JP2010152046A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】照明光学系等を大型化又は複雑化することなく、照明光学系のＦ値を小さくさせることで明るさを向上させることができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂが重畳及びテレセントリック化の機能を有する単レンズであることにより、プロジェクタ１０の部品点数が減りコストダウンと省スペース化が可能となる。また、第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２において、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１及び第２液晶パネル６１ｇ，６１ｂまでの間に、レンズとしてそれぞれ第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂのみが配置されているため、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂの焦点距離が短くなりＦ値を小さくすることができ、照明光の明るさを簡易にアップすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光を液晶ライトバルブによって変調し、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分離し、緑、青、及び赤の３色の光路に導入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つの液晶パネルと、これら３つの液晶パネル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。

また、照明光学系等を大型化することなく、照明光学系のＦ値を小さくして明るさを向上させる従来のプロジェクタとして、重畳レンズと液晶ライトバルブとの間にコンデンサレンズを設け、このコンデンサレンズによってテレセントリックな特性をもたせ、液晶ライトバルブ前に置いていたフィールドレンズをなくす方式がある（例えば、特許文献１参照）。

また、照明光学系において偏光変換素子の後にフィールドレンズを配置し、色分離光学系において第１ダイクロイックミラーの前にコンデンサレンズを配置したものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００８−１６５１３６号公報 特開２００７−５７８１０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、フィールドレンズを設けた場合と比較してコンデンサレンズのサイズがある程度大きくなる傾向となり、コスト的には従来の一般的なプロジェクタよりもアップする傾向にある。

また、特許文献２のようなプロジェクタでは、追加するレンズ枚数を特許文献１のプロジェクタよりも１枚少なくすることができるものの分割光束の重畳とテレセントリック性の確保はそれぞれ別のレンズが受けもっているため、コストを抑えつつ明るさを確保することが容易でないという課題が残る。

そこで、本発明は、照明光学系等を大型化又は複雑化することなく、照明光学系のＦ値を小さくさせることで明るさを向上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、光源光を射出する光源と、光源から射出された光源光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、第１レンズアレイから射出された複数の部分光束を集光する第２レンズアレイと、第２レンズアレイから射出された複数の部分光束を対象とする照明領域に重畳させるコンデンサレンズと、コンデンサレンズを経た光束を画像情報に応じて変調する液晶パネルと、を備え、コンデンサレンズは、重畳に際してテレセントリックな特性の照明を実現する単レンズであり、第２レンズアレイと液晶パネルとの間には、レンズとしてコンデンサレンズのみが配置されている。

上記プロジェクタでは、コンデンサレンズが分割光束の重畳を可能にし、かつテレセントリックな特性を有する単レンズであることにより、プロジェクタの部品点数を減らせるためコストダウンと省スペース化が可能となる。また、レンズの枚数が少ないため、レンズ用の固定部材等の設計を容易にすることができる。また、第２レンズアレイから液晶パネルまでの光路において、レンズとしてコンデンサレンズのみが配置されているため、コンデンサレンズを第２レンズアレイから離れた位置に配置させ、第２レンズアレイからの発散光を液晶パネルに大きな入射角度で入射させることで、コンデンサレンズの焦点距離が短くなりＦ値を小さくすることができ、照明光の明るさを簡易にアップすることができる。

また、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、コンデンサレンズは第２レンズアレイの射出端面から液晶パネルの光変調面までの光路の長さを３等分した区間のうち中間の区間内に配置されている。具体的には、第２レンズアレイの射出端面から液晶パネルの光変調面までの距離をＬとした場合に、コンデンサレンズは（１／３）Ｌ以上（２／３）Ｌ以下の位置に配置される。これにより、照明光学系のＦ値を小さくすることや照明光学系のテレセントリック性を確保することが比較的容易になる。

