JP2010230725A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】小型化できるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】プロジェクター１は、光束を射出する光源装置４１と、システム光軸上に配置され、当該光束から第１色光及び第２色光を分離する分離ミラーを有する色分離装置（第１色分離装置）４３と、分離された第１色光及び第２色光をそれぞれ変調する第１光変調装置（液晶パネル）４６３Ｂ及び第２光変調装置（液晶パネル）４６３Ｇ，４６３Ｒと、変調された第１色光及び第２色光を合成して画像光を形成する色合成装置（クロスダイクロイックプリズム）４６６と、形成された画像光を投射する投射装置３とを備え、色合成装置４６６は、前述のシステム光軸上に位置し、第１光変調装置４６３Ｂを介した第１色光が入射される第１光入射面４６６１Ｂと、第２光変調装置４６３Ｇ，４６３Ｒを介した第２色光が入射される第２光入射面４６６１Ｇ，４６６１Ｒと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来、光源装置と、当該光源装置から射出された光束を複数の色光に分離するダイクロイックミラー等を有する色分離装置と、分離された色光ごとに設けられ、当該色光をそれぞれ変調する液晶パネル等の複数の光変調装置と、変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム（以下、「プリズム」と略す場合がある）等の色合成装置と、当該合成された画像光を投射面上に投射する投射レンズとを備えた、いわゆる三板式のプロジェクターが知られている。このようなプロジェクターとして、上記各装置が平面視略Ｕ字状に配置されたプロジェクター（例えば、特許文献１参照）や、平面視略Ｌ字状に配置されたプロジェクター（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特許文献１に記載のプロジェクターでは、光源装置から射出され、かつ、色分離装置により分離された青色光、緑色光及び赤色光を３つの液晶パネルに入射させ、当該液晶パネルにて変調された各色光をプリズムにより合成する。そして、投射レンズは、合成された画像光を、光源装置による光束の射出方向とは反対方向に投射する。
ここで、当該プロジェクターを水平面に対して傾斜するように配置して、画像光の投射方向と水平方向とが交差するように当該画像光を投射すると、光源装置を構成する光源ランプ内の一対の電極間に形成されるアークの中心が、下方に位置する電極側に寄ってしまう。この状態では、当該各電極間の略中央にアークの中心が位置すると仮定して配置された上記各装置に光束が適切に入射しなくなる可能性があり、形成される画像光の照度が低くなるという問題がある。

これに対し、特許文献２に記載のプロジェクターでは、光源装置及び投射レンズ（投写レンズ）は、当該光源装置による光束の射出方向と、投射装置による画像光の投射方向とが略直交するように配置される。これによれば、画像光の投射方向と水平方向とが交差するように当該画像光が投射される場合でも、光源ランプは、当該光源ランプの軸方向を中心として回転するのみであり、前述のアークの中心が一方の電極側に寄ることがない。従って、投射される画像光の照度の低下を防ぐことができる。

特開２０００−３０５１６４号公報 特開２００４−４５４８２号公報

ここで、特許文献２に記載のプロジェクターでは、光源装置による光束の射出方向上に、２つのダイクロイックミラーが配置されている。これらミラーのうち、前段側のミラーは青色光を反射し、緑色光及び赤色光を透過する。一方、後段側のミラーは緑色光を反射し、赤色光を透過する。そして、当該青色光は、反射ミラー及び液晶パネル等を介してプリズムに入射され、緑色光は液晶パネルを介してプリズムに入射され、また、赤色光は、２つの反射ミラー及び液晶パネルを介してプリズムに入射される。このような各装置の配置では、光源装置から最も近いプリズムの光入射面までの光路が長いので、プロジェクターが大型化するという問題がある。

本発明の目的は、小型化を図ることができるプロジェクター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ーは、光束を射出する光源装置と、システム光軸上に配置され、前記光束から、所定の波長を有する第１色光、及び、他の波長を有する第２色光を分離する分離ミラーを有する色分離装置と、分離された前記第１色光及び前記第２色光をそれぞれ変調する第１光変調装置及び第２光変調装置と、変調された前記第１色光及び前記第２色光を合成して画像光を形成する色合成装置と、形成された前記画像光を投射する投射装置とを備え、前記色合成装置は、前記システム光軸上に位置し、前記第１光変調装置を介した前記第１色光が入射される第１光入射面と、前記第２光変調装置を介した前記第２色光が入射される第２光入射面と、を有することを特徴とする。

ここで、システム光軸とは、光源装置から射出された光束の中心軸を指す。
本発明によれば、光源装置から射出された光束は、システム光軸上に位置する分離ミラーにより、第１色光及び第２色光に分離される。これらのうち、第１色光は、第１光変調装置により変調された後、色合成装置においてシステム光軸上に位置する第１光入射面に入射し、第２色光は、第２光変調装置により変調された後、色合成光学装置の第２光入射面に入射される。そして、これら第１色光及び第２色光は、色合成装置により合成され、投射装置により投射される。
これによれば、色分離装置及び第１光入射面が、システム光軸上にそれぞれ位置するので、前述の特許文献２に記載のプロジェクターに比べ、当該光源装置から、当該光源装置に最も近い色合成装置の光入射面である第１光入射面に到達する第１色光の光路を短縮することができる。従って、前述の画像光の照度低下を防止しつつ、プロジェクターの小型化を図ることができる。

