Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００５６】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系３Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ｄが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vおよび開口数ＮＡ4H，ＮＡ4Vを設定するようにした場合には、照明光学系３Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態のｆCL1，ｆCL2，ｆCL3が、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4となる。同様に、第１の実施の形態のｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3Hが、カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離ｆCL4Hとなる。第１の実施の形態のｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3Vが、カップリングレンズ２０Ｄの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離ｆCL4Vとなる。第１の実施の形態のφCL1，φCL2，φCL3が、カップリングレンズ２０Ｄに入射する光のビームサイズφCL4となる。第１の実施の形態のＮＡ1，ＮＡ2，ＮＡ3，が、カップリングレンズ２０Ｄの開口数ＮＡ4となる。第１の実施の形態のｈCL1，ｈCL2，ｈCL3が、カップリングレンズ２０ＤのサイズｈCL4となる。第１の実施の形態のφCL1H，φCL2H，φCL3Hが、カップリングレンズ２０Ｄに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズφCL4Hとなる。第１の実施の形態のφCL1V，φCL2V，φCL3Vが、カップリングレンズ２０Ｄに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズφCL4Vとなる。第１の実施の形態のＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3Hが、カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数ＮＡ4Hとなる。第１の実施の形態のＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3Vが、カップリングレンズ２０Ｄの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数ＮＡ4Vとなる。第１の実施の形態のｈCL1H，ｈCL2H，ｈCL3Hが、カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズｈCL4Hとなる。第１の実施の形態のｈCL1V，ｈCL2V，ｈCL3Vが、カップリングレンズ２０Ｄの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズｈCL4Vとなる。なお、これらの読み替えは、以降の各実施の形態においても同様に行われる。
【００５８】
＜３．第３の実施の形態＞
[構成]
図１２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタ４の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ４が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１２（Ａ）はプロジェクタ４を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１２（Ｂ）はプロジェクタ４を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。図１３（Ａ），（Ｂ）は、図１２のプロジェクタ４内の光路の一例を表すものである。図１３（Ａ）は、プロジェクタ４を上から（ｙ軸方向から）見たときの光路の一例を表し、図１３（Ｂ）はプロジェクタ４を横から（ｘ軸方向から）見たときの光路の一例を表す。
【００５９】
プロジェクタ４は、照明光学系４Ａを備えている点で、照明光学系３Ａを備えたプロジェクタ３の構成と相違する。そこで、以下では、プロジェクタ３との相違点について主に説明、プロジェクタ３との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００６０】
照明光学系４Ａでは、照明光学系３Ａの光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、ダイクロイックミラー３０Ｃとが省略され、その代わりに、光源１０Ｄが設けられている。光源１０Ｄは、カップリングレンズ２０Ｄの光軸上に配置されており、照明光学系４Ａは、光源１０Ｄから発せられた光が直接、カップリングレンズ２０Ｄに入射するように構成されている。
【００６１】
光源１０Ｄは、例えば、固体発光素子１１と、固体発光素子１１を支持するとともに覆うパッケージ１２とを有している。光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するようになっている。光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１は、例えば、所定の波長帯の光を発する単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、例えば、同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、横方向に一列に配置されていたり、例えば、横方向および縦方向に格子状に配置されていたりする。
【００６２】
チップ１１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、光源１０Ｄに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＯＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＬＤによって構成されていてもよい。光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、一部のチップ１１ＡがＬＥＤによって構成され、他のチップ１１ＡがＯＬＥＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、一部のチップ１１ＡがＬＥＤによって構成され、他のチップ１１ＡがＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、一部のチップ１１ＡがＯＬＥＤによって構成され、他のチップ１１ＡがＬＤによって構成されていてもよい。
【００６３】
光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、光源１０Ｄに含まれるチップ１１Ａが全て、互いに等しい波長帯の光を発するようになっていてもよいし、互いに異なる波長帯の光を発するようになっていてもよい。光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、全てのチップ１１Ａが、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するもので構成されていてもよいし、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するもので構成されていてもよいし、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するもので構成されていてもよい。また、光源１０Ｄに複数のチップ１１Ａが含まれている場合に、光源１０Ｄに含まれる複数のチップ１１Ａが、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するものと、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するものと、例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するものとで構成されていてもよい。
