プロジェクター
【課題】光源から液晶パネルまでの距離を短くして照明光学系のサイズを小さくすることができるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】色分離導光部４０が、分離ミラーとしての第１ダイクロイックミラー４１ａで分離された第１色光としての赤色光ＬＲを直接的に第１光変調装置としての第１液晶ライトバルブ５０ａに入射させるので、照明部１０から第１液晶ライトバルブ５０ａまでの距離を短くすることができ、照明部１０の小型化によってプロジェクター１００のサイズを小さくすることができる。
【解決手段】色分離導光部４０が、分離ミラーとしての第１ダイクロイックミラー４１ａで分離された第１色光としての赤色光ＬＲを直接的に第１光変調装置としての第１液晶ライトバルブ５０ａに入射させるので、照明部１０から第１液晶ライトバルブ５０ａまでの距離を短くすることができ、照明部１０の小型化によってプロジェクター１００のサイズを小さくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過型の液晶パネル等を照明することによって形成した画像をスクリーン上に投射するプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターとして、光源からの光束を２枚のダイクロイックミラーで順次３色に分岐するとともに、合成用のダイクロイックプリズムから射出させる３各色の光軸パスを互いに一致させることによってリレーレンズを不要とし、かつ、光束の反射回数を各色間で偶数差にすることによって、各色の合成後の上下左右を一致させたものが存在する（特許文献１参照）。
【０００３】
別のプロジェクターとして、光源からの光束を２枚のダイクロイックミラーで順次３色に分岐するとともに、合成用のダイクロイックプリズムに入射させる２光束の光軸パスを一致させ、残りの１光束をリレーレンズによって２度反転させ、かつ、光束の反射回数を各色間で偶数差にすることによって、各色の合成後の上下左右を一致させるものが存在する（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３７５８８号公報
【特許文献２】特開平１０−２０６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１、２に記載のプロジェクターでは、視野角を確保しようとすると光源から液晶パネルまでの距離が長くなって、照明光学系のサイズが大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、光源から液晶パネルまでの距離を短くして照明光学系のサイズを小さくすることができるプロジェクター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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、光源を含む照明部と、照明部から射出された光のうち、所定波長を有する第１色光を、透過によって他の波長を有する第２色光から分離する分離ミラーを有する色分離導光部と、分離された第１色光を変調する第１光変調装置と分離された第２色光を変調する第２光変調装置とを有する光変調部と、変調された第１色光と第２色光とを合成して画像光を形成する色合成部と、形成された画像光を投射する投射光学系とを備える。そして、色分離導光部は、分離ミラーで分離された第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるとともに、分離ミラーで分離された第２色光を２回投影することによって転送するダブルリレー光学系を有し、色合成部は、第１光変調装置を通過した第１色光が入射する第１光入射面と、第２光変調装置を通過した第２色光が入射する第２光入射面と、第１光入射面から入射した第１色光を反射する反射面と、投射光学系に対向する光射出面とを有し、色分離導光部から色合成部までにおいて、第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、第２色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差は、偶数である。ここで、第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるとは、ミラー等の反転を伴う光学素子を介在させないことを意味し、フィールドレンズ等の反転を伴わない光学素子を介在させてもよいものとする。
【０００８】
上記プロジェクターによれば、色分離導光部が、分離ミラーで分離された第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるとともに、分離ミラーで分離された第２色光を２回投影することによって転送するダブルリレー光学系を有するので、色合成部の光射出面において、ミラーによる左右反転（ここで、左右とはシステム光軸が存在する基準面における面内方向を意味する）の効果を無視すると、第２色光の像を第１色光の像に対して正立させることができる。さらに、第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と第２色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差が、偶数であるので、第２色光の像が第１色光の像に対して鏡像反転されることを防止できる。つまり、第１光変調装置と第２光変調装置とを上下左右を一致させて照明することができるとともに、これらからの画像光を上下左右を一致させて合成することができる。これにより、投射画像の輝度ムラや色ムラを低減することができる。さらに、上記プロジェクターによれば、色分離導光部が、分離ミラーで分離された第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるので、照明部から第１光変調装置までの距離を短くすることができ、照明部の小型化によってプロジェクターのサイズを小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクターにおいて、照明部が、光源と色分離導光部との間に配置されてシステム光軸に直交する面内における光源から射出された光の照度を均一化する均一化光学系を有し、色分離導光部が、色分離導光部と第１光変調装置との間に配置されて通過する第１色光の状態を調節する射出フィールドレンズを有し、均一化光学系の有効径が、射出フィールドレンズの有効径と略等しい。この場合、照明部が有効径方向に小型化するので、プロジェクターを薄型化することができる。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、ダブルリレー光学系が、第１光変調装置の位置に対応する第１共役位置の近傍に配置される第１中間フィールドレンズと、第１共役位置の像を第２共役位置に結像する第１集光レンズとを有する第１リレー系と、第２共役位置の近傍に配置される第２中間フィールドレンズと、第２共役位置の像を第２光変調装置の位置に結像する第２集光レンズとを有する第２リレー系とを有し、第１中間フィールドレンズと第２中間フィールドレンズとの有効径は、射出フィールドレンズの有効径と略等しい。この場合、第２色光による第２光変調装置の照明を第１色光による第１光変調装置の照明に対して等価的にでき、第２色光の損失を抑えることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面によれば、第１集光レンズと第２集光レンズとは、重フリント系の光学ガラスで形成されている。この場合、第１及び第２集光レンズの小型化が可能になり、色分離導光部のサイズを小さくすることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面によれば、色分離導光部が、照明部から射出された光から第１色光及び第２色光とは異なる波長を有する第３色光を分離する第２の分離ミラーと、第２の分離ミラーで分離された第３色光を２回投影することによって転送する第２のダブルリレー光学系とをさらに有し、前記光変調部は、分離された前記第３色光を変調する第３光変調装置をさらに有し、色分離導光部から色合成部までにおいて、第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、第３色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差が、偶数である。この場合、第１光変調装置と第３光変調装置とを上下左右を一致させて照明することができるとともに、これらからの画像光を上下左右を一致させて合成することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、第１色光が、光源から射出される光強度が相対的に弱い波長の光である。この場合、第１色光の損失を最も抑えた画像光を合成することができ、カラーバランスの調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るプロジェクターの光学系を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るプロジェクター１００について説明する。なお、図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、プロジェクター１００における３次元直交座標系を構成する３つの座標軸を意味する。これらのうち２軸によって形成されるＹＺ面は、プロジェクター１００を通過する光束の中心軸であるシステム光軸ＳＡが２次元的に延びる基準面に平行になっている。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１００は、照明部１０と、色分離導光部４０と、光変調部５０と、色合成部６０と、投射光学系７０とを備える。
