JP2008233145A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタが使用される仰角に関わりなく個々の液晶表示パネルの視野角特性に適合させて性能を有効に発揮させること。
【解決手段】鏡像視型の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒと、通常視型の液晶表示パネル６１ｇとで視野角特性が互いに左右反転しており、クロスダイクロイックプリズム７０によって合成された像は、結果的に視野角特性を左右に関して一致させて得たものになっており、各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒが共通の特性を有する状態で使用される。さらに、本プロジェクタ１０では、鏡像視型の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒと、通常視型の液晶表示パネル６１ｇとに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの視野角特性に合わせて効率的に照明することができ、色ムラ等を低減した明るい高コントラストの画像を投射することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の液晶パネルを用いて合成画像を投射するプロジェクタに関する。

プロジェクタとして、光源光を３色に分離することによって各色の液晶表示素子を照明し、各色の液晶表示素子からの光束を合成し、投射レンズによって合成像をスクリーン上に投射するものが存在する（特許文献１参照）。このプロジェクタでは、光源部から射出される平行光束の光軸が、床面に対してある仰角を有するように設定され、この仰角が液晶表示素子の最適視角に設定されている。
特開平８−２９７６６号公報

しかし、上記のような、プロジェクタでは、予め設定されている仰角で使用しなければ、液晶表示素子を最適視角で利用できないというという問題がある。

そこで、本発明は、プロジェクタが使用される仰角に関わりなく個々の液晶表示パネルの視野角特性に適合させて性能を有効に発揮させ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。

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光学系と、（ｂ）照明光学系からの照明光を３つの色光用の光路に分離する色分離導光光学系と、（ｃ）色分離光学系で分離されて各色光用の光路に導かれた光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する各色の光変調装置と、（ｄ）各色の光変調装置で変調された各色の光束を合成する光合成光学系と、（ｅ）光合成光学系を経た光束を投射する投射光学系とを備える。そして、本プロジェクタでは、（ｆ）各色の光変調装置のうち、光合成光学系を透過する光を変調する通常視型の光変調装置と、光合成光学系で反射される光を変調する鏡像視型の光変調装置とで、視野角特性が互いに左右反転しており、（ｇ）照明光学系及び色分離導光光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子をシステム光軸に対してシフト及び／又は回転させることによって、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させる。ここで、光変調装置の視野角特性や照明光の入射角に関して左右とは、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸が配置される平面を基準とし、この平面の一方側をこの光学系に共通の上側として、着目する箇所の光束の進行方向を向いた場合の横２方向を意味するものとする。なお、システム光軸が通る上記のような平面は、通常重力を基準とした水平面に一致させるが、本発明は、このような場合に限るものではない。

上記プロジェクタでは、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とで視野角特性が互いに左右反転しており、光合成光学系によって合成された像は、結果的に視野角特性を左右に関して一致させて得たものになっており、各色の光変調装置が共通の特性を有する状態で使用される。さらに、本プロジェクタでは、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角を視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、各色の光変調装置をそれぞれの視野角特性に合わせて効率的に照明することができ、色ムラ等を低減した明るい高コントラストの画像を投射することができる。この際、照明光学系及び色分離導光光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子をシステム光軸に対してシフト及び／又は回転させるだけであり、簡易に照明光の入射角を調整することができる。

本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記プロジェクタにおいて、投射光学系の光軸が、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して、各色の光変調装置から射出され光合成光学系で合成される光束の平均射出方向にシフト及び／又は回転して配置されている。本発明のプロジェクタでは、照明光の平均入射角がシステム光軸に対して左右に傾いており、各色の光変調装置からの主な光束がシステム光軸に対して左右に傾いて射出される。よって、投射光学系の光軸を、システム光軸を基準として光合成光学系等を経た光束の平均射出方向にシフトや回転させることで、光を無駄なく投射することができる。

