プロジェクタ
【課題】 輝度値を利用した信号処理を最小限としつつ、高輝度で自然なホワイトバランスを達成することができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】
各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇで変調された各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成された後、投射レンズ７０に入射する。投射レンズ７０に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。以上のプロジェクタ１０の色分離光学系４０等の組み立て時等において、反射ミラー４２ｃの位置を調節することで、液晶パネル５１ｇを照明する緑色光ＬＧの照度を変化させることができるので、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを所望のバランスで照明することができる。よって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを通過して合成され投射レンズ７０によってスクリーン上に投影されるカラー画像のホワイトバランスを簡易に調整することができる。
【解決手段】
各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇで変調された各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成された後、投射レンズ７０に入射する。投射レンズ７０に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。以上のプロジェクタ１０の色分離光学系４０等の組み立て時等において、反射ミラー４２ｃの位置を調節することで、液晶パネル５１ｇを照明する緑色光ＬＧの照度を変化させることができるので、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを所望のバランスで照明することができる。よって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを通過して合成され投射レンズ７０によってスクリーン上に投影されるカラー画像のホワイトバランスを簡易に調整することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネル等の光変調装置を用いて画像を投射するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタに組み込まれる液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を３色に分解し、そのうち赤色の照明光路上にリレー光学系を配置して、残りの緑色及び青色に対する光路長の差を補償するものが存在する（特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
また、別の液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を３色に分解し、そのうち青色の照明光路上にリレー光学系を配置して、残りの２色に対する光路長の差を補償するものが存在する（特許文献４参照）。なお、このプロジェクタでは、リレー光学系を構成する３つのレンズのうち、中央のレンズを例えば光軸方向に移動可能にして、液晶パネルに対する照明領域の大きさを拡大・縮小できるようにし、Ｂ光の有効な活用を図っている。
【０００４】
また、別の液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を３色に分解し、そのうち緑色の照明光路上にリレー光学系等の導光手段を配置して、残りの２色に対する光路長の差を補償するものが存在する（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７１０４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７８０４号公報
【特許文献３】特開平１１−２４２１８４号公報
【特許文献４】特開平１１−６４９７７号公報
【特許文献５】ＷＯ９４／２２０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、赤色の照明光路上にリレー光学系を配置する照明装置では、光源として例えば高圧水銀ランプ等を用いている関係上、赤色が他の色に比較して相対的に弱くなり、ホワイトバランスを適切に調整できない場合がある。このような場合、液晶パネルに入力すべき画像信号の輝度値を調整する信号処理によってホワイトバランスを達成することも可能であるが、画像の明るさやコントラストを低下させてしまうという問題がある。
【０００６】
また、青色光路に設けたレンズを光軸方向に移動可能にした照明装置では、比較的光量が不足し易い緑光の損失を少なくすることができ、照明光の無駄を防止することができるが、高圧水銀ランプ等の発光特性に起因するホワイトバランスの偏りを積極的に解消することができない。
【０００７】
また、緑色の照明光路上にリレー光学系を配置する照明装置では、高圧水銀ランプ等の発光特性に起因して、ホワイトバランスが製品ごとに大きくばらつく場合が多く、液晶パネルに入力すべき画像信号の輝度値を大きく調整する信号処理が必要となる。
【０００８】
そこで、本発明は、高圧水銀ランプ等のようなスペクトル特性に一定の傾向があるランプ光源を用いた場合にも、輝度値を利用した信号処理を最小限としつつ、高輝度で自然なホワイトバランスを達成することができるプロジェクタ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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）照明光を射出する照明装置と、（ｂ）照明装置から射出された照明光から第１から第３色光を分岐して、当該第１から第３色光を第１から第３光路にそれぞれ導く色分離光学系と、（ｃ）第１から第３光路上にそれぞれ配置され、第１から第３色光によってそれぞれ照明される第１乃至第３光変調装置とを備えたプロジェクタであって、（ｄ）照明装置から第３光変調装置までの距離が、照明装置から第１光変調装置までの距離及び照明装置から第２光変調装置までの距離よりも長く、（ｅ）第３光路には、光入射側に配置される第１のレンズと、光射出側に配置される第２のレンズと、第１及び第２のレンズの間に配置される第３のレンズと、第３のレンズの第１のレンズ側に配置される光路折曲用の第１のミラーと、第３のレンズの第２のレンズ側に配置される光路折曲用の第２のミラーとを含むリレー光学系が設けられ、（ｆ）第１及び第２のミラーの少なくとも一方を第３光路上に保持するとともに、当該第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面に沿って光源像がより不鮮明となる方向に変位可能としたミラー支持部材を備える。なお、色分離光学系の第１及び第２のミラーは、ミラー支持部材によって例えば第３光路の光軸に対して４５°の傾斜角で保持されており、この場合、第３光路は、第１及び第２のミラーの位置で９０°折り曲げられる。
【００１０】
上記プロジェクタでは、ミラー支持部材が、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を、反射面に沿って光源像がより不鮮明となる方向に変位可能としており、当該一方のミラーの変位量を適当に調節することによって、照明光に部分的な「ケラレ」を生じさせることができる。すなわち、照明光を適当な光量だけ第３光路外に不要光として排出させることができる。この結果、第３光変調装置の画像形成領域上における照明光の照度をほぼ目標値に調整することができ、目標とするホワイトバランスを達成することができる。なお、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を変位させる方向を、光源像がより不鮮明となる方向とすることにより、光源像がより鮮明となる部分で照明光にケラレを生じさせることができるので、第３光変調装置に入射する照明光の均一性はほとんど損なわれない。
【００１１】
また、本発明の具体的側面又は態様では、上記プロジェクタにおいて、第１から第３色光が、それぞれ青色光、赤色光、及び緑色光である。この場合、緑色光用の第３光路上にリレー光学系を配置するので、緑色光のロスが生じ易いが、緑色光の光量が多いランプ光源では、自然なホワイトバランスを達成する上でむしろ有利な影響を与えることになる。また、この場合、緑色光は視感度が比較的高いので、ホワイトバランスに与える影響が大きいが、リレー光学系を構成する第１及び第２のミラーの少なくとも一方を変位可能としているので、緑色光の第３光変調装置の画像形成領域上における照度をほぼ目標値に調整することができる。
【００１２】
また、本発明の別の具体的態様では、リレー光学系が、第３のレンズの近傍に光源像を形成し、ミラー支持部材が、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を第３のレンズから離れる方向に変位させることによって、第３のレンズ側でケラレを生じさせる。この場合、第３のレンズの近傍に光源像が形成されることを利用して、少なくとも一方のミラーを第３のレンズから離れる方向に変位させることにより、第３光変調装置に入射する照明光の光量を簡易・確実に調整することができる。
【００１３】
また、本発明の別の具体的態様では、第１及び第２のミラーのうち、第３のレンズの近傍に形成される光源像に対してより近いミラーを変位可能にする。この場合、光源像がより鮮明となる部分に対応するミラーで照明光にケラレを生じさせることができるので、第３光変調装置に入射する照明光の均一性をより高めることができる。