【００１７】
まず、照明部１０は、光源ランプユニット２０と、均一化光学系３０とを含む照明光学系である。
【００１８】
照明部１０のうち、光源ランプユニット２０は、光源として、ランプ部２１ａと、凹レンズ２１ｂとを備える。このうち、ランプ部２１ａは、例えば高圧水銀ランプ等である発光管２２ａと、発光管２２ａから射出された光束を反射して前方に射出させる楕円面型の凹面鏡２２ｂとを備える。凹レンズ２１ｂは、ランプ部２１ａからの照明光ＬＦをシステム光軸ＳＡに略平行にする役割を有するが、例えば凹面鏡２２ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。
【００１９】
均一化光学系３０は、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換部材３４と、重畳レンズ３６とを備える。このうち、第１及び第２レンズアレイ３１，３２は、それぞれがＸ方向（すなわちｘ方向）とＹ方向（すなわちｙ方向）とに関してマトリクス状に配置された複数の要素レンズ３１ａ，３２ａを備えるフライアイレンズである。このうち、第１レンズアレイ３１を構成する複数の要素レンズ３１ａによって、光源ランプユニット２０から射出された照明光ＬＦが複数の部分光束に分割される。また、第２レンズアレイ３２を構成する複数の要素レンズ３２ａによって、第１レンズアレイ３１から入射した各部分光束が適当な発散角で偏光変換部材３４側に射出される。偏光変換部材３４は、全体としてＸＹ面に平行な矩形の平板状の部材であり、Ｘ方向を長手方向として延びる複数の偏光変換素子３４ａをＹ方向に一列に並べて形成されている。各偏光変換素子３４ａは、ＰＢＳ、ミラー、１／２波長板等で構成されたプリズム状の部材となっている。偏光変換部材３４は、レンズアレイ３２から射出された照明光ＬＦを特定方向の直線偏光のみに変換して重畳レンズ３６側に射出する。重畳レンズ３６は、第２レンズアレイ３２から射出され偏光変換部材３４を経た照明光ＬＦを全体として適宜収束させることにより、光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対する重畳照明を可能にする。ここで、重畳レンズ３６は、例えば屈折率１．７以上の高屈折率の材料で形成されており、その焦点距離の調節により、照明部１０のＦナンバーを２．０以下にしている。
【００２０】
色分離導光部４０は、第１ダイクロイックミラー４１ａと、第２ダイクロイックミラー４１ｂと、４つの反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、３つの中間フィールドレンズ４４ａ，４５ｂ，４６ｂと、２つの第１集光レンズ４５ａ，４６ａと、２つの第２集光レンズ４５ｃ，４６ｃと、３つの射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備え、照明部１０から射出された照明光ＬＦを赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、及び青（Ｂ）色の３色に分離するとともに、分離された各色光を略等価な状態で後段の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃへ導く。ここで、中間フィールドレンズ４４ａ，４５ｂと、第１及び第２集光レンズ４５ａ，４５ｃとは、全体として第１のダブルリレー光学系８１を構成し、中間フィールドレンズ４４ａ，４６ｂと、第１及び第２集光レンズ４６ａ，４６ｃとは、全体として第２のダブルリレー光学系８２を構成する。
【００２１】
この色分離導光部４０において、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂによって分離されたＲＧＢの３色のうち、赤色光ＬＲは、直進する第１光路ＯＰ１に導かれ、緑色光ＬＧは、迂回する第２光路ＯＰ２に導かれ、青色光ＬＢは、迂回する第３光路ＯＰ３に導かれる。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤色光ＬＲを他の光から分離するための分離ミラーであり、色分離導光部４０に入射した照明光ＬＦのうち赤色光ＬＲを透過させ緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを反射させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを分離するための第２の分離ミラーであり、第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのうち緑色光ＬＧを透過させ青色光ＬＢを反射する。すなわち、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過した赤色光ＬＲは、最短の第１光路ＯＰ１において、＋Ｚ方向に直進する。一方、第１ダイクロイックミラー４１ａで−Ｙ方向に反射されて第２ダイクロイックミラー４１ｂを透過した緑色光ＬＧは、比較的長い第２光路ＯＰ２において、反射ミラー４２ａ，４２ｂによって、一旦＋Ｚ方向に折り曲げられ最終的に＋Ｙ方向に逆進する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａで−Ｙ方向に反射されて第２ダイクロイックミラー４１ｂで＋Ｚ方向に反射された青色光ＬＢは、比較的長い第３光路ＯＰ３において、反射ミラー４２ｃ，４２ｄによって、一旦＋Ｚ方向から＋Ｙ方向に折り曲げられ最終的に−Ｚ方向に逆進する。
【００２２】
第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ間、すなわち緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが分岐される直前の第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３上には、後述するＲ色用の液晶パネル５１ａの位置に対応する第１共役位置Ｃ１が存在する。また、反射ミラー４２ｂの光入射側、すなわち緑色光ＬＧが単独で＋Ｚ方向に進む第２光路ＯＰ２上には、第１のダブルリレー光学系８１を設けたことに対応して、上記第１共役位置Ｃ１の共役像が形成される第２共役位置Ｃ２が存在する。さらに、反射ミラー４２ｃの光入射側、すなわち青色光ＬＢが単独で＋Ｚ方向に進む第３光路ＯＰ３上にも、第２のダブルリレー光学系８２を設けたことに対応して、上記第１共役位置Ｃ１の共役像が形成される第２共役位置Ｃ２が存在する。
【００２３】
緑色光ＬＧの第２光路ＯＰ２には、中間フィールドレンズ４４ａと第１集光レンズ４５ａとで構成される第１のリレー系８１ａが配置され、中間フィールドレンズ４５ｂと第２集光レンズ４５ｃとで構成される第２のリレー系８１ｂが配置されている。両リレー系８１ａ，８１ｂは、第１のダブルリレー光学系８１として機能している。
【００２４】
具体的には、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに共通の分岐前の第１及び第２光路ＯＰ２，ＯＰ３において、第１共役位置Ｃ１に対向して光路上流側の近傍には、第１のリレー系８１ａの１つの要素である中間フィールドレンズ４４ａが配置されている。また、緑色光ＬＧが単独で通過する分岐後の第２光路ＯＰ２において、第１及び第２共役位置Ｃ１，Ｃ２の中間位置であって、第２ダイクロイックミラー４１ｂと反射ミラー４２ａとの間には、第１のリレー系８１ａの他の要素である第１集光レンズ４５ａが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４４ａは、第１共役位置Ｃ１上の各点からの光束（緑色光ＬＧ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。後者の第１集光レンズ４５ａは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第１共役位置Ｃ１からの光束を第２共役位置Ｃ２に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２５】
さらに、分岐後の第２光路ＯＰ２において、第２共役位置Ｃ２に対向して光路上流側の近傍には、第２のリレー系８１ｂの１つの要素である中間フィールドレンズ４５ｂが配置されている。また、分岐後の第２光路ＯＰ２において、第２共役位置Ｃ２と液晶パネル５１ｂとの中間位置であって、反射ミラー４２ｂの光射出側には、第２のリレー系８１ｂの他の要素である第２集光レンズ４５ｃが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４５ｂは、第２共役位置Ｃ２上の各点からの光束（緑色光ＬＧ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。また、第２集光レンズ４５ｃは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第２共役位置Ｃ２からの光束をＧ色用の液晶パネル５１ｂの位置に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２６】
