JP2007249184A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】インテグレータ照明光学系の小型化、部品点数の削減、および、各光学素子の位置ズレを抑制することのできるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】本発明のプロジェクタにおけるインテグレータ照明光学系は、複数の小レンズ４１３１を有する第２レンズアレイ４１３と、偏光変換素子アレイ４１４とを備え、第２レンズアレイ４１３の小レンズ４１３１は、その凸面を光束射出側に向けて配置され、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面には、偏光分離膜４１４３に対応する光入射面を除く面に遮光膜４１４７が設けられ、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４は、第２レンズアレイ４１３から偏光変換素子アレイ４１４へ延設された延設部４１３３を介して、直接固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクタに関する。

従来、光源から射出された光束を、画像情報に応じて光変調装置で変調して光学像を形成し、該光学像を拡大投射するプロジェクタが知られている。
このようなプロジェクタは、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割し、各部分光束を前記光変調装置の被照明領域に重畳させるインテグレータ照明光学系を備えている。
インテグレータ照明光学系は、第２レンズアレイ、偏光変換素子等の複数の光学素子から構成されている。これら光学素子同士の位置ズレ防止、および、プロジェクタの製造簡易化のために、これら光学素子を１つの枠体の中に収納し、ユニット化させたインテグレータ照明光学系が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のプロジェクタでは、光束走行方向の前段側から順に第２レンズアレイ、遮光板および偏光変換素子が、互いの位置関係を調整したうえでユニット枠の枠内にそれぞれ嵌め込まれている。

特開平１１−２４２１８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクタでは、インテグレータ照明光学系のユニット化に枠体を用いていることから、インテグレータ照明光学系が大型化し、部品点数が増加する。さらに、第２レンズアレイおよび偏光変換素子の間に遮光板を配置させていることから、第２レンズアレイおよび偏光変換素子の間にこの遮光板分のクリアランスが必要となり、インテグレータ照明光学系の大型化に繋がっている。そして、各光学素子は互いに枠体を介して固定されているため、各光学素子の相対位置にズレが生じる恐れがある。

本発明の目的は、インテグレータ照明光学系の小型化、部品点数の削減、および、各光学素子の位置ズレを抑制することのできるプロジェクタを提供することである。

前記した目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、光源と、当該光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、前記光変調装置にて形成された光学像を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、前記光源から射出された光束を均一化して、前記光変調装置の画像形成領域を均一に照明するインテグレータ照明光学系を備え、前記インテグレータ照明光学系は、前記光源から射出された光束の光軸に略直交する面内に複数の第１小レンズを有し、当該複数の第１小レンズにより前記光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイの光束射出側に配置され、前記第１レンズアレイの前記複数の第１小レンズに応じた複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイの光束射出側に配置され、前記第２レンズアレイから射出された光束の偏光方向を略１種に揃える偏光変換素子とを備え、前記偏光変換素子は、前記光源から射出された光束の光軸に略直交する面内における第１方向に長手方向を有し、入射光束における一方の偏光方向を有する偏光光を透過し、他方の偏光方向を反射する偏光分離層と、前記光源から射出された光束の光軸および前記第１方向に略直交する第２方向に沿って前記偏光分離層と交互に配置され、前記偏光分離層で反射した偏光光を、前記偏光分離層を透過した偏光光と同じ方向に反射する反射層と、前記偏光分離層または前記反射層に対応する位置に配置され、入射する偏光光の偏光方向を他の偏光方向に変換する位相差層とを備え、前記第２レンズアレイの前記第２小レンズは、その凸面を光束射出側に向けて配置され、前記偏光変換素子の光束入射側端面には、前記偏光分離層に対応する光入射面を除く面に遮光部が設けられ、前記第２レンズアレイおよび前記偏光変換素子のいずれか一方には、他方へ向かって延設された延設部が形成され、前記延設部が前記他方に接着固定されることで前記第２レンズアレイおよび前記偏光変換素子が互いに接着固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、第２レンズアレイおよび偏光変換素子は、いずれか一方から延設された延設部を介して互いに直接接着固定されている。従って、インテグレータ照明光学系は、第２レンズアレイおよび偏光変換素子を固定するための枠体等を備えていないことから、部品点数の削減および小型化を実現することができる。さらに、延設部の延出方向寸法を、第２レンズアレイの小レンズの凸面が偏光変換素子に接触しない範囲で極力短く設定することにより、第２レンズアレイおよび偏光変換素子間のクリアランス幅を極力短くすることができる。従って、インテグレータ照明光学系のなお一層の小型化を図ることができる。

