JP2010243779A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】輝度むらの発生を抑制できるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】プロジェクターは、複数の第１レンズ４２１１により入射光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイ４２１と、各部分光束がそれぞれ入射される複数の第２レンズ４２２１を有する第２レンズアレイ４２２と、第１レンズアレイ４２１から出射される光束の中心軸ＣＡを挟んで略対称配置され、端部５１１，５２１が第２レンズアレイ４２２に近接及び離間するように回動して、第２レンズアレイ４２２に入射される光束の透過領域ＴＡに挿入される遮光板５１，５２とを備え、第１レンズ４２１１の少なくともいずれかは、端部５１１，５２１が最接近するレンズ４２１２であり、第２レンズ４２２１の少なくともいずれかは、レンズ４２１２に対応するレンズ４２２２であり、レンズ４２２２の物体焦点Ｆ１は、他の第２レンズ４２２３の物体焦点Ｆ２より光路上流側に設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来、光源装置と、当該光源装置から出射された光束を変調して、画像情報に応じた画像光を形成する液晶パネル等の光変調装置と、形成された画像光をスクリーン等の投射面上に拡大投射する投射光学装置とを備えた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では、形成される画像の輝度むらを抑制するために、光源装置から出射された光束の中心軸に直交する面内の照度（面内照度）を略均一化して、光変調装置の画像形成領域を略均一に照明する均一照明装置が採用される場合がある。このような均一照明装置として、それぞれ入射光束の中心軸に直交する面内に複数のレンズがマトリクス状に配列され、当該入射光束を複数の部分光束に分割する一対のレンズアレイを備えた構成が知られている。

一方、形成される画像のコントラスト向上のために、光源装置から出射された光束の一部を遮光する調光装置を備えたプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の調光装置は、一対のレンズアレイ間を透過する光束の中心軸に略直交する方向に沿う回動軸を中心として回動して、当該光束の透過領域に挿入される一対の遮光板を備え、これら一対の遮光板により、光路上流側のレンズアレイから光路下流側のレンズアレイに入射される光量を低減させ、ひいては、液晶パネルに入射される光量を低減する。

特開２００４−６９９６６号公報

近年、携帯性の向上等のために、プロジェクターの小型化が要望され、前述の一対のレンズアレイ間の距離を短縮することが提案されている。しかしながら、当該距離を単純に短縮すると、遮光板の位置によって、形成される画像に輝度むらが生じる場合がある。

具体的に、一対のレンズアレイ間の距離が短縮されると、回動する遮光板の端部は、短縮される前より光路上流側のレンズアレイに一層接近する。ここで、光路下流側のレンズアレイの各レンズ（下流側レンズ）の物体焦点（物体空間側の焦点）は、光路上流側のレンズアレイにおいて対応するレンズの光路下流側の端面近傍に設定される場合がある。このような場合、遮光板の回動時に当該端部が光路上流側のレンズアレイに接近すると、当該端部が最接近する光路上流側のレンズアレイのレンズ（上流側レンズ）から出射された部分光束は、対応する下流側レンズの物体焦点近傍で遮光板により部分的に遮光される状態が生じうる。この状態では、当該部分光束においては、遮光板を回り込む光が少なくなり、当該遮光板の影が鮮明となる。

このような部分光束が画像形成領域に重畳される際には、一方の遮光板の影を他方の遮光板により遮光される部分光束が補う。しかしながら、例えば、透過領域における２／３の領域が遮蔽された各部分光束が画像形成領域に重畳されると、当該画像形成領域における中央の照度が他の領域より低くなり、逆に１／３の領域が遮光された各部分光束が重畳されると、当該中央の照度が他の領域より高くなる。このように、遮光板の位置によっては、画像形成領域を照明する光の照度分布が均一でなく、形成される画像に輝度むらが生じるという問題がある。