本発明の別の態様によれば、各色の光変調装置が、液晶表示パネルを含む液晶ライトバルブである。この場合、比較的安価な複数の液晶表示パネルを合成することによって得た高品位の画像を安定して投射することができる。なお、液晶表示パネルはプレチルトによって視野角特性を持ちやすい傾向があるが、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置との視野角特性を互いに左右反転させ、照明光の平均入射角を視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、色ムラ等を低減した高品位の画像を投射することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、照明光学系が、光束を射出する光源と、光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、第１レンズアレイからの光束を個別に集光する第２レンズアレイと、第２レンズアレイからの光束を各色の光変調装置の画像形成領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、光源、第１レンズアレイ、及び第２レンズアレイの光軸を、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して同一方向にシフトさせる。この場合、照明光学系を構成する例えば光源等をシステム光軸に平行にシフトさせるだけの簡単な構成で、照明光の各色の光変調装置に対する平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて調整することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、照明光学系が、光束を射出する光源と、光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、第１レンズアレイからの光束を個別に集光する第２レンズアレイと、第２レンズアレイからの光束を各色の光変調装置の画像形成領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、光源、第１レンズアレイ、及び重畳レンズの光軸を、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して同一方向にシフトさせる。この場合、照明光学系を構成する例えば光源等をシステム光軸に平行にシフトさせるだけの簡単な構成で、照明光の各色の光変調装置に対する平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて調整することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、色分離導光光学系が、複数のミラーを有し、色分離導光光学系において、通常視型の光変調装置に至る光の反射回数は、鏡像視型の光変調装置に至る光の反射回数に対して奇数差になっている。この場合、ダイクロイックミラー等を含む複数のミラーを組み合わせて通常通り配置したままの色分離導光光学系に対して、照明光学系からの照明光束を一括してシステム光軸に対して傾けるだけで、照明光の各色の光変調装置に対する均入射角の方向を各色の光変調装置の視野角特性に対応したものとすることができる。

本発明のさらに別の態様によれば、色分離導光光学系が、複数のミラーを有し、複数のミラーのうち少なくとも１つのミラーを左右に関して回転させることによって、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角を視野角特性に応じて互いに左右反転させる。この場合、色分離導光光学系を構成する少なくとも１つのミラーを回転させるだけの簡単な構成で、照明光の各色の光変調装置に対する平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて調整することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１０の光学系を示す模式図である。このプロジェクタ１０は、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し、この光学像をスクリーン上に拡大投射する光学機器であり、照明光を発生する照明光学系２０と、照明光学系２０からの照明光を赤緑青の３色に分割する色分離導光光学系４０と、色分離導光光学系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６０と、光変調部６０からの各色の光束を合成するクロスダイクロイックプリズム７０と、クロスダイクロイックプリズム７０を経た光束をスクリーン（不図示）に投射する投射光学系８０とを備える。

以上のプロジェクタ１０において、照明光学系２０は、光源ランプユニット２１と、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換装置３４と、重畳レンズ３５とを備える。

このうち、光源ランプユニット２１は、色分離導光光学系４０等を介して光変調部６０を照明するための照明光を射出する光源であり、放電発光型のランプである発光管２３と、発光管２３から射出された光源光を反射する楕円面のリフレクタである凹面鏡２４と、凹面鏡２４で反射された光源光をコリメートする凹レンズ２５とを備える。発光管２３は、例えば高圧水銀ランプ等であり、略白色光を発生する。この照明光学系２０において、発光管２３から射出された光源光は、凹面鏡２４及び凹レンズ２５を経て平行化され、前方側すなわち色分離導光光学系４０側に射出される。なお、上述した楕円の凹面鏡２４に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、凹面鏡２４の後段に凹レンズ２５等を設けなくとも、照明光学系２０から平行光束を射出させることが可能となる。