さらに、第２レンズアレイおよび偏光変換素子は、枠体等の別部材で固定されていないため、その周囲の通気性が良い。従って、第２レンズアレイおよび偏光変換素子で発生した熱の放熱性を高めることができる。
そして、第２レンズアレイおよび偏光変換素子は、延設部を介して直接接着固定されていることから、第２レンズアレイおよび偏光変換素子の互いの位置ズレを防ぐことができる。

偏光変換素子の光束入射側端面上において、偏光分離層に対応する光入射面を除く面には、遮光部が設けられている。これにより、インテグレータ照明光学系は、第２レンズアレイおよび偏光変換素子の間に独立して遮光板を配置させる必要がないので、第２レンズアレイおよび偏光変換素子の間に遮光板を独立して介在させるために、第２レンズアレイと遮光板との間及び偏光変換素子と遮光板との間の両方にクリアランスを設ける必要がない。従って、インテグレータ照明光学系は、前述した延設部の延出方向寸法を短く設定することができるので、なお一層の小型化を図ることができる。
さらに、遮光部は、偏光変換素子の光束入射側端面上において偏光分離層に対応する光入射面を除く面に設けられているため、偏光変換素子に入射する光を、偏光分離層に対応する入射面のみに確実に入射させることができる。従って、偏光分離層に入射されない光が偏光変換素子上で熱を発生させることを防ぐことができる。

第２レンズアレイは、入射光束を第２小レンズにより屈折させて、偏光変換素子の光束入射側端面に対し略垂直方向に射出する必要がある。これは、偏光変換素子の偏光分離層が光束の入射角度依存を有するためである。
ここで、第２小レンズが凸面を光束入射側、平面を光束射出側に向けて配置されている場合、平面（光束射出面）において、光束を平面に対し略垂直方向に射出しなければならないため、凸面（光束入射面）において、平面に対し略垂直方向に屈折させなければならない。すなわち、１回の屈折によって、光の射出方向を偏光変換素子の光束入射側端面に対し略垂直方向に変換しなければならない。そのため、第２小レンズの凸面には、大きい屈折角が求められ、すなわち、大きい曲率が求められることになる。

これに対し、本発明では、第２小レンズが平面を光束入射側、凸面を光束射出側に向けて配置されている。この場合、凸面（光射出面）で、光束を偏光変換素子の光束入射側端面に対し略垂直方向に屈折させることができるため、第２小レンズに入射された光を、平面（光入射面）および凸面で２回屈折させることができる。すなわち、２回の屈折によって、光の射出方向を、偏光変換素子の光束入射側端面に対し略垂直方向に変換すればよいので、１回の屈折における屈折角を小さく済ませることができる。従って、第２小レンズに大きい曲率を備える必要ないので、第２小レンズが形成し易く、かつ、第２小レンズの収差による光利用率の低下を軽減できる。

本発明では、前記遮光部は、前記偏光変換素子の光束入射側面に、高反射率を有する金属が蒸着されて形成された反射膜であることが好ましい。
ここで、高光反射率を有する金属としては、アルミ、銀および銅などが挙げられる。

本発明によれば、遮光部が、偏光変換素子の光束入射側端面上に、高光反射率を有する金属が蒸着されることで形成された遮光膜であるため、光軸に沿う厚み寸法は比較的小さい。従って、前述した延設部の延出方向寸法をさらに短く設定することができるので、インテグレータ照明光学系の一層の小型化を図ることができる。
また、遮光膜が高光反射率を有する金属から成る。これにより、遮光膜は、照射された光を高い反射率で反射させるため、遮光膜上における熱の発生を抑制することができる。熱による偏光変換素子の劣化を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタの構成〕
図１は、プロジェクタ１の概略構成を模式的に示す図である。
プロジェクタ１は、光源から射出される光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像をスクリーン（図示略）上に拡大投射するものである。このプロジェクタ１は、図１に示すように、外装筺体２と、投射光学装置としての投射レンズ３と、光学ユニット４等を備える。
なお、図１において、図示は省略するが、外装筺体２内において、投射レンズ３および光学ユニット４以外の空間には、プロジェクタ１内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却ユニット、プロジェクタ１内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット、およびプロジェクタ１全体を制御する制御装置等が配置されるものとする。

