特許 7501691 光源装置、投影装置、マイクロレンズアレイ及び光源制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】光源装置、投影装置、マイクロレンズアレイ及び光源制御方法

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20240611BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20240611BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20240611BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20240611BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 D

H04N5/74 A

H04N9/31 500

G02B3/00 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023014352

(22)【出願日】2023-02-02

(62)【分割の表示】P 2020155946の分割

【原出願日】2020-09-17

(65)【公開番号】P2023057093

(43)【公開日】2023-04-20

【審査請求日】2023-09-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000001443

【氏名又は名称】カシオ計算機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002022

【氏名又は名称】弁理士法人コスモ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荻野 浩

【審査官】中村 直行

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５４１００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８４６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８４４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０２３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１３３２９９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ ２１／００ ー ２１／６４

Ｇ０２Ｂ ３／００

Ｈ０４Ｎ ５／７４

Ｈ０４Ｎ ９／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から出射された光線束を集光する少なくとも一つのレンズと、
前記少なくとも一つのレンズにより集光された光線束であって且つ前記少なくとも一つのレンズから入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた前記光線束が照射される表示素子と、
を備え、
前記少なくとも一つのレンズは、入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズを備えることを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記少なくとも一つのレンズは、入射側を凸面として出射側を平面とした第一集光レンズ又は入射側を凸面として出射側を凹面とした第二集光レンズと、を備え、
前記第一集光レンズ又は前記第二集光レンズから出射された光線束が前記第三集光レンズに入射されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記マイクロレンズアレイには、前記第三集光レンズから出射された光線束が入射されことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項4】

前記マイクロレンズアレイは一つのみ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項5】

前記マイクロレンズアレイと前記表示素子との間において、前記マイクロレンズアレイの後に配置された凹レンズと、前記凹レンズの後に配置された凸レンズと、を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項6】

前記マイクロレンズアレイと前記表示素子との間において、前記マイクロレンズアレイの後に配置された凸レンズと、前記凸レンズの後に配置された凹レンズと、を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項7】

前記凹レンズの有効口径は、前記マイクロレンズアレイの有効口径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光源装置。

【請求項8】

前記凸レンズは、両凸に形成されており、入射側の凸面よりも出射側の凸面の方が大きな曲率で形成されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光源装置。

【請求項9】

前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、入射面側又は出射面側を平坦にした片凸のレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項10】

光源と、
前記光源から出射された光線束を集光する少なくとも一つのレンズと、
前記少なくとも一つのレンズにより集光された光線束であって且つ前記少なくとも一つのレンズから入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた前記光線束が照射されて画像光を形成する表示素子と、
前記画像光を投影する投影光学系と、
前記光源及び前記表示素子を制御する制御部と、
を備え、
前記少なくとも一つのレンズは、入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズを備えることを特徴とする投影装置。

【請求項11】

光源と、入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズを備える少なくとも一つのレンズと、前記少なくとも一つのレンズにより集光された光線束であって且つ前記少なくとも一つのレンズから入射される光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、表示素子と、前記光源及び前記表示素子を制御する制御部と、
を備える光源装置の光源制御方法であって、
制御部は、
前記少なくとも一つのレンズにより、前記光源から出射された光線束を集光させ、
前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた前記光線束を前記表示素子に照射させる、
ことを特徴とする光源制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置、投影装置、マイクロレンズアレイ及び光源制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、光源から出射された光を、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子、又は液晶板等の表示素子に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させる投影装置が使用されている。例えば、特許文献１には、光源ランプと、複数の集光レンズから構成されて光源からの出射光を集光し複数の像を形成する第１のレンズアレイと、この第１のレンズアレイが形成する複数の像の近傍に置かれる複数の集光レンズから構成される第２のレンズアレイと、第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイを透過した複数の像を同一位置に重ね合わせて集光する集光レンズ系と、を具備する投影装置（照明光学装置）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－９８４８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の投影装置では、レンズアレイが巨大化してしまい、結果として投影装置における光学系の占有領域が大型化してしまう場合がある。

【0005】

本発明は、光学系を小型化可能な光源装置、投影装置、マイクロレンズアレイ及び光源制御方法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】

本発明の光源装置は、光源と、前記光源から出射された光線束を集光する少なくとも一つのレンズと、前記少なくとも一つのレンズにより集光された光線束であって且つ前記少なくとも一つのレンズから入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた前記光線束が照射される表示素子と、を備え、前記少なくとも一つのレンズは、入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズを備えることを特徴とする。

【0007】

本発明の投影装置は、光源と、前記光源から出射された光線束を集光する少なくとも一つのレンズと、前記少なくとも一つのレンズにより集光された光線束であって且つ前記少なくとも一つのレンズから入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた前記光線束が照射されて画像光を形成する表示素子と、前記画像光を投影する投影光学系と、前記光源及び前記表示素子を制御する制御部と、を備え、前記少なくとも一つのレンズは、入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズを備えることを特徴とする。

【0009】

本発明の光源制御方法は、光源と、入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズを備える少なくとも一つのレンズと、前記少なくとも一つのレンズにより集光された光線束であって且つ前記少なくとも一つのレンズから入射される光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、表示素子と、前記光源及び前記表示素子を制御する制御部と、を備える光源装置の光源制御方法であって、制御部は、前記少なくとも一つのレンズにより、前記光源から出射された光線束を集光させ、前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた前記光線束を前記表示素子に照射させる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、光学系を小型化可能な光源装置、投影装置、マイクロレンズアレイ及び光源制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る投影装置の機能ブロックを示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係る蛍光ホイールの平面模式図である。

【図4】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイに入射する光の光路を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの前後における光の光路を示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイから出射された光の光路を示す図である。

【図7】本発明の実施形態の変形例に係る投影装置の内部構造の一部を示す平面模式図であり、（ａ）は変形例１を示し、（ｂ）は変形例２を示し、（ｃ）は変形例３を示す。

【図8】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイをＬＣＤ方式の投影装置に適用した例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。図１は投影装置１０の投影装置制御部の機能回路ブロックを示す図である。投影装置制御部は、画像変換部２３と制御部３８とを含むＣＰＵ、入出力インターフェース２２を含むフロントエンドユニット、表示エンコーダ２４と、表示駆動部２６とを含むフォーマッターユニットから構成される。入出力コネクタ部２１から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース２２、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部２３で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ２４に出力される。

【0013】

表示エンコーダ２４は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ２５の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部２６に出力する。

【0014】

表示駆動部２６は、表示エンコーダ２４から出力された画像信号に対応して適宜のフレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子５１を駆動する。表示素子５１は、入射された光を複数のマイクロミラーにより反射させて画像光を形成するミラーデバイスである。

【0015】

そして、投影装置１０は、光源装置６０から出射された光線束を、集光光学系１４０を介して表示素子５１に照射することにより、表示素子５１の反射光で光像を形成し、投影光学系２２０（図２参照）を介して図示しないスクリーン等の被投影体に画像を投影表示する。なお、この投影光学系２２０の可動レンズ群２３５は、レンズモータ４５によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動を行うことができる。

【0016】

画像圧縮／伸長部３１は、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＣＴ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード３２に順次書き込む記録処理を行う。

【0017】

さらに、画像圧縮／伸長部３１は、再生モード時にメモリカード３２に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを１フレーム単位で伸長する。画像圧縮／伸長部３１は、その画像データを、画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に出力し、メモリカード３２に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理を行う。