【００１４】
また、本発明の別の具体的態様では、照明装置が、光源光を発生する光源装置と、照明装置からの光源光を均一化する均一化光学系とを備える。この場合、リレー光学系に入射する照明光を予め均一化することができるので、第３光変調装置を均一度の高い照明光で照明することができる。
【００１５】
また、本発明の別の具体的態様では、均一化光学系が、２つのフライアイ光学系を含む。この場合、リレー光学系のうち例えば第３のレンズの近傍に、フライアイ光学系の光学要素の配列に対応する多数の光源像が形成されるが、このような多数の光源像の一部をミラーの移動でカットすることによって、第３光変調装置の画像形成領域上における効率的な照度調整が可能になる。
【００１６】
また、本発明の別の具体的態様では、第１から第３色光を第１から第３光変調装置によって変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、当該光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とをさらに備える。この場合、光合成光学系によって合成したカラー画像を投射光学系によって所望のサイズでスクリーン上に投射することができる。
【００１７】
また、本発明の別の具体的態様では、ミラー支持部材が、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面の方向に沿って摺動可能に保持するガイド部材と、第１及び第２のミラーの少なくとも一方をガイド部材に沿って移動させる駆動部材とを備える。この場合、簡易かつ高精度で少なくとも一方のミラーを変位させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２０と、光源装置２０からの照明光を均一化する均一化光学系３０と、均一化光学系３０を経た照明光を赤・緑・青の３色に分割する色分離光学系４０と、色分離光学系４０から射出された各色の照明光によって照明される光変調部５０と、光変調部５０からの各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム６０と、クロスダイクロイックプリズム６０を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ７０とを備える。なお、以上のうち、光源装置２０と均一化光学系３０とは、照明光を射出する照明装置として機能する。
【００１９】
ここで、光源装置２０は、略点状の発光部を形成するランプ本体２１と、ランプ本体２１から射出される光源光をコリメートするパラボラ形状の凹面鏡２２とを備える。このうち、ランプ本体２１は、例えば高圧水銀ランプからなり、略白色の光源光を射出する。また、凹面鏡２２は、ランプ本体２１から放射される光線を反射して、平行光束として均一化光学系３０に入射させる。なお、パラボラ形状の凹面鏡２２に代えて、球面や楕円面など、パラボラ形状ではない凹面鏡を用いても良い。このような、凹面鏡を用いた場合は、凹面鏡２２と均一化光学系３０との間に平行化レンズを配置すれば、光源装置２０から平行光束を射出することが可能となる。
【００２０】
均一化光学系３０は、波面分割用の一対のフライアイ光学系３１，３２と、波面分割光を重ね合わせるための重畳レンズ３３と、照明光を所定の偏光成分に変換する偏光変換部材３４とを備え、光源装置２０と協働してケーラー照明を可能にする。一対のフライアイ光学系３１，３２は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源装置２０からの照明光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材３４は、フライアイ光学系３１，３２から射出した照明光を一種類の偏光光（例えば図１の紙面に垂直なＳ偏光成分のみ）に変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ３３は、偏光変換部材３４を経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部５０に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系３１，３２と重畳レンズ３３とを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系４０を経て、光変調部５０を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇの画像形成領域を均一に重畳照明する。
【００２１】
色分離光学系４０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４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、フィールドレンズ４３ｒ，４３ｂと、第１〜第３レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃとを備える。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・緑・青（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち赤色光ＬＲを反射し緑色光ＬＧを透過させる。この色分離光学系４０において、光源装置２０から均一化光学系３０を経て射出される照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された赤色光ＬＲは、第２光路ＯＰ２に導かれフィールドレンズ４３ｒに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した緑色光ＬＧは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃを介してレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを通過する。これらの反射ミラー４２ｂ，４２ｃ及びレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃからなるリレー光学系は、光源装置２０から各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇまでの光路の距離が最も長い緑色用の第３光路ＯＰ３に配置されている。このリレー光学系は、第１のレンズ４５ａの像を、第２のレンズ４５ｂを介して、ほぼそのまま第３のレンズ４５ｃに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。このうち、反射ミラー４２ｂ，４２ｃは、３光路ＯＰ３の光軸に対して４５゜の傾斜角で傾いて配置されており、光路方向を９０゜折り曲げることができる。なお、後に詳述するが、リレー光学系を構成する一方の反射ミラー４２ｃは、その反射面に沿って中央のレンズ４５ｂから離れる方向に移動可能となっている。
【００２２】
光変調部５０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧがそれぞれ入射する３つの液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇと、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを挟むように配置される３組の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶パネル５１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｂとは、照明光を２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ｒと、対応する偏光フィルタ５２ｒ，５２ｒも、液晶ライトバルブを構成し、緑色光ＬＧ用の液晶パネル５１ｇと、偏光フィルタ５２ｇ，５２ｇも、液晶ライトバルブを構成する。
【００２３】
光変調部５０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｂを介して液晶パネル５１ｂの被照射面に入射する。第２光路ＯＰ２に導かれた赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ｒを介して液晶パネル５１ｒの被照射面に入射する。第３光路ＯＰ３に導かれた緑色光ＬＧは、レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを介して液晶パネル５１ｇの被照射面に入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧは、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇによって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
【００２４】
クロスダイクロイックプリズム６０は、光合成光学系であり、Ｂ光反射用の反射膜（例えば誘電体多層膜）６１と、緑色光反射用の反射膜（例えば誘電体多層膜）６２とを直交させた状態で内蔵するものである。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５１ｂからの青色光ＬＢを反射膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル５１ｒからの赤色光ＬＲを反射膜６１，６２を介して直進・射出させ、液晶パネル５１ｇからの緑色光ＬＧを反射膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。このようにクロスダイクロイックプリズム６０で合成された像光は、投射光学系である投射レンズ７０を経て適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。
