JP2009192669A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源を用いても投射画像の色ムラを低減できる簡易な光学系を有するプロジェクタを提供すること。
【解決手段】第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の光路の長さを等しくし、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の光路よりも長い第２光学系ＯＰ２内で光束を２回反転させることにより、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂにおける上下左右の照度分布を画像合成後を基準として略等しくすることができる。これにより、２つの光源ランプ２１を用いた場合でも明るく色ムラの少ない投射画像を得ることができる。また、２つの光源ランプ２１のうち１つが点灯しないため照明光が均一でない場合でも、プロジェクタ１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光を光変調装置によって変調し、変調された像光を投射するプロジェクタに関する。

従来の一般的なプロジェクタとして、略白色光を発生する光源と、光源からの光を均一化するとともに偏光変換する照明光学系と、照明光学系を経た光を緑、青、赤の３色の光路に分離する色分離光学系と、３色の照明光によってそれぞれ照明される３つの液晶ライトバルブと、これら３つの液晶ライトバルブからの像を合成するクロスダイクロイックプリズムと、合成後の拡大像を投射する投射レンズとを備えるものがある。

上記のようなプロジェクタとして、例えば液晶ビデオプロジェクタの３原色の各光学系の光路長のうち長い系内にリレーレンズを配することにより、各液晶表示パネルが同一強度分布の光像により照明されるようにするものがある（例えば、特許文献１参照）。また、光源に複数のランプを用いて、各ランプの放射光を効率よく集光し、均一性の高い照明光を形成するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−２０６８１５号公報 特開２０００−３６１２号公報

しかしながら、特許文献１のようなプロジェクタでは、１つの光源を用いているため、使用用途によっては光量が足りない場合がある。また、特許文献２のようなプロジェクタでは、光量は確保できるものの、リレー系を経た光の照度分布とリレー系を経ない光の照度分布との間で照度分布の差が生じると投射画像の色ムラの原因となる。この色ムラは、例えばランプの発光点の変動や部品の上下左右位置のずれや２つの光源のうち１つの光源しか点灯しない場合に上下左右の照明の強度が変わることにより顕著に現れる。

そこで、本発明は、複数の光源を用いても投射画像の色ムラを低減できる簡易な光学系を有す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、第１色光、第２色光、及び第３色光を含む光を射出する複数の光源と、複数の光源から射出された各光源光を合成する合成光学系と、光源光から第１色光、第２色光、及び第３色光を分離する色分離光学系と、第１色光によって照明される第１光変調装置と、第２色光によって照明される第２光変調装置と、第３色光によって照明される第３光変調装置と、を備え、第２色光を通過させる第２光学系のうち色分離光学系の合成光学系側の入射端から色分離光学系の第２光変調装置側の射出端までの光路は、第１色光を通過させる第１光学系のうち色分離光学系の合成光学系側の入射端から色分離光学系の第１光変調装置側の射出端までの光路よりも長く、色分離光学系は、第１光学系内で光束を０回反転させて第１光変調装置を照明するとともに、第２光学系内で光束を２回反転させて第２光変調装置を照明する。

上記プロジェクタでは、第１光学系の光路よりも長い第２光学系内で光束を２回反転させることにより、第２光変調装置の位置における上下左右の照度分布と第１光変調装置の位置における上下左右の照度分布とが画像合成後を基準として略等しくなる。これにより、複数の光源を用いた場合でも明るく色ムラの少ない投射画像を得ることができる。また、複数の光源のうち一部が点灯しないため照明光が均一でない場合でも、プロジェクタの投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点では、複数の光源は、色分離光学系の延在する面に沿ってシステム光軸を挟んで対向して配置される一対の光源である。この場合、複数の光源をシステム光軸に対して上下左右対称に配置することにより、色分離光学系に明るく均一な照明光を供給することができる。例えば、光源が２つの場合、システム光軸に対して上下左右対称に１つずつ配置する。