【0018】

制御部３８は、投影装置１０内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵ、各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成される。

【0019】

筐体の上面パネルに設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー／インジケータ部３７の操作信号は、直接に制御部３８に送出される。リモートコントローラからのキー操作信号はＩｒ受信部３５で受信され、Ｉｒ処理部３６で復調されたコード信号が制御部３８に出力される。

【0020】

制御部３８は、システムバス（ＳＢ）を介して音声処理部４７と接続される。この音声処理部４７は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ４８を駆動して拡声報音させる。

【0021】

また、制御部３８は、光源制御部としての光源制御回路４１を制御する。光源制御回路４１は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源装置６０から出射されるように、後述する励起光照射装置７０、赤色光源装置１２０、及び蛍光ホイール装置１００等を含む光源装置６０の動作を制御することができる。

【0022】

次に、この投影装置１０の内部構造について述べる。図２は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。ここで、投影装置１０の筐体は、略箱状に形成されて、正面パネル１２、背面パネル１３、右側パネル１４及び左側パネル１５を備える。なお、以下の説明においては、投影装置１０における左右とは投影方向に対しての左右方向を示し、前後とは投影装置１０のスクリーン側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

【0023】

投影装置１０は、左側パネル１５の近傍に制御回路基板２４１を備える。この制御回路基板２４１は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備える。また、投影装置１０は、筐体の略中央部分に光源装置６０を備える。光源装置６０と左側パネル１５との間には、導光光学系１８０や投影光学系２２０が配置される。

【0024】

光源装置６０は、青色波長帯域光Ｌｂの光源であって励起光源でもある励起光照射装置７０と、赤色波長帯域光Ｌｒの光源である赤色光源装置１２０と、緑色波長帯域光Ｌｇの光源である緑色光源装置８０と、を備える。緑色光源装置８０は、励起光照射装置７０と蛍光ホイール装置１００により構成される。また、光源装置６０には、青色波長帯域光Ｌｂ、緑色波長帯域光Ｌｇ、赤色波長帯域光Ｌｒを導光する集光光学系１４０が配置されている。集光光学系１４０は、複数のレンズとして第一集光レンズ群１１１及び第二集光レンズ群１２５、並びに青光路側集光レンズ１４６、第一集光レンズ１４７、第二集光レンズ１４８及び第三集光レンズ１４９を含む。集光光学系１４０は、各色の光源装置（励起光照射装置７０、緑色光源装置８０及び赤色光源装置１２０）から出射される光を、マイクロレンズアレイ９０の入射口に集光する。

【0025】

励起光照射装置７０は、投影装置１０筐体の左右方向における略中央部分であって背面パネル１３寄りに配置される。励起光照射装置７０は、青色レーザダイオード７１から成る光源群、反射ミラー群７５、励起光路側集光レンズ７７及び拡散板７８等を有する。光源群は、背面パネル１３と光軸が平行になるよう配置された半導体発光素子である複数の青色レーザダイオード７１から成る。反射ミラー群７５は、各青色レーザダイオード７１からの出射光の光軸を正面パネル１２方向に約９０度変換する。青色レーザダイオード７１から出射された青色波長帯域光は、励起光路側集光レンズ７７により集光され、拡散板７８により拡散されて第一集光レンズ群１１１側へ導光される。

【0026】

光源群を構成する青色レーザダイオード７１は、２行４列のマトリクス状に配列されている。各青色レーザダイオード７１の光軸上には、青色レーザダイオード７１からの出射光の指向性を高めるように各々平行光に変換するコリメータレンズ７３が配置されている。反射ミラー群７５は、複数の反射ミラーが階段状に配列されて図示しないミラー基板と一体化されて位置調整を行って形成され、青色レーザダイオード７１から出射される光線束の有効径を一方向に縮幅して出射する。

【0027】

赤色光源装置１２０は、青色レーザダイオード７１と光軸が平行となるように配置された赤色発光ダイオード１２１と、赤色発光ダイオード１２１からの出射光を集光する第二集光レンズ群１２５と、を有する。この赤色発光ダイオード１２１は、赤色波長帯域光Ｌｒを出射する半導体発光素子である赤色発光ダイオードである。そして、赤色光源装置１２０は、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光の光軸が、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光Ｌｂの光軸、及び蛍光ホイール１０１から出射される緑色波長帯域光Ｌｇの光軸と交差するように配置される。第二集光レンズ群１２５は、赤色波長帯域光Ｌｒの出射面側を凸面とした２個の平凸レンズを有する。さらに、赤色光源装置１２０は、ヒートシンク及び冷却ファン（不図示）を備えて、赤色発光ダイオード１２１を冷却することができる。なお、赤色発光ダイオード１２１に代えて、赤色レーザダイオードを配置してもよい。

【0028】

緑色光源装置８０を構成する蛍光ホイール装置１００は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光路上であって、正面パネル１２の近傍に配置される。蛍光ホイール装置１００は、正面パネル１２と平行となるように（換言すれば、励起光照射装置７０からの出射光の光軸と直交するように）配置された蛍光ホイール１０１と、この蛍光ホイール１０１を回転駆動するモータ１１０と、このモータ１１０を駆動制御する図示しない駆動制御装置と、励起光照射装置７０から出射される励起光の光線束を蛍光ホイール１０１に集光するとともに蛍光ホイール１０１から背面パネル１３方向に出射される緑色波長帯域光Ｌｇの光線束を集光する第一集光レンズ群１１１を有する。第一集光レンズ群１１１は、青色波長帯域光Ｌｂの入射面側（即ち、緑色波長帯域光Ｌｇの出射面側）を凸面とした２個の平凸レンズを有する。なお、駆動制御装置は、前述の光源制御回路４１により制御される。

【0029】

図３に示す蛍光ホイール１０１は、円板状に形成され、軸受１１２を介して接続されたモータ１１０の駆動により回転することができる。蛍光ホイール１０１は、複数の光源セグメントとして蛍光発光領域３１０と透過領域３２０を、周方向に並設している。蛍光ホイール１０１の基材は銅やアルミニウム等の金属基材により形成することができる。この基材の励起光照射装置７０側の表面は銀蒸着等によってミラー加工されている。蛍光発光領域３１０には、このミラー加工された表面に形成された緑色蛍光体層が形成される。蛍光発光領域３１０は、励起光照射装置７０から青色波長帯域光Ｌｂを励起光として受けて、全方位に緑色波長帯域の蛍光（緑色波長帯域光Ｌｇ）を出射する。この緑色波長帯域光Ｌｇは、蛍光ホイール装置１００から第一ダイクロイックミラー１４１側の第一集光レンズ群１１１に入射する。

【0030】

また、蛍光ホイール１０１の透過領域３２０は、蛍光ホイール１０１の基材に形成された切抜部に、透光性を有する透明基材を嵌入して形成することができる。透明基材は、ガラスや樹脂等の透明な材料で形成される。また、透明基材には、青色波長帯域光Ｌｂが照射される側又はその反対側の表面に拡散層を設けてもよい。拡散層は、例えば、その透明基材の表面に、サンドブラスト等による微細凹凸を形成して設けることができる。透過領域３２０に入射された励起光照射装置７０からの青色波長帯域光Ｌｂは、励起光路側集光レンズ７７及び第一集光レンズ群１１１で光線束の集光径が縮幅されて、透過領域３２０を透過又は拡散透過し、第一反射ミラー１４２側へ出射される。なお、青色波長帯域光Ｌｂは、透過領域３２０（又は透過領域３２０近傍の前後位置）で集光されて光像が光軸を中心に反転する。蛍光ホイール１０１の透過領域３２０は、後述するマイクロレンズアレイ９０に入射する光の光学基準面Ａ（光学基準点）となる（図２及び図４も参照）。