第１レンズアレイ３１は、光源ランプユニット２１から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸ＳＡと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。各小レンズの輪郭形状は、後述する光変調部６０を構成する液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域すなわち被照明領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。第２レンズアレイ３２は、前述した第１レンズアレイ３１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ３１と同様にシステム光軸ＳＡに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域の形状と対応している必要はない。

偏光変換装置３４は、ＰＢＳアレイと位相差板とで形成されており、第１レンズアレイ３１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。この偏光変換装置３４のＰＢＳアレイは、詳細な図示を省略しているが、システム光軸ＳＡに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。前者の偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、後者の反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわちシステム光軸ＳＡに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換装置３４の光束射出面にストライプ状に設けられる位相差板によって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換装置３４を用いることにより、光源ランプユニット２１から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、光変調部６０で利用する光源光の利用率を向上させることができる。

重畳レンズ３５は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、及び偏光変換装置３４を経た複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域に対応する被照明領域上に重畳させて入射させるための光学素子である。この重畳レンズ３５から射出された光束は、均一化されつつ次段の色分離導光光学系４０に射出される。つまり、両レンズアレイ３１，３２と重畳レンズ３５とを経た照明光は、以下に詳述する色分離導光光学系４０を経て、光変調部６０の被照明領域すなわち各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域を均一に重畳照明する。

以上の照明光学系２０において、光源ランプユニット２１と、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換装置３４とは、システム光軸ＳＡに対して同一のＸ方向に同一距離だけそれぞれシフトして配置されている。つまり、光源ランプユニット２１と、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換装置３４とに共通する光軸Ａ１は、システム光軸ＳＡに対して同一の＋Ｘ方向に所定距離だけシフトしたものとなっている。なお、点線で示す光源ランプユニット１２１と、第１及び第２レンズアレイ１３１，１３２と、偏光変換装置１３４とは、それぞれの光軸をシステム光軸ＳＡに対して一致させた従来型の比較例を示している。本実施形態の場合、光源ランプユニット２１と、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換装置３４とに共通する光軸Ａ１は、システム光軸ＳＡが配置されるＸＹ平面を基準とし、このＸＹ平面の＋Ｚ側を全光学系共通の上側として光束の進行方向を向いた場合に、システム光軸ＳＡに対して右側（この場合、＋Ｘ側）にシフトしたものとなっている。このように、光源ランプユニット２１等をシステム光軸ＳＡに対して同一の＋Ｘ方向にシフトさせることにより、重畳レンズ３５に偏芯した光束が入射することになる。これにより、照明光学系２０から射出される照明光の光束を反時計方向に所定角度だけ傾斜又は回転させた右傾斜状態（光束が光源側で右側に僅かに傾いた状態）とすることができ、詳細は後述するが、変調部６０の画像形成領域に対する平均入射角をその視野角特性に応じて必要だけ傾けたものとすることができる。ここで、＋Ｚ方向を全光学系共通の上側方向とし、＋Ｙ方向をＺ方向に直交し光源ランプユニット２１の光射出方向（光源ランプユニット２１の光軸に平行）とし、＋Ｘ方向をＺ方向及びＹ方向に直交する方向とする。

色分離導光光学系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、フィールドレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒ、及びリレーレンズ４５，４６を備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを含んで構成される色分離光学系は、照明光を、青（Ｂ）色光、緑（Ｇ）色光、及び赤（Ｒ）色光の３つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＳＡに対してともに４５°傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（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のうち緑色光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。色分離導光光学系４０の射出側に設けられた各色用のフィールドレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒは、第２レンズアレイ３２から射出され光変調部６０に入射する各部分光束が、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設けられている。一対のリレーレンズ４５，４６は、青色用の第１光路ＯＰ１や緑色用の第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い赤色用の第３光路ＯＰ３上に配置されている。これらのリレーレンズ４５，４６は、入射側の第１のリレーレンズ４５の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ４３ｒ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。