同様に、青色光ＬＢの第３光路ＯＰ３には、中間フィールドレンズ４４ａと第１集光レンズ４６ａとで構成される第１リレー系８２ａが配置され、中間フィールドレンズ４６ｂと第２集光レンズ４６ｃとで構成される第２リレー系８２ｂが配置されている。両リレー系８２ａ，８２ｂは、第２のダブルリレー光学系８２として機能している。
【００２７】
具体的には、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに共通の分岐前の第１及び第２光路ＯＰ２，ＯＰ３において、上記した第１リレー系８２ａの１つの要素である中間フィールドレンズ４４ａが配置されている。また、青色光ＬＢが単独で通過する分岐後の第３光路ＯＰ３において、第１及び第２共役位置Ｃ１，Ｃ２の中間位置であって、第２ダイクロイックミラー４１ｂに光射出側には、第１リレー系８２ａの他の要素である第１集光レンズ４６ａが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４４ａは、第１共役位置Ｃ１上の各点からの光束（青色光ＬＢ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。後者の第１集光レンズ４６ａは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第１共役位置Ｃ１からの光束を第２共役位置Ｃ２に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２８】
さらに、分岐後の第３光路ＯＰ３において、第２共役位置Ｃ２に対向して光路上流側の近傍には、第２リレー系８２ｂの１つの要素である中間フィールドレンズ４６ｂが配置されている。また、分岐後の第３光路ＯＰ３において、第２共役位置Ｃ２と液晶パネル５１ｃとの中間位置であって、反射ミラー４２ｃの光射出側には、第２リレー系８２ｂの他の要素である第２集光レンズ４６ｃが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４６ｂは、第２共役位置Ｃ２上の各点からの光束（青色光ＬＢ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。また、第２集光レンズ４６ｃは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第２共役位置Ｃ２からの光束をＢ色用の液晶パネル５１ｃの位置に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２９】
色分離導光部４０の出口には、分岐された各色用の光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に対応して各色用の射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃが配置されている。各色用の射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、第２レンズアレイ３２から射出され重畳レンズ３６等を通過して光変調部５０に入射する各部分光束（各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ）が、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを構成する各液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃ被照射領域上において、システム光軸ＳＡに対して適当な収束度又は発散度となるように入射角を調節している。なお、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１は、均一化光学系３０の有効径Ｄ０と略等しくなっている。また、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１は、色分離導光部４０における中間フィールドレンズ４４ａ，４５ｂ，４６ｂの有効径Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４と略等しくなっている。
【００３０】
光変調部５０は、照明光ＬＦから分離された３色の照明光すなわち赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＬＢによって照明される３つの光変調装置として、３色の照明光すなわち各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備える。第１光変調装置である第１液晶ライトバルブ５０ａは、中央に配置される赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ａと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ａと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ａとを備えている。第２光変調装置である第２液晶ライトバルブ５０ｂは、中央に配置される緑色光ＬＧ用の液晶パネル５１ｂと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ｂと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ｂとを備えている。第３光変調装置である第３液晶ライトバルブ５０ｃは、中央に配置される青色光ＬＢ用の液晶パネル５１ｃと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ｃと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ｃとを備えている。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で強度変調される。ここで、各液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、いずれも透過型の液晶パネルであり、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性の入射側基板と、画素電極等を有する光透過性の駆動基板と、入射側基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。
【００３１】
色合成部６０は、カラー画像を合成するためのクロスダイクロイックプリズムであり、その内部には、Ｒ光反射用の第１ダイクロイック膜６１と、Ｂ光反射用の第２ダイクロイック膜６２とが、平面視Ｘ字状に配置されている。この色合成部６０は、液晶ライトバルブ５０ａからの赤色光ＬＲを、第１光入射面６０ａから入射させて反斜面としての第１ダイクロイック膜６１で反射して進行方向右側の光射出面６０ｄから射出させる。また、色合成部６０は、液晶ライトバルブ５０ｂからの緑色光ＬＧを、第２光入射面６０ｂから入射させて両ダイクロイック膜６１，６２を介して直進させ光射出面６０ｄから射出させる。さらに、色合成部６０は、液晶ライトバルブ５０ｃからの青色光ＬＢを、第３光入射面６０ｃから入射させて反斜面としての第２ダイクロイック膜６２で反射して進行方向左側の光射出面６０ｄから射出させる。
【００３２】
ここで、色分離導光部４０から色合成部６０までの各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３における反射回数について考える。第１光路ＯＰ１において、赤色光ＬＲは、第１ダイクロイック膜６１によって計１回反射され、左右に鏡像反転される。第２光路ＯＰ２において、緑色光ＬＧは、第１ダイクロイックミラー４１ａと反射ミラー４２ａ，４２ｂとによって計３回反射され、左右に鏡像反転される。第３光路ＯＰ３において、青色光ＬＢは、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと反射ミラー４２ｃ，４２ｄと第２ダイクロイック膜６２とによって計５回反射され、左右に鏡像反転される。よって、第１光路ＯＰ１における反射による光路の折曲げ回数と、第２光路ＯＰ２における光路の折曲げ回数との差は、偶数になっている。また、第１光路ＯＰ１における反射による光路の折曲げ回数と、第３光路ＯＰ３における光路の折曲げ回数との差も、偶数になっている。つまり、各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３における鏡像反射の結果は、色合成部６０の光射出面６０ｄで一致しており、色相互間の反転が防止されている。
【００３３】
投射光学系７０は、投射レンズとして、色合成部６０で合成された画像光をスクリーン（不図示）上にカラー画像として投射する。
【００３４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクター１００によれば、色分離導光部４０が、分離ミラーとしての第１ダイクロイックミラー４１ａで分離された第１色光としての赤色光ＬＲを直接的に第１光変調装置としての第１液晶ライトバルブ５０ａに入射させるので、照明部１０から第１液晶ライトバルブ５０ａまでの距離を短くすることができ、照明部１０の小型化によってプロジェクター１００のサイズを小さくすることができる。
【００３５】