また、本発明の別の態様によれば、第２光学系の第２光変調装置の位置における上下左右の照度分布と、第３色光を通過させる第３光学系の第３光変調装置の位置における上下左右の照度分布とは、第１光学系の第１光変調装置の位置における上下左右の照度分布と画像合成後を基準として共通する。ここで、上下左右の照度分布が共通するとは、例えば、ケーラー照明において無限遠にある共通の光源の投影像が互いに反転していない状態で等価な領域を照明する状態であることをいう。この場合、第１、第２、及び第３光学系の各光変換装置における上下左右の照度分布が画像合成後を基準として共通となり、各光変調装置に照射される光源像の拡大倍率を等しくすることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、第１光学系の光路は、第３光学系の光路と等価である。この場合、第１光学系の光路の長さと第３光学系の光路の長さとが等しい構成とすることにより、第１及び第３光変調装置における上下左右の照度分布を画像合成後を基準として略等しくすることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、第３光学系の光路は、第２光学系の光路と等価である。この場合、第２光学系の光路の長さと第３光学系の光路の長さとが等しい構成とすることにより、第２及び第３光変調装置における上下左右の照度分布を画像合成後を基準として略等しくすることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、第１光学系、第２光学系、及び第３光学系に導かれた光束を合成するクロスプリズムをさらに備え、第１光学系、第２光学系、及び第３光学系に導かれた光束は、それぞれクロスプリズムにおいて第１光学系、第２光学系、及び第３光学系の上下左右の照度分布が画像合成後を基準として共通する位置に入射する。この場合、クロスプリズムによって合成された画像の色ムラを低減させることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、第１光学系はクロスプリズムを直進し、第２光学系及び第３光学系はクロスプリズムで反射される。この場合、色分離光学系で分離された各光学系を統合することができ、各色光を合成した投射光を形成することができる。

〔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の光学系の構成を説明する概念図である。

このプロジェクタ１０は、複数の光源から射出された光束を画像情報に応じて変調してカラーの光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器であり、光源ランプユニット２０と、照明光学系３０と、色分離光学系４０と、光変調部６０と、クロスダイクロイックプリズム７０と、投射光学系８０とを備えて構成される。ここで、光源ランプユニット２０と照明光学系３０とは、色分離光学系４０等に入射させるための照明光を生成する照明装置を構成する。

光源ランプユニット２０は、２つの光源ランプ２１と、平面ミラー２５と、反射プリズム２６と、凸レンズ２４とを備える。光源ランプユニット２０は、２つの光源ランプ２１から射出された光束を合成し光源光として射出し、照明光学系３０等を介して光変調部６０を照明するための光源装置である。なお、平面ミラー２５と反射プリズム２６とは光源光を合成する合成光学系を構成する。

２つの光源ランプ２１は、それぞれランプ本体２１ａと、副鏡２１ｂと、主鏡２１ｃとで構成される。２つの光源ランプ２１は色分離光学系４０の延在する面に沿ってシステム光軸ＯＡを挟んで対向して配置されている。ここで、各光源ランプ２１の光源光の射出口２１ｄは、システム光軸ＯＡの方向に向いている状態である。この光源ランプ２１において、ランプ本体２１ａから射出された略白色の光源光は、副鏡２１ｂを介して又は直接的に主鏡２１ｃに入射して前方側に反射され、各光源ランプ２１に対応する平面ミラー２５で光路を折り曲げられそれぞれ反射プリズム２６の反射面２６ａ，２６ｂで再度折り曲げられる。このように隣接する反射面２６ａ，２６ｂで光源光を折り曲げることにより、反射プリズム２６は各ランプ本体２１ａから射出された光源光を近接させた状態で合成することができる。なお、反射プリズム２６の反射面２６ａ，２６ｂは、アルミニウム膜または誘電体多層膜が蒸着されており、可視光を効率よく反射させることができる。

反射プリズム２６から射出される光は発散光であり、凸レンズ２４によって平行化された状態で照明光学系３０側に射出される。

照明光学系３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、照明光を特定方向の偏光に変換する光学系であり、第１マルチレンズ３１と、第２マルチレンズ３２と、偏光変換装置３４、及び重畳レンズ３５とを備えている。

第１マルチレンズ３１は、レンズアレイとも呼ばれ、光源ランプユニット２０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ＯＡと直交する面内にマトリッ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６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成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マルチレンズ３２は、前述した第１マルチレンズ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る。第２マルチレンズ３２は、第１マルチレンズ３１と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内にマトリッ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６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域の形状と正確に対応している必要はない。なお、以上の第１及び第２マルチレンズ３１，３２と、以下に説明する重畳レンズ３５とは、入射光を分割と重ね合わせによって均一化する光インテグレータとして機能する。