外装筺体２は、合成樹脂等から構成され、図１に示すように、投射レンズ３および光学ユニット４を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装筺体２は、図示は省略するが、プロジェクタ１の天面、前面、背面、および側面をそれぞれ構成するアッパーケースと、プロジェクタ１の底面、前面、および背面をそれぞれ構成するロアーケースとで構成され、前記アッパーケースおよび前記ロアーケースは互いにねじ等で固定されている。
なお、外装筺体２は、合成樹脂等に限らず、その他の材料にて形成してもよく、例えば、金属等により構成してもよい。

光学ユニット４は、前記制御装置による制御の下、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像（カラー画像）を形成するユニットである。この光学ユニット４は、図１に示すように、外装筺体２の背面に沿って延出するとともに、外装筺体２の側面に沿って延出する平面視略Ｌ字形状を有している。なお、この光学ユニット４の詳細な構成については、後述する。
投射レンズ３は、光学ユニット４にて形成された光学像（カラー画像）を図示しないスクリーン上に拡大投射する。この投射レンズ３は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。

〔光学ユニットの詳細な構成〕
光学ユニット４は、図１に示すように、照明光学装置４１と、色分離光学装置４２と、リレー光学装置４３と、光学装置４４と、これら光学部品４１〜４４を内部に収納配置するとともに、投射レンズ３を所定位置で支持固定する光学部品用筐体４５とを備える。
照明光学装置４１は、光学装置４４を構成する後述する液晶パネル４４１の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系である。この照明光学装置４１は、図１に示すように、光源装置４１１と、インテグレータ照明光学系４１０とを備える。

光源装置４１１は、図１に示すように、放射状の光線を射出する光源としての光源ランプ４１６と、この光源ランプ４１６から射出された放射光を反射し所定位置に収束させるリフレクタ４１７と、リフレクタ４１７にて収束される光束を照明光軸Ａに対して平行化する平行化凹レンズ４１８とを備える。光源ランプ４１６としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプが多用される。また、リフレクタ４１７としては、回転楕円面を有する楕円面リフレクタで構成されているが、回転放物面を有する放物面リフレクタで構成してもよい。この場合には、平行化凹レンズ４１８を省略した構成とする。
なお、光源装置４１１から射出される光束の光軸（光束の中心軸）は照明光軸Ａに一致する。

インテグレータ照明光学系４１０は、第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３と、偏光変換素子としての偏光変換素子アレイ４１４と、重畳レンズ４１５とを備える。
第１レンズアレイ４１２は、照明光軸Ａ方向から見て略矩形状の輪郭を有する第１小レンズが、照明光軸Ａに略直交する面内においてマトリクス状に配列された構成を有している。各第１小レンズは、光源装置４１１から射出される光束を、複数の部分光束に分割している。
第２レンズアレイ４１３は、第１レンズアレイ４１２と略同様な構成を有しており、第２小レンズとしての小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第２レンズアレイ４１３は、重畳レンズ４１５とともに、第１レンズアレイ４１２の各小レンズの像を光学装置４４の後述する液晶パネル４４１の画像形成領域（被照明領域）で結像させる機能を有している。

偏光変換素子アレイ４１４は、第２レンズアレイ４１３と重畳レンズ４１５との間に配置され、第２レンズアレイ４１３からの光を略１種類の直線偏光に変換するものである。
具体的に、偏光変換素子アレイ４１４によって略１種類の直線偏光に変換された各部分光は、重畳レンズ４１５によって最終的に光学装置４４の後述する液晶パネル４４１の画像形成領域にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネル４４１を用いたプロジェクタでは、１種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源装置４１１からの光の略半分を利用できない。このため、偏光変換素子アレイ４１４を用いることで、光源装置４１１からの射出光を略１種類の偏光光に変換し、光学装置４４での光の利用効率を高めている。
なお、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４の詳細な構成については後に詳述する。

色分離光学装置４２は、図１に示すように、２枚のダイクロイックミラー４２１，４２２と、反射ミラー４２３とを備え、ダイクロイックミラー４２１，４２２により照明光学装置４１から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。
リレー光学装置４３は、入射側レンズ４３１、リレーレンズ４３３、および反射ミラー４３２，４３４を備え、色分離光学装置４２で分離された色光を赤色光用の液晶パネル４４１Ｒまで導く機能を有している。