【0031】

蛍光ホイール１０１における青色波長帯域光Ｌｂの照射領域が蛍光発光領域３１０であるとき、青色波長帯域光Ｌｂにより励起された緑色波長帯域光Ｌｇが第一集光レンズ群１１１側へ出射される。一方、蛍光ホイール１０１における青色波長帯域光Ｌｂの照射領域が透過領域３２０であるとき、青色レーザダイオード７１から出射された青色波長帯域光Ｌｂは蛍光ホイール１０１を透過し、第一反射ミラー１４２に導光される。

【0032】

集光光学系１４０は、赤色、緑色、青色波長帯域の光線束を集光させる複数枚の集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換して同一の光軸とさせる反射ミラー、ダイクロイックミラー等を含む。具体的に、集光光学系１４０には、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光Ｌｂ及び蛍光ホイール１０１から出射される緑色波長帯域光Ｌｇと、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光Ｌｒとが交差する位置に、第一ダイクロイックミラー１４１が配置されている。第一ダイクロイックミラー１４１は、青色波長帯域光Ｌｂ及び赤色波長帯域光Ｌｒを透過し、緑色波長帯域光Ｌｇを反射する。従って、蛍光ホイール１０１から出射された緑色波長帯域光Ｌｇの光軸は、左側パネル１５方向に９０度変換される。

【0033】

また、蛍光ホイール１０１を透過又は拡散透過した青色波長帯域光Ｌｂの光軸上には、青色波長帯域光Ｌｂを反射して、光軸を左側パネル１５方向に９０度変換する第一反射ミラー１４２が配置されている。第一反射ミラー１４２における左側パネル１５側には、両凸の青光路側集光レンズ１４６が配置される。さらに、この青光路側集光レンズ１４６の左側パネル１５側には、第二反射ミラー１４３が配置される。第二反射ミラー１４３の背面パネル１３側には、入射側を凸面とした片凸の第一集光レンズ１４７が配置される。第二反射ミラー１４３は、青光路側集光レンズ１４６で集光された青色波長帯域光Ｌｂを、背面パネル１３側に９０度変換して第一集光レンズ１４７に入射させる。

【0034】

また、第一ダイクロイックミラー１４１の左側パネル１５側には、入射側に凸面を有し出射側に凹面を有した凸レンズ（正のメニスカスレンズ）である第二集光レンズ１４８が配置されている。さらに、第二集光レンズ１４８の左側パネル１５側であって、第一集光レンズ１４７の背面パネル１３側には、第二ダイクロイックミラー１４４が配置されている。第二ダイクロイックミラー１４４は、赤色波長帯域光Ｌｒ及び緑色波長帯域光Ｌｇを反射して背面パネル１３側に９０度光軸を変換するとともに、青色波長帯域光Ｌｂを透過させる。

【0035】

第一ダイクロイックミラー１４１を透過した赤色波長帯域光Ｌｒの光軸と、この赤色波長帯域光Ｌｒの光軸と一致するように第一ダイクロイックミラー１４１により反射された緑色波長帯域光Ｌｇの光軸は、第二集光レンズ１４８に入射する。そして、第二集光レンズ１４８を透過した赤色波長帯域光Ｌｒ及び緑色波長帯域光Ｌｇは、第二ダイクロイックミラー１４４により反射され、第三集光レンズ１４９に入射する。一方、第一集光レンズ１４７で集光された青色波長帯域光Ｌｂは、第二ダイクロイックミラー１４４を透過して、第三集光レンズ１４９に入射する。

【0036】

第三集光レンズ１４９は、入射側に凸面を有し出射側に凹面を有した凸レンズ（正のメニスカスレンズ）である。第三集光レンズ１４９は、第二ダイクロイックミラー１４４側から入射した赤色波長帯域光Ｌｒ、緑色波長帯域光Ｌｇ及び青色波長帯域光Ｌｂを集光して第三反射ミラー１４５側へ出射させる。第三集光レンズ１４９から出射した光線束は、第三反射ミラー１４５により、マイクロレンズアレイ９０側に光軸を変換される。なお、本実施形態の第三集光レンズ１４９は、入射面側に凸面を設けて、マイクロレンズアレイ９０には後述する略結像された像Ｆ２を形成する光（集光光）を入射させている。

【0037】

本実施形態では、正のメニスカスレンズである第二集光レンズ１４８や第三集光レンズ１４９に、赤色波長帯域光Ｌｒ、緑色波長帯域光Ｌｇ及び青色波長帯域光Ｌｂを何れかの光路において入射させているため、入射した光を短い焦点距離で集光させ、平凸レンズを用いた場合に比較して結像される像Ｆ２の収差を低減することができる。

【0038】

マイクロレンズアレイ９０に入射された光線束は、均一な強度分布の光線束となるように光路が変換されて凹レンズ１８１側（表示素子５１側）に出射される。マイクロレンズアレイ９０の前後における光路についても後述する。

【0039】

導光光学系１８０は、凹レンズ１８１、凸レンズ１８２、反射ミラー１８３及びコンデンサレンズ１８４を有する。なお、コンデンサレンズ１８４は、コンデンサレンズ１８４の背面パネル１３側に配置される表示素子５１から出射された画像光を投影光学系２２０に向けて出射するので、投影光学系２２０の一部ともされている。凹レンズ１８１は、マイクロレンズアレイ９０と凸レンズ１８２との間（換言すれば表示素子５１との間）に配置される。また、凸レンズ１８２は、凹レンズ１８１と反射ミラー１８３との間（換言すれば、マイクロレンズアレイ９０と表示素子５１との間）に配置される。

【0040】

マイクロレンズアレイ９０から出射された光は、両凹の凹レンズ１８１に入射して光線束が拡幅された後、凸レンズ１８２側に入射する。凸レンズ１８２は、凹レンズ１８１から出射された光を集光し、反射ミラー１８３へ出射する。本実施形態の凸レンズ１８２は、両凸に形成されており、入射側の凸面よりも出射側の凸面の方が大きな曲率で形成される。凸レンズ１８２は、両凸としているため、焦点距離が短く、光線束を比較的短い距離で表示素子５１の有効領域に照射させることができる。従って、凸レンズ１８２から表示素子５１までの光路長を短くすることができ、光源装置６０を小型化することができる。

【0041】

凸レンズ１８２から出射された光線束は、反射ミラー１８３により反射されて、コンデンサレンズ１８４を介して表示素子５１に所定の角度で照射される。なお、ＤＭＤとされる表示素子５１は、背面パネル１３側にヒートシンク１９０が設けられ、このヒートシンク１９０により表示素子５１は冷却される。

【0042】

ここで、図４乃至図６の模式図を用いて、マイクロレンズアレイ９０の前後に配置される集光光学系１４０から導光光学系１８０までの光路について説明する。図４は、物体側の光学基準面Ａ（光学基準点）、集光光学系１４０及びマイクロレンズアレイ９０を模式的に示している。なお、マイクロレンズアレイ９０は、側面視及び平面視について示している。また、光Ｌ１，Ｌ２は、赤色波長帯域光Ｌｒ、緑色波長帯域光Ｌｇ又は青色波長帯域光Ｌｂに含まれる一部の光の光路を例示している。図４の集光光学系１４０は、赤色波長帯域光Ｌｒの光路に配置される第二集光レンズ群１２５（図４では一つのレンズで簡略化）、第二集光レンズ１４８及び第三集光レンズ１４９を示している。赤色波長帯域光Ｌｒの光路の場合、上記光学基準面Ａは、赤色発光ダイオード１２１の発光面（発光点）である。