ここで、前述の特許文献２に記載のプロジェクターのように、光源装置から色合成装置までの寸法が長いと、システム光軸に直交する面内における当該光束の照度を均一化する光学素子を有する均一照明装置が設ける場合、低いＦ値を設定しようとすると、当該光学素子の有効口径を大きくする必要がある。
これに対し、本発明によれば、第１色光の光路を短縮することができるので、光学素子の焦点距離を短縮することができる。このため、低いＦ値を設定しても、当該光学素子の有効口径を小さくすることができる。従って、均一照明装置の光学素子を小型化でき、ひいては、プロジェクターの小型化、及び、製造コストの低減を図ることができる。

本発明では、前記光源装置と前記色分離装置との間に配置され、前記システム光軸に直交する面内における前記光源装置から射出された光束の照度を略均一化する光学素子を有する均一照明装置と、前記色分離装置と前記第１光変調装置との間に配置され、入射される前記第１色光を平行化する第１平行化素子とを備え、前記第１平行化素子の有効口径は、前記第１光変調装置における入射光束を変調する変調領域の寸法に応じて設定され、前記光学素子の有効口径は、前記第１平行化素子の有効口径以下に設定されていることが好ましい。

このような均一照明装置を構成する光学素子として、例えば、光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する一対のレンズアレイと、一対のレンズアレイを介して入射される各部分光束を各光変調装置に重畳させる重畳レンズを挙げることができる。この他、均一照明装置は、必要に応じて、入射される光束の偏光方向を１種類に揃える偏光変換素子を備えていてもよい。また、一対のレンズアレイに代えて、内面に反射層が形成された筒状のロッドインテグレーターと、当該ロッドインテグレーターから射出された光を平行化する平行化素子とを採用してもよい。

本発明によれば、第１光変調装置に入射される第１色光を平行化する第１平行化素子が設けられていることにより、当該第１光変調装置に平行光を入射させることができるので、第１光変調装置による光束の変調を適切に行うことができる。また、このような第１平行化素子の有効口径は、光変調装置の変調領域の寸法に応じて設定されているので、当該第１平行化素子、ひいては、プロジェクターの小型化及び製造コストの低減を図ることができる。
更に、均一照明装置を構成する光学素子は、有効口径が第１光変調装置の変調領域の寸法に応じて設定された第１平行化素子の有効口径以下に設定されていることにより、当該光学素子、ひいては、プロジェクターの更なる小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明では、前記色分離装置と前記第２光変調装置との間に配置され、当該色分離装置により分離された前記第２色光を前記第２光変調装置に中継するリレー装置と、前記リレー装置と前記第２光変調装置との間に配置され、入射される前記第２色光を平行化する第２平行化素子とを備え、前記リレー装置は、前記第２色光を前記第２光変調装置に導く反射部材と、入射される前記第２色光を平行化する第３平行化素子と、前記第３平行化素子と前記第２平行化素子との間に配置され、前記第３平行化素子から射出された光束を集光して、第２平行化素子に入射させる集光素子とを備え、前記均一照明装置は、入射される光束を前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置に重畳させる重畳素子を備え、前記重畳素子及び前記集光素子の各有効口径は、前記第１平行化素子の有効口径以下に設定され、前記第２平行化素子及び前記第３平行化素子の各有効口径は、前記第１平行化素子の有効口径と略同じに設定されていることが好ましい。

本発明によれば、リレー装置を構成する反射部材により、分離された第２色光を、第２光変調装置に確実に入射させることができるほか、集光素子により、光の拡散を抑制することができるので、第２光変調装置による第２色光の利用効率の低下を防ぐことができる。また、第２平行化素子及び第３平行化素子の各有効口径は、第１平行化素子の有効口径と略同じであり、また、重畳素子及び集光素子の各有効口径は、第１平行化素子の有効口径以下であるので、これらを小型化することができ、ひいては、プロジェクターの一層の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明では、前記集光素子は、高屈折率を有する光学ガラスにより形成されていることが好ましい。
このような集光素子は、球面レンズとしてもよく、非球面レンズとしてもよい。
本発明によれば、集光素子により、第２光変調装置への入射光束の収差（ディストーション）を抑制することができるので、重畳効率を向上することができ、ひいては、当該第２光変調装置に入射される光束の強度を高めることができる。従って、光源装置から射出され、画像光の形成に利用される光の利用効率を向上することができる。
また、集光素子を、高屈折率を有する光学ガラスにより形成することにより、当該集光素子の曲率を小さくすることができ、集光素子の厚さ寸法を小さくすることができる。従って、プロジェクターの更なる小型化を図ることができる。
更に、集光素子を非球面レンズとして構成すれば、これらの効果をより好適に奏することができる。