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マルチレンズ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ＯＡ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ＯＡ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２０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マルチレンズ３１、第２マルチレンズ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６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成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光学系４０に射出される。つまり、両マルチレンズ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光学系４０を経て、光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域を均一に重畳照明する。

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、赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃと、青色用反射ミラー４２ｄと、リレーレンズ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄと、第１、第２、及び第３フィールドレンズ４６ｇ，４６ｒ，４６ｂとを備える。この色分離光学系４０は、照明光学系３０により均一化された照明光を緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢの３色に分離するとともに、各色光を後述する液晶ライトバルブ６０ｇ，６０ｒ，６０ｂへ導く。

色分離光学系４０のうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、略白色の照明光を３原色に分離するための分岐ミラーである。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ＯＡに対してともに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、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢ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。結果的に、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て色分離光学系４０に入射した照明光は、第３光学系ＯＰ３に沿って第１ダイクロイックミラー４１ａで反射されてその先に延びる液晶表示パネル６１ｂまで導かれる青色光ＬＢと、第１光学系ＯＰ１に沿って第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で反射されてその先に延びる液晶表示パネル６１ｇまで導かれる緑色光ＬＧと、第２光学系ＯＰ２に沿って第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを透過してその先に延びる液晶表示パネル６１ｒまで導かれる赤色光ＬＲとに分離される。ここで、緑色光ＬＧが導かれる第１光学系ＯＰ１の光路の長さと青色光ＬＢが導かれる第３光学系ＯＰ３の光路の長さとは等しくなっている。一方、赤色光ＬＲが導かれる第２光学系ＯＰ２の光路の長さは緑色光ＬＧが導かれる第１光学系ＯＰ１の光路の長さよりも長くなっている。

赤色用反射ミラー４２ｂは、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、リレーレンズ４４ａ，４４ｂを通過した赤色光ＬＲを直交方向に折り返す。赤色用反射ミラー４２ｃは、赤色用反射ミラー４２ｂで折り返されリレーレンズ４４ｃを通過した赤色光ＬＲを直交方向に折り返して液晶表示パネル６１ｒ側に導く。青色用反射ミラー４２ｄは、第１ダイクロイックミラー４１ａで直交方向に折り返された青色光ＬＢをさらに折り返して液晶表示パネル６１ｂ側に導く。この場合、赤色光ＬＲや青色光ＬＢが導かれる光学系ＯＰ２，ＯＰ３は、緑色光ＬＧの第１光学系ＯＰ１とともに紙面に平行になっている。つまり、各光学系ＯＰ１〜ＯＰ３に対応する各色のシステム光軸ＯＡは、共通の平面内に収められて２次元的に配列されたものとなっている。

色分離光学系４０の射出側に設けられた各色用の各フィールドレンズ４６ｇ，４６ｒ，４６ｂは、第２マルチレンズ３２から射出され光変調部６０に入射する各部分光束が適当な収束度となるように設けられている。

以下、重畳レンズ３５及び色分離光学系４０における光線の状態について説明する。図２は、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の光線の状態を表す図である。一方、図３は、第２光学系ＯＰ２の光線の状態を表す図である。ここで、実線は、重畳レンズ３５に入射する平行光線の状態を示す。また、２点鎖線は、各液晶ライトバルブ６０ｇ，６０ｒ，６０ｂのＡ，Ｃ，Ｅ側に入射する光線の状態を示す。また、１点鎖線は、各液晶ライトバルブ６０ｇ，６０ｒ，６０ｂのＢ，Ｄ，Ｆ側に入射する光線の状態を示す。

第１光学系ＯＰ１の光路上には、重畳レンズ３５と第１フィールドレンズ４６ｇとが配置されている。重畳レンズ３５に入射した第１光学系ＯＰ１の平行光線Ｌ１ａは、第１フィールドレンズ４６ｇを経て液晶表示パネル６１ｇの画像形成領域上に別の部分光束として重畳入射する。また、第３光学系ＯＰ３の光路上には、重畳レンズ３５と第３フィールドレンズ４６ｂとが配置されている。重畳レンズ３５に入射した第３光学系ＯＰ３の平行光線Ｌ３ａは、第３フィールドレンズ４６ｂを経て液晶表示パネル６１ｂの画像形成領域上に別の部分光束として重畳入射する。また、第２光学系ＯＰ２の光路上には、重畳レンズ３５と、リレーレンズ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄと、第２フィールドレンズ４６ｒとが配置されている。重畳レンズ３５に入射した第２光学系ＯＰ２の平行光線Ｌ２ａは、リレーレンズ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄと、第２フィールドレンズ４６ｒとを経て液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域上に別の部分光束として重畳入射する。