なお、本実施形態のプロジェクター１００では、色分離導光部４０が、分離ミラーとしての第１ダイクロイックミラー４１ａで分離された第２色光としての緑色光ＬＧを２回投影することによって転送する第１のダブルリレー光学系８１と、第３色光としての青色光ＬＢを２回投影することによって転送する第２のダブルリレー光学系８２とを有するので、色合成部６０の光射出面６０ｄにおいて、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、ダイクロイック膜６１，６２とによる効果を無視するならば、第２及び第３色光としての緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの像を第１色光としての赤色光ＬＲの像に対して正立させることができる。さらに、第１色光としての赤色光ＬＲに関する反射による光路の折曲げ回数と、第２及び第３色光としての緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに関する反射による光路の折曲げ回数との差が、偶数であるので、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの像が赤色光ＬＲの像に対して鏡像反転されることを防止できる。つまり、３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを上下左右を一致させて照明することができるとともに、これらからの画像光を上下左右を一致させて合成することができる。これにより、投射画像の輝度ムラや色ムラを低減することができる。
【００３６】
さらに、上記プロジェクターによれば、赤色光ＬＲを第１ダイクロイックミラー４１ａで透過によって分離するとともに、色合成部６０の第１ダイクロイック膜６１で折り曲げて合成するので、照明部１０におけるシステム光軸ＳＡと、投射光学系７０におけるシステム光軸ＳＡとが直交する。このため、投射光学系７０の傾斜角度を調節して変化させても、照明部１０におけるシステム光軸ＳＡを水平に保つことができ、照明部１０の動作を安定させて温度上昇等を防ぐことができる。
【００３７】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３８】
上記実施形態のプロジェクター１００では、第１集光レンズ４５ａ，４６ａと第２集光レンズ４５ｃ，４６ｃとを１枚のレンズで構成したが、これら集光レンズを２枚以上のレンズで構成することもできる。この際、いずれかのレンズのいずれか１つ以上の面を非球面とすることもできるが、すべてを球面とすることもできる。
【００３９】
上記実施形態のプロジェクター１００では、光源としての光源ランプユニット２０が高圧水銀ランプ等で形成されているため、光強度が最も弱い赤色光ＬＲを、直進する損失の少ない第１光路ＯＰ１に導いているが、光源が異なり光強度が最も弱い色光が緑色光ＬＧや青色光ＬＢである場合、これらの色光を第１光路ＯＰ１に導くこともできる。
【００４０】
上記実施形態のプロジェクター１００では、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１を均一化光学系３０の有効径Ｄ０と略等しくしているが、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１を均一化光学系３０の有効径Ｄ０よりも大きくすることもできる。
【００４１】
上記実施形態のプロジェクター１００では、光源ランプユニット２０からの光を複数の部分光束に分割するため、一対のレンズアレイ３１，３２を用いていたが、このようなレンズアレイに代えてロッドインテグレーターを用いることができる。
【００４２】
また、上記実施形態のプロジェクター１００では、光源ランプユニット２０等からの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材３４を用いていたが、この発明は、このような偏光変換部材３４を用いないプロジェクターにも適用可能である。
【００４３】
また、プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面投射型のプロジェクターとがあるが、図１に示すプロジェクター１００の構成は、いずれにも適用可能である。
【００４４】
また、上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを用いたプロジェクター１００の例のみを挙げたが、本発明は、２つのライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…照明部、 ２０…光源ランプユニット、 ２１ａ…ランプ部、 ３０…均一化光学系、 ３１，３２…レンズアレイ、 ３４…偏光変換部材、 ３６…重畳レンズ、 ４０…色分離導光部、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ…反射ミラー、 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…射出フィールドレンズ、 ４４ａ，４５ｂ，４６ｂ…中間フィールドレンズ、 ４５ａ，４５ｃ，４６ａ，４６ｃ…集光レンズ、 ５０…光変調部、 ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…液晶ライトバルブ、 ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…液晶パネル、 ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…入射側偏光フィルター、 ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ…射出側偏光フィルター、 ６０…色合成部、 ６０ａ…第１光入射面、 ６０ｂ…第２光入射面、 ６０ｃ…第３光入射面、 ６０ｄ…光射出面、 ６１…第１ダイクロイック膜、 ６２…第２ダイクロイック膜、 ７０…投射光学系、 ８１…第２のダブルリレー光学系、 ８１ａ…第１リレー系、 ８１ｂ…第２リレー系、 ８２…第１のダブルリレー光学系、 ８２ａ…第１リレー系、 ８２ｂ…第２リレー系、 １００…プロジェクター、 Ｃ１…第１共役位置、 Ｃ２…第２共役位置、 ＬＦ…照明光、 ＬＢ…青色光、 ＬＧ…緑色光、 ＬＲ…赤色光、 ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ…色光，照明光、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、 ＳＡ…システム光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過型の液晶パネル等を照明することによって形成した画像をスクリーン上に投射するプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターとして、光源からの光束を２枚のダイクロイックミラーで順次３色に分岐するとともに、合成用のダイクロイックプリズムから射出させる３各色の光軸パスを互いに一致させることによってリレーレンズを不要とし、かつ、光束の反射回数を各色間で偶数差にすることによって、各色の合成後の上下左右を一致させたものが存在する（特許文献１参照）。
【０００３】
別のプロジェクターとして、光源からの光束を２枚のダイクロイックミラーで順次３色に分岐するとともに、合成用のダイクロイックプリズムに入射させる２光束の光軸パスを一致させ、残りの１光束をリレーレンズによって２度反転させ、かつ、光束の反射回数を各色間で偶数差にすることによって、各色の合成後の上下左右を一致させるものが存在する（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３７５８８号公報
【特許文献２】特開平１０−２０６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１、２に記載のプロジェクターでは、視野角を確保しようとすると光源から液晶パネルまでの距離が長くなって、照明光学系のサイズが大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、光源から液晶パネルまでの距離を短くして照明光学系のサイズを小さくすることができるプロジェクター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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、光源を含む照明部と、照明部から射出された光のうち、所定波長を有する第１色光を、透過によって他の波長を有する第２色光から分離する分離ミラーを有する色分離導光部と、分離された第１色光を変調する第１光変調装置と分離された第２色光を変調する第２光変調装置とを有する光変調部と、変調された第１色光と第２色光とを合成して画像光を形成する色合成部と、形成された画像光を投射する投射光学系とを備える。そして、色分離導光部は、分離ミラーで分離された第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるとともに、分離ミラーで分離された第２色光を２回投影することによって転送するダブルリレー光学系を有し、色合成部は、第１光変調装置を通過した第１色光が入射する第１光入射面と、第２光変調装置を通過した第２色光が入射する第２光入射面と、第１光入射面から入射した第１色光を反射する反射面と、投射光学系に対向する光射出面とを有し、色分離導光部から色合成部までにおいて、第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、第２色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差は、偶数である。ここで、第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるとは、ミラー等の反転を伴う光学素子を介在させないことを意味し、フィールドレンズ等の反転を伴わない光学素子を介在させてもよいものとする。