或いは、本発明のプロジェクターは、光束を射出する光源装置と、システム光軸に直交する面内における前記光源装置から射出された光束の照度を略均一化する均一照明装置と、前記システム光軸上に配置され、前記均一照明装置から射出された光束から、所定の波長を有する第１色光、及び、他の波長を有する第２色光を分離する色分離装置と、分離された前記第１色光及び前記第２色光をそれぞれ変調する第１光変調装置及び第２光変調装置と、変調された前記第１色光及び前記第２色光を合成して画像光を形成する色合成装置と、形成された前記画像光を投射する投射装置とを備え、前記均一照明装置は、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に変換する一対のレンズアレイと、前記複数の部分光束を前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置に重畳させる重畳素子とを備え、前記色分離装置は、前記重畳素子と前記第１光変調装置との間に配置され、前記集光素子から射出された光束から前記第１色光を分離して、当該第１色光を前記第１光変調装置に直接入射させる分離ミラーを有することを特徴とする。

本発明によれば、前述のプロジェクターと同様の効果を奏することができる。
すなわち、光源装置から射出された光束のうち、第１色光は、システム光軸上に位置する分離ミラーにより分離され、第１光変調装置を介して色合成装置に入射される。これによれば、前述の特許文献２に記載のプロジェクターに比べ、当該光源装置から、当該光源装置に最も近い色合成装置の光入射面に到達する第１色光の光路を短縮することができる。従って、前述の画像光の照度低下を防止しつつ、プロジェクターの小型化を図ることができる。また、これにより、低いＦ値を設定しても、均一照明装置を構成する各光学素子の有効口径を小さくすることができるので、プロジェクターの小型化、及び、製造コストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクターの構成を示す模式図。 前記実施形態における光学装置の一部を拡大して示す模式図。 従来の光学装置の一部を拡大して示す模式図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクターの概略構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係るプロジェクター１の構成を示す模式図である。
本実施形態に係るプロジェクター１は、光源装置から射出された光束を変調して、画像情報に応じた画像光を形成し、当該画像光をスクリーン等の投射面上に拡大投射するものである。このプロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２、投射装置３及び光学装置４等を備える。
また、これらの他に、プロジェクター１は、図示を省略したが、当該プロジェクター１内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却装置、プロジェクター１内部の各構成部材に電力を供給する電源装置、及び、プロジェクター１全体を制御する制御装置等を備え、これら各装置は、外装筐体２内に配置されている。

〔外装筐体及び投射装置の構成〕
外装筐体２は、投射装置３及び光学装置４等を内部に収納配置するものであり、全体略直方体形状に形成されている。
投射装置３は、光学装置４にて形成された画像光を、投射面上に結像させるとともに、当該画像光を拡大投射する。この投射装置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。

〔光学装置の構成〕
光学装置４は、前述の制御装置による制御下で、光源装置４１から射出された光束を光学的に処理して、画像情報に応じた画像光を形成する。この光学装置４は、外装筐体２の背面に沿って延出するとともに、外装筐体２の一方の側面に沿って延出する平面視略Ｌ字状を有している。
このような光学装置４は、光源装置４１、均一照明装置４２、第１色分離装置４３、第２色分離装置４４、リレー装置４５及び電気光学装置４６と、内部に設定された照明光軸Ａ上の所定位置に各装置４１〜４６を収納配置するとともに、投射装置３を所定位置で支持固定する光学部品用筐体４７とを備える。

〔光源装置の構成〕
光源装置４１は、光を射出する光源４１１と、当該光源４１１から射出された光を反射して、所定位置に収束させるリフレクター４１２と、リフレクター４１２にて反射されて収束される光束を前述の照明光軸Ａに対して平行化する平行化レンズ４１３とを備える。このような光源４１１としては、高圧水銀ランプ等の光源ランプを採用することができるほか、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体光源を採用することができる。また、リフレクター４１２としては、回転楕円面を有する楕円面リフレクターにより構成することができるほか、回転放物面を有する放物面リフレクターや、自由曲面リフレクターで構成することも可能である。なお、後者の場合には、平行化レンズ４１３を省略することができる。このような光源装置４１による光束の射出方向は、投射装置３による画像光の投射方向に対して直交する。

〔均一照明装置の構成〕
均一照明装置４２は、光源装置４１から射出された光束の中心軸（システム光軸）に直交する面内における当該光束の照度を略均一化して、電気光学装置４６を構成する液晶パネル４６３の変調領域（画像形成領域）を略均一に照明する。この均一照明装置４２は、光源装置４１からの光束の入射順に、第１レンズアレイ４２１、第２レンズアレイ４２２、偏光変換素子４２３及び重畳レンズ４２４を備える。

第１レンズアレイ４２１は、詳しい図示を省略するが、前述の中心軸に略直交する面内に、複数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。これら小レンズは、照明光軸Ａ方向から見て略矩形状の輪郭を有し、当該各小レンズは、光源装置４１から射出された光束を、複数の部分光束に分割する。
第２レンズアレイ４２２は、第１レンズアレイ４２１と同様の構成を有しており、第１レンズアレイ４１２の各小レンズに対応する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４２２は、重畳レンズ４２４とともに、第２レンズアレイ４２２の各小レンズの像を、液晶パネル４６３の変調領域に結像させる。