【0043】

なお、緑色波長帯域光Ｌｇの光路の場合、光学基準面Ａは蛍光ホイール１０１上の蛍光発光領域３１０の発光面（発光点）であり、集光光学系１４０として第一集光レンズ群１１１、第二集光レンズ１４８及び第三集光レンズ１４９が配置される（図４の括弧内の各符号参照）。また、青色波長帯域光Ｌｂの光路の場合、光学基準面Ａは複数の青色レーザダイオード７１から出射された青色波長帯域光が集光（又は略集光）する蛍光ホイール１０１上の透過領域３２０の出射面又は集光面（出射点）であり、集光光学系１４０として青光路側集光レンズ１４６、第一集光レンズ１４７及び第三集光レンズ１４９が配置される（図４の括弧内の各符号参照）。図４の説明では、赤色波長帯域光Ｌｒの光路に対応する集光光学系１４０について説明する。

【0044】

光学基準面Ａから出射された光は、第二集光レンズ群１２５、第二集光レンズ１４８及び第三集光レンズ１４９により集光されて、光線束を縮幅させながらマイクロレンズアレイ９０に入射する。図２に示した導光光学系１８０は、集光光学系１４０により集光された光の結像面Ｂ（結像点）よりも表示素子５１側に位置するように配置される。本実施形態のマイクロレンズアレイ９０の入射面９０１には、光学基準面Ａに対する像Ｆ２が結像される結像面Ｂが配置される（光学基準面Ａの光軸Ｐの中心側から出射される光Ｌ１、及び光学基準面Ａの光軸Ｐの外側から出射される光Ｌ２も参照）。従って、マイクロレンズアレイ９０には、光学基準面Ａにおける光の分布に対して相似形に結像された光が入射される。図４の例では、マイクロレンズアレイ９０に入射する赤色波長帯域光Ｌｒによる像Ｆ２は、光学基準面Ａの光Ｆ１よりも拡大して形成される。

【0045】

像Ｆ２の形状について、赤色波長帯域光の場合、赤色発光ダイオード１２１は略矩形状の発光面から光を出射するため、像Ｆ２も図４のマイクロレンズアレイ９０の平面視に示すように略矩形状に結像される。一方、図示はしないが、青色波長帯域光の場合、光学基準面Ａにおける光線束の横断面形状は略円形（又は略楕円形）に形成されるため、結像面Ｂにおける像Ｆ２も略円形（又は略楕円形）となる。さらに、緑色波長帯域光の場合、光学基準面Ａである蛍光発光領域３１０は略円形（又は略楕円形）の発光面から光が出射されるため、結像面Ｂにおける像Ｆ２も略円形（又は略楕円形）となる。

【0046】

なお、結像面Ｂは、マイクロレンズアレイ９０の入射面９０１（図５に示すマイクロレンズ９１の入射面）の他にも、出射面９０２や入射面９０１と出射面９０２との間の位置に配置してもよいし、マイクロレンズアレイ９０の前後の近傍に位置させてもよく、マイクロレンズアレイ９０には光学基準面Ａに対して概ね結像された光が入射するように構成することができる。

【0047】

図５は、光Ｌ１が集光光学系１４０の光軸Ｐ上に位置するマイクロレンズ９１の入射面９０１に入射した場合の光路を示している。マイクロレンズアレイ９０を構成する複数のマイクロレンズ９１は、入射面９０１及び出射面９０２側に各々凸湾曲面を有する両凸レンズである。図５に示す光Ｌ１が入射する中央側のマイクロレンズ９１Ａの光軸Ｐ１は、集光光学系１４０の光軸Ｐと一致している。マイクロレンズアレイ９０は、光学基準面Ａに対する像Ｆ２をマイクロレンズ９１により部分領域Ｆ２１（図４のマイクロレンズアレイ９０の平面図も参照）ごとに拡散して表示素子５１に照射して重ね合わせることができる。また、本実施形態のマイクロレンズアレイ９０は、集光光学系１４０から入射される光線束の集光径に対応した大きさで形成される。従って、マイクロレンズアレイ９０は、光学基準面Ａの光軸Ｐの外側から出射される光Ｌ２が入射面９０１に入射可能な程度の最小限の大きさで構成することができる。

【0048】

光Ｌ１は、集光光学系１４０の光軸Ｐに沿った光路を進む光軸光Ｌ１１と、マージナル光Ｌ１２，Ｌ１３を示している。光軸光Ｌ１１及びマージナル光Ｌ１２，Ｌ１３は、各々中央側のマイクロレンズ９１Ａの凸湾曲した入射面９０１に入射する平行光として示している。光軸光Ｌ１１及びマージナル光Ｌ１２，Ｌ１３は、各々中央側のマイクロレンズ９１Ａの入射面９０１に対する光軸光Ｌ１１１，Ｌ１２１，Ｌ１３１と、マージナル光Ｌ１１２，Ｌ１２２，Ｌ１３２，Ｌ１１３，Ｌ１２３，Ｌ１３３とを含む。

【0049】

集光光学系１４０側から入射した光軸光Ｌ１１及びマージナル光Ｌ１２，Ｌ１３は、入射面９０１で集光して中央側のマイクロレンズ９１Ａに入射する。各光Ｌ１１～Ｌ１３は、中央側のマイクロレンズ９１Ａの出射面９０２から出射すると、光Ｌ１４～Ｌ１６として重畳されるように拡散される。

【0050】

光軸光Ｌ１１及びマージナル光Ｌ１２，Ｌ１３に含まれていた成分である各光軸光Ｌ１１１，Ｌ１２１，Ｌ１３１は、各々光軸光Ｌ１１１ａ及びマージナル光Ｌ１２１ａ，Ｌ１３１ａとして略平行な光軸光Ｌ１４として出射される。また、各マージナル光Ｌ１１２，Ｌ１２２，Ｌ１３２は、各々光軸光Ｌ１１２ａ及びマージナル光Ｌ１２２ａ，Ｌ１３２ａとして略平行なマージナル光Ｌ１５として出射される。さらに、各マージナル光Ｌ１１３，Ｌ１２３，Ｌ１３３は、各々光軸光Ｌ１１３ａ及びマージナル光Ｌ１２３ａ，Ｌ１３３ａとして略平行なマージナル光Ｌ１６として出射される。

【0051】

図４に示した光Ｌ２の光路についても、図５では図示しないが、光Ｌ１と同様にマイクロレンズ９１に入射して出射面９０２から出射し、入射面９０１側から入射した光軸光及びマージナル光が重畳されるように拡散される。そして、各マイクロレンズ９１からの出射光も、互いに重畳されるように出射される。