【０００８】
上記プロジェクターによれば、色分離導光部が、分離ミラーで分離された第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるとともに、分離ミラーで分離された第２色光を２回投影することによって転送するダブルリレー光学系を有するので、色合成部の光射出面において、ミラーによる左右反転（ここで、左右とはシステム光軸が存在する基準面における面内方向を意味する）の効果を無視すると、第２色光の像を第１色光の像に対して正立させることができる。さらに、第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と第２色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差が、偶数であるので、第２色光の像が第１色光の像に対して鏡像反転されることを防止できる。つまり、第１光変調装置と第２光変調装置とを上下左右を一致させて照明することができるとともに、これらからの画像光を上下左右を一致させて合成することができる。これにより、投射画像の輝度ムラや色ムラを低減することができる。さらに、上記プロジェクターによれば、色分離導光部が、分離ミラーで分離された第１色光を直接的に第１光変調装置に入射させるので、照明部から第１光変調装置までの距離を短くすることができ、照明部の小型化によってプロジェクターのサイズを小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクターにおいて、照明部が、光源と色分離導光部との間に配置されてシステム光軸に直交する面内における光源から射出された光の照度を均一化する均一化光学系を有し、色分離導光部が、色分離導光部と第１光変調装置との間に配置されて通過する第１色光の状態を調節する射出フィールドレンズを有し、均一化光学系の有効径が、射出フィールドレンズの有効径と略等しい。この場合、照明部が有効径方向に小型化するので、プロジェクターを薄型化することができる。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、ダブルリレー光学系が、第１光変調装置の位置に対応する第１共役位置の近傍に配置される第１中間フィールドレンズと、第１共役位置の像を第２共役位置に結像する第１集光レンズとを有する第１リレー系と、第２共役位置の近傍に配置される第２中間フィールドレンズと、第２共役位置の像を第２光変調装置の位置に結像する第２集光レンズとを有する第２リレー系とを有し、第１中間フィールドレンズと第２中間フィールドレンズとの有効径は、射出フィールドレンズの有効径と略等しい。この場合、第２色光による第２光変調装置の照明を第１色光による第１光変調装置の照明に対して等価的にでき、第２色光の損失を抑えることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面によれば、第１集光レンズと第２集光レンズとは、重フリント系の光学ガラスで形成されている。この場合、第１及び第２集光レンズの小型化が可能になり、色分離導光部のサイズを小さくすることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面によれば、色分離導光部が、照明部から射出された光から第１色光及び第２色光とは異なる波長を有する第３色光を分離する第２の分離ミラーと、第２の分離ミラーで分離された第３色光を２回投影することによって転送する第２のダブルリレー光学系とをさらに有し、前記光変調部は、分離された前記第３色光を変調する第３光変調装置をさらに有し、色分離導光部から色合成部までにおいて、第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、第３色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差が、偶数である。この場合、第１光変調装置と第３光変調装置とを上下左右を一致させて照明することができるとともに、これらからの画像光を上下左右を一致させて合成することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、第１色光が、光源から射出される光強度が相対的に弱い波長の光である。この場合、第１色光の損失を最も抑えた画像光を合成することができ、カラーバランスの調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るプロジェクターの光学系を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るプロジェクター１００について説明する。なお、図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、プロジェクター１００における３次元直交座標系を構成する３つの座標軸を意味する。これらのうち２軸によって形成されるＹＺ面は、プロジェクター１００を通過する光束の中心軸であるシステム光軸ＳＡが２次元的に延びる基準面に平行になっている。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１００は、照明部１０と、色分離導光部４０と、光変調部５０と、色合成部６０と、投射光学系７０とを備える。
【００１７】
まず、照明部１０は、光源ランプユニット２０と、均一化光学系３０とを含む照明光学系である。
【００１８】
照明部１０のうち、光源ランプユニット２０は、光源として、ランプ部２１ａと、凹レンズ２１ｂとを備える。このうち、ランプ部２１ａは、例えば高圧水銀ランプ等である発光管２２ａと、発光管２２ａから射出された光束を反射して前方に射出させる楕円面型の凹面鏡２２ｂとを備える。凹レンズ２１ｂは、ランプ部２１ａからの照明光ＬＦをシステム光軸ＳＡに略平行にする役割を有するが、例えば凹面鏡２２ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。
【００１９】
均一化光学系３０は、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換部材３４と、重畳レンズ３６とを備える。このうち、第１及び第２レンズアレイ３１，３２は、それぞれがＸ方向（すなわちｘ方向）とＹ方向（すなわちｙ方向）とに関してマトリクス状に配置された複数の要素レンズ３１ａ，３２ａを備えるフライアイレンズである。このうち、第１レンズアレイ３１を構成する複数の要素レンズ３１ａによって、光源ランプユニット２０から射出された照明光ＬＦが複数の部分光束に分割される。また、第２レンズアレイ３２を構成する複数の要素レンズ３２ａによって、第１レンズアレイ３１から入射した各部分光束が適当な発散角で偏光変換部材３４側に射出される。偏光変換部材３４は、全体としてＸＹ面に平行な矩形の平板状の部材であり、Ｘ方向を長手方向として延びる複数の偏光変換素子３４ａをＹ方向に一列に並べて形成されている。各偏光変換素子３４ａは、ＰＢＳ、ミラー、１／２波長板等で構成されたプリズム状の部材となっている。偏光変換部材３４は、レンズアレイ３２から射出された照明光ＬＦを特定方向の直線偏光のみに変換して重畳レンズ３６側に射出する。重畳レンズ３６は、第２レンズアレイ３２から射出され偏光変換部材３４を経た照明光ＬＦを全体として適宜収束させることにより、光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対する重畳照明を可能にする。ここで、重畳レンズ３６は、例えば屈折率１．７以上の高屈折率の材料で形成されており、その焦点距離の調節により、照明部１０のＦナンバーを２．０以下にしている。
【００２０】
色分離導光部４０は、第１ダイクロイックミラー４１ａと、第２ダイクロイックミラー４１ｂと、４つの反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、３つの中間フィールドレンズ４４ａ，４５ｂ，４６ｂと、２つの第１集光レンズ４５ａ，４６ａと、２つの第２集光レンズ４５ｃ，４６ｃと、３つの射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備え、照明部１０から射出された照明光ＬＦを赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、及び青（Ｂ）色の３色に分離するとともに、分離された各色光を略等価な状態で後段の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃへ導く。ここで、中間フィールドレンズ４４ａ，４５ｂと、第１及び第２集光レンズ４５ａ，４５ｃとは、全体として第１のダブルリレー光学系８１を構成し、中間フィールドレンズ４４ａ，４６ｂと、第１及び第２集光レンズ４６ａ，４６ｃとは、全体として第２のダブルリレー光学系８２を構成する。
【００２１】