図１において、照明光学系３０から射出された同一の部分光束の一部である光線ＬＴａ，ＬＴｂは、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを透過、反射することによって各色の光線に分離する。具体的には、光線ＬＴａは、緑色光線ＬＧａ、赤色光線ＬＲａ、青色光線ＬＢａに分離する。また、光線ＬＴｂは、緑色光線ＬＧｂ、赤色光線ＬＲｂ、青色光線ＬＢｂに分離する。

図２に示すように、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３において、重畳レンズ３５に入射した緑色光線ＬＧａ、青色光線ＬＢａは、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の途中で反転せずにそれぞれ第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂのＡ，Ｃ側に入射する。緑色光線ＬＧｂ、青色光線ＬＢｂも同様に、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の途中で反転せずにそれぞれ第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂのＢ，Ｄ側に入射する。つまり、緑色光線ＬＧａ，ＬＧｂは、第１ダイクロイックミラー４１ａから第１フィールドレンズ４６ｇまでの間の光路上で０回転する。また、青色光線ＬＢａ，ＬＢｂは、第１ダイクロイックミラー４１ａから第３フィールドレンズ４６ｂまでの間の光路上で０回転する。すなわち、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３において、液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂにそれぞれ入射する緑色光線ＬＧａ，ＬＧｂ及び青色光線ＬＢａ，ＬＢｂと、重畳レンズ３５に入射する緑色光線ＬＧａ，ＬＧｂ及び青色光線ＬＢａ，ＬＢｂとは反転していない。

一方、図３に示すように、第２光学系ＯＰ２において、重畳レンズ３５に入射した赤色光線ＬＲａは、リレーレンズ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを経る間に２回反転し第２光学系ＯＰ２の液晶表示パネル６１ｒのＥ側に入射する。赤色光線ＬＲｂも同様に、第２光学系ＯＰ２の途中で２回反転し第２光学系ＯＰ２の液晶表示パネル６１ｒのＦ側に入射する。つまり、赤色光線ＬＲａ，ＬＲｂは、第１ダイクロイックミラー４１ａから第２フィールドレンズ４６ｒまでの間の光路上で２回転する。すなわち、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３よりも相対的に光路が長い第２光学系ＯＰ２においても、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３と同様に、液晶表示パネル６１ｒに入射する赤色光線ＬＲａ，ＬＲｂと、重畳レンズ３５に入射する赤色光線ＬＲａ，ＬＲｂとは見かけ上反転していない。

図１に戻って、光変調部６０は、３色の照明光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂを備える。ここで、緑色光ＬＧ用の液晶表示パネル６１ｇと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｇ，６２ｇ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緑色用の液晶ライトバルブ６０ｇを構成する。また、赤色光ＬＲ用の液晶表示パネル６１ｒと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｒ，６２ｒも、赤色用の液晶ライトバルブ６０ｒを構成し、同様に、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も、青色用の液晶ライトバルブ６０ｂを構成する。各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、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化させる。

第１光学系ＯＰ１に導かれた緑色光ＬＧは、重畳レンズ３５と第１フィールドレンズ４６ｇとを介して液晶表示パネル６１ｇの照明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２光学系ＯＰ２に導かれた赤色光ＬＲは、重畳レンズ３５と赤色用反射ミラー４２ｂとリレーレンズ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄと赤色用反射ミラー４２ｃと第２フィールドレンズ４６ｒとを介して液晶表示パネル６１ｒの照明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。第３光学系ＯＰ３に導かれた青色光ＬＢは、重畳レンズ３５と青色用反射ミラー４２ｄと第３フィールドレンズ４６ｂとを介して液晶表示パネル６１ｂの照明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。各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂにそれぞれ入射した照明光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢは、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂ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６２ｇ，６２ｒ，６２ｂによって、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、偏光フィルタ６２ｇ，６２ｒ，６２ｂによって、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂ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。