【００６４】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ４の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０の１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。従って、上記第２の実施の形態と同様、照明光学系４Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００６５】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系４Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ｄが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vおよび開口数ＮＡ4H，ＮＡ4Vを設定するようにした場合には、照明光学系４Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００６６】
＜４．第４の実施の形態＞
[構成]
図１４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係るプロジェクタ５の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ５が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１４（Ａ）はプロジェクタ５を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１４（Ｂ）はプロジェクタ５を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。
【００６７】
プロジェクタ５は、照明光学系５Ａを備えている点で、照明光学系４Ａを備えたプロジェクタ４の構成と相違する。そこで、以下では、プロジェクタ４との相違点について主に説明、プロジェクタ４との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００６８】
照明光学系５Ａでは、照明光学系４Ａの光源１０Ｄおよびカップリングレンズ２０Ｄの光軸がインテグレータ４０の光軸と交差する方向に傾けられている。光源１０Ｄおよびカップリングレンズ２０Ｄの光軸は、図１４（Ａ）に示したように、横方向に傾いていることが好ましい。なお、光源１０Ｄおよびカップリングレンズ２０Ｄの光軸が、図示しないが、縦方向に傾いていてもよいし、傾いていない構成となっていてもよい。
【００６９】
照明光学系５Ａは、さらに、偏光分離素子８０と、位相差板アレイ９０とを備えている。偏光分離素子８０は、カップリングレンズ２０Ｄとインテグレータ４０との間に設けられており、位相差板アレイ９０は、インテグレータ４０とコンデンサレンズ５０（または照明範囲６０Ａ）との間に設けられている。本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ｂは、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置の手前に配置されており、位相差板アレイ９０が、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置（または略焦点位置）に配置されている。
【００７０】
偏光分離素子８０は、入射する光の偏光に対して異方性を有する光学素子であり、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射する光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離（例えば回折）するものである。偏光の分離方向は、横方向となっていることが好ましいが、縦方向となっていてもよい。偏光分離素子８０は、例えば、図１５（Ａ），（Ｂ）に示したように、一方の表面に、ブレーズ状またはステップ状の複数の帯状の凸部が並列配置された凹凸形状を有する偏光回折素子であることが好ましい。なお、偏光分離素子８０は、図示しないが、バイナリ型の偏光回折素子であってもよい。
【００７１】
偏光分離素子８０は、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＳ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに等しく（またはほぼ等しく）なるように透過させるようになっている。さらに、偏光分離素子８０は、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＰ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに異なるように回折透過させるようになっている。なお、偏光分離素子８０は、上記の例とは逆に、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＰ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに等しく（またはほぼ等しく）なるように透過させるようになっていてもよい。この場合に、偏光分離素子８０は、さらに、例えば、カップリングレンズ２０Ｄ側から入射した光に含まれるＳ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに異なるように回折透過させるようになっていてもよい。偏光分離素子８０から射出されたＳ偏光の進行方向と、偏光分離素子８０から射出されたＰ偏光の進行方向とは、偏光分離素子８０の法線（光軸）との関係で互いに反対方向を向いており、偏光分離素子８０の法線（光軸）との関係で互いに線対称となる方向を向いていることが好ましい。
【００７２】
位相差板アレイ９０は、例えば、図１６に示したように、位相差の互いに異なる第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂを有している。第１領域９０Ａは、偏光分離素子８０で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、第１領域９０Ａへの入射光を、偏光方向を維持したまま透過するようになっている。一方、第２領域９０Ｂは、偏光分離素子８０で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち第１領域９０Ａに入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、第２領域９０Ｂへの入射光を、第１領域９０Ａに入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換するようになっている。第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂは、ともに、偏光分離素子８０における分離（回折）方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ偏光分離素子８０における分離（回折）方向と平行な方向に交互に配置されている。ここで、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂはともに、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの長手方向と垂直な方向に延在していることが好ましい。
【００７３】