【００２５】
図２は、図１に示すプロジェクタ１０の第３光路ＯＰ３における光束の状態等を説明する展開図であり、より具体的には、色分離光学系４０における緑色光ＬＧのみの光量調整法を説明する図である。このうち、図２（ａ）は、当初の標準的な状態を示し、図２（ｂ）は、リレー光学系のうち光量調整用の反射ミラー４２ｃを変位させた状態を示す。
【００２６】
図２（ａ）に示す状態では、均一化光学系３０から射出され、レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを通過した緑色光ＬＧによって、液晶パネル５１ｇの画像形成領域が均一に照明される。なお、リレー光学系を構成する光路折曲用の反射ミラー４２ｂ，４２ｃについては、結像状態を説明するため実物としての表示が省略されており、それぞれ反射面Ｍ１、Ｍ２として示されている。
【００２７】
一方、図２（ｂ）に示す状態でも、均一化光学系３０から射出され、レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを通過した緑色光ＬＧによって、液晶パネル５１ｇの画像形成領域がほぼ均一に照明されるが、中央のレンズ４５ｂの後段に設けた光量調整用の反射ミラー４２ｃがその反射面Ｍ１に沿ってスライド移動し、レンズ４５ｂから離れることにより、緑色光ＬＧの光束が一部遮断される状態であるケラレが生じている。この結果、液晶パネル５１ｇの画像形成領域が反射ミラー４２ｃの移動量に応じた低い照度で照明されることになる。この際、緑色光ＬＧの光束のケラレは、反射ミラー４２ｃのうちレンズ４５ｂ側、すなわちレンズ４５ｂの近傍に形成された二次光源の位置ＳＰに近い部分で生じるので、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布は、ほぼ均一に維持される。
【００２８】
一般に、緑色光ＬＧは、視感度が比較的高いので、ホワイトバランスに与える影響が大きい。また、高圧水銀ランプからなるランプ本体２１を備える光源装置２０は、緑色光ＬＧの相対的光量にバラツキが生じやすい。本実施形態では、反射ミラー４２ｂのスライド移動を利用して液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度を調整するようにしているので、プロジェクタ１０のホワイトバランスを効率良く調整することが可能である。なお、高圧水銀ランプの場合、緑色光ＬＧの光量が青色光ＬＢや赤色光ＬＲの光量に比較して多くなる傾向があるので、反射ミラー４２ｂのスライド移動によって多少の光量損失が生じても、ホワイトバランスの調整にとって不利には働かない。
また、ホワイトバランスに影響を与える原因としては、ランプの相対的光量のバラツキの他、液晶パネル５１ｇの特性のばらつきや、ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ及びクロスダイクロイックプリズムの波長選択特性のバラツキなども考えられるが、本実施形態のプロジェクタによれば、緑色光ＬＧの光量にバラツキを生じさせる各種要因にかかわらず、プロジェクタ１０のホワイトバランスをほぼ目標値に設定することができ、その際、画像の明るさやコントラストを犠牲にすることもない。
【００２９】
なお、以上の説明では、中央のレンズ４５ｂの前段の反射ミラー４２ｂは固定されて移動しないものとしたが、反射ミラー４２ｃの代わりに、或いは反射ミラー４２ｃと共に、反射ミラー４２ｂを移動させることもできる。この場合、反射ミラー４２ｂをその反射面Ｍ１に沿って移動させてレンズ４５ｂから離間させることにより、緑色光ＬＧの光束が一部遮断される状態であるケラレを生じさせる。
【００３０】
図３及び図４は、図２等に示す光量調整用の反射ミラー４２ｃの動作を説明するための図である。図３（ａ）は、レンズ４５ｂに最も近い位置における緑色光ＬＧの分布を概念的に説明する図であり、図３（ｂ）は、レンズ４５ｂから最も遠い位置における緑色光ＬＧの分布を概念的に説明する図である。また、図４（ａ）は、光量調整用の反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間するように移動させる場合を示し、図４（ｂ）は、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂに近接させるように移動させる場合を示す。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、反射ミラー４２ｃのうち第３光路ＯＰ３に沿って中央のレンズ４５ｂに最も近い箇所では、ケーラー照明系の性質上、図１のフライアイ光学系３１，３２を構成する要素レンズの配列に対応するマトリックス状の配列で多数の２次光源像ＳＳＰが形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、反射ミラー４２ｃのうち第３光路ＯＰ３に沿ってレンズ４５ｂから最も遠い箇所では、図１のフライアイ光学系３１，３２を構成する要素レンズの輪郭に対応してぼやけた状態の多数のデフォーカス像ＤＳＰが部分的に重畳して形成されている。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させた場合、反射ミラー４２ｃの有効領域は、レンズ４５ｂに近い部分でケラレを伴い、第３光路ＯＰ３の開口ＡＰ１は、２次光源像ＳＳＰのうち、端部側の１以上の列が全部又は一部除去されたものとなる。一方、図４（ｂ）に示すように、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂに近接する方向に移動させた場合、反射ミラー４２ｃの有効領域は、レンズ４５ｂから遠い部分でケラレを伴い、第３光路ＯＰ３の開口ＡＰ２は、デフォーカス像ＤＳＰの端部側の１以上の群が一部除去されたものとなる。以上の結果、図４（ａ）及び（ｂ）に示す双方の場合において、第３光路ＯＰ３を通過する緑色光ＬＧの光量が減少する。ただし、図４（ａ）に示す場合、２次光源像ＳＳＰの個数が減少するだけで、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布は、均一に維持される。一方、図４（ｂ）に示す場合、デフォーカス像ＤＳＰが部分的に遮光されることによって、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布は、不均一化する。
【００３３】
以上をまとめると、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させた場合、緑色光ＬＧのケラレが生じるが、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布が均一に維持される。一方、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂに近接する方向に移動させた場合、緑色光ＬＧのケラレが生じるだけでなく、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布が不均一化される。よって、緑色光ＬＧの画像形成領域上における照度を調整する際には、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させることが望ましい。なお、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させる場合、２次光源像ＳＳＰが端部側から列単位で除去されるように反射ミラー４２ｃをステップ移動させることが、緑色光ＬＧの均一性を確保する上で有利である。この際、緑色光ＬＧの画像形成領域上における照度が階段状に変化するが、その間を補うような照度の微調節は、液晶パネル５１ｇに供給する画像信号の輝度値の電気信号処理によって代替的に可能になる。
【００３４】
図５（ａ）及び（ｂ）は、図２等に示す光量調整用の反射ミラー４２ｃを支持しつつ変位させるための機構であるミラー支持部材を説明する正面図及び側面図である。
【００３５】
ミラー支持部材９０は、矩形の反射ミラー４２ｃをその反射面の方向に沿って摺動可能に保持する上下一対のガイド部材９１，９２と、反射ミラー４２ｃをガイド部材９１，９２に沿って移動させる駆動部材９４とを備える。前者のガイド部材９１，９２は、ガイド溝９１ａ，９２ａを有しており、これらガイド溝９１ａ，９２ａに反射ミラー４２ｃの上下端に形成した保護部材９５が嵌合する。この結果、反射ミラー４２ｃは、その反射面Ｍ２の方向に沿って姿勢を変えることなく摺動可能となる。なお、反射ミラー４２ｃの裏面には、ばね部材９６が押し付けられている。このばね部材９６により、反射ミラー４２ｃが前方に付勢され反射ミラー４２ｃがガイド溝９１ａ，９２ａに保持された状態でガタツクことを防止できる。後者の駆動部材９４は、反射ミラー４２ｃのコーナに固定された固定部９４ａと、固定部９４ａに連結された連結部９４ｂと、連結部９４ｂから延びるねじ部９４ｃと、ねじ部９４ｃをガイド部材９１側で支持するステー９４ｄと有する。連結部９４ｂは、周囲に環状溝を設けた円柱状の部材であり、固定部９４ａに設けた開口に嵌合してねじ部９４ｃとともにねじ部９４ｃの軸まわりに回転する。固定部９４ａは、ねじ部９４ｃと螺合するねじ孔を有しており、ねじ部９４ｃのヘッド９４ｆをねじ回すことによって、反射ミラー４２ｃをステー９４ｄすなわちガイド部材９１に対して所望量だけ微動させることができるようになっている。つまり、ねじ部９４ｃの適当な回転によって反射ミラー４２ｃを第３光路ＯＰ３（図２参照）上の適当な位置に進退させることができ、緑色光ＬＧのケラレすなわち遮光量を調節することができる。以上のような緑色光ＬＧに関する光量調整は、例えばプロジェクタ１０の組立段階で他の色光とのバランスをとりながら行われる。このような調整後に駆動部材９４を例えば接着剤で固定することによって、反射ミラー４２ｃは、ガイド部材９１，９２に対して恒久的に固定される。