偏光変換素子４２３は、第２レンズアレイ４２２と重畳レンズ４２４との間に配置され、当該第２レンズアレイ４２２からの光を１種類の直線偏光に変換する。
重畳レンズ４２４は、本発明の重畳素子に相当し、偏光変換素子４２３から入射される各部分光束を、液晶パネル４６３の変調領域に重畳する。この重畳レンズ４２４は、後述するリレー装置４５を構成する集光レンズ４５３，４５６と共役関係にあり、当該集光レンズ４５３，４５６と略同じ有効口径を有している。
このような均一照明装置４２を構成する各レンズアレイ４２１，４２２、偏光変換素子４２３及び重畳レンズ４２４の各有効口径は、本実施形態においては、後述するフィールドレンズ４６１の有効口径以下に設定されている。

〔第１色分離装置及び第２色分離装置の構成〕
第１色分離装置４３及び第２色分離装置４４は、本発明の色分離装置に相当し、本実施形態では、それぞれ分離ミラーであるダイクロイックミラーにより構成され、入射される光束のうち、所定波長の色光を透過し、他の波長の色光を反射する。
具体的に、第１色分離装置４３は、光源装置４１により射出された光束の中心軸であるシステム光軸上に位置し、重畳レンズ４２４から入射される光束のうち、第１色光としての青色光を透過し、第２色光としての緑色光及び赤色光を反射する。そして、当該青色光は、後述する青色光用のフィールドレンズ４６１Ｂに入射する。
第２色分離装置４４は、リレー装置４５を構成する集光レンズ４５３と平行化レンズ４５４との間に配置され、第１色分離装置４３により分離された赤色光を透過し、同じく分離された緑色光を反射する。そして、分離された緑色光は、緑色光用のフィールドレンズ４６１Ｇに入射し、分離された赤色光は、リレー装置４５を介して、赤色光用のフィールドレンズ４６１Ｒに入射する。

〔リレー装置の構成〕
リレー装置４５は、第１色分離装置４３により分離された緑色光及び赤色光を、電気光学装置４６の緑色光用及び赤色光用のフィールドレンズ４６１Ｇ，４６１Ｒにそれぞれ導く。このリレー装置４５は、当該緑色光及び赤色光の透過順に、平行化レンズ４５１、反射ミラー４５２、集光レンズ４５３、平行化レンズ４５４、反射ミラー４５５、集光レンズ４５６及び反射ミラー４５７を備える。
平行化レンズ４５１は、第１色分離装置４３により反射された緑色光及び赤色光を平行化する。
反射ミラー４５２は、平行化レンズ４５１から入射される緑色光及び赤色光の光路を直角に屈曲させる。この反射ミラー４５５により反射された緑色光及び赤色光は、光源装置４１による光束の射出方向と平行で、かつ、当該射出方向と同方向に進行する。

集光レンズ４５３は、高屈折率を有する光学ガラス（例えば、ＨＯＹＡ製ＦＤ６０又はＴＡＦ３）により形成された非球面レンズであり、反射ミラー４５５から入射される緑色光及び赤色光を集光して、第２色分離装置４４に入射させる。この集光レンズ４５６は、第１色分離装置４３により分離された青色光の光路の長さより、緑色光及び赤色光の光路の長さの方が長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する。

平行化レンズ４５４は、第２色分離装置４４を挟んで、集光レンズ４５３とは反対側に位置し、第２色分離装置４４を透過した赤色光を平行化して、反射ミラー４５５に導く。
反射ミラー４５５は、平行化レンズ４５４を介して入射される赤色光の光路を直角に屈曲させる。この反射ミラー４５５により反射された赤色光は、第１色分離装置４３により反射された後の緑色光及び赤色光の進行方向とは反対方向に進行する。
集光レンズ４５６は、集光レンズ４５３と同様の構成を有し、入射される赤色光を集光して、反射ミラー４５７に入射させる。この集光レンズ４５６は、集光レンズ４５３と同様に、緑色光の光路の長さに比べて光路が長い赤色光の光利用効率の低下を防止する。

反射ミラー４５７は、集光レンズ４５６から入射される赤色光の光路を直角に屈曲させ、フィールドレンズ４６１Ｒに入射させる。この反射ミラー４５７により反射された赤色光の進行方向は、光源装置４１からの光束の射出方向とは反対方向となり、また、当該赤色光の光路の延長線は、当該射出方向上に位置する第１色分離装置４３を透過した青色光の光路の延長線と重なる。この反射ミラー４５７は、反射ミラー４５２，４５５とともに、本発明の反射部材に相当する。

このようなリレー装置では、本発明の第３平行化素子としての平行化レンズ４５１，４５４は、後述するフィールドレンズ４６１と共役関係にあり、これら平行化レンズ４５１，４５４の有効口径は、当該フィールドレンズ４６１の有効口径と略一致する。
また、本発明の集光素子としての集光レンズ４５３，４５６は、重畳レンズ４２４と共役関係にあり、当該集光レンズ４５３，４５６の有効口径は、後述するフィールドレンズ４６１の有効口径以下に設定された重畳レンズ４２４の有効口径と略一致する。