【0052】

図６は、マイクロレンズアレイ９０と、導光光学系１８０に含まれる凹レンズ１８１及び凸レンズ１８２を模式的に示している。図５で光路を説明したように、中央側のマイクロレンズ９１Ａから出射された光Ｌ１（光軸光Ｌ１４及びマージナル光Ｌ１５，Ｌ１６）は、凹レンズ１８１に入射する。マイクロレンズアレイ９０及び凹レンズ１８１は接触して配置される。例えば、マイクロレンズアレイ９０の出射面９０２は、凹レンズ１８１の入射面や外周縁と当接することができる。或いは、マイクロレンズアレイ９０の外周縁９０３と凹レンズ１８１の入射面とを当接させておくことができる。また、凹レンズ１８１の有効口径Ｒ２は、マイクロレンズアレイ９０の有効口径Ｒ１よりも大きく形成される。凹レンズ１８１は、入射した光Ｌ１を拡散（光線束を拡幅）して凸レンズ１８２側に出射する。図４に示した光Ｌ２についても、下端側のマイクロレンズ９１Ｂから出射された光Ｌ２（光軸光Ｌ２４及びマージナル光Ｌ２５，Ｌ２６）が、凹レンズ１８１に入射する。凹レンズ１８１は、入射した光Ｌ２を拡散（光線束を拡幅）して凸レンズ１８２側に出射する。

【0053】

凸レンズ１８２は、入射した光Ｌ１を光線束が縮幅するように集光して（光軸Ｐとの傾斜角度が小さくなるように集光して）、図２の表示素子５１側へ出射する。また、凸レンズ１８２は、入射した光Ｌ２を集光して、光Ｌ１と同様に表示素子５１側へ出射する。従って、表示素子５１に入射する光Ｌ１，Ｌ２は、略平行に近づけた状態で表示素子５１に照射される。

【0054】

本実施形態ではマイクロレンズアレイ９０と凸レンズ１８２との間に光を拡散させる凹レンズ１８１を配置している。従って、例えば、下端側のマイクロレンズ９１Ｂから出射された光Ｌ２は、下端側のマイクロレンズ９１Ｂよりも光軸Ｐからさらに遠くに位置する仮想のマイクロレンズ９１Ｃから出射された光を模すことができる。即ち、マイクロレンズアレイ９０の直後に凹レンズ１８１を配置し、凹レンズ１８１の直後に凸レンズ１８２を配置することで、マイクロレンズアレイ９０を小型に構成しても、仮想的に大型のマイクロレンズアレイからの光を凸レンズ１８２に入射させてマイクロレンズアレイ９０への入射前に比べて均一化した光を表示素子５１側に導光することができる。

【0055】

なお、凸レンズ１８２は凹レンズ１８１と所定の間隔を設けて配置される。これにより、凹レンズ１８１から出射した光の光線束をある程度広げてから、凸レンズ１８２により集光させることができるため、表示素子５１に照射される光を平行光に近づけた状態で入射させることができる。また、凹レンズ１８１から出射されたマージナル光（例えば、マージナル光Ｌ２５）を凸レンズ１８２に取り込んで光の利用効率を向上させることができる。さらに、平行光に近い光が表示素子５１に入射されることで、表示素子５１近傍においても迷光発生等による光の利用効率の低下を低減することができる。

【0056】

図２に戻り、表示素子５１の画像形成面に照射された光源光である光線束は、表示素子５１の画像形成面で反射され、投影光として投影光学系２２０を介してスクリーンに投影される。ここで、投影光学系２２０は、コンデンサレンズ１８４、可動レンズ群２３５及び固定レンズ群２２５により構成されている。可動レンズ群２３５は、レンズモータ４５により移動可能に形成される。そして、可動レンズ群２３５及び固定レンズ群２２５は、固定鏡筒に内蔵される。よって、可動レンズ群２３５を備える固定鏡筒は、可変焦点型レンズとされ、ズーム調節やフォーカス調節が可能に形成される。

【0057】

このように投影装置１０を構成することで、蛍光ホイール１０１を回転させるとともに励起光照射装置７０及び赤色光源装置１２０から異なるタイミングで光を出射すると、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光が集光光学系１４０及び導光光学系１８０を介して表示素子５１に入射されるため、投影装置１０の表示素子５１であるＤＭＤがデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。

【0058】

次に、変形例１乃至変形例３について図７（ａ）乃至図７（ｃ）を参照しながら説明する。前述した光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０の直後に配置された凹レンズ１８１と、凹レンズ１８１の直後に配置された凸レンズ１８２と、を有する構成について説明したが、マイクロレンズアレイ９０、凹レンズ１８１及び凸レンズ１８２の配置は、以下に例示するように適宜変更することもできる。

【0059】

図７（ａ）に示す変形例１の光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０と、凹レンズ１８１とを、間隔を開けて接触させない状態で配置している。例えば、凹レンズ１８１の位置を、マイクロレンズアレイ９０から相対的に遠ざけて、凸レンズ１８２に相対的に近づけるように配置することができる。この場合、凸レンズ１８２に入射する光線束（図６では、下端側のマイクロレンズ９１Ｂから出射される外側のマージナル光Ｌ２５から、上端側のマイクロレンズ９１Ｄから出射される外側のマージナル光（不図示）までの幅の光）の外径（ビーム径）を小さくすることができる。凸レンズ１８２に入射する光線束の外径は、凸レンズ１８２から表示素子５１までの距離や、表示素子５１のマイクロミラーが配置される有効領域の大きさ等により設定することができる。例えば、変形例１の構成は、図２に示した投影装置１０の構成に比べて光線束の外径が小さく略平行で均一化された光を表示素子５１に照射することができるため、表示素子５１の有効領域が小さい場合等にも適用することができる。

【0060】

図７（ｂ）に示す変形例２の光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０及び凹レンズ１８１を、第三集光レンズ１４９と第三反射ミラー１４５の間に配置している。従って、第三集光レンズ１４９により集光された光は、マイクロレンズアレイ９０及び凹レンズ１８１に入射し、その後第三反射ミラー１４５で反射されて、凸レンズ１８２に入射する。なお、図７（ｂ）ではマイクロレンズアレイ９０と凹レンズ１８１が互いに接触させた場合について示しているが、変形例１と同様に、マイクロレンズアレイ９０と凹レンズ１８１は間隔を開けて接触させない状態で配置してもよい。

【0061】

変形例２では、凹レンズ１８１から凸レンズ１８２までの距離を長くすることができるため、凸レンズ１８２に入射する光線束の外径を大きくすることができる。例えば、変形例２の構成は、図２に示した投影装置１０の構成に比べて光線束の外径が大きく略平行で均一化された光を表示素子５１に照射することができるため、表示素子５１の有効領域が大きい場合等にも適用することができる。

【0062】

図７（ｃ）に示す変形例３の光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０を第三集光レンズ１４９と第三反射ミラー１４５の間に配置している。従って、第三集光レンズ１４９により集光された光は、マイクロレンズアレイ９０に入射し、その後第三反射ミラー１４５で反射されて、凹レンズ１８１及び凸レンズ１８２に入射する。

【0063】

変形例３では、マイクロレンズアレイ９０から凹レンズ１８１までの距離を長くすることができるため、マイクロレンズアレイ９０における有効口径Ｒ１（図６参照）が小さい場合であっても、出射光の光線束の外径を大きくして、凹レンズ１８１に入射させることができる。その結果、凹レンズ１８１により拡散された光線束の外径も大きくなるため、凸レンズ１８２は光線束の外径が大きく略平行で均一化された光を表示素子５１に照射させることができる。例えば、変形例３の構成は、表示素子５１の有効領域が大きい場合等にも適用することができる。なお、マイクロレンズアレイ９０の各マイクロレンズ９１の焦点距離は、マイクロレンズアレイ９０から出射される光のマージナル光（例えば図６のマージナル光Ｌ２５）が凹レンズ１８１の有効口径Ｒ２（図６参照）に入射されるように設定することができる。