この色分離導光部４０において、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂによって分離されたＲＧＢの３色のうち、赤色光ＬＲは、直進する第１光路ＯＰ１に導かれ、緑色光ＬＧは、迂回する第２光路ＯＰ２に導かれ、青色光ＬＢは、迂回する第３光路ＯＰ３に導かれる。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤色光ＬＲを他の光から分離するための分離ミラーであり、色分離導光部４０に入射した照明光ＬＦのうち赤色光ＬＲを透過させ緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを反射させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを分離するための第２の分離ミラーであり、第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのうち緑色光ＬＧを透過させ青色光ＬＢを反射する。すなわち、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過した赤色光ＬＲは、最短の第１光路ＯＰ１において、＋Ｚ方向に直進する。一方、第１ダイクロイックミラー４１ａで−Ｙ方向に反射されて第２ダイクロイックミラー４１ｂを透過した緑色光ＬＧは、比較的長い第２光路ＯＰ２において、反射ミラー４２ａ，４２ｂによって、一旦＋Ｚ方向に折り曲げられ最終的に＋Ｙ方向に逆進する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａで−Ｙ方向に反射されて第２ダイクロイックミラー４１ｂで＋Ｚ方向に反射された青色光ＬＢは、比較的長い第３光路ＯＰ３において、反射ミラー４２ｃ，４２ｄによって、一旦＋Ｚ方向から＋Ｙ方向に折り曲げられ最終的に−Ｚ方向に逆進する。
【００２２】
第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ間、すなわち緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが分岐される直前の第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３上には、後述するＲ色用の液晶パネル５１ａの位置に対応する第１共役位置Ｃ１が存在する。また、反射ミラー４２ｂの光入射側、すなわち緑色光ＬＧが単独で＋Ｚ方向に進む第２光路ＯＰ２上には、第１のダブルリレー光学系８１を設けたことに対応して、上記第１共役位置Ｃ１の共役像が形成される第２共役位置Ｃ２が存在する。さらに、反射ミラー４２ｃの光入射側、すなわち青色光ＬＢが単独で＋Ｚ方向に進む第３光路ＯＰ３上にも、第２のダブルリレー光学系８２を設けたことに対応して、上記第１共役位置Ｃ１の共役像が形成される第２共役位置Ｃ２が存在する。
【００２３】
緑色光ＬＧの第２光路ＯＰ２には、中間フィールドレンズ４４ａと第１集光レンズ４５ａとで構成される第１のリレー系８１ａが配置され、中間フィールドレンズ４５ｂと第２集光レンズ４５ｃとで構成される第２のリレー系８１ｂが配置されている。両リレー系８１ａ，８１ｂは、第１のダブルリレー光学系８１として機能している。
【００２４】
具体的には、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに共通の分岐前の第１及び第２光路ＯＰ２，ＯＰ３において、第１共役位置Ｃ１に対向して光路上流側の近傍には、第１のリレー系８１ａの１つの要素である中間フィールドレンズ４４ａが配置されている。また、緑色光ＬＧが単独で通過する分岐後の第２光路ＯＰ２において、第１及び第２共役位置Ｃ１，Ｃ２の中間位置であって、第２ダイクロイックミラー４１ｂと反射ミラー４２ａとの間には、第１のリレー系８１ａの他の要素である第１集光レンズ４５ａが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４４ａは、第１共役位置Ｃ１上の各点からの光束（緑色光ＬＧ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。後者の第１集光レンズ４５ａは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第１共役位置Ｃ１からの光束を第２共役位置Ｃ２に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２５】
さらに、分岐後の第２光路ＯＰ２において、第２共役位置Ｃ２に対向して光路上流側の近傍には、第２のリレー系８１ｂの１つの要素である中間フィールドレンズ４５ｂが配置されている。また、分岐後の第２光路ＯＰ２において、第２共役位置Ｃ２と液晶パネル５１ｂとの中間位置であって、反射ミラー４２ｂの光射出側には、第２のリレー系８１ｂの他の要素である第２集光レンズ４５ｃが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４５ｂは、第２共役位置Ｃ２上の各点からの光束（緑色光ＬＧ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。また、第２集光レンズ４５ｃは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第２共役位置Ｃ２からの光束をＧ色用の液晶パネル５１ｂの位置に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２６】
同様に、青色光ＬＢの第３光路ＯＰ３には、中間フィールドレンズ４４ａと第１集光レンズ４６ａとで構成される第１リレー系８２ａが配置され、中間フィールドレンズ４６ｂと第２集光レンズ４６ｃとで構成される第２リレー系８２ｂが配置されている。両リレー系８２ａ，８２ｂは、第２のダブルリレー光学系８２として機能している。
【００２７】
具体的には、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに共通の分岐前の第１及び第２光路ＯＰ２，ＯＰ３において、上記した第１リレー系８２ａの１つの要素である中間フィールドレンズ４４ａが配置されている。また、青色光ＬＢが単独で通過する分岐後の第３光路ＯＰ３において、第１及び第２共役位置Ｃ１，Ｃ２の中間位置であって、第２ダイクロイックミラー４１ｂに光射出側には、第１リレー系８２ａの他の要素である第１集光レンズ４６ａが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４４ａは、第１共役位置Ｃ１上の各点からの光束（青色光ＬＢ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。後者の第１集光レンズ４６ａは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第１共役位置Ｃ１からの光束を第２共役位置Ｃ２に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２８】
さらに、分岐後の第３光路ＯＰ３において、第２共役位置Ｃ２に対向して光路上流側の近傍には、第２リレー系８２ｂの１つの要素である中間フィールドレンズ４６ｂが配置されている。また、分岐後の第３光路ＯＰ３において、第２共役位置Ｃ２と液晶パネル５１ｃとの中間位置であって、反射ミラー４２ｃの光射出側には、第２リレー系８２ｂの他の要素である第２集光レンズ４６ｃが配置されている。前者の中間フィールドレンズ４６ｂは、第２共役位置Ｃ２上の各点からの光束（青色光ＬＢ）について、主光線が互いに略平行になるようにする役割を有する。また、第２集光レンズ４６ｃは、屈折率１．７以上の高屈折率の材料（例えば重フリント系の光学ガラス等）で形成された非球面レンズであり、第２共役位置Ｃ２からの光束をＢ色用の液晶パネル５１ｃの位置に集光させて光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する役割を有する。
【００２９】
色分離導光部４０の出口には、分岐された各色用の光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に対応して各色用の射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃが配置されている。各色用の射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、第２レンズアレイ３２から射出され重畳レンズ３６等を通過して光変調部５０に入射する各部分光束（各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ）が、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを構成する各液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃ被照射領域上において、システム光軸ＳＡに対して適当な収束度又は発散度となるように入射角を調節している。なお、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１は、均一化光学系３０の有効径Ｄ０と略等しくなっている。また、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１は、色分離導光部４０における中間フィールドレンズ４４ａ，４５ｂ，４６ｂの有効径Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４と略等しくなっている。
【００３０】