〔電気光学装置の構成〕
電気光学装置４６は、前述の制御装置から入力される駆動信号に応じた画像光を形成する。この電気光学装置４６は、それぞれ分離された青色光、緑色光及び赤色光に応じて設けられるそれぞれ３つのフィールドレンズ４６１、入射側偏光板４６２、液晶パネル４６３、視野角補償板４６４及び射出側偏光板４６５と、色合成装置としての１つのクロスダイクロイックプリズム４６６とを備える。

３つのフィールドレンズ４６１（青色光、緑色光及び赤色光用のフィールドレンズを、それぞれ４６１Ｂ，４６１Ｇ，４６１Ｒとする）は、第１色分離装置４３及び第２色分離装置４４により分離された青色光、緑色光及び赤色光の光路上にそれぞれ配置されている。そして、これらフィールドレンズ４６１は、入射される各色の部分光束を、照明光軸Ａに対して平行な光束にそれぞれ変換する。

具体的に、フィールドレンズ４６１Ｂは、本発明の第１平行化素子に相当し、当該フィールドレンズ４６１Ｂには、第１色分離装置４３を透過した青色光が入射される。フィールドレンズ４６１Ｇ，４６１Ｒは、それぞれ本発明の第２平行化素子に相当し、当該フィールドレンズ４６１Ｇには、第２色分離装置４４により反射された緑色光が入射され、フィールドレンズ４６１Ｒには、反射ミラー４５７により反射された赤色光が入射される。
このようなフィールドレンズ４６１は、前述のように、それぞれ平行化レンズ４５１，４５４と共役関係にあり、フィールドレンズ４６１の有効口径は、各光路後段に位置する液晶パネル４６３において入射光を変調する変調領域に応じて設定されている。なお、本実施形態では、当該有効口径は、当該変調領域と略同じ寸法に設定されている。

３つの入射側偏光板４６２には、それぞれ、偏光変換素子４２３により偏光方向が一方向に揃えられ、各フィールドレンズ４６１を透過した青色光、緑色光及び赤色光が入射する。これら入射側偏光板４６２は、入射した光束のうち、当該偏光変換素子４２３で揃えられた光束の偏光方向と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。このような入射側偏光板４６２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層が貼付された構成を有している。

液晶パネル４６３（赤色光用、緑色光用及び青色光用の液晶パネルを、それぞれ４６３Ｒ，４６３Ｇ，４６３Ｂとする）は、詳しい図示を省略するが、それぞれ、一対の透明なガラス基板間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ている。これら３つの液晶パネル４６３では、前述の制御装置から入力される駆動信号に応じて、入射光を変調する変調領域に位置する液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板４６２から入射される光束の偏光方向が変調されることで、画像光が形成される。このような液晶パネル４６３のうち、液晶パネル４６３Ｂは、本発明の第１光変調装置に相当し、また、液晶パネル４６３Ｇ，４６３Ｒは、本発明の第２光変調装置に相当する。

視野角補償板４６４は、液晶パネル４６３に光束が斜方入射した場合（パネル面の法線方向に対して傾斜して入射した場合）の当該液晶パネル４６３で生じる複屈折による常光と異常光との間に生じる位相差を補償する。
射出側偏光板４６５は、液晶パネル４６３から射出され視野角補償板４６４を介した光束のうち、入射側偏光板４６２における光束の透過軸と直交する偏光方向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。このような射出側偏光板４６５は、前述の入射側偏光板４６２と同様の構成とすることができる。

クロスダイクロイックプリズム（以下、「プリズム」と略す場合がある）４６６は、射出側偏光板４６５から射出された色光毎の変調光を合成してフルカラーの画像光を形成する色合成装置である。
このプリズム４６６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、３つの光入射面４６６１（青色光、緑色光及び赤色光が入射する光入射面を、それぞれ光入射面４６６１Ｂ，４６６１Ｇ，４６６１Ｒとする）と、１つの光射出面４６６２とを有する。そして、プリズム４６６における直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層層が形成されている。これら誘電体多層層は、光入射面４６６１Ｇから入射された緑色光を透過し、当該光入射面４６６１Ｇに直交する光入射面４６６１Ｂ，４６６１Ｒから入射された青色光及び赤色光を反射する。

このようにして、液晶パネル４６３により変調された青色光、緑色光及び赤色光が合成されてフルカラーの画像光が形成される。そして、当該画像光は、光入射面４６６１Ｇ及び投射装置３に対向する光射出面４６６２から射出され、当該投射装置３により拡大投射される。このような光入射面４６６１のうち、前述のシステム光軸上に位置する光入射面４６６１Ｂは、本発明の第１光入射面に相当し、光入射面４６６１Ｇ，４６６１Ｒは、本発明の第２光入射面に相当する。