クロスダイクロイックプリズム７０は、偏光フィルタ６２ｇ，６２ｒ，６２ｂから射出された各色光毎に変調された光学像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ＬＢを反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光ＬＲ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、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・射出させる。つまり、赤色光ＬＲと青色光ＬＢとは、クロスダイクロイックプリズム７０内で折り曲げられるような方向からクロスダイクロイックプリズム７０に導かれ、緑色光ＬＧは、クロスダイクロイックプリズム７０内で直進するような方向からクロスダイクロイックプリズム７０に導かれる。

このようにクロスダイクロイックプリズム７０で合成された像光は、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。

以上説明したプロジェクタ１０において、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の光路の長さを等しくし、第１及び第３光学系ＯＰ１，ＯＰ３の光路よりも長い第２光学系ＯＰ２内で赤色光線ＬＲａ，ＬＲｂを２回反転させることにより、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂにおける上下左右の照度分布を画像合成後を基準として略等しくすることができる。これにより、２つの光源ランプ２１を用いた場合でも明るく色ムラの少ない投射画像を得ることができる。また、２つの光源ランプ２１のうち１つが点灯しないため照明光が均一でない場合でも、プロジェクタ１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。

また、光源ランプ２１が１つの場合でも色ムラを低減できるので、光源ランプユニット２０において、反射プリズム２６に対する２つの光源ランプ２１のアライメントを厳密に行う必要がなくなり、プロジェクタ１０を簡単に製造することができる。

〔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４は、第２実施形態に係るプロジェクタ１１の光学系の構成を説明する概念図である。本実施形態のプロジェクタ１１において、光源ランプユニット２０は、２つの光源ランプ２１と、凸レンズ２４と、反射プリズム２６とを備える。

２つの光源ランプ２１は色分離光学系４０の延在する面に沿ってシステム光軸ＯＡを挟んで対向して配置されている。ここで、図１に示す第１実施形態のプロジェクタ１０から平面ミラー２５が省略されており、各光源ランプ２１の光源光の射出口２１ｄは、システム光軸ＯＡに対して垂直方向に互いに向きあっている状態で配置されている。これらの光源ランプ２１から前方に射出された略白色の光源光は、それぞれ対応する反射プリズム２６の反射面で折り曲げられて重ね合される。つまり、反射プリズム２６は、単独で各光源ランプ２１から射出された光源光を合成する役割を有する。

なお、２つの光源ランプ２１の配置は、上記実施形態のような配置に限らず、合成後の光源光が略均一であるような配置であればよい。

〔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５は、第３実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。本実施形態のプロジェクタ１１０は、光源ランプユニット２０と、照明光学系３０と、色分離光学系１４０と、光変調部６０と、クロスダイクロイックプリズム７０と、投射光学系８０とを備えて構成される。

色分離光学系１４０は、クロスダイクロイックミラー１４１と、赤色用反射ミラー１４２ｂ，１４２ｃと、青色用反射ミラー１４２ｄ，１４２ｅと、リレーレンズ１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄ，１４４ｅ，１４４ｆ，１４４ｇ，１４４ｈと、第１、第２、及び第３フィールドレンズ１４６ｇ，１４６ｒ，１４６ｂとを備える。

これらのうち、クロスダイクロイックミラー１４１は、略白色の照明光を３原色に分離するための色分離光学系である。このクロスダイクロイックミラー１４１は、Ｘ字状に交差する一対のダイクロイックミラー１４１ａ，１４１ｂで形成されている。一方の第１ダイクロイックミラー１４１ａは赤色光ＬＲを反射し、他方の第２ダイクロイックミラー１４１ｂは青色光ＬＢを反射する。また、第１及び第２ダイクロイックミラー１４１ａ，１４１ｂは、緑色光ＬＧを透過させる。結果的に、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て色分離光学系１４０に入射した照明光は、第２光学系ＯＰ２に沿って第１ダイクロイックミラー１４１ａで反射されてその先に延びる液晶表示パネル６１ｒまで導かれる赤色光ＬＲと、第３光学系ＯＰ３に沿って第２ダイクロイックミラー１４１ｂで反射されてその先に延びる液晶表示パネル６１ｂまで導かれる青色光ＬＢと、第１光学系ＯＰ１に沿って第１及び第２ダイクロイックミラー１４１ａ，１４１ｂを透過しその先に延びる液晶表示パネル６１ｇまで導かれる緑色光ＬＧとに分離される。ここで、赤色光ＬＲが導かれる第２光学系ＯＰ２の光路の長さと青色光ＬＢが導かれる第３光学系ＯＰ３の光路の長さとは等しくなっている。一方、緑色光ＬＧが導かれる第１光学系ＯＰ１の光路の長さは赤色光ＬＲが導かれる第２光学系ＯＰ２の光路の長さよりも短くなっている。