光変調部５０は、照明光ＬＦから分離された３色の照明光すなわち赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＬＢによって照明される３つの光変調装置として、３色の照明光すなわち各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備える。第１光変調装置である第１液晶ライトバルブ５０ａは、中央に配置される赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ａと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ａと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ａとを備えている。第２光変調装置である第２液晶ライトバルブ５０ｂは、中央に配置される緑色光ＬＧ用の液晶パネル５１ｂと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ｂと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ｂとを備えている。第３光変調装置である第３液晶ライトバルブ５０ｃは、中央に配置される青色光ＬＢ用の液晶パネル５１ｃと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ｃと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ｃとを備えている。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で強度変調される。ここで、各液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、いずれも透過型の液晶パネルであり、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性の入射側基板と、画素電極等を有する光透過性の駆動基板と、入射側基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。
【００３１】
色合成部６０は、カラー画像を合成するためのクロスダイクロイックプリズムであり、その内部には、Ｒ光反射用の第１ダイクロイック膜６１と、Ｂ光反射用の第２ダイクロイック膜６２とが、平面視Ｘ字状に配置されている。この色合成部６０は、液晶ライトバルブ５０ａからの赤色光ＬＲを、第１光入射面６０ａから入射させて反斜面としての第１ダイクロイック膜６１で反射して進行方向右側の光射出面６０ｄから射出させる。また、色合成部６０は、液晶ライトバルブ５０ｂからの緑色光ＬＧを、第２光入射面６０ｂから入射させて両ダイクロイック膜６１，６２を介して直進させ光射出面６０ｄから射出させる。さらに、色合成部６０は、液晶ライトバルブ５０ｃからの青色光ＬＢを、第３光入射面６０ｃから入射させて反斜面としての第２ダイクロイック膜６２で反射して進行方向左側の光射出面６０ｄから射出させる。
【００３２】
ここで、色分離導光部４０から色合成部６０までの各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３における反射回数について考える。第１光路ＯＰ１において、赤色光ＬＲは、第１ダイクロイック膜６１によって計１回反射され、左右に鏡像反転される。第２光路ＯＰ２において、緑色光ＬＧは、第１ダイクロイックミラー４１ａと反射ミラー４２ａ，４２ｂとによって計３回反射され、左右に鏡像反転される。第３光路ＯＰ３において、青色光ＬＢは、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと反射ミラー４２ｃ，４２ｄと第２ダイクロイック膜６２とによって計５回反射され、左右に鏡像反転される。よって、第１光路ＯＰ１における反射による光路の折曲げ回数と、第２光路ＯＰ２における光路の折曲げ回数との差は、偶数になっている。また、第１光路ＯＰ１における反射による光路の折曲げ回数と、第３光路ＯＰ３における光路の折曲げ回数との差も、偶数になっている。つまり、各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３における鏡像反射の結果は、色合成部６０の光射出面６０ｄで一致しており、色相互間の反転が防止されている。
【００３３】
投射光学系７０は、投射レンズとして、色合成部６０で合成された画像光をスクリーン（不図示）上にカラー画像として投射する。
【００３４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクター１００によれば、色分離導光部４０が、分離ミラーとしての第１ダイクロイックミラー４１ａで分離された第１色光としての赤色光ＬＲを直接的に第１光変調装置としての第１液晶ライトバルブ５０ａに入射させるので、照明部１０から第１液晶ライトバルブ５０ａまでの距離を短くすることができ、照明部１０の小型化によってプロジェクター１００のサイズを小さくすることができる。
【００３５】
なお、本実施形態のプロジェクター１００では、色分離導光部４０が、分離ミラーとしての第１ダイクロイックミラー４１ａで分離された第２色光としての緑色光ＬＧを２回投影することによって転送する第１のダブルリレー光学系８１と、第３色光としての青色光ＬＢを２回投影することによって転送する第２のダブルリレー光学系８２とを有するので、色合成部６０の光射出面６０ｄにおいて、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、ダイクロイック膜６１，６２とによる効果を無視するならば、第２及び第３色光としての緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの像を第１色光としての赤色光ＬＲの像に対して正立させることができる。さらに、第１色光としての赤色光ＬＲに関する反射による光路の折曲げ回数と、第２及び第３色光としての緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに関する反射による光路の折曲げ回数との差が、偶数であるので、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの像が赤色光ＬＲの像に対して鏡像反転されることを防止できる。つまり、３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを上下左右を一致させて照明することができるとともに、これらからの画像光を上下左右を一致させて合成することができる。これにより、投射画像の輝度ムラや色ムラを低減することができる。
【００３６】
さらに、上記プロジェクターによれば、赤色光ＬＲを第１ダイクロイックミラー４１ａで透過によって分離するとともに、色合成部６０の第１ダイクロイック膜６１で折り曲げて合成するので、照明部１０におけるシステム光軸ＳＡと、投射光学系７０におけるシステム光軸ＳＡとが直交する。このため、投射光学系７０の傾斜角度を調節して変化させても、照明部１０におけるシステム光軸ＳＡを水平に保つことができ、照明部１０の動作を安定させて温度上昇等を防ぐことができる。
【００３７】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３８】
上記実施形態のプロジェクター１００では、第１集光レンズ４５ａ，４６ａと第２集光レンズ４５ｃ，４６ｃとを１枚のレンズで構成したが、これら集光レンズを２枚以上のレンズで構成することもできる。この際、いずれかのレンズのいずれか１つ以上の面を非球面とすることもできるが、すべてを球面とすることもできる。
【００３９】
上記実施形態のプロジェクター１００では、光源としての光源ランプユニット２０が高圧水銀ランプ等で形成されているため、光強度が最も弱い赤色光ＬＲを、直進する損失の少ない第１光路ＯＰ１に導いているが、光源が異なり光強度が最も弱い色光が緑色光ＬＧや青色光ＬＢである場合、これらの色光を第１光路ＯＰ１に導くこともできる。
【００４０】
上記実施形態のプロジェクター１００では、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１を均一化光学系３０の有効径Ｄ０と略等しくしているが、射出フィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの有効径Ｄ１を均一化光学系３０の有効径Ｄ０よりも大きくすることもできる。
【００４１】
上記実施形態のプロジェクター１００では、光源ランプユニット２０からの光を複数の部分光束に分割するため、一対のレンズアレイ３１，３２を用いていたが、このようなレンズアレイに代えてロッドインテグレーターを用いることができる。
【００４２】
また、上記実施形態のプロジェクター１００では、光源ランプユニット２０等からの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材３４を用いていたが、この発明は、このような偏光変換部材３４を用いないプロジェクターにも適用可能である。
【００４３】
また、プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面投射型のプロジェクターとがあるが、図１に示すプロジェクター１００の構成は、いずれにも適用可能である。
【００４４】