この際、色分離光学装置４２のダイクロイックミラー４２１では、照明光学装置４１から射出された光束の赤色光成分と緑色光成分とが透過するとともに、青色光成分が反射する。ダイクロイックミラー４２１によって反射した青色光は、反射ミラー４２３で反射し、フィールドレンズ４１９を通って青色光用の液晶パネル４４１Ｂに達する。このフィールドレンズ４１９は、第２レンズアレイ４１３から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の緑色光および赤色光用の液晶パネル４４１Ｇ，４４１Ｒの光入射側に設けられたフィールドレンズ４１９も同様である。

ダイクロイックミラー４２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光はダイクロイックミラー４２２によって反射し、フィールドレンズ４１９を通って緑色光用の液晶パネル４４１Ｇに達する。一方、赤色光はダイクロイックミラー４２２を透過してリレー光学装置４３を通り、さらにフィールドレンズ４１９を通って赤色光用の液晶パネル４４１Ｒに達する。なお、赤色光にリレー光学装置４３が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ４３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４１９に伝えるためである。なお、リレー光学装置４３には、３つの色光のうち赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。

光学装置４４は、色分離光学装置４２から射出される３つの色光を画像情報に応じてそれぞれ変調して、当該色光に応じた色画像を形成し、形成された各色画像としての光学像（カラー画像）を形成する。この光学装置４４は、図１に示すように、光変調装置としての３つの液晶パネル４４１（赤色光用の液晶パネルを４４１Ｒ、緑色光用の液晶パネルを４４１Ｇ、および青色光用の液晶パネルを４４１Ｂとする）と、これら液晶パネル４４１の光束入射側にそれぞれ配置される３つの入射側偏光板４４２と、各液晶パネル４４１の光束射出側にそれぞれ配置される３つの視野角補償板４４３と、３つの視野角補償板４４３の光束射出側にそれぞれ配置される３つの射出側偏光板４４４と、クロスダイクロイックプリズム４４５とを備える。

入射側偏光板４４２は、偏光変換素子アレイ４１４で偏光方向が略一方向に揃えられた各色光が入射され、入射された光束のうち、偏光変換素子アレイ４１４で揃えられた光束の偏光軸と略同一方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。この入射側偏光板４４２は、例えば、サファイアガラスまたは水晶等の透光性基板上に偏光膜が貼付された構成を有している。
液晶パネル４４１は、具体的な図示は省略するが、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有し、前記制御装置からの駆動信号に応じて、前記液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板４４２から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。
視野角補償板４４３は、射出側偏光板４４４の光束入射側端面に貼付されるフィルム状に形成される。

射出側偏光板４４４は、具体的な構成は後述するが、液晶パネル４４１から射出され視野角補償板４４３を介した光束のうち、入射側偏光板４４２における光束の透過軸と直交する偏光軸を有する光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。
クロスダイクロイックプリズム４４５は、射出側偏光板４４４から射出された色光毎に変調された変調光を合成して光学像（カラー画像）を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム４４５は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、投射レンズ３と対向する側（Ｇ色光側）に配置された射出側偏光板４４４を介した色光を透過し、残り２つの射出側偏光板４４４（Ｒ色光側およびＢ色光側）を介した色光を反射する。このようにして、各入射側偏光板４４２、各液晶パネル４４１、各視野角補償板４４３、および各射出側偏光板４４４にて変調された各色光が合成されてカラー画像が形成される。

〔第２レンズアレイおよび偏光変換素子アレイの構成〕
図２は、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４の照明光軸Ａに沿う断面を模式的に示す図である。
第２レンズアレイ４１３は、前述したように、複数の小レンズ４１３１を有し、この小レンズ４１３１群の外周に沿って枠部４１３２が形成されている。
小レンズ４１３１は、図２に示すように、凸面を光束射出側に向けて配置されている。
枠部４１３２の光束射出側端面における４つの角部には、光束射出側へ向かって延設された柱状の延設部４１３３が形成されている。延設部４１３３の光束射出側端面は、偏光変換素子アレイ４１４の後述する光束入射側端面４１４Ａに接着される接着面４１３４となっている。