【0064】

以上、図１乃至図７を用いて本実施形態の構成を説明したが、以下に説明するその他の構成を適用することもできる。例えば、導光光学系１８０は、光線束の大きさや光路長等の構成によっては、マイクロレンズアレイ９０と表示素子５１との間において、凹レンズ１８１又は凸レンズ１８２を省略した構成としてもよい。例えば、マイクロレンズアレイ９０と表示素子５１との間の距離が比較的短い場合に、凹レンズ１８１から出射された光を、直接（或いは、コンデンサレンズ１８４や反射ミラー１８３のみを介して）照射させることができる。なお、光源装置６０は、凹レンズ１８１をマイクロレンズアレイ９０と凸レンズ１８２との間に設けずに凸レンズ１８２と表示素子５１との間に設ける構成としたり、凸レンズ１８２を凹レンズ１８１と反射ミラー１８３との間に設けずに反射ミラー１８３とコンデンサレンズ１８４との間に設ける構成とすることもできる。

【0065】

また、マイクロレンズ９１は、両凸に限らず、入射面９０１側又は出射面９０２側を平坦にして片凸のレンズとしてもよい。

【0066】

また、本実施形態では、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式の投影装置１０においてマイクロレンズアレイ９０に光を入射させて均一化させる例について示したが、本実施形態で示した構成は、図８に示すように、所謂ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）方式の投影装置１０Ａに適用することもできる。なお、マイクロレンズアレイ９０については図２等に示した投影装置１０と同様に構成することができる。

【0067】

例えば、光源装置６０Ａは、赤色波長帯域光Ｌｒ、緑色波長帯域光Ｌｇ及び青色波長帯域光Ｌｂを含む可視光領域の光（例えば白色光）を透過するコールドミラーを有するランプ光源６０Ａ１を備える。ランプ光源６０Ａ１は、正面に配置された集光光学系１４０Ａに光を出射する。集光光学系１４０Ａは、紫外及び赤外波長帯域の光を遮光する可視光フィルタ５００、第一集光レンズ１４１Ａ及び第二集光レンズ１４２Ａを有し、ランプ光源６０Ａ１から集光された可視光領域の光をマイクロレンズアレイ９０に導光する。なお、集光光学系１４０Ａは反射ミラーを備えて、光路において光軸の方向を変換させてもよい。集光光学系１４０Ａに配置される集光レンズ（凸レンズ及び凹レンズを含む）の形状や個数は投影装置１０Ａ内における光路長や導光経路に応じて変更することができる。

【0068】

また、マイクロレンズアレイ９０の出射側であるマイクロレンズアレイ９０と表示素子（青用液晶フィルタ５１Ａ、緑用液晶フィルタ５１Ｂ及び赤用液晶フィルタ５１Ｃ）との間には、凹レンズ１８１Ａ及び凸レンズ１８２Ａが配置される。図２等で示した投影装置１０と同様に、凹レンズ１８１Ａは、マイクロレンズアレイ９０の直後に配置される。また、凸レンズ１８２Ａは、凹レンズ１８１Ａの直後に配置される。マイクロレンズアレイ９０から出射された光は、凹レンズ１８１Ａ及び凸レンズ１８２Ａにより集光径が調整されて青分光ダイクロイックミラー５０１に導光される。

【0069】

また、マイクロレンズアレイ９０は、集光光学系１４０Ａにより集光された光線束であって且つ集光光学系１４０Ａから入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成される。マイクロレンズアレイ９０は照射された光を部分領域毎に拡散させて、マイクロレンズアレイ９０と表示素子（青用液晶フィルタ５１Ａ、緑用液晶フィルタ５１Ｂ及び赤用液晶フィルタ５１Ｃ）との間に設けられた分光部（青分光ダイクロイックミラー５０１及び緑分光ダイクロイックミラー５０２を含む）に導光する。マイクロレンズアレイ９０から出射された光は、分光部により色毎に分光された後、色毎に対応した複数の液晶フィルタの画像形成面に重ね合わせるように照射される。

【0070】

具体的に、青分光ダイクロイックミラー５０１は、マイクロレンズアレイ９０から出射された光のうち、青色波長帯域光Ｌｂを反射して、緑色波長帯域光Ｌｇ及び赤色波長帯域光Ｌｒを透過する。青分光ダイクロイックミラー５０１により導光された青色波長帯域光Ｌｂは、第一全反射ミラー５０３により反射されて第一コンデンサレンズ６０１により集光された後、青用液晶フィルタ５１Ａに入射する。青用液晶フィルタ５１Ａは、画像データのうち青色に対応する画像光を形成してダイクロイックプリズム６０６に入射させる。

【0071】

青分光ダイクロイックミラー５０１を透過した緑色波長帯域光Ｌｇ及び赤色波長帯域光Ｌｒは、緑分光ダイクロイックミラー５０２に導光される。緑分光ダイクロイックミラー５０２は、緑色波長帯域光Ｌｇを反射して、赤色波長帯域光Ｌｒを透過する。緑分光ダイクロイックミラー５０２により導光された緑色波長帯域光Ｌｇは、第二コンデンサレンズ６０２により集光された後、緑用液晶フィルタ５１Ｂに入射する。緑用液晶フィルタ５１Ｂは、画像データのうち緑色に対応する画像光を形成してダイクロイックプリズム６０６に入射させる。

【0072】

緑分光ダイクロイックミラー５０２を透過した赤色波長帯域光Ｌｒは、第二全反射ミラー５０４及び第三全反射ミラー５０５により反射されて第三コンデンサレンズ６０５に入射する。また、赤色波長帯域光Ｌｒは、緑分光ダイクロイックミラー５０２と第二全反射ミラー５０４との間に配置された凸レンズである第一リレーレンズ６０３、及び、第二全反射ミラー５０４と第三全反射ミラー５０５との間に配置された凸レンズである第二リレーレンズ６０４により集光されながら導光される。第三全反射ミラー５０５から導光された赤色波長帯域光Ｌｒは、第三コンデンサレンズ６０５により集光された後、赤用液晶フィルタ５１Ｃに入射する。赤用液晶フィルタ５１Ｃは、画像データのうち赤色に対応する画像光を形成してダイクロイックプリズム６０６に入射させる。

【0073】

ダイクロイックプリズム６０６は、青色波長帯域光Ｌｂ及び赤色波長帯域光Ｌｒを反射し、緑色波長帯域光Ｌｇを透過して、各光を同一光路上に合成し、画像光として投影側レンズ６０７に入射させる。画像光は、投影側レンズ６０７を介して図示しないスクリーン等に投影される。

【0074】

このように、光源装置６０Ａは、３か所に配置した表示素子である液晶フィルタ（液晶パネル）のランプ光源６０Ａ１側にマイクロレンズアレイ９０を配置して、マイクロレンズアレイ９０により均一化した青色、緑色及び赤色の各光を液晶フィルタに入射させる構成とすることができる。なお、図８に示した構成に関わらず、マイクロレンズアレイ９０と液晶フィルタとの間には必要に応じて凹レンズ及び凸レンズ等の光学素子をさらに配置してもよい。