互いに隣り合う第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂの合計の幅Λarrayは、例えば、フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２の幅と等しくなっている。第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂが、例えば、図１６に示したように、横方向に配列されている場合には、幅Λarrayは、例えば、セル４２の横方向の幅（ｈFEL2H）と等しくなっている。第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂが、図示しないが、縦方向に配列されている場合には、幅Λarrayは、例えば、セル４２の縦方向の幅（ｈFEL2V）と等しくなっている。第１領域９０Ａの幅ｈAWP1と、第２領域９０Ｂの幅ｈAWP2とは、例えば、互いに等しくなっている。
【００７４】
ところで、本実施の形態では、例えば、図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、偏光分離素子８０には、カップリングレンズ２０Ｄ側からの光が斜め方向から入射するようになっている。なお、図１７（Ａ）は、偏光分離素子８０に入射した光のうちＳ偏光成分またはＰ偏光成分の光路だけを模式的に表したものであり、図１７（Ｂ）は、偏光分離素子８０に入射した光のうち図１７（Ａ）に示した偏光成分とは異なる偏光成分の光路だけを模式的に表したものである。図１７（Ｃ）は、偏光成分によらず光路が共通となっている様子を模式的に表したものである。
【００７５】
例えば、偏光分離素子８０には、位相差板アレイ９０内の配列方向と平行な方向（例えば横方向）に光軸が傾いた光が偏光分離素子８０に入射するようになっている。そのため、例えば、図１７（Ａ），（Ｂ）に示したように、偏光分離素子８０に入射した光のうち一方の偏光成分の光が、入射光の光軸と平行な方向に射出され、偏光分離素子８０に入射した光のうち他方の偏光成分の光が、入射光の光軸と交差する方向に射出される。このとき、入射光の光軸と平行な方向に射出された光の光軸と、入射光の光軸と交差する方向に射出された光の光軸との二等分線が、偏光分離素子８０の法線（ｚ軸）と平行（またはほぼ平行）となっていることが好ましい。
【００７６】
入射光の光軸と平行な方向に射出された光は、インテグレータ４０で複数の微小光束となり、例えば、図１７（Ａ）に示したように、位相差板アレイ９０の第１領域９０Ａに入射するようになっている。また、入射光の光軸と交差する方向に射出された光は、例えば、図１７（Ｂ）に示したように、インテグレータ４０で複数の微小光束となり、例えば、位相差板アレイ９０の第２領域９０Ｂに入射するようになっている。なお、図示しないが、入射光の光軸と平行な方向に射出された光が、位相差板アレイ９０の第２領域９０Ｂに入射するとともに、入射光の光軸と交差する方向に射出された光が、位相差板アレイ９０の第１領域９０Ａに入射するようになっていてもよい。いずれにしても、位相差板アレイ９０からは、Ｐ偏光およびＳ偏光のいずれか一方の偏光光が主として射出されるようになっている。
【００７７】
入射光の光軸と平行な方向に射出された光は、フライアイレンズ４０Ａで微小光束に分割され、分割された各光束が位相差板アレイ９０の第１領域９０Ａの近傍に焦点を結び、ここに２次光源面（光源像ＳA）を形成する（図１８参照）。同様に、入射光の光軸と交差する方向に射出された光は、フライアイレンズ４０Ａで微小光束に分割され、分割された各光束が位相差板アレイ９０の第２領域９０Ｂの近傍に焦点を結び、ここに２次光源面（光源像ＳB）を形成する（図１８参照）。なお、光源像ＳAおよび光源像ＳBからなる光源像が、上記実施の形態の光源像Ｓに対応する。
【００７８】
本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ９０に形成される各光源像Ｓ1、各光源像Ｓ2のサイズが第１領域９０Ａ、第２領域９０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。
【００７９】
ここで、第１領域９０Ａおよび第２領域９０Ｂがともに、第２の方向に延在しているとした場合に、上の条件を式で表すと、以下の式（２３），（２４）ようになる。また、上の条件を模式的に表すと、図１８のようになる。
ｈH1＝Ｐ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP1…（２３）
ｈH2＝Ｐ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP2…（２４）
ｈH1：光源像ＳAの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈH2：光源像ＳBの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
Ｐ4H：光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｆCL4H：カップリングレンズ２０Ｄの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｈAWP1：第１領域９０Ａの配列方向のサイズ
ｈAWP2：第２領域９０Ｂの配列方向のサイズ
【００８０】
なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ4Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ4Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。また、カップリングレンズ２０Ｄが、複数のレンズによって構成されている場合には、ｆCL4Hは、各レンズの、第１の方向またはそれに対応する方向の合成焦点距離とする。
【００８１】
上記の式（２３），（２４）とおおよそ等価な式として、以下の式（２５），（２６）を挙げることができる。式（２５），（２６）は、固体発光素子１１の光射出領域のサイズが固体発光素子１１のサイズと概ね等しい場合に特に有益である。
ｈH1＝Ｗ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP1…（２５）
ｈH2＝Ｗ4H×（ｆFEL／ｆCL4H）≦ｈAWP2…（２６）
Ｗ4H：光源１０Ｄに含まれる固体発光素子１１の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
【００８２】
なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗ4Hは、そのチップ１１Ａのサイズに等しい。また、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗ4Hは、全てのチップ１１Ａを単一のチップとしてみたときの、そのチップのサイズに等しい。
【００８３】
[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ５の作用・効果について説明する。本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ９０に形成される各光源像Ｓ1、各光源像Ｓ2のサイズが第１領域９０Ａ、第２領域９０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELとが設定されている。これにより、照明光学系５Ａにおける光利用効率を改善することができる。
【００８４】
また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆFELH，ｆFELVとを設定するようにした場合には、照明光学系５Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ｄが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｄの焦点距離ｆCL4H，ｆCL4Vおよび開口数ＮＡ4H，ＮＡ4Vを設定するようにした場合には、照明光学系５Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、偏光分離素子８０をインテグレータ４０の手前に配置し、位相差板アレイ９０をインテグレータ４０の後ろに配置した上で、カップリングレンズ２０Ｄからの光を偏光分離素子８０に斜めに入射させるようにした。これにより、空間変調素子６０の光入射側などに偏光板が用いられている場合に、光源１０Ｄから射出された光を、上記の偏光板の透過軸と平行な偏光成分を主として含む偏光光に変換することができる。その結果、空間変調素子６０の光入射側などに設けられた偏光板で生じる光のロスを小さくすることができるので、プロジェクタ５全体の光利用効率を大幅に改善することができる。