また、本発明の別の態様によれば、第２レンズアレイから射出された光束を第１色光と他の色光とに分離する第１色分離ミラーと、他の色光のうち、第２色光と第３色光とを分離する第２色分離ミラーと、第１色分離ミラーで反射された第１色光を再度反射して光路を折り曲げる第１折曲ミラーと、第２分離ミラーを透過した第３色光を反射して光路を折り曲げる第２及び第３折曲ミラーとを有する色分離導光光学系とをさらに備え、コンデンサレンズは、第１色分離ミラーと第１折曲ミラーとの間、及び第１色分離ミラーと第２色分離ミラーとの間にそれぞれ配置されている。この場合、コンデンサレンズは第２レンズアレイの射出端面から液晶パネルの光変調面までの光路の長さを３等分した区間のうち中間の区間内に無理なく確実に配置される。これにより、照明光学系のＦ値を小さくすることが比較的容易で、照明光学系のテレセントリック性を簡易に確保することができる。

また、本発明の別の態様によれば、第２レンズアレイから射出された光束を反射して光路を折り曲げる初段折曲ミラーと、初段折曲ミラーで折り曲げられた光束を第１色光と他の色光とに分離する第１色分離ミラーと、他の色光のうち、第２色光と第３色光とを分離する第２色分離ミラーと、第１色分離ミラーで反射された第１色光を再度反射して光路を折り曲げる第１折曲ミラーと、第２分離ミラーを透過した第３色光を反射して光路を折り曲げる第２及び第３折曲ミラーとを有する色分離導光光学系とをさらに備え、コンデンサレンズは、初段折曲ミラーと第１色分離ミラーとの間に配置されている。この場合、コンデンサレンズは第２レンズアレイの射出端面から液晶パネルの光変調面までの光路の長さを３等分した区間のうち中間の区間内に配置されやすくなる。これにより、照明光学系のＦ値を小さくすることが比較的容易で、照明光学系のテレセントリック性を確保することが比較的確実となる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、色分離導光光学系で分離された第１、第２、及び第３色光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する第１、第２、及び第３液晶パネルと、第１、第２、及び第３液晶パネルで変調された第１、第２、及び第３色の像光を合成する光合成光学系と、光合成光学系を経た像光を投射する投射光学系とをさらに備える。この場合、第１及び第２分岐ミラーで分離された各色の光路を統合することができ、各色の光路を経た変調光を合成した投射光を形成することができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、色分離導光光学系において、光路長の最も長い第３色光の光路上にリレーレンズをさらに備える。この場合、光路長の最も長い第３色光の光路上にリレーレンズを設けることにより、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、コンデンサレンズは、両凸レンズである。この場合、コンデンサレンズを両凸レンズとすることにより、球面収差を小さくすることができる。また、両レンズ面の曲率を調整することによりコバ（レンズ外周の側面）の位置を自由に設定できるため、コンデンサレンズの固定する機構の設定の自由度が増す。

また、本発明のさらに別の態様によれば、コンデンサレンズは、非球面レンズである。この場合、コンデンサレンズを非球面レンズにすることにより、球面収差が減少するだけでなくより重畳が確実となり、照明光が明るくなる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、コンデンサレンズは、球面レンズである。この場合、コンデンサレンズに球面レンズを用いることにより、コストを下げることができる。

〔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、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、色分離導光光学系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、色分離導光光学系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。なお、照明光学系３０からクロスダイクロイックプリズム７０までの間に緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、及び赤色光ＬＲがそれぞれ導かれる第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３が設けられている。

光源ランプユニット２０は、ランプ本体２１から周囲に放射された光束を集めて射出し、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である。光源ランプユニット２０は、発光管であるランプ本体２１と、ランプ本体２１から前方に射出された光源光を反射する球面状の副鏡２２と、ランプ本体２１から後方に射出された光源光を反射する楕円面状の主鏡２３と、コリメート用の凹レンズ２４とを備える。この光源ランプユニット２０において、ランプ本体２１から射出された略白色の光源光は、副鏡２２を介して又は直接的に主鏡２３に入射して前方側に反射され、凹レンズ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。なお、上述したランプ本体２１には、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、通常高圧水銀ランプが使用されるが、光源ランプユニット２０に組み込み可能なランプは、高圧水銀ランプに限らず、各種発光ランプとすることができ、ＬＥＤ等の固体発光素子とすることもできる。また、主鏡２３としては、楕円面に限らず放物面等の反射面形状を有する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の後段に凹レンズ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。