この色分離導光光学系４０において、照明光学系２０から照明光学系３０を経て入射した照明光は、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、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜した反射ミラー４２ａを経て最終段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で反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２に導かれ最終段のフィールドレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜した反射ミラー４２ｂ，４２ｃやリレーレンズ４５，４６を経て最終段のフィールドレンズ４３ｒに入射する。

光変調部６０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒと、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを挟むように配置される３組の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶表示パネル６１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｂとは、照明光を画像情報に基づいて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、緑色光ＬＧ用の液晶表示パネル６１ｇと、対応する偏光フィルタ６２ｇ，６２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光ＬＲ用の液晶表示パネル６１ｒと、偏光フィルタ６２ｒ，６２ｒも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒは、具体的な図示は省略するが、例えばツィストネマティック方式の透過型の液晶パネルであり、ＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶分子が密閉封入された構成を有し、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。

この光変調部６０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を介して液晶表示パネル６１ｂの位置に設けた画像形成領域に入射し液晶表示パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｇを介して液晶表示パネル６１ｇの位置に設けた画像形成領域に入射し液晶表示パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、第１及び第２リレーレンズ４５，４６及びフィールドレンズ４３ｒを介して液晶表示パネル６１ｒの位置に設けた画像形成領域に入射し液晶表示パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ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る。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲは、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ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、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒによって、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ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。

図２は、光変調部６０を構成する各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの視野角特性を説明するグラフである。図２（Ａ）は、青及び赤色用の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒの視野角特性を例示し、図２（Ｂ）は、緑色用の液晶表示パネル６１ｇの視野角特性を例示する。

図２（Ａ）に示すように、青及び赤色用の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒは、右側に傾いた視野角特性を有する。ここで、青色用の液晶表示パネル６１ｂの視野角特性について、右傾斜とは、システム光軸ＳＡ方向に沿って液晶表示パネル６１ｂを光入射側から観た場合において、液晶表示パネル６１ｂの画像形成領域への入射角が右側（＋Ｘ側）に所定の微小角だけ傾いているときに、コントラストが高まることを意味する。同様に、赤色用の液晶表示パネル６１ｒの視野角特性について、右傾斜とは、システム光軸ＳＡ方向に沿って液晶表示パネル６１ｒを光入射側から観た場合において、液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域への入射角が右側（−Ｘ側）に所定の微小角だけ傾いているときに、コントラストが高まることを意味する。なお、両液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒは、対向基板側のラビング方向を基準として、ＴＦＴ基板のラビング方向を９０度左（反時計方向に）回転させ、液晶分子を左ねじれに設定した液晶パネルであり、配向膜の近傍に存在する液晶のプレチルトによって上記のような右傾斜の視野角特性を有する。

一方、図２（Ｂ）に示すように、緑色用の液晶表示パネル６１ｇは、左側に傾いた視野角特性を有する。ここで、緑色用の液晶表示パネル６１ｇの視野角特性について、左傾斜とは、システム光軸ＳＡ方向に沿って液晶表示パネル６１ｇを光入射側から観た場合において、液晶表示パネル６１ｇの画像形成領域への入射角が左側（＋Ｙ側）に所定の微小角だけ傾いているときに、コントラストが高まることを意味する。なお、図２（Ｂ）の液晶表示パネル６１ｇは、図２（Ａ）に示す液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒとはタイプの異なる液晶、対向基板側のラビング方向を基準として、ＴＦＴ基板のラビング方向を９０度右（時計方向に）回転させ、液晶分子を右ねじれに設定した液晶パネルであり、配向膜の近傍に存在する液晶のプレチルトによって上記のような左傾斜の視野角特性を有する。