【００３６】
以下、本実施形態に係るプロジェクタ１０の動作について説明する。光源装置２０からの照明光は、均一化光学系３０を経て均一化されその偏光方向が揃えられた後、色分離光学系４０に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂによって色分割され、対応する液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧとしてそれぞれ入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇは、外部からの画像信号によって変調されて２次元的屈折率分布を有しており、各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧを２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇで変調された各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成された後、投射レンズ７０に入射する。投射レンズ７０に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。なお、本プロジェクタ１０では、色分離光学系４０等の組立時或いはその後において、反射ミラー４２ｃの位置を調節することで、液晶パネル５１ｇを照明する緑色光ＬＧの画像形成領域上における照度を変化させることができる。つまり、熱的影響を受けやすいＮＤフィルタを用いることなく、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを所望のバランスで照明することができる。よって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを通過して合成され投射レンズ７０によってスクリーン上に投影されるカラー画像のホワイトバランスを簡易に調整することができる。
【００３７】
なお、この発明は、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１０では、緑色光用の第３光路ＯＰ３に色分離光学系４０のリレー光学系４２ｂ，４２ｃ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃを配置しているが、その他の光路ＯＰ１，ＯＰ２にリレー光学系を配置することができる。この場合、その他の光路ＯＰ１，ＯＰ２に配置したリレー光学系の反射ミラーを射面に沿って移動させることにより、光源装置２０から射出される照明光のホワイトバランスを適宜調整することができる。
【００３９】
上記実施形態のプロジェクタ１０では、光源装置２０として高圧水銀ランプを用いているが、高圧水銀ランプの代わりに、メタルハライドランプ等他のランプを用いることもできる。この場合も、緑色光用の第３光路ＯＰ３やその他の光路ＯＰ１，ＯＰ２に配置される反射ミラー４２ｃ等を反射面に沿って移動させることにより、上記ランプ光源からの照明光のホワイトバランスを適宜調整することができる。
【００４０】
また、色分離光学系４０を構成する反射ミラー４２ｃを微動・固定するためのミラー支持部材９０の構造は、上記実施形態に限定されることなく、様々なものとすることができる。例えば、駆動部材９４は省略することができ、ガイド部材９１，９２を利用して反射ミラー４２ｃを適所に移動させた後、接着剤を利用してガイド部材９１，９２等に反射ミラー４２ｃを直接固定することができる。
【００４１】
また、上記実施形態では、光源装置２０からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのフライアイ光学系３１，３２を用いていたが、この発明は、このようなフライアイ光学系すなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、フライアイ光学系３１，３２をロッドインテグレータに置き換えることもできる。この場合、ロッドインテグレータ後段のリレー光学系のうち２次光源像が形成される位置近傍に配置されるレンズに隣接する反射ミラーを、当該レンズから離間するように移動させる。
【００４２】
また、上記プロジェクタ１０において、光源装置２０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にも適用可能である。
【００４３】
また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【００４４】
また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタとがあるが、図１に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。
【図２】（ａ）は、プロジェクタの第３光路の光束を示し、（ｂ）は、反射ミラーを変位させた状態を示す。
【図３】（ａ）は、中央のレンズに最も近い位置における緑色光の分布を示し、（ｂ）は、中央のレンズから最も遠い位置における緑色光の分布を示す。
【図４】（ａ）は、反射ミラーをレンズから離間させる場合を示し、（ｂ）は、反射ミラーをレンズに近接させる場合を示す。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、ミラー支持部材を示す正面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…プロジェクタ、 ２０…光源装置、 ３０…均一化光学系、 ３１，３２…フライアイ光学系、 ３３…重畳レンズ、 ３４…偏光変換部材、 ４０…色分離光学系、 ４１ａ，４１ｂ…第２ダイクロイックミラー、 ４２ｂ，４２ｃ…反射ミラー、 ４２ｂ，４２ｃ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…リレー光学系、 ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…レンズ、 ５０…光変調部、 ５１ｂ，５１ｒ，５１ｇ…液晶パネル、 ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇ…偏光フィルタ、 ６０…クロスダイクロイックプリズム、 ７０…投射レンズ、 ９０…ミラー支持部材、 ９１，９２…ガイド部材、 ９４…駆動部材、 ＡＰ１…開口、 ＡＰ２…開口、 ＤＳＰ…デフォーカス像、 ＬＢ，ＬＲ，ＬＧ…各色光、 Ｍ１、Ｍ２…反射面、 ＯＰ１…第１光路、 ＯＰ２…第２光路、 ＯＰ３…第３光路、 ＳＳＰ…２次光源像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネル等の光変調装置を用いて画像を投射するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタに組み込まれる液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を３色に分解し、そのうち赤色の照明光路上にリレー光学系を配置して、残りの緑色及び青色に対する光路長の差を補償するものが存在する（特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
また、別の液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を３色に分解し、そのうち青色の照明光路上にリレー光学系を配置して、残りの２色に対する光路長の差を補償するものが存在する（特許文献４参照）。なお、このプロジェクタでは、リレー光学系を構成する３つのレンズのうち、中央のレンズを例えば光軸方向に移動可能にして、液晶パネルに対する照明領域の大きさを拡大・縮小できるようにし、Ｂ光の有効な活用を図っている。
【０００４】
また、別の液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を３色に分解し、そのうち緑色の照明光路上にリレー光学系等の導光手段を配置して、残りの２色に対する光路長の差を補償するものが存在する（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７１０４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７８０４号公報
【特許文献３】特開平１１−２４２１８４号公報
【特許文献４】特開平１１−６４９７７号公報
【特許文献５】ＷＯ９４／２２０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、赤色の照明光路上にリレー光学系を配置する照明装置では、光源として例えば高圧水銀ランプ等を用いている関係上、赤色が他の色に比較して相対的に弱くなり、ホワイトバランスを適切に調整できない場合がある。このような場合、液晶パネルに入力すべき画像信号の輝度値を調整する信号処理によってホワイトバランスを達成することも可能であるが、画像の明るさやコントラストを低下させてしまうという問題がある。
【０００６】
また、青色光路に設けたレンズを光軸方向に移動可能にした照明装置では、比較的光量が不足し易い緑光の損失を少なくすることができ、照明光の無駄を防止することができるが、高圧水銀ランプ等の発光特性に起因するホワイトバランスの偏りを積極的に解消することができない。