【0075】

本実施形態では、光源から出射された光線束を複数のレンズにより集光する集光光学系１４０と、集光光学系１４０により集光された光線束であって且つ集光光学系１４０から入射された光線束の集光径に対応した大きさで形成されたマイクロレンズアレイ９０と、マイクロレンズアレイ９０を透過して重ね合わされた光が照射される表示素子５１と、を備える光源装置６０，６０Ａ及び投影装置１０について説明した。これにより、マイクロレンズアレイ９０は入射する光線束の集光径に応じて小さくすることができ、マイクロレンズアレイ９０を含む光学系を小型化することができる。従って、光源装置６０，６０Ａ及び投影装置１０の全体も小型に構成することができる。

【0076】

また、マイクロレンズアレイ９０が一つのみ配置されている光源装置６０について説明した。従来の構成では、二枚のマイクロレンズアレイ９０を焦点距離を考慮して所定間隔広げて配置する必要があたったが、本発明の実施形態の構成を用いることでマイクロレンズアレイ９０を一枚とすることができて、投影装置１０における光学系を小さくすることができる。

【0077】

また、マイクロレンズアレイ９０と表示素子５１との間に凹レンズ１８１が配置される光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０から出射される光の光線束の外径が小さくても、表示素子５１の有効照射径に合わせて光線束の外径を広げて表示素子５１に照射させることができる。従って、マイクロレンズアレイ９０を小型化することができる。

【0078】

また、マイクロレンズアレイ９０と表示素子５１との間に凸レンズ１８２が配置される光源装置６０は、表示素子５１に照射させる光を平行光に近づくように集光し、表示素子５１における迷光等を低減し、光の利用効率を向上させることができる。

【0079】

また、マイクロレンズアレイ９０と表示素子５１との間において、マイクロレンズアレイ９０の後に配置された凹レンズ１８１と、凹レンズ１８１の後に配置された凸レンズ１８２と、を有する光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０から出射される光の光線束の外径が小さくても、表示素子５１の有効照射径に合わせて適切に拡幅させて、表示素子５１に照射させる光を平行光に近づけることができる。従って、表示素子５１における光の利用効率を向上させながら、マイクロレンズアレイ９０を小型に構成することができる。

【0080】

また、凸レンズ１８２は、凹レンズ１８１から出射された光線束のうちのマージナル光を入射可能な位置に配置される光源装置６０は、光源からの光の利用効率を向上させることができる。

【0081】

また、マイクロレンズアレイ９０及び凹レンズ１８１が接触して配置され、凹レンズ１８１の有効口径Ｒ２がマイクロレンズアレイ９０の有効口径Ｒ１よりも大きい構成とする光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０の後ろの光学系の領域を小型化しながら、マイクロレンズアレイ９０から出射された光のうちのマージナル光を凹レンズ１８１に確実に取り込むことができる。従って、表示素子５１に照射される光の利用効率を向上させることができる。

【0082】

また、マイクロレンズアレイ９０は、集光光学系１４０から出射された光線束が略結像する位置に配置される。従って、光線束を集光径が小さくなる位置においてマイクロレンズアレイ９０に入射させることができるため、マイクロレンズアレイ９０の有効口径Ｒ１を小さくことができ、マイクロレンズアレイ９０を小型化することができる。従って、マイクロレンズアレイ９０を安価に構成し、光源装置６０全体の光学系も小さく構成することができる。

【0083】

また、マイクロレンズアレイ９０に入射する光線束が、集光径を縮幅させながら入射する光源装置６０は、マイクロレンズアレイ９０の有効口径Ｒ１が集光光学系１４０のうちの後段側のレンズ（本実施形態では第三集光レンズ１４９）の有効口径よりも小さくしてマイクロレンズアレイ９０の全体を小型化することができる。

【0084】

また、マイクロレンズアレイ９０の各マイクロレンズ９１が両凸レンズである光源装置６０は、マイクロレンズ９１における焦点距離を短くすることができ、部分領域Ｆ２１毎に重ね合わせて均一化した光を一つの部材で出射させることができるため、マイクロレンズアレイ９０周辺の構成も小型化することができる。

【0085】

また、集光光学系１４０は、入射側を凸面として出射側を平面とした第一集光レンズ１４７又は入射側を凸面として出射側を凹面とした第二集光レンズ１４８と、第一集光レンズ１４７又は第二集光レンズ１４８から出射された光線束が入射される入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズ１４９とを備え、マイクロレンズアレイ９０には第三集光レンズ１４９から出射された光が入射される構成とした。各光源から出射された光（赤色波長帯域光Ｌｒ、緑色波長帯域光Ｌｇ及び青色波長帯域光Ｌｂ）の光線束は、複数のレンズにより集光されるため、マイクロレンズアレイ９０に入射される光線束の集光径を小さくすることができる。

【0086】

また、マイクロレンズアレイ９０が集光光学系１４０，１４０Ａから入射された光線束を部分領域毎に重ね合わせる光源装置６０，６０Ａは、マイクロレンズアレイに入射する光の光強度の強度分布が偏っていた場合であっても、出射した光を均一化することができる。

【0087】

また、マイクロレンズアレイ９０と表示素子（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ）との間には、マイクロレンズアレイ９０から出射された光を色毎に分光する分光部が設けられ、表示素子（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ）が分光部により分光されて照射される光の色毎に対応した複数の液晶フィルタ（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ）を含む構成について説明した。これにより、本実施形態で示したマイクロレンズアレイ９０はＬＣＤ方式の光源装置６０Ａや投影装置に適用して、光学系や装置全体を小型化することができる。

【0088】

また、表示素子５１は、入射された光を複数のマイクロミラーにより反射させて画像光を形成するミラーデバイスである構成についても説明した。これにより、表示素子５１には同一光路で導光された波長の異なる色光（赤色波長帯域光Ｌｒ、緑色波長帯域光Ｌｇ及び青色波長帯域光Ｌｂ）を導光することができ、表示素子５１近傍の構成を小型化することができる。

【0089】

また、本実施形態の光源装置６０において、制御部３８は、集光光学系１４０の複数枚のレンズ（第一集光レンズ群１１１及び第二集光レンズ群１２５、並びに青光路側集光レンズ１４６、第一集光レンズ１４７、第二集光レンズ１４８及び第三集光レンズ１４９）により光源から出射された光線束を集光させ、マイクロレンズアレイ９０を透過して重ね合わされた光線束を表示素子５１に照射する光源制御方法について説明した。これにより、マイクロレンズアレイ９０は入射する光線束の集光径に応じて小さくすることができ、マイクロレンズアレイ９０を含む光学系を小型化することができる。このため、光源装置６０及び投影装置１０の全体も小型に構成することができる。