図３は、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒへの照明光の入射状態を説明する図である。図３（Ａ）に示す青色用の液晶表示パネル６１ｂの画像形成領域Ｉｂには、光源ランプユニット２１等のシフトを利用して、右傾斜状態の代表光束Ｒｂを入射させる。この代表光束Ｒｂは、画像形成領域Ｉｂに対する青色光ＬＢの平均入射角αｂ（システム光軸ＳＡ方向に沿って液晶表示パネル６１ｂを光入射側から観た場合において、画像形成領域Ｉｂへ右側（＋Ｘ側）に傾いた所定の微小角）に相当する入射角で画像形成領域Ｉｂに入射する。図３（Ｂ）に示す緑色用の液晶表示パネル６１ｇの画像形成領域Ｉｇには、光源ランプユニット２１等のシフトを利用して、左傾斜状態の代表光束Ｒｇを入射させる。この代表光束Ｒｇは、画像形成領域Ｉｇに対する緑色光ＬＧの平均入射角αｇ（システム光軸ＳＡ方向に沿って液晶表示パネル６１ｇを光入射側から観た場合において、画像形成領域Ｉｇへ左側（＋Ｙ側）に傾いた所定の微小角）に相当する入射角で画像形成領域Ｉｇに入射する。図３（Ｃ）に示す赤色用の液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域Ｉｒには、光源ランプユニット２１等のシフトを利用して、右傾斜状態の代表光束Ｒｒを入射させる。この代表光束Ｒｒは、画像形成領域Ｉｒに対する赤色光ＬＲの平均入射角αｒ（システム光軸ＳＡ方向に沿って液晶表示パネル６１ｒを光入射側から観た場合において、画像形成領域Ｉｒへ右側（−Ｘ側）に傾いた所定の微小角）に相当する入射角で画像形成領域Ｉｒに入射する。

なお、図１の色分離導光光学系４０において、右傾斜状態で照明される液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒに至る光路ＯＰ１，ＯＰ３において光が反射される回数（具体的には光路ＯＰ１においてはミラー４１ａ，４２ａでの反射、光路ＯＰ３においてはミラー４２ｂ，４２ｃでの反射）は、それぞれ２回の偶数回となっており、左傾斜状態で照明される液晶表示パネル６１ｇに至る光路ＯＰ２において光が反射される回数（具体的には光路ＯＰ２においてはミラー４１ｂでの反射）は、１回で奇数回となっている。つまり、液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒに至る光路ＯＰ１，ＯＰ３における光の反射回数は、液晶表示パネル６１ｇに至る光路ＯＰ２における反射回数に対して奇数回差になっている。これにより、光源ランプユニット２１等のシフトを利用して各色を一括した光源のシフトを行った場合であっても、光路内における反射回数に応じて、液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを右傾斜状態及び左傾斜状態のいずれで照明するかを簡易に設定することができる。

クロスダイクロイックプリズム７０は、射出側の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒから射出された各色光毎に変調された光束を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である。このクロスダイクロイックプリズム７０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜７１，７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム７０は、液晶表示パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶表示パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜７１，７２を介して直進・射出させ、液晶表示パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜７２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７０で合成された光束は、拡大投影レンズとしての投射光学系８０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。