【０００７】
また、緑色の照明光路上にリレー光学系を配置する照明装置では、高圧水銀ランプ等の発光特性に起因して、ホワイトバランスが製品ごとに大きくばらつく場合が多く、液晶パネルに入力すべき画像信号の輝度値を大きく調整する信号処理が必要となる。
【０００８】
そこで、本発明は、高圧水銀ランプ等のようなスペクトル特性に一定の傾向があるランプ光源を用いた場合にも、輝度値を利用した信号処理を最小限としつつ、高輝度で自然なホワイトバランスを達成することができるプロジェクタ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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）照明光を射出する照明装置と、（ｂ）照明装置から射出された照明光から第１から第３色光を分岐して、当該第１から第３色光を第１から第３光路にそれぞれ導く色分離光学系と、（ｃ）第１から第３光路上にそれぞれ配置され、第１から第３色光によってそれぞれ照明される第１乃至第３光変調装置とを備えたプロジェクタであって、（ｄ）照明装置から第３光変調装置までの距離が、照明装置から第１光変調装置までの距離及び照明装置から第２光変調装置までの距離よりも長く、（ｅ）第３光路には、光入射側に配置される第１のレンズと、光射出側に配置される第２のレンズと、第１及び第２のレンズの間に配置される第３のレンズと、第３のレンズの第１のレンズ側に配置される光路折曲用の第１のミラーと、第３のレンズの第２のレンズ側に配置される光路折曲用の第２のミラーとを含むリレー光学系が設けられ、（ｆ）第１及び第２のミラーの少なくとも一方を第３光路上に保持するとともに、当該第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面に沿って光源像がより不鮮明となる方向に変位可能としたミラー支持部材を備える。なお、色分離光学系の第１及び第２のミラーは、ミラー支持部材によって例えば第３光路の光軸に対して４５°の傾斜角で保持されており、この場合、第３光路は、第１及び第２のミラーの位置で９０°折り曲げられる。
【００１０】
上記プロジェクタでは、ミラー支持部材が、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を、反射面に沿って光源像がより不鮮明となる方向に変位可能としており、当該一方のミラーの変位量を適当に調節することによって、照明光に部分的な「ケラレ」を生じさせることができる。すなわち、照明光を適当な光量だけ第３光路外に不要光として排出させることができる。この結果、第３光変調装置の画像形成領域上における照明光の照度をほぼ目標値に調整することができ、目標とするホワイトバランスを達成することができる。なお、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を変位させる方向を、光源像がより不鮮明となる方向とすることにより、光源像がより鮮明となる部分で照明光にケラレを生じさせることができるので、第３光変調装置に入射する照明光の均一性はほとんど損なわれない。
【００１１】
また、本発明の具体的側面又は態様では、上記プロジェクタにおいて、第１から第３色光が、それぞれ青色光、赤色光、及び緑色光である。この場合、緑色光用の第３光路上にリレー光学系を配置するので、緑色光のロスが生じ易いが、緑色光の光量が多いランプ光源では、自然なホワイトバランスを達成する上でむしろ有利な影響を与えることになる。また、この場合、緑色光は視感度が比較的高いので、ホワイトバランスに与える影響が大きいが、リレー光学系を構成する第１及び第２のミラーの少なくとも一方を変位可能としているので、緑色光の第３光変調装置の画像形成領域上における照度をほぼ目標値に調整することができる。
【００１２】
また、本発明の別の具体的態様では、リレー光学系が、第３のレンズの近傍に光源像を形成し、ミラー支持部材が、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を第３のレンズから離れる方向に変位させることによって、第３のレンズ側でケラレを生じさせる。この場合、第３のレンズの近傍に光源像が形成されることを利用して、少なくとも一方のミラーを第３のレンズから離れる方向に変位させることにより、第３光変調装置に入射する照明光の光量を簡易・確実に調整することができる。
【００１３】
また、本発明の別の具体的態様では、第１及び第２のミラーのうち、第３のレンズの近傍に形成される光源像に対してより近いミラーを変位可能にする。この場合、光源像がより鮮明となる部分に対応するミラーで照明光にケラレを生じさせることができるので、第３光変調装置に入射する照明光の均一性をより高めることができる。
【００１４】
また、本発明の別の具体的態様では、照明装置が、光源光を発生する光源装置と、照明装置からの光源光を均一化する均一化光学系とを備える。この場合、リレー光学系に入射する照明光を予め均一化することができるので、第３光変調装置を均一度の高い照明光で照明することができる。
【００１５】
また、本発明の別の具体的態様では、均一化光学系が、２つのフライアイ光学系を含む。この場合、リレー光学系のうち例えば第３のレンズの近傍に、フライアイ光学系の光学要素の配列に対応する多数の光源像が形成されるが、このような多数の光源像の一部をミラーの移動でカットすることによって、第３光変調装置の画像形成領域上における効率的な照度調整が可能になる。
【００１６】
また、本発明の別の具体的態様では、第１から第３色光を第１から第３光変調装置によって変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、当該光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とをさらに備える。この場合、光合成光学系によって合成したカラー画像を投射光学系によって所望のサイズでスクリーン上に投射することができる。
【００１７】
また、本発明の別の具体的態様では、ミラー支持部材が、第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面の方向に沿って摺動可能に保持するガイド部材と、第１及び第２のミラーの少なくとも一方をガイド部材に沿って移動させる駆動部材とを備える。この場合、簡易かつ高精度で少なくとも一方のミラーを変位させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２０と、光源装置２０からの照明光を均一化する均一化光学系３０と、均一化光学系３０を経た照明光を赤・緑・青の３色に分割する色分離光学系４０と、色分離光学系４０から射出された各色の照明光によって照明される光変調部５０と、光変調部５０からの各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム６０と、クロスダイクロイックプリズム６０を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ７０とを備える。なお、以上のうち、光源装置２０と均一化光学系３０とは、照明光を射出する照明装置として機能する。
【００１９】
ここで、光源装置２０は、略点状の発光部を形成するランプ本体２１と、ランプ本体２１から射出される光源光をコリメートするパラボラ形状の凹面鏡２２とを備える。このうち、ランプ本体２１は、例えば高圧水銀ランプからなり、略白色の光源光を射出する。また、凹面鏡２２は、ランプ本体２１から放射される光線を反射して、平行光束として均一化光学系３０に入射させる。なお、パラボラ形状の凹面鏡２２に代えて、球面や楕円面など、パラボラ形状ではない凹面鏡を用いても良い。このような、凹面鏡を用いた場合は、凹面鏡２２と均一化光学系３０との間に平行化レンズを配置すれば、光源装置２０から平行光束を射出することが可能となる。
【００２０】
均一化光学系３０は、波面分割用の一対のフライアイ光学系３１，３２と、波面分割光を重ね合わせるための重畳レンズ３３と、照明光を所定の偏光成分に変換する偏光変換部材３４とを備え、光源装置２０と協働してケーラー照明を可能にする。一対のフライアイ光学系３１，３２は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源装置２０からの照明光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材３４は、フライアイ光学系３１，３２から射出した照明光を一種類の偏光光（例えば図１の紙面に垂直なＳ偏光成分のみ）に変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ３３は、偏光変換部材３４を経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部５０に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系３１，３２と重畳レンズ３３とを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系４０を経て、光変調部５０を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇの画像形成領域を均一に重畳照明する。
【００２１】