【００８６】
＜５．実施例＞
次に、上記各実施の形態のプロジェクタ１，３，４，５に用いられる照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａの実施例について説明する。図１９は、第１ないし第３の実施の形態の実施例の設計値を表したものであり、図２０は、第４の実施の形態の実施例の設計値を表したものである。図中の実施例１〜３は、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａに共通の設計値であり、図中の実施例４は、照明光学系５Ａの設計値である。図１９の一番下に記載の「条件式」とは、上述の式（７）〜（１２）においてＰ1H，Ｐ2H，Ｐ3H，Ｐ1V，Ｐ2V，Ｐ3VをＷ1H，Ｗ2H，Ｗ3H，Ｗ1V，Ｗ2V，Ｗ3Vに置き換えたものと、上述の式（１７）〜（２２）とを以下の式（２７）〜（２９），（３１）〜（３３）にまとめたものに、設計値を代入することにより得られたものである。図２０の「条件式」も同様の方法で以下の式（３０），（３４）にまとめたものに、設計値を代入することにより得られたものである。なお、図１９、図２０では、ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL4Hを便宜的にｆCLHと記載し、ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3V，ｆCL4Vを便宜的にｆCLVと記載した。また、図１９、図２０では、開口数ＮＡ1H，ＮＡ2H，ＮＡ3H，ＮＡ4Hを便宜的にＮＡHと記載し、開口数ＮＡ1V，ＮＡ2V，ＮＡ3V，ＮＡ4Vを便宜的にＮＡVと記載した。
（ｗ1H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL1H≦ｈCL1H／（２×ＮＡ1H）…（２７）
（ｗ2H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL2H≦ｈCL2H／（２×ＮＡ2H）…（２８）
（ｗ3H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL3H≦ｈCL3H／（２×ＮＡ3H）…（２９）
（ｗ4H／ｈFEL2H）×ｆFELH≦ｆCL4H≦ｈCL4H／（２×ＮＡ4H）…（３０）
（ｗ1V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL1V≦ｈCL1V／（２×ＮＡ1V）…（３１）
（ｗ2V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL2V≦ｈCL2V／（２×ＮＡ2V）…（３２）
（ｗ3V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL3V≦ｈCL3V／（２×ＮＡ3V）…（３３）
（ｗ4V／ｈFEL2V）×ｆFELV≦ｆCL4V≦ｈCL4V／（２×ＮＡ4V）…（３４）
【００８７】
図１９、図２０から、いずれの設計値においても、式（２７）〜（３４）を満たす焦点距離ｆCL1H，ｆCL2H，ｆCL3H，ｆCL4H，ｆCL1V，ｆCL2V，ｆCL3V，ｆCL4Vに設定することができることがわかる。
【００８８】
＜６．変形例＞
以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００８９】
（変形例１）
例えば、上記実施の形態では、図３（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、チップ１１Ａが上面発光型の素子となっている場合が例示されていたが、端面発光型の素子であってもよい。その場合には、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれ、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）〜図２６（Ａ），（Ｂ）に示したように、ステム１３とキャップ１４とによって囲まれた内部空間に、１または複数の端面発光型のチップ１１Ａからなる固体発光素子１１が収容されたキャンタイプの形態となっている。
【００９０】
ステム１３は、キャップ１４とともに光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのパッケージを構成するものであり、例えば、サブマウント１５を支持する支持基板１３Ａと、支持基板１３Ａの裏面に配置された外枠基板１３Ｂと、複数の接続端子１３Ｃとを有している。サブマウント１５は導電性および放熱性を有する材料からなる。支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂは、それぞれ、導電性および放熱性を有する基材に、１または複数の絶縁性のスルーホールと、１または複数の導電性のスルーホールとが形成されたものである。支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂは、例えば、円板形状となっており、双方の中心軸（図示せず）が互いに重なり合うように積層されている。外枠基板１３Ｂの直径は、支持基板１３Ａの直径よりも大きくなっている。外枠基板１３Ｂの外縁は、外枠基板１３Ｂの中心軸を法線とする面内において外枠基板１３Ｂの中心軸から放射方向に張り出した環状のフランジとなっている。フランジは、製造過程においてキャップ１４を支持基板１３Ａに嵌合させるときの基準位置を規定する役割を有している。複数の接続端子１３Ｃは、少なくとも支持基板１３Ａを貫通している。複数の接続端子１３Ｃのうち少なくとも１つの端子を除いた端子（以下、便宜的に「端子α」とする。）は、個々のチップ１１Ａの電極（図示せず）に１つずつ電気的に接続されている。端子αは、例えば、外枠基板１３Ｂ側に長く突出しており、かつ支持基板１３Ａ側に短く突出している。また、複数の接続端子１３Ｃのうち上記の端子α以外の端子（以下、便宜的に「端子β」とする。）は、全てのチップ１１Ａの他の電極（図示せず）に電気的に接続されている。端子βは、例えば、外枠基板１３Ｂ側に長く突出しており、端子βの支持基板１３Ａ側の端縁は、例えば、支持基板１３Ａ内に埋め込まれている。各接続端子１３Ｃのうち外枠基板１３Ｂ側に長く突出している部分が、例えば基板などに嵌め込まれる部分に相当する。一方、複数の接続端子１３Ｃのうち支持基板１３Ａ側に短く突出している部分が、ワイヤ１６を介して個々のチップ１１Ａと１つずつ電気的に接続される部分に相当する。複数の接続端子１３Ｃのうち支持基板１３Ａ内に埋め込まれている部分が、例えば、支持基板１３Ａおよびサブマウント１５を介して全てのチップ１１Ａと電気的に接続される部分に相当する。端子αは、支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂに設けられた絶縁性のスルーホールによって支持されており、そのスルーホールによって支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂから絶縁分離されている。さらに、個々の端子αは、上記の絶縁部材によって互いに絶縁分離されている。一方、端子βは、支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂに設けられた導電性のスルーホールによって支持されており、そのスルーホールと電気的に接続されている。
【００９１】
キャップ１４は、固体発光素子１１を封止するものである。キャップ１４は、例えば、上端および下端に開口が設けられた筒部１４Ａを有している。筒部１４Ａの下端が、例えば、支持基板１３Ａの側面に接しており、筒部１４Ａの内部空間に、固体発光素子１１が位置している。キャップ１４は、筒部１４Ａの上端側の開口を塞ぐようにして配置された光透過窓１４Ｂを有している。光透過窓１４Ｂは、固体発光素子１１の光射出面と対向する位置に配置されており、固体発光素子１１から出力された光を透過する機能を有している。
【００９２】