〔青色光の光路〕
図２は、図１にて示した光学装置４の一部を拡大して示す模式図である。また、図３は、従来の光学装置４Ａの一部を拡大して示す模式図である。なお、図２及び図３においては、青色光が透過する構成以外の光学部品の図示を省略している。
ここで、従来の光学装置４Ａ（例えば、前述の特許文献２に記載の光学装置）の構成について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

光学装置４Ａは、光学装置４と同様に、光源装置４１から射出された光束を、画像情報に応じて変調して画像光を形成する。この光学装置４Ａでは、図３に示すように、光源装置４１から射出された光束は、均一照明装置４２Ａを介して、第１色分離装置４３Ａに入射する。この第１色分離装置４３Ａは、ダイクロイックミラーで構成され、入射光束の中心軸に対して青色光を直角に反射し、緑色光及び赤色光を当該中心軸と平行に透過する。このうち、青色光は、反射ミラー４９により再度直角に反射され、電気光学装置４６の各光学部品４６１Ｂ〜４６５を介して、光入射面４６６１Ｂに入射される。なお、緑色光は、図示を省略するが、ダイクロイックミラーにより反射された後、各光学部品４６１Ｇ〜４６５を介して光入射面４６６１Ｇに入射され、赤色光は、当該ダイクロイックミラーを透過した後、リレー装置及び光学部品４６１Ｒ〜４６５を介して光入射面４６６１Ｒに入射される。

このように、従来の光学装置４Ａでは、第１色分離装置４３Ａにより分離された青色光は、当該第１色分離装置４３Ａからフィールドレンズ４６１Ｂに直接入射されずに、反射ミラー４９を介して入射する。このため、光学装置４Ａにおける青色光の光路の長さ、すなわち、光源装置４１から最も近い光入射面４６６１Ｂまでの色光の光路が長くなる。このように、光源装置４１から光入射面４６６１Ｂまでの寸法が大きいと、低いＦ値に設定しようとした場合、均一照明装置４２Ａを構成する一対のレンズアレイ４２１Ａ，４２２Ａ、偏光変換素子４２３Ａ及び重畳レンズ４２４Ａの各有効口径を大きく設定する必要がある。これは、均一照明装置４２Ａ、ひいては、光学装置４Ａの大型化の要因となる。

これに対し、光学装置４では、図１及び図２に示すように、第１色分離装置４３により分離された青色光は、反射ミラー４９を介することなく、フィールドレンズ４６１Ｂに直接入射され、当該フィールドレンズ４６１Ｂのほか、各光学部品４６２〜４６５を介して、システム光軸上に位置する光入射面４６６１Ｂに入射される。このため、従来の光学装置４Ａに比べて、青色光の光路の長さ、すなわち、光源装置４１から最も近い光入射面４６６１Ｂまでの色光の光路を短縮することができる。

そして、光源装置４１から光入射面４６６１Ｂまでの色光の光路を短縮できることにより、入射光束を液晶パネル４６３の変調領域に重畳させる第２レンズアレイ４２２及び重畳レンズ４２４の焦点距離を短縮することができる。これにより、低いＦ値（本実施形態では、Ｆ値＝２．０）に設定しても、当該第２レンズアレイ４２２及び重畳レンズ４２４の各有効口径を小さくすることができ、当該各有効口径を、変調領域の寸法に応じて寸法が設定されたフィールドレンズ４６１の有効口径以下に設定することが可能となる。

更に、第２レンズアレイ４２２の有効口径を小さくできることに伴って、当該第２レンズアレイ４２２に部分光束を入射させる第１レンズアレイ４２１、及び、第２レンズアレイ４２２から部分光束が入射される偏光変換素子４２３の有効口径も小さくすることができる。従って、投射画像の照度を高く維持したままで、均一照明装置４２を小型化することができ、光学装置４、ひいては、プロジェクター１の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

加えて、リレー装置４５を構成する平行化レンズ４５１，４５４は、フィールドレンズ４６１と共役関係にあり、また、同じくリレー装置４５を構成する集光レンズ４５３，４５６は、重畳レンズ４２４と共役関係にある。このため、これら集光レンズ４５３，４５６の各有効口径を、重畳レンズ４２４に合わせて小さくすることができ、これにより、リレー装置４５及び光学装置４、ひいては、プロジェクター１の更なる小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果がある。
第１色分離装置４３と光入射面４６６１Ｂとが、システム光軸上にそれぞれ位置するので、光源装置４１から最も近い光入射面４６６１Ｂまでの青色光の光路を短縮することができる。これにより、投射装置３による画像光の投射方向が水平面に対して傾斜した場合でも画像光の照度低下を防止することができるほか、プロジェクター１の小型化を図ることができる。また、これにより、低いＦ値を設定しても、均一照明装置４２の各光学素子４２１〜４２４の有効口径を小さくすることができるので、形成される画像光の照度を高く維持したまま、プロジェクターの一層の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

液晶パネル４６３の前段には、フィールドレンズ４６１が設けられているので、当該液晶パネル４６３に平行光を入射させることができ、当該各液晶パネル４６３による光束の変調を適切に行うことができる。また、各フィールドレンズ４６１の有効口径は、対応する各液晶パネル４６３の変調領域の寸法と略一致するので、各フィールドレンズ４６１、ひいては、プロジェクター１の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。
更に、均一照明装置４２を構成する各光学素子４２１〜４２４の有効口径は、当該フィールドレンズ４６１の有効口径以下に設定されているので、当該均一照明装置４２、ひいては、プロジェクター１の更なる小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