色分離光学系４０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４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、フィールドレンズ４３ｒ，４３ｂと、第１〜第３レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃとを備える。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・緑・青（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち赤色光ＬＲを反射し緑色光ＬＧを透過させる。この色分離光学系４０において、光源装置２０から均一化光学系３０を経て射出される照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された赤色光ＬＲは、第２光路ＯＰ２に導かれフィールドレンズ４３ｒに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した緑色光ＬＧは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃを介してレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを通過する。これらの反射ミラー４２ｂ，４２ｃ及びレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃからなるリレー光学系は、光源装置２０から各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇまでの光路の距離が最も長い緑色用の第３光路ＯＰ３に配置されている。このリレー光学系は、第１のレンズ４５ａの像を、第２のレンズ４５ｂを介して、ほぼそのまま第３のレンズ４５ｃに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。このうち、反射ミラー４２ｂ，４２ｃは、３光路ＯＰ３の光軸に対して４５゜の傾斜角で傾いて配置されており、光路方向を９０゜折り曲げることができる。なお、後に詳述するが、リレー光学系を構成する一方の反射ミラー４２ｃは、その反射面に沿って中央のレンズ４５ｂから離れる方向に移動可能となっている。
【００２２】
光変調部５０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧがそれぞれ入射する３つの液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇと、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを挟むように配置される３組の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶パネル５１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｂとは、照明光を２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ｒと、対応する偏光フィルタ５２ｒ，５２ｒも、液晶ライトバルブを構成し、緑色光ＬＧ用の液晶パネル５１ｇと、偏光フィルタ５２ｇ，５２ｇも、液晶ライトバルブを構成する。
【００２３】
光変調部５０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｂを介して液晶パネル５１ｂの被照射面に入射する。第２光路ＯＰ２に導かれた赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ｒを介して液晶パネル５１ｒの被照射面に入射する。第３光路ＯＰ３に導かれた緑色光ＬＧは、レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを介して液晶パネル５１ｇの被照射面に入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧは、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇによって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
【００２４】
クロスダイクロイックプリズム６０は、光合成光学系であり、Ｂ光反射用の反射膜（例えば誘電体多層膜）６１と、緑色光反射用の反射膜（例えば誘電体多層膜）６２とを直交させた状態で内蔵するものである。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５１ｂからの青色光ＬＢを反射膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル５１ｒからの赤色光ＬＲを反射膜６１，６２を介して直進・射出させ、液晶パネル５１ｇからの緑色光ＬＧを反射膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。このようにクロスダイクロイックプリズム６０で合成された像光は、投射光学系である投射レンズ７０を経て適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。
【００２５】
図２は、図１に示すプロジェクタ１０の第３光路ＯＰ３における光束の状態等を説明する展開図であり、より具体的には、色分離光学系４０における緑色光ＬＧのみの光量調整法を説明する図である。このうち、図２（ａ）は、当初の標準的な状態を示し、図２（ｂ）は、リレー光学系のうち光量調整用の反射ミラー４２ｃを変位させた状態を示す。
【００２６】
図２（ａ）に示す状態では、均一化光学系３０から射出され、レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを通過した緑色光ＬＧによって、液晶パネル５１ｇの画像形成領域が均一に照明される。なお、リレー光学系を構成する光路折曲用の反射ミラー４２ｂ，４２ｃについては、結像状態を説明するため実物としての表示が省略されており、それぞれ反射面Ｍ１、Ｍ２として示されている。
【００２７】
一方、図２（ｂ）に示す状態でも、均一化光学系３０から射出され、レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを通過した緑色光ＬＧによって、液晶パネル５１ｇの画像形成領域がほぼ均一に照明されるが、中央のレンズ４５ｂの後段に設けた光量調整用の反射ミラー４２ｃがその反射面Ｍ１に沿ってスライド移動し、レンズ４５ｂから離れることにより、緑色光ＬＧの光束が一部遮断される状態であるケラレが生じている。この結果、液晶パネル５１ｇの画像形成領域が反射ミラー４２ｃの移動量に応じた低い照度で照明されることになる。この際、緑色光ＬＧの光束のケラレは、反射ミラー４２ｃのうちレンズ４５ｂ側、すなわちレンズ４５ｂの近傍に形成された二次光源の位置ＳＰに近い部分で生じるので、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布は、ほぼ均一に維持される。
【００２８】
一般に、緑色光ＬＧは、視感度が比較的高いので、ホワイトバランスに与える影響が大きい。また、高圧水銀ランプからなるランプ本体２１を備える光源装置２０は、緑色光ＬＧの相対的光量にバラツキが生じやすい。本実施形態では、反射ミラー４２ｂのスライド移動を利用して液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度を調整するようにしているので、プロジェクタ１０のホワイトバランスを効率良く調整することが可能である。なお、高圧水銀ランプの場合、緑色光ＬＧの光量が青色光ＬＢや赤色光ＬＲの光量に比較して多くなる傾向があるので、反射ミラー４２ｂのスライド移動によって多少の光量損失が生じても、ホワイトバランスの調整にとって不利には働かない。
また、ホワイトバランスに影響を与える原因としては、ランプの相対的光量のバラツキの他、液晶パネル５１ｇの特性のばらつきや、ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ及びクロスダイクロイックプリズムの波長選択特性のバラツキなども考えられるが、本実施形態のプロジェクタによれば、緑色光ＬＧの光量にバラツキを生じさせる各種要因にかかわらず、プロジェクタ１０のホワイトバランスをほぼ目標値に設定することができ、その際、画像の明るさやコントラストを犠牲にすることもない。
【００２９】
なお、以上の説明では、中央のレンズ４５ｂの前段の反射ミラー４２ｂは固定されて移動しないものとしたが、反射ミラー４２ｃの代わりに、或いは反射ミラー４２ｃと共に、反射ミラー４２ｂを移動させることもできる。この場合、反射ミラー４２ｂをその反射面Ｍ１に沿って移動させてレンズ４５ｂから離間させることにより、緑色光ＬＧの光束が一部遮断される状態であるケラレを生じさせる。
【００３０】