本変形例において、固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するようになっている。固体発光素子１１は、例えば、所定の波長帯の光を発する単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、同一の波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよいし、互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）、図２２（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向に一列に配置されていたり、例えば、図２４（Ａ），（Ｂ）、図２５（Ａ），（Ｂ）に示したように、縦方向に一列に配置されていたりする。固体発光素子１１に含まれるチップ１１Ａの数は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄごとに異なっていてもよいし、全ての光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄで互いに等しくなっていてもよい。
【００９３】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、例えば、図２３（Ｂ）、図２６（Ｂ）に示したように、単一のチップ１１Ａのサイズ（ＷV1×ＷH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズは、例えば、図２１（Ｂ），図２２（Ｂ），図２４（Ｂ），図２５（Ｂ）に示したように、全てのチップ１１Ａをひとまとまりとしたときのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図２１（Ｂ）の例では、ＷV1×３ＷH1より大きく、図２２（Ｂ）の例では、ＷV1×２ＷH1より大きい。また、複数のチップ１１Ａが縦方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（ＷV×ＷH）は、図２４（Ｂ）の例では、３ＷV1×ＷH1より大きく、図２５（Ｂ）の例では、２ＷV1×ＷH1より大きい。
【００９４】
チップ１１Ａは、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤまたはＯＬＥＤによって構成されていてもよい。
【００９５】
チップ１１Ａは、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）〜図２６（Ａ），（Ｂ）に示したように、チップ１１Ａサイズ（ＷV×ＷH）よりも小さなサイズ（ＰV1×ＰH1）の発光スポット１１Ｂを有している。発光スポット１１Ｂは、チップ１１Ａに電流を注入してチップ１１Ａを駆動したときにチップ１１Ａから光が発せられる領域（光射出領域）に相当する。チップ１１ＡがＬＤからなる場合には、発光スポット１１ＢはＬＥＤまたはＯＬＥＤの発光スポットよりも小さな点状となっている。
【００９６】
固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図２３（Ｂ）、図２６（Ｂ）に示したように１つである。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図２１（Ｂ），図２２（Ｂ），図２４（Ｂ）、図２５（Ｂ）に示したようにチップ１１Ａの数と等しい。ここで、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、発光スポット１１Ｂのサイズ（ＰV1×ＰH1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図２１（Ｂ）の例では、ＰV1×３ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。同様に、図２２（Ｂ）の例では、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、ＰV1×２ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。また、複数のチップ１１Ａが縦方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、図２４（Ｂ）の例では、３ＰV1×ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。同様に、図２５（Ｂ）の例では、光射出領域のサイズ（ＰV×ＰH）は、２ＰV1×ＰH1よりも大きく、ＷV×ＷHよりも小さい。
【００９７】
（変形例２）
また、上記実施の形態およびその変形例では、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａが、平行光をフライアイレンズ４０Ａに入射させる無限光学系を含んで構成されていたが、収束光（または発散光）をフライアイレンズ４０Ａに入射させる有限光学系を含んで構成されていてもよい。この場合には、上記実施の形態およびその変形例において、カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｄの代わりに、光源１０Ａ〜１０Ｄから発せられた光を収束するか、または発散する機能を有する指向角変換素子を配置すればよい。ただし、この場合には、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、上記の指向角変換素子と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂとからなる光学系の光学倍率が設定されていることが好ましい。具体的には、上記の指向角変換素子と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂとからなる光学系の光学倍率が以下の関係式を満たすことが好ましい。
ｈ＝Ｐ×ｍ≦ｈFEL2
ｍ：上記の指向角変換素子と、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂとからなる光学系の光学倍率
【００９８】
また、本変形例においても、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セル４１，４２が１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａが、アナモフィック光学系となっていることが好ましい。
【００９９】
（変形例３）
また、上記実施の形態およびその変形例では、本発明を、投射型表示装置に適用した場合について説明されていたが、他の表示装置に適用することももちろん可能である。例えば、図２７に示したように、本発明を、リアプロジェクション表示装置６に適用することが可能である。リアプロジェクション表示装置６は、図２７に示したように、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａを含むプロジェクタ１，３，４，５と、プロジェクタ１，３，４，５（投影光学系７０）から投射された画像光を映し出す透過型スクリーン７とを備えている。このように、リアプロジェクション表示装置６の照明光学系として、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａを用いることにより、光利用効率を改善することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１，３，４，５…プロジェクタ、１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａ…照明光学系、２…スクリーン、６…リアプロジェクション表示装置、７…透過型スクリーン、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ…光源、１１…固体発光素子、１１Ａ…チップ、１１Ｂ…発光スポット、１２…パッケージ、１３…ステム、１３Ａ…支持基板、１３Ｂ…外枠基板、１３Ｃ…接続端子、１４…キャップ、１４Ａ…筒部、１４Ｂ…光透過部、１５…サブマウント、１６…ワイヤ、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…カップリングレンズ、３０…光路合成素子、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…ダイクロイックミラー、４０…インテグレータ、４０Ａ，４０Ｂ…フライアイレンズ、４１，４２…セル、５０…コンデンサレンズ、６０…空間変調素子、６０Ａ…照明範囲、７０…投影光学系、８０…偏光分離素子、９０…位相差板アレイ、９０Ａ…第１領域、９０Ｂ…第２領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