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レンズアレイ３１と、第２レンズアレイ３２と、偏光変換装置３４と、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂとを備えている。

第１レンズアレイ３１は、マルチレンズとも呼ばれ、ランプ本体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３１ａを備えて構成される。各小レンズ３１ａの輪郭形状は、後述する光変調部６０を構成する第１、第２、及び第３液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒ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る。第２レンズアレイ３２は、第１レンズアレイ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３２ａを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズ３２ａの輪郭形状が第１、第２、及び第３液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒ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。照明系の倍率は主に第１及び第２レンズアレイ３１，３２によって決まり、光源像は第２レンズアレイ３２付近に形成される。つまり、ランプ本体２１内の光源の像が第２レンズアレイ３２の各小レンズ３２ａ付近に投影される。また、第１レンズアレイ３１の各レンズ３１ａの像が第１、第２、及び第３液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒ上に投影される。なお、以上の第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、以下に説明する第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂとは、入射光を分割と重ね合わせよって第１、第２、及び第３液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒの画像形成領域での面内照度を略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（偏光ビームスプリッタ）アレイ３４ａと位相差板３４ｂ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３４ａ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システム光軸ＯＡに垂直な方向に所定間隔で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偏光及びＳ偏光のうち、一方の偏光を透過し、他方の偏光を反射する。反射された他方の偏光は、後者の反射ミラーによって曲折され、一方の偏光の射出方向、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Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれかは、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３４ｂによって偏光変換され、すべての偏光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、偏光変換装置３４を通過した光を、一方向の偏光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。

第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂは、例えば入射側のレンズ面に非球面を有する両凸レンズである。これら第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂは、第１レンズアレイ３１による分割光束の重畳とテレセントリック性との２つの機能を有する単レンズである。第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂには、例えば低屈折率、低分散であるＢＫ７（屈折率１．５）が用いられる。なお、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂは、色分離導光光学系４０内に配置されているため、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂの機能等の詳細は、色分離導光光学系４０の説明部分で改めて説明する。

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と、青色用反射ミラー４２ａと、赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃと、リレーレンズ４４，４５と、フィールドレンズ４６とを備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、略白色の照明光を３原色に分離するための色分離ミラーである。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色分離ミラーである第１ダイクロイックミラー４１ａは、緑・青・赤（Ｇ・Ｂ・Ｒ）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色分離ミラーである第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を経て色分離導光光学系４０に入射した照明光は、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第２光路ＯＰ２に導かれる青色光ＬＢと、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第１光路ＯＰ１に導かれる緑色光ＬＧと、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第３光路ＯＰ３に導かれる赤色光ＬＲとに分離される。

第１ダイクロイックミラー４１ａの後段に配置される第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂは、照明光学系３０の第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、第１、第２、及び第３液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒの画像形成領域上に重畳させて入射させる。この際、両レンズアレイ３１，３２を経た照明光は、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂ等を経て光束の状態が調整され、光変調部６０の照明領域、すなわち各色光ＬＧ，ＬＢ，ＬＲ用の液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒの画像形成領域を均一に重畳照明する。また、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂは、その配置や焦点距離や口径等の調整によって、照明光学系３０の各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に関するＦ値を一定以下に小さくしつつ、照明光学系３０のテレセントリック性を確保している。

第１コンデンサレンズ３５ａは、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１液晶パネル６１ｇまでの第１光路ＯＰ１において、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との間の区間に設けられている。そして、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１ダイクロイックミラー４１ａまでの区間や、第２ダイクロイックミラー４１ｂから第１液晶パネル６１ｇまでの区間においては、何等のレンズも設けられていない。別の観点からすると、この第１コンデンサレンズ３５ａは、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１液晶パネル６１ｇの画像形成領域、すなわち光変調面までの距離をＬ_１とし、これを３等分した場合に、中央の区間（具体的には（１／３）Ｌ_１〜（２／３）Ｌ_１）の位置に配置される。なお、第１ダイクロイックミラー４１ａの透過光路上に設けられた第１コンデンサレンズ３５ａは、第３光路ＯＰ３上にも第１光路ＯＰ１と共通して設けられている。