図３及び図４は、図２等に示す光量調整用の反射ミラー４２ｃの動作を説明するための図である。図３（ａ）は、レンズ４５ｂに最も近い位置における緑色光ＬＧの分布を概念的に説明する図であり、図３（ｂ）は、レンズ４５ｂから最も遠い位置における緑色光ＬＧの分布を概念的に説明する図である。また、図４（ａ）は、光量調整用の反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間するように移動させる場合を示し、図４（ｂ）は、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂに近接させるように移動させる場合を示す。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、反射ミラー４２ｃのうち第３光路ＯＰ３に沿って中央のレンズ４５ｂに最も近い箇所では、ケーラー照明系の性質上、図１のフライアイ光学系３１，３２を構成する要素レンズの配列に対応するマトリックス状の配列で多数の２次光源像ＳＳＰが形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、反射ミラー４２ｃのうち第３光路ＯＰ３に沿ってレンズ４５ｂから最も遠い箇所では、図１のフライアイ光学系３１，３２を構成する要素レンズの輪郭に対応してぼやけた状態の多数のデフォーカス像ＤＳＰが部分的に重畳して形成されている。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させた場合、反射ミラー４２ｃの有効領域は、レンズ４５ｂに近い部分でケラレを伴い、第３光路ＯＰ３の開口ＡＰ１は、２次光源像ＳＳＰのうち、端部側の１以上の列が全部又は一部除去されたものとなる。一方、図４（ｂ）に示すように、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂに近接する方向に移動させた場合、反射ミラー４２ｃの有効領域は、レンズ４５ｂから遠い部分でケラレを伴い、第３光路ＯＰ３の開口ＡＰ２は、デフォーカス像ＤＳＰの端部側の１以上の群が一部除去されたものとなる。以上の結果、図４（ａ）及び（ｂ）に示す双方の場合において、第３光路ＯＰ３を通過する緑色光ＬＧの光量が減少する。ただし、図４（ａ）に示す場合、２次光源像ＳＳＰの個数が減少するだけで、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布は、均一に維持される。一方、図４（ｂ）に示す場合、デフォーカス像ＤＳＰが部分的に遮光されることによって、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布は、不均一化する。
【００３３】
以上をまとめると、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させた場合、緑色光ＬＧのケラレが生じるが、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布が均一に維持される。一方、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂに近接する方向に移動させた場合、緑色光ＬＧのケラレが生じるだけでなく、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度分布が不均一化される。よって、緑色光ＬＧの画像形成領域上における照度を調整する際には、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させることが望ましい。なお、反射ミラー４２ｃをレンズ４５ｂから離間する方向に移動させる場合、２次光源像ＳＳＰが端部側から列単位で除去されるように反射ミラー４２ｃをステップ移動させることが、緑色光ＬＧの均一性を確保する上で有利である。この際、緑色光ＬＧの画像形成領域上における照度が階段状に変化するが、その間を補うような照度の微調節は、液晶パネル５１ｇに供給する画像信号の輝度値の電気信号処理によって代替的に可能になる。
【００３４】
図５（ａ）及び（ｂ）は、図２等に示す光量調整用の反射ミラー４２ｃを支持しつつ変位させるための機構であるミラー支持部材を説明する正面図及び側面図である。
【００３５】
ミラー支持部材９０は、矩形の反射ミラー４２ｃをその反射面の方向に沿って摺動可能に保持する上下一対のガイド部材９１，９２と、反射ミラー４２ｃをガイド部材９１，９２に沿って移動させる駆動部材９４とを備える。前者のガイド部材９１，９２は、ガイド溝９１ａ，９２ａを有しており、これらガイド溝９１ａ，９２ａに反射ミラー４２ｃの上下端に形成した保護部材９５が嵌合する。この結果、反射ミラー４２ｃは、その反射面Ｍ２の方向に沿って姿勢を変えることなく摺動可能となる。なお、反射ミラー４２ｃの裏面には、ばね部材９６が押し付けられている。このばね部材９６により、反射ミラー４２ｃが前方に付勢され反射ミラー４２ｃがガイド溝９１ａ，９２ａに保持された状態でガタツクことを防止できる。後者の駆動部材９４は、反射ミラー４２ｃのコーナに固定された固定部９４ａと、固定部９４ａに連結された連結部９４ｂと、連結部９４ｂから延びるねじ部９４ｃと、ねじ部９４ｃをガイド部材９１側で支持するステー９４ｄと有する。連結部９４ｂは、周囲に環状溝を設けた円柱状の部材であり、固定部９４ａに設けた開口に嵌合してねじ部９４ｃとともにねじ部９４ｃの軸まわりに回転する。固定部９４ａは、ねじ部９４ｃと螺合するねじ孔を有しており、ねじ部９４ｃのヘッド９４ｆをねじ回すことによって、反射ミラー４２ｃをステー９４ｄすなわちガイド部材９１に対して所望量だけ微動させることができるようになっている。つまり、ねじ部９４ｃの適当な回転によって反射ミラー４２ｃを第３光路ＯＰ３（図２参照）上の適当な位置に進退させることができ、緑色光ＬＧのケラレすなわち遮光量を調節することができる。以上のような緑色光ＬＧに関する光量調整は、例えばプロジェクタ１０の組立段階で他の色光とのバランスをとりながら行われる。このような調整後に駆動部材９４を例えば接着剤で固定することによって、反射ミラー４２ｃは、ガイド部材９１，９２に対して恒久的に固定される。
【００３６】
以下、本実施形態に係るプロジェクタ１０の動作について説明する。光源装置２０からの照明光は、均一化光学系３０を経て均一化されその偏光方向が揃えられた後、色分離光学系４０に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂによって色分割され、対応する液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧとしてそれぞれ入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇは、外部からの画像信号によって変調されて２次元的屈折率分布を有しており、各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧを２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇで変調された各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成された後、投射レンズ７０に入射する。投射レンズ７０に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。なお、本プロジェクタ１０では、色分離光学系４０等の組立時或いはその後において、反射ミラー４２ｃの位置を調節することで、液晶パネル５１ｇを照明する緑色光ＬＧの画像形成領域上における照度を変化させることができる。つまり、熱的影響を受けやすいＮＤフィルタを用いることなく、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを所望のバランスで照明することができる。よって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを通過して合成され投射レンズ７０によってスクリーン上に投影されるカラー画像のホワイトバランスを簡易に調整することができる。
【００３７】
なお、この発明は、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１０では、緑色光用の第３光路ＯＰ３に色分離光学系４０のリレー光学系４２ｂ，４２ｃ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃを配置しているが、その他の光路ＯＰ１，ＯＰ２にリレー光学系を配置することができる。この場合、その他の光路ＯＰ１，ＯＰ２に配置したリレー光学系の反射ミラーを射面に沿って移動させることにより、光源装置２０から射出される照明光のホワイトバランスを適宜調整することができる。
【００３９】
上記実施形態のプロジェクタ１０では、光源装置２０として高圧水銀ランプを用いているが、高圧水銀ランプの代わりに、メタルハライドランプ等他のランプを用いることもできる。この場合も、緑色光用の第３光路ＯＰ３やその他の光路ＯＰ１，ＯＰ２に配置される反射ミラー４２ｃ等を反射面に沿って移動させることにより、上記ランプ光源からの照明光のホワイトバランスを適宜調整することができる。
【００４０】
また、色分離光学系４０を構成する反射ミラー４２ｃを微動・固定するためのミラー支持部材９０の構造は、上記実施形態に限定されることなく、様々なものとすることができる。例えば、駆動部材９４は省略することができ、ガイド部材９１，９２を利用して反射ミラー４２ｃを適所に移動させた後、接着剤を利用してガイド部材９１，９２等に反射ミラー４２ｃを直接固定することができる。
【００４１】
また、上記実施形態では、光源装置２０からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのフライアイ光学系３１，３２を用いていたが、この発明は、このようなフライアイ光学系すなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、フライアイ光学系３１，３２をロッドインテグレータに置き換えることもできる。この場合、ロッドインテグレータ後段のリレー光学系のうち２次光源像が形成される位置近傍に配置されるレンズに隣接する反射ミラーを、当該レンズから離間するように移動させる。
【００４２】
また、上記プロジェクタ１０において、光源装置２０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にも適用可能である。
【００４３】
また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【００４４】
また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタとがあるが、図１に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。