赤色用反射ミラー１４２ｂは、第１ダイクロイックミラー１４１ａで直交方向に折り返されリレーレンズ１４４ａ，１４４ｂを通過した赤色光ＬＲを直交方向に折り返す。赤色用反射ミラー１４２ｃは、赤色用反射ミラー１４２ｂで折り返されリレーレンズ１４４ｃを通過した赤色光ＬＲを、再度直交方向に折り返して液晶表示パネル６１ｒ側に導く。青色用反射ミラー１４２ｄは、第２ダイクロイックミラー１４１ｂで直交方向に折り返されリレーレンズ１４４ｅ，１４４ｆを通過した青色光ＬＢを直交方向に折り返す。青色用反射ミラー１４２ｅは、青色用反射ミラー１４２ｄで折り返されリレーレンズ１４４ｇを通過した青色光ＬＢを、再度直交方向に折り返して液晶表示パネル６１ｂ側に導く。

光変調部６０において、第１光学系ＯＰ１に導かれた緑色光ＬＧは、重畳レンズ３５と第１フィールドレンズ１４６ｇとを介して液晶表示パネル６１ｇの照明領域に入射し、液晶表示パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第２光学系ＯＰ２に導かれた赤色光ＬＲは、リレーレンズ１４４ａ，１４４ｂと赤色用反射ミラー１４２ｂとリレーレンズ１４４ｃと赤色用反射ミラー１４２ｃとリレーレンズ１４４ｄと第２フィールドレンズ１４６ｒとを介して液晶表示パネル６１ｒの照明領域に入射し、液晶表示パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。第３光学系ＯＰ３に導かれた青色光ＬＢは、リレーレンズ１４４ｅ，１４４ｆと青色用反射ミラー１４２ｄとリレーレンズ１４４ｇと青色用反射ミラー１４２ｅとリレーレンズ１４４ｈと第３フィールドレンズ１４６ｂとを介して液晶表示パネル６１ｂの照明領域に入射し、液晶表示パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。

以上説明したプロジェクタ１１０において、第１光学系ＯＰ１より長い光路の第２及び第３光学系ＯＰ２，ＯＰ３内で光束を２回反転させることにより、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂにおける上下左右の照度分布を画像合成後を基準として略等しくすることができる。これにより、２つの光源ランプ２１を用いた場合でも明るく色ムラの少ない投射画像を得ることができる。また、２つの光源ランプ２１のうち１つが点灯しないため照明光が均一でない場合でも、プロジェクタ１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。

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。

すなわち、上記実施形態では、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、及び青色光ＬＢを、第１光学系ＯＰ１、第２光学系ＯＰ２、及び第３光学系ＯＰ３にそれぞれ導く場合について説明したが、色分離光学系である第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ等の設計変更によって、これらの組み合わせを自在に変更することができる。例えば青色光ＬＢや緑色光ＬＧを長い第３光学系ＯＰ３に導くことができる。ただし、投射画像の照明強度を向上させる場合は、緑色光ＬＧを第１光学系ＯＰ１に導くことが望ましい。

また、上記実施形態において、照明光の合成にクロスダイクロイックプリズム７０を用いたが、クロスダイクロイックミラーを用いてもよい。また、第３実施形態において、照明光の分離にクロスダイクロイックミラー１４１を用いたが、クロスダイクロイックプリズムを用いてもよい。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０，１１，１１０では、光源ランプユニット２０の光源ランプ２１として各色の波長に亘って高輝度の光を射出することができる点で、高圧水銀ランプ等を用いているが、略白色の照明光を得ることができる各種ランプや、ＬＥＤ等の固体発光素子を用いることができる。また、主鏡２３として、楕円面に限らず放物面等の各種リフレクタを用いることができる。放物面状の主鏡２３を用いた場合、主鏡２３の後段に凸レンズ２４等を設けることなく、光源ランプユニット２０から平行光束を射出させることができる。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０，１１，１１０では、照明光学系３０をマルチレンズ３１，３２と偏光変換装置３４とで構成したが、マルチレンズ３１，３２等についてはこれを省略することができ、或いはこれをロッドインテグレータに置き換えることができる。