前記固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、
前記指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと
を備え、
前記インテグレータは、前記指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている
照明装置。
【請求項２】
前記固体発光素子は、所定の波長帯の光を発する単一のチップ、または同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップからなり、
前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が以下の関係式を満たす
請求項１に記載の照明装置。
ｈ＝Ｐ×ｍ≦ｈFEL2
ｈ：前記光源像のサイズ
Ｐ：前記光射出領域のサイズ（前記固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットのサイズに等しく、前記固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いのサイズに等しい）
ｍ：前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率
ｈFEL2：前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズ
【請求項３】
前記指向角変換素子は、前記固体発光素子側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換し、
前記指向角変換素子の焦点距離と、前記第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが以下の関係式を満たす
請求項２に記載の照明装置。
ｈ＝Ｐ×（ｆFEL／ｆCL）≦ｈFEL2
ｆFEL：前記第１および第２のフライアイレンズの焦点距離
ｆCL：前記指向角変換素子の焦点距離
【請求項４】
前記第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有し、
前記指向角変換素子の焦点距離と、前記第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが以下の関係式を満たす
請求項３に記載の照明装置。
ｈx＝Ｐx×（ｆFELx／ｆCLx）≦ｈFEL2x
ｈy＝Ｐy×（ｆFELy／ｆCLy）≦ｈFEL2y
ｈx：前記光源像の第１の方向のサイズ
ｈy：前記光源像の、第１の方向と直交する第２の方向のサイズ
Ｐx：前記光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ（前記固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しく、前記固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい）
Ｐy：前記光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ（前記固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しく、前記固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい）
ｆFELx：前記第１および第２のフライアイレンズの第１の方向の焦点距離
ｆFELy：前記第１および第２のフライアイレンズの第２の方向の焦点距離
ｆCLx：前記指向角変換素子の、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCLy：前記指向角変換素子の、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｈFEL2x：前記第２のフライアイレンズの１セルの第１の方向のサイズ
ｈFEL2y：前記第２のフライアイレンズの１セルの第２の方向のサイズ
【請求項５】
前記指向角変換素子に入射する光のビームサイズが前記指向角変換素子のサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子の焦点距離および開口数が設定されている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記指向角変換素子の焦点距離および開口数が以下の関係式を満たす
請求項５に記載の照明装置。
φCL＝２×ｆCL×ＮＡ≦ｈCL
φCL：前記指向角変換素子に入射する光のビームサイズ
ＮＡ：前記指向角変換素子の開口数
ｈCL：前記指向角変換素子のサイズ
【請求項７】
前記指向角変換素子が１以外の縦横比を有し、
前記指向角変換素子の焦点距離および開口数が以下の関係式を満たす
請求項６に記載の照明装置。
φCLx＝２×ｆCLx×ＮＡx≦ｈCLx
φCLy＝２×ｆCLy×ＮＡy≦ｈCLy
φCLx：前記指向角変換素子に入射する光の、第１の方向またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCLy：前記指向角変換素子に入射する光の、第２の方向またはそれに対応する方向のビームサイズ
ＮＡx：前記指向角変換素子の、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡy：前記指向角変換素子の、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ｈCLx：前記指向角変換素子の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCLy：前記指向角変換素子の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
【請求項８】
当該照明装置は、複数の光源と、複数の指向角変換素子とを備え、
各光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、
各指向角変換素子は、前記パッケージごとに１つずつ配置され、
当該照明装置は、各指向角変換素子を透過した光を合成する光路合成素子をさらに備えた
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
当該照明装置は、複数の光源と、１つの指向角変換素子とを備え、
各光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、
当該照明装置は、各固体発光素子から射出された光を合成する光路合成素子をさらに備え、
前記指向角変換素子は、前記光路合成素子から射出された光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換する
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
当該照明装置は、１つの光源と、１つの指向角変換素子とを備え、
前記光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記チップは、発光ダイオード、有機ＥＬ発光素子、またはレーザダイオードである
請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記指向角変換素子の縦横の拡大率の比と、前記第２のフライアイレンズの各セルの縦横比の逆数とが、互いに等しくなっている
請求項３または請求項４に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第１のフライアイレンズは、前記第２のフライアイレンズの略焦点位置に配置されており、