リレー装置４５の反射ミラー４５２，４５５，４５７により、第１色分離装置４３で分離された緑色光及び赤色光を、液晶パネル４６３Ｇ，４６３Ｒにそれぞれ確実に入射させることができるほか、集光レンズ４５３，４５６により、当該緑色光及び赤色光の利用効率の低下を防ぐことができる。
また、平行化レンズ４５１，４５４の各有効口径は、フィールドレンズ４６１の有効口径と略同じであり、重畳レンズ４２４及び集光レンズ４５３，４５６の各有効口径は、フィールドレンズ４６１の有効口径以下であるので、光学装置４、ひいては、プロジェクター１の一層の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

集光レンズ４５３，４５６は、高屈折率を有する光学ガラスにより非球面レンズとして構成されているので、青色光の光路の長さより長い光路を有し、かつ、液晶パネル４６３Ｇ，４６３Ｒに重畳される緑色光及び赤色光の収差（ディストーション）を抑制することができる。従って、緑色光及び赤色光の重畳効率を向上することができ、液晶パネル４６３Ｇ，４６３Ｂにて画像光の形成に利用される光の利用効率を向上することができる。
また、これら集光レンズ４５３，４５６が、高屈折率を有する光学ガラスにより形成されているので、当該各集光レンズ４５３，４５６の曲率を小さくすることができ、集光レンズ４５３，４５６の厚さ寸法を小さくすることができる。従って、プロジェクター１の更なる小型化を図ることができる。

〔実施形態の変形〕
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、第１色分離装置４３は、青色光を透過し、緑色光及び赤色光を反射する構成とし、また、第２色分離装置４４は、赤色光を透過し、緑色光を反射する構成としたが、本発明はこれに限らない。例えば、第１色分離装置４３は、赤色光を透過し、緑色光及び青色光を反射する構成とし、第２色分離装置４４は、青色光を透過し、緑色光を反射する構成としてもよい。

前記実施形態では、光源装置４１と第１色分離装置４３との間には、均一照明装置４２が設けられるとしたが、本発明はこれに限らず、当該均一照明装置４２は無くてもよい。また、均一照明装置４２は、一対のレンズアレイ４２１，４２２、偏光変換素子４２３及び重畳レンズ４２４を備える構成としたが、本発明はこれに限らず、当該一対のレンズアレイ４２１，４２２に代えて、ロッドインテグレーター及び平行化レンズを採用してもよい。

前記実施形態では、第１平行化素子としてのフィールドレンズ４６１Ｂの有効口径は、光変調装置としての液晶パネル４６３Ｂの変調領域の寸法と略一致する寸法を有するとしたが、本発明はこれに限らず、当該変調領域を覆う程度の寸法を有していればよい。また、均一照明装置４２を構成する各光学素子４２１〜４２４の各有効口径は、フィールドレンズ４６１の有効口径以下に設定されるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、当該各光学素子４２１〜４２４の少なくともいずれかの有効口径が、フィールドレンズ４６１の有効口径以下に設定されていればよく、或いは、当該各光学素子４２１〜４２４の有効口径が、フィールドレンズ４６１の有効口径より大きくてもよい。更に、リフレクター４１２の開口面の径寸法も、光学素子４２１〜４２４の有効口径に合わせて、フィールドレンズ４６１の有効口径以下に設定すれば、前述の効果を一層好適に奏することができる。

前記実施形態では、集光レンズ４５３，４５６は、重畳レンズ４２４と共役関係にあり、当該集光レンズ４５３，４５６の有効口径は、重畳レンズ４２４の有効口径と略一致するとしたが、本発明はこれに限らず、当該重畳レンズ４２４の有効口径より大きくてもよい。また、平行化レンズ４５１，４５４は、フィールドレンズ４６１と共役関係にあり、当該平行化レンズ４５１，４５４の有効口径は、フィールドレンズ４６１の有効口径と略一致するとしたが、本発明はこれに限らず、当該フィールドレンズ４６１の有効口径より大きくてもよい。

前記実施形態では、集光レンズ４５３，４５６は、高屈折率を有する光学ガラスにより、非球面レンズとして構成されるとしたが、本発明はこれに限らず、一般的な光学ガラスにより形成してもよい。また、当該集光レンズ４５３，４５６は、非球面レンズに限らず、球面レンズとしてもよい。

前記実施形態では、第１色分離装置４３により、青色光と、緑色光及び赤色光とを分離し、更に第２色分離装置４４により、緑色光と赤色光とを分離したが、本発明はこれに限らない。すなわち、第１色分離装置により、所定の波長を有する第１色光と、他の波長を有する第２色光とを分離し、当該第１色光及び第２色光を、それぞれ、個別に設けられた液晶パネル等の光変調装置に入射させる構成としてもよい。
また、前記実施形態では、第１色分離装置４３及び第２色分離装置４４により、光源装置４１から射出された光束を青色光、緑色光及び赤色光に分離するとしたが、本発明はこれに限らず、複数の色光に分離できればよい。