また、第２コンデンサレンズ３５ｂは、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第２液晶パネル６１ｂまでの第２光路ＯＰ２において、第１ダイクロイックミラー４１ａと第１折曲ミラーである青色用反射ミラー４２ａとの間の区間に設けられている。そして、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１ダイクロイックミラー４１ａまでの区間や、青色用反射ミラー４２ａから第２液晶パネル６１ｂまでの区間においては、何等のレンズも設けられていない。別の観点からすると、この第２コンデンサレンズ３５ｂは、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第２液晶パネル６１ｂの画像形成領域、すなわち光変調面までの距離をＬ_２とし、これを３等分した場合に、中央の区間（具体的には（１／３）Ｌ_２〜（２／３）Ｌ_２）の位置に配置される。

第３光路ＯＰ３において、第２ダイクロイックミラー４１ｂ以降の区間には、一対のリレーレンズ４４，４５とフィールドレンズ４６とが設けられている。一対のリレーレンズ４４，４５は、入射側の第１のリレーレンズ４４の直前に形成された像を、略そのまま射出側のフィールドレンズ４６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。つまり、両リレーレンズ４４，４５は、赤色用の第３光路ＯＰ３が緑色用の第１光路ＯＰ１や青色用の第２光路ＯＰ２よりも相対的に長くなることを補償したものである。なお、第２及び第３折曲ミラーである赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃは、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを通過した赤色光ＬＲを、２度に亘って折り返して第３液晶パネル６１ｒ側に導くためのものである。

図２は、図１に示す第１コンデンサレンズ３５ａの配置や結像作用について概念的に説明した展開図である。なお、図２は、説明の便宜上のものであり、第１光路ＯＰ１上の第２ダイクロイックミラー４１ｂによる反射を除いた直線系の光路に第１光路ＯＰ１を置き換えた場合の光線の状態を表している。以下、説明の便宜上、小レンズ３１ａ，３２ａ単位で説明する。

図２に示すように、第１コンデンサレンズ３５ａがテレセントリック化の機能を有することにより、第１コンデンサレンズ３５ａの射出側において、第１レンズアレイ３１を構成する小レンズ３１ａの射出端面３１ｂの中心点から射出される光線Ｌ２は、その主光線Ｌ２ａがシステム光軸ＯＡに対して平行な状態となって第１液晶パネル６１ｇに入射する。また、射出端面３１ｂの中心点以外の点から射出される光線Ｌ１，Ｌ３についても同様に、それぞれの主光線Ｌ１ａ，Ｌ３ａがシステム光軸ＯＡに対して平行な状態となって第１液晶パネル６１ｇに入射する。つまり、第１コンデンサレンズ３５ａと小レンズ３２ａとを合わせた光学系は、テレセントリックなものとなっている。結果的に、小レンズ３１ａで分割された部分光束は、その中心の主光線Ｌ２ａに略平行な状態となって第１液晶パネル６１ｇに入射する。また、小レンズ３１ａの射出端面３１ｂの各点から射出された光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、小レンズ３２ａ及び第１コンデンサレンズ３５ａを経て第１液晶パネル６１ｇの画像形成領域上に小レンズ３１ａの像を結像させるように入射する。