図４は、クロスダイクロイックプリズム７０を経た光束の投射光学系８０への入射を説明する図である。図４（Ａ）に示す青色用の液晶表示パネル６１ｂは、鏡像視型の光変調装置であり、第１誘電体多層膜７１によって鏡像視される虚像として表示されている。この液晶表示パネル６１ｂは、図３（Ａ）の平均入射角αｂの正負を入れ替えた左傾斜状態に対応する代表光束Ｒｂを射出する。図４（Ｂ）に示す緑色用の液晶表示パネル６１ｇは、通常視型の光変調装置であり、クロスダイクロイックプリズム７０をそのまま通過する実像として表示されている。この液晶表示パネル６１ｂは、図３（Ｂ）の平均入射角αｇのままの左傾斜状態に対応する代表光束Ｒｇを射出する。図４（Ｃ）に示す赤色用の液晶表示パネル６１ｒは、鏡像視型の光変調装置であり、第２誘電体多層膜７２によって鏡像視される虚像として表示されている。この液晶表示パネル６１ｒは、図３（Ｃ）の平均入射角αｒの正負を入れ替えた左傾斜状態に対応する代表光束Ｒｒを射出する。以上の図３（Ａ）〜３（Ｃ）から明らかなように、投射光学系８０に入射する各色の代表光束Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｒは、システム光軸ＳＡに対して同一方向に同一の角αｂ，αｇ，αｒで傾斜した状態となっている。よって、投射光学系８０をシステム光軸ＳＡに対してシフトさせ、投射光学系８０の光軸ＰＬＡがシステム光軸ＳＡの右側に適当な間隔だけ平行シフトした状態とする。これにより、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの像を少ないピントずれ及び歪でスクリーン上に投射することができる。なお、図１において、点線で示す投射光学系１８０は、その光軸をシステム光軸ＳＡに対して一致させた従来型の比較例を示している。

以上説明したプロジェクタ１０では、鏡像視型の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒと、通常視型の液晶表示パネル６１ｇとで視野角特性が互いに左右反転しており、クロスダイクロイックプリズム７０によって合成された像は、結果的に視野角特性を左右に関して一致させて得たものになっており、各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒが共通の特性を有する状態で使用される。さらに、本プロジェクタ１０では、鏡像視型の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒと、通常視型の液晶表示パネル６１ｇとに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの視野角特性に合わせて効率的に照明することができ、色ムラ等を低減した明るい高コントラストの画像を投射することができる。この際、照明光学系３０に含まれる光源ランプユニット２１と、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換装置３４とをシステム光軸ＳＡに対して同一のＸ方向に同一距離だけそれぞれシフトして配置させるだけであり、簡易に各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに対する照明光の入射角を調整することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第２実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。

図５は、本実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。このプロジェクタ２１０の場合、照明光学系２２０において、光源ランプユニット２１と、第１レンズアレイ３１と、重畳レンズ２３５とが、システム光軸ＳＡに対して同一のＸ方向にそれぞれシフトして配置されている。具体的には、光源ランプユニット２１と、第１レンズアレイ３１とに共通する光軸Ａ２は、システム光軸ＳＡに対して同一の＋Ｘ方向に所定距離だけシフトしたものとなっており、重畳レンズ２３５の光軸Ａ３も、システム光軸ＳＡに対して同一の＋Ｘ方向に所定距離だけシフトしたものとなっている。一方、第２レンズアレイ１３２と偏光変換装置１３４とは、従来同様にシステム光軸ＳＡに対してシフトすることなく配置されている。なお、点線で示す光源ランプユニット１２１と、第１レンズアレイ１３１と、重畳レンズ１３５とは、システム光軸ＳＡに対して光軸Ａ２，Ａ３を一致させた従来型の比較例を示している。

本実施形態の場合、光源ランプユニット２１及び第１レンズアレイ３１の光軸Ａ２と、重畳レンズ２３５の光軸Ａ３とは、システム光軸ＳＡに対して右側（この場合、＋Ｘ側）にシフトしたものとなっている。このように、光源ランプユニット２１等をシステム光軸ＳＡに対して同一の＋Ｘ方向にシフトさせることにより、第２レンズアレイ１３２に偏芯した光束が入射することになる。これにより、照明光学系２０から射出される照明光の光束を反時計方向に所定角度だけ回転させた右傾斜状態（光束が光源側で右側に僅かに傾けた状態）とすることができ、変調部６０を構成する各色の画像形成領域Ｉｂ，Ｉｇ，Ｉｒに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて必要だけ傾けたものとすることができる。具体的には、第１実施形態の場合と同様に、各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを構成する画像形成領域Ｉｂ，Ｉｇ，Ｉｒに、代表光束Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｒに代表されるような右傾斜状態或いは左傾斜状態の照明光を入射させることができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第３実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。