次に、小レンズ４１３１を透過する光の屈折について説明する。
図３は、第２レンズアレイ４１３のある小レンズ４１３１中を透過する光の光路を説明するための図である。図中の矢印は、この小レンズ４１３１を透過する光の光路を示している。
光は、屈折率の異なる大気−ガラス間を走行する際、大気−ガラス間の境界において屈折する。ただし、光が大気−ガラス間の境界に対し垂直に入射する際は、屈折を生じない。
ここで、インテグレータ照明光学系４１０において、第２レンズアレイ４１３は、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａに対し、光を略垂直に入射させる必要がある。これは、偏光変換素子の偏光分離層が光束の入射角度依存を有するためである。
本実施形態の第２レンズアレイ４１３では、図３に示すように、小レンズ４１３１の凸面が光束射出側を向いていることから、小レンズ４１３１の光入射面は平面となっている。
この各小レンズ４１３１の平面（光入射面）に対し、傾斜して入射された光の光路について説明する。入射された光は、外界およびレンズ平面の境界において屈折し、走行方向を変換させる。そして、小レンズ４１３１中を透過した光は、小レンズ４１３１の凸面から外部へ射出される。このとき、射出される光は、レンズ凸面および外界の境界において再度屈折し、走行方向を変換させる。

このように、本実施形態では、小レンズ４１３１の凸面が光束射出側を向いていることから、第２レンズアレイ４１３に入射された光は、２回屈折して射出される。すなわち、第２レンズアレイ４１３は、光束入射側端面４１３Ａに対し傾斜して入射された光の走行方向を、２回の屈折をもって、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａに対して略垂直方向となるように変換させる。

偏光変換素子アレイ４１４は、図２に示すように、光束走行方向と直交する面に沿って偏光変換素子４１４１が複数配列されることで矩形状に形成されている。
偏光変換素子４１４１は、平行四辺形の断面を有する透過性部材４１４２と、透過性部材４１４２の界面に形成された偏光分離層としての偏光分離膜４１４３、および、反射層としての反射膜４１４４と、透過性部材４１４２の光束射出側界面に配置された位相差層としての位相差板４１４５とを備えている。

偏光分離膜４１４３および反射膜４１４４は、照明光軸Ａに略直交する第１方向（図２において紙面に対し垂直な方向）に長手方向を有する。また、偏光分離膜４１４３および反射膜４１４４は、照明光軸Ａおよび前記第１方向に略直交する第２方向（図２において紙面に対し平行な方向）に沿って交互に配置されている。なお、位相差板４１４５は、本実施形態では偏光分離膜４１４３を透過した光に対応した位置に配置されているが、反射膜４１４４で反射された光に対応した位置に配置されてもよい。

偏光変換素子４１４１に入射された光の簡単な挙動を説明すると、偏光変換素子４１４１に入射された光（ランダムな偏光方向を有する光）は、まず、偏光分離膜４１４３によってｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。分離されたｐ偏光光は、偏光分離膜４１４３を透過し、位相差板４１４５に入射される。位相差板４１４５に入射されたｐ偏光光は、位相差板４１４５によってｓ偏光光に変換されて射出される。一方、偏光分離膜４１４３で分離されたｓ偏光光は、偏光分離膜４１４３によって略垂直に反射される。そして、反射膜４１４４において略垂直に反射されて光束射出側へ向かって射出される。このようにして、偏光変換素子アレイ４１４において、入射光が略１種類の偏光光に変換されて射出される。なお、本実施形態では、偏光変換素子４１４１は、ｓ偏光光を射出するとしたが、ｐ偏光光を射出するように構成してもよい。

偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａにおいて、偏光分離膜４１４３に対応する光入射面を除く面には、遮光部としての遮光膜４１４７が設けられている。遮光膜４１４７は、偏光分離膜４１４３に入射されない光が光束入射側端面４１４Ａ上で熱を発生させることを防ぐために設けられている。
遮光膜４１４７は、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａにアルミニウムを蒸着させることにより形成されたものである。なお、遮光膜４１４７は、アルミニウムに限らず、高光反射率を有する金属、例えば、銀および銅などの金属から形成されていてもよい。