以上は、第１レンズアレイ３１のうちシステム光軸ＯＡ上の単一の小レンズ３１ａを通過する光線についての説明であったが、システム光軸ＯＡから外れた残りの小レンズ（不図示）を通過する光線についても同様の結像作用が生じる。つまり、テレセントリック光学系によって、第１レンズアレイ３１の各小レンズ３１ａの像が第１液晶パネル６１ｇ上に投影され、各小レンズ３１ａで分割された部分光束は、それぞれの主光線に略平行な状態となって第１液晶パネル６１ｇに入射する。この主光線は、図示を省略しているが、システム光軸ＯＡに対してそれぞれの小レンズの配置に対応して一定の角度を有している。部分光束が第１液晶パネル６１ｇに入射する際、第１レンズアレイ３１のシステム光軸ＯＡ上の小レンズ３１ａ以外の残りの小レンズを通過した部分光束の中心の主光線（不図示）は、第１液晶パネル６１ｇ上において、それぞれの小レンズの配置、すなわちシステム光軸ＯＡからのずれに対応して傾く結果として、システム光軸ＯＡの小レンズ３１ａで分割された部分光束の主光線Ｌ２ａと第１液晶パネル６１ｇ上で交差するものとなる。そのため、第１液晶パネル６１ｇ上において各小レンズ３１ａからの部分光束が重畳されたものとなり、照明光学系３０全体としてテレセントリック性を保った重畳照明を実現することができる。このような状態は、第１コンデンサレンズ３５ａの前側焦点付近に照明光学系３０の第２レンズアレイ３２が配置され、第１コンデンサレンズ３５ａの後側焦点付近に第１液晶パネル６１ｇが配置されることによって実現される。

なお、第２コンデンサレンズ３５ｂについても第１コンデンサレンズ３５ａと同様の配置や結像作用となっている。

図１に戻って、光変調部６０は、３色の照明光ＬＧ，ＬＢ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒを備える。ここで、緑色光ＬＧ用の第１液晶パネル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を構成する。また、青色光ＬＢ用の第２液晶パネル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を構成し、同様に、赤色光ＬＲ用の第３液晶パネル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を構成する。各液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒ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の偏光方向を変調する。

第１光路ＯＰ１に導かれた緑色光ＬＧは、第１ダイクロイックミラー４１ａと第１コンデンサレンズ３５ａと第２ダイクロイックミラー４１ｂとを介して第１液晶パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた青色光ＬＢは、第１ダイクロイックミラー４１ａと第２コンデンサレンズ３５ｂと青色用反射ミラー４２ａとを介して第２液晶パネル６１ｂ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ダイクロイックミラー４１ａと第１コンデンサレンズ３５ａと第２ダイクロイックミラー４１ｂとリレーレンズ４４，４５と赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃとフィールドレンズ４６とを介して第３液晶パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。

各液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，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。各液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒにそれぞれ入射した各色光ＬＧ，ＬＢ，ＬＲは、各液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，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６２ｇ，６２ｂ，６２ｒによって、各液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒ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，６２ｂ，６２ｒによって、各液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，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。

クロスダイクロイックプリズム７０は、偏光フィルタ６２ｇ，６２ｂ，６２ｒから射出された各色光ＬＧ，ＬＢ，ＬＲ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は赤色光ＬＲを反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は青色光ＬＢを反射する。このクロスダイクロイックプリズム７０は、第３液晶パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方向左側に射出させ、第１液晶パネル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、第２液晶パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第２誘電体多層膜７２で反射して進行方向右側に射出させる。

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。

以上説明した本実施形態のプロジェクタ１０では、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂが重畳及びテレセントリック化の機能を有する単レンズであることにより、プロジェクタ１０の部品点数を減らせるためコストダウンと省スペース化が可能となる。また、プロジェクタ１０内のレンズの枚数が少ないため、レンズ用の固定部材等の設計を容易にすることができる。また、第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２において、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１及び第２液晶パネル６１ｇ，６１ｂまでの間に、レンズとしてそれぞれ第１コンデンサレンズ３５ａ及び第２コンデンサレンズ３５ｂのみが配置されている（具体的には、第１光路ＯＰ１において、第１コンデンサレンズ３５ａを第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから（１／３）Ｌ_１〜（２／３）Ｌ_１の位置に配置し、第２光路ＯＰ２において、第２コンデンサレンズ３５ｂを第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから（１／３）Ｌ_２〜（２／３）Ｌ_２の位置に配置している）ため、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂを第２レンズアレイ３２から離れた位置に配置させ、第２レンズアレイ３２からの発散光を第１及び第２液晶パネル６１ｇ，６１ｂに大きな入射角度で入射させることで、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂの焦点距離が短くなりＦ値を小さくすることができ、照明光の明るさを簡易にアップすることができる。