前記第２のフライアイレンズは、前記第１のフライアイレンズの略焦点位置に配置されている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記指向角変換素子と前記インテグレータとの間に設けられた偏光分離素子と、
前記インテグレータと前記照明範囲との間に設けられた位相差板アレイと
を備え、
前記偏光分離素子は、前記指向角変換素子側から入射する光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離し、
前記位相差板アレイは、位相差の互いに異なる第１領域および第２領域を有し、
前記第１領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第１領域への入射光を、偏光方向を維持したまま透過し、
前記第２領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち前記第１領域に入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第２領域への入射光を、前記第１領域に入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換する
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記第１領域および前記第２領域はともに、前記偏光分離素子における分離方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ前記偏光分離素子における分離方向と平行な方向に交互に配置されている
請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有し、
前記第１領域および前記第２領域はともに、前記第１および第２のフライアイレンズの長手方向と垂直な方向に延在する帯状の形状となっている
請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記位相差板アレイは、前記第１のフライアイレンズの略焦点位置に配置されており、
前記第２のフライアイレンズは、前記第１のフライアイレンズの焦点位置よりも手前に配置されている
請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１８】
照明光学系と、
入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
を備え、
前記照明光学系は、
単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
前記固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、
前記指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと
を有し、
前記インテグレータは、前記指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている
投射型表示装置。
【請求項１９】
照明光学系と、
入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
前記投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンと
を備え、
前記照明光学系は、
単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
前記固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、
前記指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと
を有し、
前記インテグレータは、前記指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている
直視型表示装置。
【請求項１】
単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
前記固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、
前記指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと
を備え、
前記インテグレータは、前記指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている
照明装置。
【請求項２】
前記固体発光素子は、所定の波長帯の光を発する単一のチップ、または同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップからなり、
前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が以下の関係式を満たす
請求項１に記載の照明装置。
ｈ＝Ｐ×ｍ≦ｈFEL2
ｈ：前記光源像のサイズ
Ｐ：前記光射出領域のサイズ（前記固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットのサイズに等しく、前記固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いのサイズに等しい）
ｍ：前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率
ｈFEL2：前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズ
【請求項３】
前記指向角変換素子は、前記固体発光素子側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換し、
前記指向角変換素子の焦点距離と、前記第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが以下の関係式を満たす
請求項２に記載の照明装置。
ｈ＝Ｐ×（ｆFEL／ｆCL）≦ｈFEL2
ｆFEL：前記第１および第２のフライアイレンズの焦点距離
ｆCL：前記指向角変換素子の焦点距離
【請求項４】
前記第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有し、
前記指向角変換素子の焦点距離と、前記第１および第２のフライアイレンズの焦点距離とが以下の関係式を満たす
請求項３に記載の照明装置。
ｈx＝Ｐx×（ｆFELx／ｆCLx）≦ｈFEL2x
ｈy＝Ｐy×（ｆFELy／ｆCLy）≦ｈFEL2y
ｈx：前記光源像の第１の方向のサイズ
ｈy：前記光源像の、第１の方向と直交する第２の方向のサイズ
Ｐx：前記光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ（前記固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しく、前記固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい）
Ｐy：前記光射出領域の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ（前記固体発光素子が単一のチップからなる場合はそのチップの発光スポットの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しく、前記固体発光素子が複数のチップからなる場合は最小面積で全てのチップの発光スポットを囲ったときのその囲いの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい）
ｆFELx：前記第１および第２のフライアイレンズの第１の方向の焦点距離
ｆFELy：前記第１および第２のフライアイレンズの第２の方向の焦点距離
ｆCLx：前記指向角変換素子の、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｆCLy：前記指向角変換素子の、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ｈFEL2x：前記第２のフライアイレンズの１セルの第１の方向のサイズ