さらに、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａにおける４つの角部には、前述したように、第２レンズアレイ４１３の延設部４１３３の接着面４１３４が接着固定され、この接着固定により第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４は、互いに固定されている。
この延設部４１３３の延出方向寸法は、図２に示すように、小レンズ４１３１の凸面が偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａに接触しない範囲で、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４間のクリアランスが極力最短となる寸法に設定されている。

本実施形態によれば、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４は、第２レンズアレイ４１３の枠部４１３２から延設された延設部４１３３を介して互いに直接固定されている。従って、インテグレータ照明光学系４１０は、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４を固定するための枠体等を備えていないことから、部品点数の削減および小型化を実現することができる。ここで、延設部４１３３の延出方向寸法を、第２レンズアレイ４１３の小レンズ４１３１の凸面が偏光変換素子アレイ４１４に接触しない範囲で極力短く設定したので、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４間のクリアランス幅が極力短くなるので、インテグレータ照明光学系４１０のなお一層の小型化を図ることができる。

さらに、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４は、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４の側方を覆う枠体等の別部材で固定されていないため、各アレイ４１３，４１４周囲の通気性が高い。従って、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４で発生した熱の放熱性を高めることができる。
そして、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４は、延設部４１３３を介して直接固定されていることから、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４の互いの位置ズレを防ぐことができる。

偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａ上において、偏光分離膜４１４３に対応する光入射面を除く面には、遮光膜４１４７が設けられている。これにより、インテグレータ照明光学系４１０は、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４の間に独立して遮光板を配置させる必要がないので、第２レンズアレイ４１３および偏光変換素子アレイ４１４の間に遮光板を独立して介在させるために、第２レンズアレイ４１３と遮光板との間及び偏光変換素子アレイ４１４と遮光板との間の両方にクリアランスを設ける必要がない。従って、インテグレータ照明光学系４１０は、前述した延設部４１３３の延出方向寸法を短く設定することができるので、なお一層の小型化を図ることができる。
さらに、遮光膜４１４７は、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａ上において偏光分離膜４１４３に対応する光入射面を除く面に設けられているため、偏光変換素子アレイ４１４に入射する光を、偏光分離膜４１４３に対応する入射面のみに確実に入射させることができる。従って、偏光分離膜４１４３に入射されない光が光束入射側端面４１４Ａ上で熱を発生させることを防ぐことができる。

前述したように、第２レンズアレイ４１３は、入射光束を小レンズ４１３１により屈折させて、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａに対し略垂直方向に射出する必要がある。
小レンズ４１３１が凸面を光束入射側、平面を光束射出側に向けて配置されている場合、平面（光束射出面）において、光束を平面に対し略垂直方向に射出しなければならないため、凸面（光束入射面）において、平面に対し略垂直方向に屈折させなければならない。すなわち、１回の屈折によって、光の射出方向を偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａに対し略垂直方向に変換しなければならない。そのため、小レンズ４１３１の凸面には、大きい屈折角が求められ、すなわち、大きい曲率が求められることになる。

これに対し、本実施形態では、小レンズ４１３１が平面を光束入射側、凸面を光束射出側に向けて配置されている。この場合、凸面（光射出面）で、光束を偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａに対し略垂直方向に屈折させることができるため、小レンズ４１３１に入射された光を、平面（光入射面）および凸面で２回屈折させることができる。すなわち、２回の屈折によって、光の射出方向を、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面４１４Ａに対し略垂直方向に変換すればよいので、１回の屈折における屈折角を小さく済ませることができる。従って、小レンズ４１３１に大きい曲率を備える必要がないので、小レンズ４１３１が形成し易く、かつ、小レンズ４１３１の収差による光利用率の低下を軽減することができる。

また、本実施形態によれば、遮光部が、偏光変換素子アレイ４１４の光束入射側端面上に、高光反射率を有する金属が蒸着されることで形成された遮光膜４１４７であるため、照明光軸Ａに沿う厚み寸法は比較的小さい。従って、前述した延設部４１３３の延出方向寸法をさらに短く設定することができるので。インテグレータ照明光学系４１０の一層の小型化を図ることができる。
また、遮光膜４１４７は、高光反射率を有する金属から成る。これにより、遮光膜４１４７は、照射された光を高い反射率で反射させるため、遮光膜４１４７上における熱の発生を抑制することができる。従って、熱による偏光変換素子アレイ４１４の劣化を防ぐことができる。

〔前記実施形態の変形〕
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、前記実施形態は、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