また、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂを両凸レンズとすることにより、球面収差を小さくすることができる。また、両レンズ面の曲率を調整することによりコバの位置を自由に設定できるため、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂを固定する機構の設定の自由度が増す。さらに、第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂを非球面にすることにより、より無駄のない重畳が可能になり、照明光が明るくなる。

〔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１１０は、第１実施形態のプロジェクタ１０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３は、第２実施形態に係るプロジェクタ１１０の光学系の構成を説明する概念図である。図３のプロジェクタ１１０において、色分離導光光学系４０は、初段反射ミラー４２ｄと、コンデンサレンズ３５と、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、青色用反射ミラー４２ａと、赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃと、リレーレンズ４４，４５と、フィールドレンズ４６とを備える。これらのうち、初段折曲ミラーである初段反射ミラー４２ｄは、照明光学系３０を経た照明光を反射し、色分離導光光学系４０に導く。

コンデンサレンズ３５は、第１実施形態の第１及び第２コンデンサレンズ３５ａ，３５ｂと同様に例えば入射側に非球面を有する両凸レンズであり、分割光束の重畳とテレセントリック性の確保の２つの機能を有する。

コンデンサレンズ３５は、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１及び第２液晶パネル６１ｇ，６１ｂまでの第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２において、初段反射ミラー４２ｄと第１ダイクロイックミラー４１ａとの間の区間に設けられている。そして、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから初段反射ミラー４２ｄまでの区間や、第１ダイクロイックミラー４１ａから第１及び第２液晶パネル６１ｇ，６１ｂまでの区間においては、何等のレンズも設けられていない。別の観点からすると、このコンデンサレンズ３５は、第２レンズアレイ３２の射出端面３２ｂから第１及び第２液晶パネル６１ｇ，６１ｂの画像形成領域、すなわち光変調面までの距離をそれぞれＬ_１，Ｌ_２とし、これを３等分した場合に、中央の区間（具体的には、（１／３）Ｌ_１〜（２／３）Ｌ_１、（１／３）Ｌ_２〜（２／３）Ｌ_２）の位置に配置される。

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、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、コンデンサレンズ３５ａ等は非球面レンズを用いたが、球面レンズを用いてもよい。この場合、コンデンサレンズ３５ａ等に球面レンズを用いることにより、コストを下げることができる。球面レンズには、例えば低分散であるＬＡＦ２（屈折率１．７）、ＥＦ２（屈折率１．６）が用いられる。また、コンデンサレンズ３５ａ等は両凸レンズに限らず、平凸レンズを用いることもできる。コンデンサレンズ３５ａ等を平凸レンズとすれば、加工が容易で製造コストを低くできる。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、照明光学系３０を第１及び第２レンズアレイ３１，３２、偏光変換装置３４、及びコンデンサレンズ３５ａ，３５ｂ，３５で構成したが、第１及び第２レンズアレイ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。この場合、ロッドインテグレータの例えば入射端面が第１コンデンサレンズ３５ａ等の配置の際の基準面となる。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、及び赤色光ＬＲを、第１光路ＯＰ１、第２光路ＯＰ２、及び第３光路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。例えば緑色光ＬＧや青色光ＬＢを長い第３光路ＯＰ３に導くことができる。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２の長さを等しくし、第３光路ＯＰ３の長さを長くしたが、第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３の長さを第１光路ＯＰ１の長さよりも長くしてもよい。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、照明光を３色に分離して３つの液晶パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒに照射する構成となっているが、照明光を分離せず、１つの液晶パネルに照射してもよい。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、リレーレンズ４４，４５及びフィールドレンズ４６を介して、第１コンデンサレンズ３５ａ等によって形成された赤色光ＬＲの像を、略そのまま第３液晶パネル６１ｒ上に投影させているが、これらのうち、例えばフィールドレンズ４６等については、これを省略することもできる。これは、第１コンデンサレンズ３５ａによって実現されるテレセントリック性を、第３光路ＯＰ３でもリレーレンズ４４，４５の存在だけで利用できるからである。