【0090】

以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0091】

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 光源と、
前記光源から出射された光線束を複数のレンズにより集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光線束であって且つ前記集光光学系から入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた光が照射される表示素子と、
を備えることを特徴とする光源装置。
［２］ 前記マイクロレンズアレイは一つのみ配置されていることを特徴とする前記［１］に記載の光源装置。
［３］ 前記マイクロレンズアレイと前記表示素子との間に凹レンズが配置されることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［４］ 前記マイクロレンズアレイと前記表示素子との間に凸レンズが配置されることを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れかに記載の光源装置。
［５］ 前記マイクロレンズアレイと前記表示素子との間において、前記マイクロレンズアレイの後に配置された凹レンズと、前記凹レンズの後に配置された凸レンズと、を有することを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［６］ 前記凸レンズは、前記凹レンズから出射された光線束のうちのマージナル光を入射可能な位置に配置されることを特徴とする前記［５］に記載の光源装置。
［７］ 前記マイクロレンズアレイ及び前記凹レンズは接触して配置され、
前記凹レンズの有効口径は、前記マイクロレンズアレイの有効口径よりも大きい、
ことを特徴とする前記［３］、前記［５］又は前記［６］に記載の光源装置。
［８］ 前記マイクロレンズアレイは、前記集光光学系から出射された光線束が略結像する位置に配置されることを特徴とする前記［１］乃至前記［７］の何れかに記載の光源装置。
［９］ 前記マイクロレンズアレイに入射する光線束は、前記集光径を縮幅させながら入射することを特徴とする前記［８］に記載の光源装置。
［１０］ 前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、両凸レンズであることを特徴とする前記［１］乃至前記［９］の何れかに記載の光源装置。
［１１］ 前記集光光学系は、入射側を凸面として出射側を平面とした第一集光レンズ又は入射側を凸面として出射側を凹面とした第二集光レンズと、前記第一集光レンズ又は前記第二集光レンズから出射された光線束が入射される入射側を凸面として出射側を凹面とした第三集光レンズとを備え、
前記マイクロレンズアレイには、前記第三集光レンズから出射された光線束が入射される、
ことを特徴とする前記［１］乃至前記［１０］の何れかに記載の光源装置。
［１２］ 前記マイクロレンズアレイは、前記集光光学系から入射された光線束を部分領域毎に重ね合わせることを特徴とする前記［１］乃至前記［１１］の何れかに記載の光源装置。
［１３］ 前記マイクロレンズアレイと前記表示素子との間には、前記マイクロレンズアレイから出射された光を色毎に分光する分光部が設けられ、
前記表示素子は、前記分光部により分光されて照射される光の前記色毎に対応した複数の液晶フィルタを含む、
ことを特徴とする前記［１］乃至前記［１２］の何れかに記載の光源装置。
［１４］ 前記表示素子は、入射された光を複数のマイクロミラーにより反射させて画像光を形成するミラーデバイスであることを特徴とする前記［１］乃至前記［１２］の何れかに記載の光源装置。
［１５］ 光源と、
前記光源から出射された光線束を複数のレンズにより集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光線束であって且つ前記集光光学系から入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた光が照射されて画像光を形成する表示素子と、
前記画像光を投影する投影光学系と、
前記光源及び前記表示素子を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする投影装置。
［１６］ 光源から出射されて集光光学系の複数のレンズにより集光された光線束であって且つ前記集光光学系から入射された光線束の集光径に対応した大きさに形成され、
透過した光を表示素子に重ね合わせて照射する、
ことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
［１７］ 光源と、複数のレンズを含む集光光学系と、前記集光光学系により集光された光線束であって且つ前記集光光学系から入射される光線束の集光径に対応した大きさに形成されたマイクロレンズアレイと、表示素子と、前記光源及び前記表示素子を制御する制御部と、を備える光源装置の光源制御方法であって、
制御部は、
前記集光光学系の複数のレンズにより、前記光源から出射された光線束を集光させ、
前記マイクロレンズアレイを透過して重ね合わされた光線束を前記表示素子に照射させる、
ことを特徴とする光源制御方法。

【符号の説明】

【0092】

１０，１０Ａ 投影装置 １２ 正面パネル
１３ 背面パネル １４ 右側パネル
１５ 左側パネル ２１ 入出力コネクタ部
２２ 入出力インターフェース ２３ 画像変換部
２４ 表示エンコーダ ２５ ビデオＲＡＭ
２６ 表示駆動部 ３１ 画像圧縮／伸長部
３２ メモリカード ３５ Ｉｒ受信部
３６ Ｉｒ処理部 ３７ キー／インジケータ部
３８ 制御部 ４１ 光源制御回路
４５ レンズモータ ４７ 音声処理部
４８ スピーカ ５１ 表示素子
５１Ａ 青用液晶フィルタ ５１Ｂ 緑用液晶フィルタ
５１Ｃ 赤用液晶フィルタ ６０，６０Ａ 光源装置
６０Ａ１ ランプ光源 ７０ 励起光照射装置
７１ 青色レーザダイオード ７３ コリメータレンズ
７５ 反射ミラー群 ７７ 励起光路側集光レンズ
７８ 拡散板 ８０ 緑色光源装置
９０ マイクロレンズアレイ ９１ マイクロレンズ
９１Ａ 中央側のマイクロレンズ ９１Ｂ 下端側のマイクロレンズ
９１Ｃ 仮想のマイクロレンズ ９１Ｄ 上端側のマイクロレンズ
１００ 蛍光ホイール装置 １０１ 蛍光ホイール
１１０ モータ １１１ 第一集光レンズ群
１１２ 軸受 １２０ 赤色光源装置
１２１ 赤色発光ダイオード １２５ 第二集光レンズ群
１４０，１４０Ａ 集光光学系 １４１ 第一ダイクロイックミラー
１４１Ａ 第一集光レンズ １４２Ａ 第二集光レンズ
１４２ 第一反射ミラー １４３ 第二反射ミラー
１４４ 第二ダイクロイックミラー １４５ 第三反射ミラー
１４６ 青光路側集光レンズ １４７ 第一集光レンズ
１４８ 第二集光レンズ １４９ 第三集光レンズ
１８０ 導光光学系 １８１，１８１Ａ 凹レンズ
１８２，１８２Ａ 凸レンズ １８３ 反射ミラー
１８４ コンデンサレンズ １９０ ヒートシンク
２２０ 投影光学系 ２２５ 固定レンズ群
２３５ 可動レンズ群 ２４１ 制御回路基板
３１０ 蛍光発光領域 ３２０ 透過領域
５００ 可視光フィルタ ５０１ 青分光ダイクロイックミラー
５０２ 緑分光ダイクロイックミラー ５０３ 第一全反射ミラー
５０４ 第二全反射ミラー ５０５ 第三全反射ミラー
６０１ 第一コンデンサレンズ ６０２ 第二コンデンサレンズ
６０３ 第一リレーレンズ ６０４ 第二リレーレンズ
６０５ 第三コンデンサレンズ ６０６ ダイクロイックプリズム
６０７ 投影側レンズ ９０１ 入射面
９０２ 出射面 ９０３ 外周縁
Ａ 光学基準面 Ｂ 結像面
Ｆ１ 光 Ｆ２ 像
Ｆ２１ 部分領域
Ｌ１～Ｌ３ 光 Ｌ１１ 光軸光
Ｌ１１１ 光軸光 Ｌ１１２，Ｌ１１３ マージナル光
Ｌ１１１ａ～Ｌ１１３ａ 光軸光 Ｌ１２ マージナル光
Ｌ１２１ 光軸光 Ｌ１２２，Ｌ１２３ マージナル光
Ｌ１２１ａ～Ｌ１２３ａ マージナル光 Ｌ１３ マージナル光
Ｌ１３１ 光軸光 Ｌ１３２，Ｌ１３３ マージナル光
Ｌ１４ 光軸光 Ｌ１５，Ｌ１６ マージナル光
Ｌ２４ 光軸光 Ｌ２５，Ｌ２６ マージナル光
Ｌｂ 青色波長帯域光 Ｌｇ 緑色波長帯域光
Ｌｒ 赤色波長帯域光 Ｐ，Ｐ１ 光軸
Ｒ１，Ｒ２ 有効口径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】