また、本発明において、リレーレンズ４４ａ，１４４ａ等の枚数や位置は、上記実施形態で説明した枚数や位置に限らず、光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂに入射する光束が反転しないようなレンズの枚数や位置であればよい。

また、本発明は、投射画像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクタにも、投射画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投射型プロジェクタ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の構成を説明する概念図である。 第１及び第３光学系の光線の状態を表す図である。 第２光学系の光線の状態を表す図である。 第２実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。 第３実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。

符号の説明

１０，１１，１１０…プロジェクタ、 ２０…光源ランプユニット、 ３０…照明光学系、 ４０，１４０…色分離光学系、 ４１ａ，１４１ａ…第１ダイクロイックミラー、 ４１ｂ，１４１ｂ…第２ダイクロイックミラー、 ４２ｂ，４２ｃ，１４２ｂ，１４２ｃ…赤色用反射ミラー、 ４２ｄ，１４２ｄ，１４２ｅ…青色用反射ミラー、 ３５…重畳レンズ、 ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄ，１４４ｅ，１４４ｆ，１４４ｇ，１４４ｈ…リレーレンズ、 ４６ｇ，４６ｒ，４６ｂ，１４６ｇ，１４６ｒ，１４６ｂ…フィールドレンズ、 ６０…光変調部、 ６１ｇ，６１ｒ，６１ｂ…液晶表示パネル、 ６２ｇ，６２ｒ，６２ｂ…偏光フィルタ、 ７０…クロスダイクロイックプリズム、 １４１…クロスダイクロイックミラー、 ７１，７２…誘電体多層膜、 ８０…投射光学系、 ＬＢ…青色光、 ＬＧ…緑色光、 ＬＲ…赤色光、 ＯＡ…システム光軸、 ＯＰ１〜ＯＰ３…第１〜第３光学系

Claims (7)

1. 第１色光、第２色光、及び第３色光を含む光を射出する複数の光源と、
   前記複数の光源から射出された各光源光を合成する合成光学系と、
   前記光源光から前記第１色光、前記第２色光、及び前記第３色光を分離する色分離光学系と、
   前記第１色光によって照明される第１光変調装置と、
   前記第２色光によって照明される第２光変調装置と、
   前記第３色光によって照明される第３光変調装置と、
   を備え、
   前記第２色光を通過させる第２光学系のうち前記色分離光学系の前記合成光学系側の入射端から前記色分離光学系の前記第２光変調装置側の射出端までの光路は、前記第１色光を通過させる第１光学系のうち前記色分離光学系の前記合成光学系側の入射端から前記色分離光学系の前記第１光変調装置側の射出端までの光路よりも長く、
   前記色分離光学系は、前記第１光学系内で光束を０回反転させて前記第１光変調装置を照明するとともに、前記第２光学系内で光束を２回反転させて前記第２光変調装置を照明する、プロジェクタ。
2. 前記複数の光源は、前記色分離光学系の延在する面に沿ってシステム光軸を挟んで対向して配置される一対の光源である、請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記第２光学系の前記第２光変調装置の位置における上下左右の照度分布と、前記第３色光を通過させる第３光学系の前記第３光変調装置の位置における上下左右の照度分布とは、前記第１光学系の前記第１光変調装置の位置における上下左右の照度分布と画像合成後を基準として共通する、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。
4. 前記第１光学系の光路は、前記第３光学系の光路と等価である、請求項３記載のプロジェクタ。
5. 前記第３光学系の光路は、前記第２光学系の光路と等価である、請求項３記載のプロジェクタ。
6. 前記第１光学系、前記第２光学系、及び前記第３光学系に導かれた光束を合成するクロスプリズムをさらに備え、
   前記第１光学系、前記第２光学系、及び前記第３光学系に導かれた光束は、それぞれ前記クロスプリズムにおいて前記第１光学系、前記第２光学系、及び前記第３光学系の上下左右の照度分布が画像合成後を基準として共通する位置に入射する、請求項３から請求項５までのいずれか一項記載のプロジェクタ。
7. 前記第１光学系は前記クロスプリズムを直進し、前記第２光学系及び前記第３光学系は前記クロスプリズムで反射される、請求項６記載のプロジェクタ。

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