図６は、本実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。このプロジェクタ３１０の場合、各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの前段に配置されるミラー３４２ａ，３４２ｃ，３４１ｂを、各色液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの視野角特性に応じて傾斜させたものとなっている。具体的には、右傾斜状態で照明され鏡像視状態で合成される青色用の液晶表示パネル６１ｂについては、−Ｚ方向に沿って観た場合に反射ミラー３４２ａを反時計方向に所定の微小角だけ回転させ（左に回転）ることで、液晶表示パネル６１ｂへの代表光束Ｒｂの入射角すなわち照明光の平均入射角を調整する。また、左傾斜状態で照明され通常視状態で合成される緑色用の液晶表示パネル６１ｇについては、−Ｚ方向に沿って観た場合にダイクロイックミラー３４１ｂを時計方向に所定の微小角だけ回転させ（右に回転）ることで、液晶表示パネル６１ｇへの代表光束Ｒｇの入射角すなわち照明光の平均入射角を調整する。さらに、右傾斜状態で照明され鏡像視状態で合成される赤色用の液晶表示パネル６１ｒについては、−Ｚ方向に沿って観た場合に反射ミラー３４２ｃを反時計方向に所定の微小角だけ回転させ（左に回転）ることで、液晶表示パネル６１ｒへの代表光束Ｒｒの入射角すなわち照明光の平均入射角を調整する。なお、点線で示す反射ミラー４２ａ，ダイクロイックミラー４１ｂ，反射ミラー４２ｃは、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜させた従来型の比較例を示している。

本実施形態でも、変調部６０を構成する各色の画像形成領域Ｉｂ，Ｉｇ，Ｉｒに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて必要だけ傾けたものとすることができる。具体的には、第１実施形態の場合と同様に、各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを構成する画像形成領域Ｉｂ，Ｉｇ，Ｉｒに、代表光束Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｒに代表されるような右傾斜状態或いは左傾斜状態の照明光を入射させることができる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒを鏡像視状態で使用し、液晶表示パネル６１ｇを通常視状態で使用しているが、これらの組み合わせは、クロスダイクロイックプリズム７０の周囲における液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの配置や、誘電体多層膜７１，７２の特性変更等によって適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、液晶表示パネル６１ｂ，６１ｒを右傾斜状態で照明し、液晶表示パネル６１ｇを左傾斜状態で照明しているが、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの視野角特性を左右反転させることができ、この場合、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに対する照明の傾斜方向を反転させることになる。

また、上記実施形態では、クロスダイクロイックプリズム７０が四角柱であるとしたが、クロスダイクロイックプリズム７０の各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに対向する入射面をシステム光軸ＳＡに対して傾斜させることもできる。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０では、照明光学系２０を、光源ランプユニット２１、第１及び第２レンズアレイ３１，３２、偏光変換装置３４、及び重畳レンズ３５で構成したが、レンズアレイ３１，３２、偏光変換装置３４等については省略することができ、光源ランプユニット２１も、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる。

上記実施形態のプロジェクタ１０では、照明光学系２０等からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのレンズアレイ３１，３２を用いていたが、この発明は、このようなレンズアレイ３１，３２を用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、レンズアレイ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。

また、上記実施形態では、光源装置等からの光を特定方向の偏光とするＰＢＳアレイを用いていたが、この発明は、このようなＰＢＳアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。

上記第１実施形態等では、照明光学系２０において、光源ランプユニット２１、第１及び第２レンズアレイ３１，３２、偏光変換装置３４、重畳レンズ２３５等をシステム光軸ＳＡに対してシフトして配置しているが、これらをシステム光軸ＳＡに対して回転して配置することもできる。

上記第１実施形態等では、投射光学系８０をシステム光軸ＳＡに対してシフトして配置しているが、これをシステム光軸ＳＡに対して回転して配置することもできる。

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光変調装置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、光変調装置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、光変調装置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。

プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、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プロジェクタとがあるが、図１のプロジェクタ１０の構成は、いずれにも適用可能である。

第１実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、各液晶表示パネルの視野角特性を説明するグラフである。 各液晶表示パネルへの照明光の入射状態を説明する図である。 各液晶表示パネからの光の射出状態を説明する図である。 第２実施形態のプロジェクタを説明する図である。 第３実施形態のプロジェクタを説明する図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、 ２０…照明光学系、 ２１…光源ランプユニット、 ２３…発光管、 ２５…光変調部、 ２５ａ〜２５ｃ…液晶パネル、 ２７…クロスダイクロイックプリズム、 ３０…照明光学系、 ３１…第１レンズアレイ、 ３２…第２レンズアレイ、 ３４…偏光変換装置、 ３５…重畳レンズ、 ４０…色分離導光光学系、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…反射ミラー、 ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒ…フィールドレンズ、 ６０…光変調部、 ６０…変調部、 ６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ…液晶表示パネル、 ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒ…偏光フィルタ、 ７０…クロスダイクロイックプリズム、 ８０…投射光学系、 Ａ１，Ａ２，Ａ３…光軸、 Ｉｂ，Ｉｇ，Ｉｒ…画像形成領域、 ＬＢ，ＬＧ，ＬＲ…照明光、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、 ＳＡ…システム光軸

Claims (7)

1. 照明光を射出する照明光学系と、
   前記照明光学系からの照明光を３つの色光用の光路に分離する色分離導光光学系と、
   前記色分離光学系で分離されて各色光用の光路に導かれた光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する各色の光変調装置と、
   前記各色の光変調装置で変調された各色の光束を合成する光合成光学系と、
   前記光合成光学系を経た光束を投射する投射光学系と、を備え、
   前記各色の光変調装置のうち、前記光合成光学系を透過する光を変調する通常視型の光変調装置と、前記光合成光学系で反射される光を変調する鏡像視型の光変調装置とで、視野角特性が互いに左右反転しており、
   前記照明光学系及び前記色分離導光光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子をシステム光軸に対してシフト及び／又は回転させることによって、前記通常視型の光変調装置と前記鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させるプロジェクタ。
2. 前記投射光学系の光軸は、前記各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して、前記各色の光変調装置から射出され前記光合成光学系で合成される光束の平均射出方向にシフト及び／又は回転して配置されている請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記各色の光変調装置は、液晶表示パネルを含む液晶ライトバルブである請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のプロジェクタ。
4. 前記照明光学系は、光束を射出する光源と、前記光源からの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レンズアレイからの光束を個別に集光する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイからの光束を前記各色の光変調装置の画像形成領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、
   前記光源、前記第１レンズアレイ、及び前記第２レンズアレイの光軸を、前記各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して同一方向にシフトさせる請求項１から請求項３までのいずれか一項記載のプロジェクタ。
5. 前記照明光学系は、光束を射出する光源と、前記光源からの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レンズアレイからの光束を個別に集光する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイからの光束を前記各色の光変調装置の画像形成領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、
   前記光源、前記第１レンズアレイ、及び前記重畳レンズの光軸を、前記各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して同一方向にシフトさせる請求項１から請求項３までのいずれか一項記載のプロジェクタ。
6. 前記色分離導光光学系は、複数のミラーを有し、前記色分離導光光学系において、前記通常視型の光変調装置に至る光の反射回数は、前記鏡像視型の光変調装置に至る光の反射回数に対して奇数差になっている請求項４及び請求項５のいずれか一項記載のプロジェクタ。
7. 前記色分離導光光学系は、複数のミラーを有し、前記複数のミラーのうち少なくとも１つのミラーを左右に関して回転させることによって、前記通常視型の光変調装置と前記鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させる請求項１から請求項３までのいずれか一項記載のプロジェクタ。

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