また、上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを用いたプロジェクター１００の例のみを挙げたが、本発明は、２つのライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…照明部、 ２０…光源ランプユニット、 ２１ａ…ランプ部、 ３０…均一化光学系、 ３１，３２…レンズアレイ、 ３４…偏光変換部材、 ３６…重畳レンズ、 ４０…色分離導光部、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ…反射ミラー、 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…射出フィールドレンズ、 ４４ａ，４５ｂ，４６ｂ…中間フィールドレンズ、 ４５ａ，４５ｃ，４６ａ，４６ｃ…集光レンズ、 ５０…光変調部、 ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…液晶ライトバルブ、 ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…液晶パネル、 ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…入射側偏光フィルター、 ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ…射出側偏光フィルター、 ６０…色合成部、 ６０ａ…第１光入射面、 ６０ｂ…第２光入射面、 ６０ｃ…第３光入射面、 ６０ｄ…光射出面、 ６１…第１ダイクロイック膜、 ６２…第２ダイクロイック膜、 ７０…投射光学系、 ８１…第２のダブルリレー光学系、 ８１ａ…第１リレー系、 ８１ｂ…第２リレー系、 ８２…第１のダブルリレー光学系、 ８２ａ…第１リレー系、 ８２ｂ…第２リレー系、 １００…プロジェクター、 Ｃ１…第１共役位置、 Ｃ２…第２共役位置、 ＬＦ…照明光、 ＬＢ…青色光、 ＬＧ…緑色光、 ＬＲ…赤色光、 ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ…色光，照明光、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、 ＳＡ…システム光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を含む照明部と、
前記照明部から射出された光のうち、所定波長を有する第１色光を、他の波長を有する第２色光から透過によって分離する分離ミラーを有する色分離導光部と、
分離された前記第１色光を変調する第１光変調装置と、分離された前記第２色光を変調する第２光変調装置とを有する光変調部と、
変調された前記第１色光と前記第２色光とを合成して画像光を形成する色合成部と、
形成された前記画像光を投射する投射光学系とを備え、
前記色分離導光部は、前記分離ミラーで分離された前記第１色光を直接的に前記第１光変調装置に入射させるとともに、前記分離ミラーで分離された前記第２色光を２回投影することによって転送するダブルリレー光学系を有し、
前記色合成部は、前記第１光変調装置を通過した前記第１色光が入射する第１光入射面と、前記第２光変調装置を通過した前記第２色光が入射する第２光入射面と、前記第１光入射面から入射した前記第１色光を反射する反射面と、前記投射光学系に対向する光射出面とを有し、
前記色分離導光部から前記色合成部までにおいて、前記第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、前記第２色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差は、偶数である、プロジェクター。
【請求項２】
前記照明部は、前記光源と前記色分離導光部との間に配置されてシステム光軸に直交する面内における前記光源から射出された光の照度を均一化する均一化光学系を有し、
前記色分離導光部は、前記色分離導光部と前記第１光変調装置との間に配置されて通過する前記第１色光の状態を調節する射出フィールドレンズを有し、
前記均一化光学系の有効径は、前記射出フィールドレンズの有効径と略等しい、請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記ダブルリレー光学系は、前記第１光変調装置の位置に対応する第１共役位置の近傍に配置される第１中間フィールドレンズと、前記第１共役位置の像を第２共役位置に結像する第１集光レンズとを有する第１リレー系と、前記第２共役位置の近傍に配置される第２中間フィールドレンズと、前記第２共役位置の像を前記第２光変調装置の位置に結像する第２集光レンズとを有する第２リレー系とを有し、
前記第１中間フィールドレンズと前記第２中間フィールドレンズとの有効径は、前記射出フィールドレンズの有効径と略等しい、請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとは、重フリント系の光学ガラスで形成されている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記色分離導光部は、前記照明部から射出された光から前記第１色光及び前記第２色光とは異なる波長を有する第３色光を分離する第２の分離ミラーと、前記第２の分離ミラーで分離された前記第３色光を２回投影することによって転送する第２のダブルリレー光学系とをさらに有し、
前記光変調部は、分離された前記第３色光を変調する第３光変調装置をさらに有し、
前記色分離導光部から前記色合成部までにおいて、前記第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、前記第３色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差は、偶数である、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記第１色光は、前記光源から射出される光強度が相対的に弱い波長の光である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１】
光源を含む照明部と、
前記照明部から射出された光のうち、所定波長を有する第１色光を、他の波長を有する第２色光から透過によって分離する分離ミラーを有する色分離導光部と、
分離された前記第１色光を変調する第１光変調装置と、分離された前記第２色光を変調する第２光変調装置とを有する光変調部と、
変調された前記第１色光と前記第２色光とを合成して画像光を形成する色合成部と、
形成された前記画像光を投射する投射光学系とを備え、
前記色分離導光部は、前記分離ミラーで分離された前記第１色光を直接的に前記第１光変調装置に入射させるとともに、前記分離ミラーで分離された前記第２色光を２回投影することによって転送するダブルリレー光学系を有し、
前記色合成部は、前記第１光変調装置を通過した前記第１色光が入射する第１光入射面と、前記第２光変調装置を通過した前記第２色光が入射する第２光入射面と、前記第１光入射面から入射した前記第１色光を反射する反射面と、前記投射光学系に対向する光射出面とを有し、
前記色分離導光部から前記色合成部までにおいて、前記第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、前記第２色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差は、偶数である、プロジェクター。
【請求項２】
前記照明部は、前記光源と前記色分離導光部との間に配置されてシステム光軸に直交する面内における前記光源から射出された光の照度を均一化する均一化光学系を有し、
前記色分離導光部は、前記色分離導光部と前記第１光変調装置との間に配置されて通過する前記第１色光の状態を調節する射出フィールドレンズを有し、
前記均一化光学系の有効径は、前記射出フィールドレンズの有効径と略等しい、請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記ダブルリレー光学系は、前記第１光変調装置の位置に対応する第１共役位置の近傍に配置される第１中間フィールドレンズと、前記第１共役位置の像を第２共役位置に結像する第１集光レンズとを有する第１リレー系と、前記第２共役位置の近傍に配置される第２中間フィールドレンズと、前記第２共役位置の像を前記第２光変調装置の位置に結像する第２集光レンズとを有する第２リレー系とを有し、
前記第１中間フィールドレンズと前記第２中間フィールドレンズとの有効径は、前記射出フィールドレンズの有効径と略等しい、請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとは、重フリント系の光学ガラスで形成されている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記色分離導光部は、前記照明部から射出された光から前記第１色光及び前記第２色光とは異なる波長を有する第３色光を分離する第２の分離ミラーと、前記第２の分離ミラーで分離された前記第３色光を２回投影することによって転送する第２のダブルリレー光学系とをさらに有し、
前記光変調部は、分離された前記第３色光を変調する第３光変調装置をさらに有し、
前記色分離導光部から前記色合成部までにおいて、前記第１色光に関する反射による光路の折曲げ回数と、前記第３色光に関する反射による光路の折曲げ回数との差は、偶数である、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記第１色光は、前記光源から射出される光強度が相対的に弱い波長の光である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１９１４８０（Ｐ２０１１−１９１４８０Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７１５３（Ｐ２０１０−５７１５３）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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