また、本発明は、投射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。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、照明光ＬＧ，ＬＢ，ＬＲの分離及び合成にクロスダイクロイックプリズム７０を用いたが、光合成光学系の他の例であるクロスダイクロイックミラーを用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構成を説明する概念図である。 図１の第１コンデンサレンズの配置や結像作用について説明した展開図である。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの構成を説明する概念図である。

符号の説明

１０，１１０…プロジェクタ、 ２０…光源ランプユニット、 ３０…照明光学系、 ４０…色分離導光光学系、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー， ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｄ…反射ミラー、 ３５ａ，３５ｂ，３５…コンデンサレンズ、 ４４，４５…リレーレンズ、 ４６…フィールドレンズ、 ６０…光変調部、 ６１ｇ，６１ｒ，６１ｂ…液晶パネル、 ６２ｇ，６２ｂ，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、 ＬＧ…緑色光、 ＬＢ…青色光、 ＬＲ…赤色光、 ＯＡ…システム光軸

Claims (9)

1. 光源光を射出する光源と、
   前記光源から射出された光源光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レンズアレイから射出された前記複数の部分光束を集光する第２レンズアレイと、
   前記第２レンズアレイから射出された前記複数の部分光束を対象とする照明領域に重畳させるコンデンサレンズと、
   前記コンデンサレンズを経た光束を画像情報に応じて変調する液晶パネルと、
   を備え、
   前記コンデンサレンズは、前記重畳に際してテレセントリックな特性の照明を実現する単レンズであり、
   前記第２レンズアレイと前記液晶パネルとの間には、レンズとして前記コンデンサレンズのみが配置されている、プロジェクタ。
2. 前記コンデンサレンズは前記第２レンズアレイの射出端面から前記液晶パネルの光変調面までの光路の長さを３等分した区間のうち中間の区間内に配置されている、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記第２レンズアレイから射出された光束を第１色光と他の色光とに分離する第１色分離ミラーと、前記他の色光のうち、第２色光と第３色光とを分離する第２色分離ミラーと、前記第１色分離ミラーで反射された前記第１色光を再度反射して光路を折り曲げる第１折曲ミラーと、前記第２分離ミラーを透過した前記第３色光を反射して光路を折り曲げる第２及び第３折曲ミラーとを有する色分離導光光学系とをさらに備え、前記コンデンサレンズは、前記第１色分離ミラーと前記第１折曲ミラーとの間、及び前記第１色分離ミラーと前記第２色分離ミラーとの間にそれぞれ配置されている、請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記第２レンズアレイから射出された光束を反射して光路を折り曲げる初段折曲ミラーと、前記初段折曲ミラーで折り曲げられた光束を第１色光と他の色光とに分離する第１色分離ミラーと、前記他の色光のうち、第２色光と第３色光とを分離する第２色分離ミラーと、前記第１色分離ミラーで反射された前記第１色光を再度反射して光路を折り曲げる第１折曲ミラーと、前記第２分離ミラーを透過した前記第３色光を反射して光路を折り曲げる第２及び第３折曲ミラーとを有する色分離導光光学系とをさらに備え、前記コンデンサレンズは、前記初段折曲ミラーと前記第１色分離ミラーとの間に配置されている、請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
5. 前記色分離導光光学系で分離された前記第１、第２、及び第３色光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する第１、第２、及び第３液晶パネルと、前記第１、第２、及び第３液晶パネルで変調された前記第１、第２、及び第３色光の像光を合成する光合成光学系と、前記光合成光学系を経た像光を投射する投射光学系とをさらに備える、請求項３又は請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 前記色分離導光光学系において、光路長の最も長い前記第３色光の光路上にリレーレンズをさらに備える、請求項３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。
7. 前記コンデンサレンズは、両凸レンズである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
8. 前記コンデンサレンズは、非球面レンズである、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
9. 前記コンデンサレンズは、球面レンズである、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。

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