前記実施形態では、延設部４１３３は、枠部４１３２の光束射出側端面における４つの角部から、光束射出側へ向かって柱状に延設されているとした。しかしながら、本発明では、延設部４１３３の枠部４１３２における形成位置および形状は、限定されるものではない。例えば、延設部４１３３は、枠部４１３２の各辺の略中央から延設されてもよく、または、枠部４１３２の相対する一対の辺から延設される平板状を有していてもよい。
さらに、前記実施形態では、延設部４１３３は、第２レンズアレイ４１３から延設されているとしたが、本発明では、偏光変換素子アレイ４１４から第２レンズアレイ４１３へ向かって延設されるものであってもよい。

前記実施形態では、光学ユニット４が平面視略Ｌ字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略Ｕ字形状を有した構成を採用してもよい。
さらに、前記実施形態のプロジェクタ１では、３つの液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂを用いたが、本発明はこれに限らない。すなわち２つ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも、本発明を適用可能である。

前記実施形態では、光変調装置として液晶パネル４４１を備えたプロジェクタ１を例示したが、入射光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置であれば、他の構成の光変調装置を採用してもよい。例えば、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶層以外の光変調装置を用いたプロジェクタにも、本発明を適用することも可能である。このような光変調装置を用いた場合、光束入射側および光束射出側の偏光板４４２，４４４は、省略することができる。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から画像投射を行なうフロントタイプのプロジェクタ１のみを例示したが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から画像投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの光学ユニットの模式平面図。 前記実施形態に係る第２レンズアレイおよび偏光変換素子アレイの模式断面図。 前記実施形態に係る第２レンズアレイの小レンズを透過する光の光路を説明するための図。

符号の説明

１…プロジェクタ、３…投射レンズ（投射光学装置）、４１６…光源ランプ（光源）、４４１，４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ…液晶パネル（光変調装置）、４１０…インテグレータ照明光学系、４１２…第１レンズアレイ、４１３…第２レンズアレイ、４１３１…小レンズ（第２小レンズ）、４１３３…延設部、４１３４…接着面、４１４…偏光変換素子アレイ（偏光変換素子）、４１４３…偏光分離膜（偏光分離層）、４１４４…反射膜（反射層）、４１４５…位相差板（位相差層）、４１４７…遮光膜（遮光部）。

Claims (2)

1. 光源と、当該光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、前記光変調装置にて形成された光学像を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、
   前記光源から射出された光束を均一化して、前記光変調装置の画像形成領域を均一に照明するインテグレータ照明光学系を備え、
   前記インテグレータ照明光学系は、
   前記光源から射出された光束の光軸に略直交する面内に複数の第１小レンズを有し、当該複数の第１小レンズにより前記光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイの光束射出側に配置され、前記第１レンズアレイの前記複数の第１小レンズに応じた複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイと、
   前記第２レンズアレイの光束射出側に配置され、前記第２レンズアレイから射出された光束の偏光方向を略１種に揃える偏光変換素子とを備え、
   前記偏光変換素子は、
   前記光源から射出された光束の光軸に略直交する面内における第１方向に長手方向を有し、入射光束における一方の偏光方向を有する偏光光を透過し、他方の偏光方向を反射する偏光分離層と、
   前記光源から射出された光束の光軸および前記第１方向に略直交する第２方向に沿って前記偏光分離層と交互に配置され、前記偏光分離層で反射した偏光光を、前記偏光分離層を透過した偏光光と同じ方向に反射する反射層と、
   前記偏光分離層または前記反射層に対応する位置に配置され、入射する偏光光の偏光方向を他の偏光方向に変換する位相差層とを備え、
   前記第２レンズアレイの前記第２小レンズは、その凸面を光束射出側に向けて配置され、
   前記偏光変換素子の光束入射側端面には、前記偏光分離層に対応する光入射面を除く面に遮光部が設けられ、
   前記第２レンズアレイおよび前記偏光変換素子のいずれか一方には、他方へ向かって延設された延設部が形成され、前記延設部が前記他方に接着固定されることで前記第２レンズアレイおよび前記偏光変換素子が互いに接着固定されていることを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
   前記遮光部は、前記偏光変換素子の光束入射側面に、高反射率を有する金属が蒸着されて形成された反射膜であることを特徴とするプロジェクタ。

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