ｈFEL2y：前記第２のフライアイレンズの１セルの第２の方向のサイズ
【請求項５】
前記指向角変換素子に入射する光のビームサイズが前記指向角変換素子のサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子の焦点距離および開口数が設定されている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記指向角変換素子の焦点距離および開口数が以下の関係式を満たす
請求項５に記載の照明装置。
φCL＝２×ｆCL×ＮＡ≦ｈCL
φCL：前記指向角変換素子に入射する光のビームサイズ
ＮＡ：前記指向角変換素子の開口数
ｈCL：前記指向角変換素子のサイズ
【請求項７】
前記指向角変換素子が１以外の縦横比を有し、
前記指向角変換素子の焦点距離および開口数が以下の関係式を満たす
請求項６に記載の照明装置。
φCLx＝２×ｆCLx×ＮＡx≦ｈCLx
φCLy＝２×ｆCLy×ＮＡy≦ｈCLy
φCLx：前記指向角変換素子に入射する光の、第１の方向またはそれに対応する方向のビームサイズ
φCLy：前記指向角変換素子に入射する光の、第２の方向またはそれに対応する方向のビームサイズ
ＮＡx：前記指向角変換素子の、第１の方向またはそれに対応する方向の開口数
ＮＡy：前記指向角変換素子の、第２の方向またはそれに対応する方向の開口数
ｈCLx：前記指向角変換素子の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈCLy：前記指向角変換素子の、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ
【請求項８】
当該照明装置は、複数の光源と、複数の指向角変換素子とを備え、
各光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、
各指向角変換素子は、前記パッケージごとに１つずつ配置され、
当該照明装置は、各指向角変換素子を透過した光を合成する光路合成素子をさらに備えた
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
当該照明装置は、複数の光源と、１つの指向角変換素子とを備え、
各光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、
当該照明装置は、各固体発光素子から射出された光を合成する光路合成素子をさらに備え、
前記指向角変換素子は、前記光路合成素子から射出された光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換する
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
当該照明装置は、１つの光源と、１つの指向角変換素子とを備え、
前記光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記チップは、発光ダイオード、有機ＥＬ発光素子、またはレーザダイオードである
請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記指向角変換素子の縦横の拡大率の比と、前記第２のフライアイレンズの各セルの縦横比の逆数とが、互いに等しくなっている
請求項３または請求項４に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第１のフライアイレンズは、前記第２のフライアイレンズの略焦点位置に配置されており、
前記第２のフライアイレンズは、前記第１のフライアイレンズの略焦点位置に配置されている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記指向角変換素子と前記インテグレータとの間に設けられた偏光分離素子と、
前記インテグレータと前記照明範囲との間に設けられた位相差板アレイと
を備え、
前記偏光分離素子は、前記指向角変換素子側から入射する光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離し、
前記位相差板アレイは、位相差の互いに異なる第１領域および第２領域を有し、
前記第１領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第１領域への入射光を、偏光方向を維持したまま透過し、
前記第２領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち前記第１領域に入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第２領域への入射光を、前記第１領域に入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換する
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記第１領域および前記第２領域はともに、前記偏光分離素子における分離方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ前記偏光分離素子における分離方向と平行な方向に交互に配置されている
請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有し、
前記第１領域および前記第２領域はともに、前記第１および第２のフライアイレンズの長手方向と垂直な方向に延在する帯状の形状となっている
請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記位相差板アレイは、前記第１のフライアイレンズの略焦点位置に配置されており、
前記第２のフライアイレンズは、前記第１のフライアイレンズの焦点位置よりも手前に配置されている
請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１８】
照明光学系と、
入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
を備え、
前記照明光学系は、
単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
前記固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、
前記指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと
を有し、
前記インテグレータは、前記指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている
投射型表示装置。
【請求項１９】
照明光学系と、
入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
前記投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンと
を備え、
前記照明光学系は、
単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
前記固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、
前記指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと
を有し、
前記インテグレータは、前記指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率が設定されている
直視型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−８３５２２（Ｐ２０１２−８３５２２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９３７２（Ｐ２０１０−２２９３７２）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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