前記実施形態では、プロジェクター１は、光変調装置として、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネル４６３を用いていたが、本発明はこれに限らず、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。

本発明は、プロジェクターに好適に利用することができる。

１…プロジェクター、３…投射装置、４１…光源装置、４２…均一照明装置、４３…第１色分離装置（色分離装置、分離ミラー）、４５…リレー装置、４２１…第１レンズアレイ（光学素子、レンズアレイ）、４２２…第２レンズアレイ（光学素子、レンズアレイ）、４２３…偏光変換素子（重畳素子、光学素子）、４２４…重畳レンズ（光学素子、重畳素子）、４５１，４５４…平行化レンズ（第３平行化素子）、４５２，４５５，４５７…反射ミラー（反射部材）、４５３，４５６…集光レンズ（集光素子）、４６１Ｂ…フィールドレンズ（第１平行化素子）、４６１Ｇ，４６１Ｒ…フィールドレンズ（第２平行化素子）、４６３Ｂ…液晶パネル（第１光変調装置）、４６３Ｇ，４６３Ｒ…液晶パネル（第２光変調装置）、４６６…クロスダイクロイックプリズム（色合成装置）、４６６１Ｂ…光入射面（第１光入射面）、４６６１Ｇ，４６６１Ｒ…光入射面（第２光入射面）。

Claims (5)

1. 光束を射出する光源装置と、
   システム光軸上に配置され、前記光束から、所定の波長を有する第１色光、及び、他の波長を有する第２色光を分離する分離ミラーを有する色分離装置と、
   分離された前記第１色光及び前記第２色光をそれぞれ変調する第１光変調装置及び第２光変調装置と、
   変調された前記第１色光及び前記第２色光を合成して画像光を形成する色合成装置と、
   形成された前記画像光を投射する投射装置とを備え、
   前記色合成装置は、
   前記システム光軸上に位置し、前記第１光変調装置を介した前記第１色光が入射される第１光入射面と、
   前記第２光変調装置を介した前記第２色光が入射される第２光入射面と、
   を有することを特徴とするプロジェクター。
2. 請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
   前記光源装置と前記色分離装置との間に配置され、前記システム光軸に直交する面内における前記光源装置から射出された光束の照度を略均一化する光学素子を有する均一照明装置と、
   前記色分離装置と前記第１光変調装置との間に配置され、入射される前記第１色光を平行化する第１平行化素子とを備え、
   前記第１平行化素子の有効口径は、前記第１光変調装置における入射光束を変調する変調領域の寸法に応じて設定され、
   前記光学素子の有効口径は、前記第１平行化素子の有効口径以下に設定されていることを特徴とするプロジェクター。
3. 請求項２に記載のプロジェクターにおいて、
   前記色分離装置と前記第２光変調装置との間に配置され、当該色分離装置により分離された前記第２色光を前記第２光変調装置に中継するリレー装置と、
   前記リレー装置と前記第２光変調装置との間に配置され、入射される前記第２色光を平行化する第２平行化素子とを備え、
   前記リレー装置は、
   前記第２色光を前記第２光変調装置に導く反射部材と、
   入射される前記第２色光を平行化する第３平行化素子と、
   前記第３平行化素子と前記第２平行化素子との間に配置され、前記第３平行化素子から射出された光束を集光して、第２平行化素子に入射させる集光素子とを備え、
   前記均一照明装置は、入射される光束を前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置に重畳させる重畳素子を備え、
   前記重畳素子及び前記集光素子の各有効口径は、前記第１平行化素子の有効口径以下に設定され、
   前記第２平行化素子及び前記第３平行化素子の各有効口径は、前記第１平行化素子の有効口径と略同じに設定されていることを特徴とするプロジェクター。
4. 請求項３に記載のプロジェクターにおいて、
   前記集光素子は、高屈折率を有する光学ガラスにより形成されていることを特徴とするプロジェクター。
5. 光束を射出する光源装置と、
   システム光軸に直交する面内における前記光源装置から射出された光束の照度を略均一化する均一照明装置と、
   前記システム光軸上に配置され、前記均一照明装置から射出された光束から、所定の波長を有する第１色光、及び、他の波長を有する第２色光を分離する色分離装置と、
   分離された前記第１色光及び前記第２色光をそれぞれ変調する第１光変調装置及び第２光変調装置と、
   変調された前記第１色光及び前記第２色光を合成して画像光を形成する色合成装置と、
   形成された前記画像光を投射する投射装置とを備え、
   前記均一照明装置は、
   前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に変換する一対のレンズアレイと、
   前記複数の部分光束を前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置に重畳させる重畳素子とを備え、
   前記色分離装置は、前記重畳素子と前記第１光変調装置との間に配置され、前記集光素子から射出された光束から前記第１色光を分離して、当該第１色光を前記第１光変調装置に直接入射させる分離ミラーを有することを特徴とするプロジェクター。

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