【図２】（ａ）は、プロジェクタの第３光路の光束を示し、（ｂ）は、反射ミラーを変位させた状態を示す。
【図３】（ａ）は、中央のレンズに最も近い位置における緑色光の分布を示し、（ｂ）は、中央のレンズから最も遠い位置における緑色光の分布を示す。
【図４】（ａ）は、反射ミラーをレンズから離間させる場合を示し、（ｂ）は、反射ミラーをレンズに近接させる場合を示す。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、ミラー支持部材を示す正面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…プロジェクタ、 ２０…光源装置、 ３０…均一化光学系、 ３１，３２…フライアイ光学系、 ３３…重畳レンズ、 ３４…偏光変換部材、 ４０…色分離光学系、 ４１ａ，４１ｂ…第２ダイクロイックミラー、 ４２ｂ，４２ｃ…反射ミラー、 ４２ｂ，４２ｃ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…リレー光学系、 ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…レンズ、 ５０…光変調部、 ５１ｂ，５１ｒ，５１ｇ…液晶パネル、 ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇ…偏光フィルタ、 ６０…クロスダイクロイックプリズム、 ７０…投射レンズ、 ９０…ミラー支持部材、 ９１，９２…ガイド部材、 ９４…駆動部材、 ＡＰ１…開口、 ＡＰ２…開口、 ＤＳＰ…デフォーカス像、 ＬＢ，ＬＲ，ＬＧ…各色光、 Ｍ１、Ｍ２…反射面、 ＯＰ１…第１光路、 ＯＰ２…第２光路、 ＯＰ３…第３光路、 ＳＳＰ…２次光源像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光から第１から第３色光を分岐して、当該第１から第３色光を第１から第３光路にそれぞれ導く色分離光学系と、
前記第１から第３光路上にそれぞれ配置され、前記第１から第３色光によってそれぞれ照明される第１から第３光変調装置と、を備えたプロジェクタであって、
前記照明装置から前記第３光変調装置までの距離は、前記照明装置から前記第１光変調装置までの距離及び前記照明装置から前記第２光変調装置までの距離よりも長く、
前記第３光路には、光入射側に配置される第１のレンズと、光射出側に配置される第２のレンズと、前記第１及び第２のレンズの間に配置される第３のレンズと、前記第３のレンズの前記第１のレンズ側に配置される光路折曲用の第１のミラーと、前記第３のレンズの前記第２のレンズ側に配置される光路折曲用の第２のミラーとを含むリレー光学系が設けられ、
前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を前記第３光路上に保持するとともに、当該第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面に沿って光源像がより不鮮明となる方向に変位可能としたミラー支持部材
を備えるプロジェクタ。
【請求項２】
前記第１から第３色光は、それぞれ青色光、赤色光、及び緑色光であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記リレー光学系は、前記第３のレンズの近傍に光源像を形成し、前記ミラー支持部材は、前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を前記第３のレンズから離れる方向に変位させることによって、当該第３のレンズ側でケラレを生じさせることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記第１及び第２のミラーのうち、前記第３のレンズの近傍に形成される光源像に対してより近いミラーを変位可能にすることを特徴とする請求項３記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記照明装置は、光源光を発生する光源装置と、照明装置からの光源光を均一化する均一化光学系とを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記均一化光学系は、２つのフライアイ光学系を含むことを特徴とする請求項５記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記第１から第３色光を前記第１から第３光変調装置によって変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、当該光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とをさらに備える請求項１から請求項６のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記ミラー支持部材は、前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面の方向に沿って摺動可能に保持するガイド部材と、前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を前記ガイド部材に沿って移動させる駆動部材とを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項１】
照明光を射出する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光から第１から第３色光を分岐して、当該第１から第３色光を第１から第３光路にそれぞれ導く色分離光学系と、
前記第１から第３光路上にそれぞれ配置され、前記第１から第３色光によってそれぞれ照明される第１から第３光変調装置と、を備えたプロジェクタであって、
前記照明装置から前記第３光変調装置までの距離は、前記照明装置から前記第１光変調装置までの距離及び前記照明装置から前記第２光変調装置までの距離よりも長く、
前記第３光路には、光入射側に配置される第１のレンズと、光射出側に配置される第２のレンズと、前記第１及び第２のレンズの間に配置される第３のレンズと、前記第３のレンズの前記第１のレンズ側に配置される光路折曲用の第１のミラーと、前記第３のレンズの前記第２のレンズ側に配置される光路折曲用の第２のミラーとを含むリレー光学系が設けられ、
前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を前記第３光路上に保持するとともに、当該第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面に沿って光源像がより不鮮明となる方向に変位可能としたミラー支持部材
を備えるプロジェクタ。
【請求項２】
前記第１から第３色光は、それぞれ青色光、赤色光、及び緑色光であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記リレー光学系は、前記第３のレンズの近傍に光源像を形成し、前記ミラー支持部材は、前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を前記第３のレンズから離れる方向に変位させることによって、当該第３のレンズ側でケラレを生じさせることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記第１及び第２のミラーのうち、前記第３のレンズの近傍に形成される光源像に対してより近いミラーを変位可能にすることを特徴とする請求項３記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記照明装置は、光源光を発生する光源装置と、照明装置からの光源光を均一化する均一化光学系とを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記均一化光学系は、２つのフライアイ光学系を含むことを特徴とする請求項５記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記第１から第３色光を前記第１から第３光変調装置によって変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、当該光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とをさらに備える請求項１から請求項６のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記ミラー支持部材は、前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を反射面の方向に沿って摺動可能に保持するガイド部材と、前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方を前記ガイド部材に沿って移動させる駆動部材とを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−７８６２６（Ｐ２００６−７８６２６Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６０５６３（Ｐ２００４−２６０５６３）
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【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１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]