本発明の目的は、輝度むらの発生を抑制す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、光源装置と、当該光源装置から出射された光束を変調して画像光を形成する光変調装置と、形成された前記画像光を投射する投射光学装置と、前記光源装置と前記光変調装置との間に配置され、当該光変調装置に入射される光束の中心軸に直交する面内の照度を略均一化する均一照明装置と、前記光変調装置に入射される光量を低減させる調光装置とを備え、前記均一照明装置は、前記光源装置から出射された光束の中心軸に直交する面内に配列された複数の第１レンズにより、入射される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レンズアレイの光路下流側に配置され、前記複数の第１レンズに応じて配列されて、当該各第１レンズから出射された部分光束がそれぞれ入射される複数の第２レンズを有する第２レンズアレイとを備え、前記調光装置は、前記第１レンズアレイから出射される光束の中心軸を挟んでそれぞれ略対称配置され、端部が前記第２レンズアレイに対して近接及び離間するように回動することで、前記第１レンズアレイから前記第２レンズアレイに入射される光束の透過領域にそれぞれ挿入される一対の遮光板を備え、前記複数の第１レンズのうちの少なくともいずれかは、回動される前記遮光板の端部が最接近する対象第１レンズであり、前記複数の第２レンズのうちの少なくともいずれかは、前記対象第１レンズに対応する対象第２レンズであり、前記対象第２レンズの物体焦点は、他の前記第２レンズの物体焦点より、光路上流側に設定されていることを特徴とする。

このような対象第２レンズは、例えば、複数の第２レンズが、当該第２レンズアレイに入射される光束の中心軸に直交する面内にマトリクス状に配列されている場合には、当該第２レンズアレイにおける各遮光板の回動軸に近接する側の端部に位置する第２レンズとすることができる。換言すると、このような対象第２レンズは、第１レンズアレイから出射された光束の中心軸及び遮光板の回動軸にそれぞれ直交する方向の第１レンズアレイの端部に位置する第１レンズに対応する第２レンズとすることができる。

本発明によれば、遮光板が最接近する対象第１レンズに対応する対象第２レンズの物体焦点が、当該対象第１レンズにおいて他の第２レンズの物体焦点より光路上流側に設定されている。これによれば、対象第１レンズから出射され、かつ、対象第２レンズに入射される部分光束が、遮光板により対象第２レンズの物体焦点近傍で遮光されることを防ぐことができる。すなわち、当該部分光束は、遮光板により対象第２レンズの物体焦点から離れた位置で遮光されることにより、当該遮光板を回り込んで対象第２レンズに入射される光が生じるため、当該遮光板の影が鮮明とならない。このため、対象第１レンズから出射された部分光束の一部が遮光された場合でも、当該遮光板を回り込む光により、各対象第２レンズからの部分光束が重畳されて光変調装置を照明する光に照度むらが生じることを抑制することができ、各第２レンズから出射された各部分光束により、光変調装置を略均一に照明することができる。従って、形成される画像に輝度むらが生じることを抑制することができる。また、これにより、輝度むらの発生を抑制しつつ、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの距離を短縮することができるので、プロジェクターの小型化を図ることができる。

ここで、各小レンズのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列された一般的な光路下流側のレンズアレイでは、当該各小レンズの物体焦点は、光路上流側のレンズアレイにおいて対応する小レンズの光路下流側の端面近傍に設定され、各小レンズのレンズ曲面が光路上流側を向くように配列された一般的な光路下流側のレンズアレイでは、当該各小レンズの物体焦点は、光路上流側のレンズアレイにおいて対応する小レンズの光路上流側の端面近傍に設定される。これに対し、全ての第２レンズの物体焦点を、当該一般的な光路下流側のレンズアレイの各小レンズで採用される物体焦点より光路上流側に設定することが考えられ、例えば、全ての第２レンズの物体焦点を、対応する第１レンズの光路上流側の端面近傍、或いは、当該端面より更に光路上流側に設定する構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、光変調装置に結像される各第２レンズの像（特に、当該像の端縁）が鮮明でなくなり、照明領域（照明範囲）が縮小されて、照度むらが生じる可能性がある。

これに対し、本発明によれば、全ての第２レンズの物体焦点の位置を変更する場合に比べて、当該照明領域が縮小される部分光束を少なくすることができるので、光変調装置を適切に照明することができ、照度むらの発生を確実に抑制することができる。更に、光源装置が光源ランプを有している場合には、当該光源装置から出射された光束の中心軸近傍に比べて周縁近傍の光の強度は低く、これにより、当該光束の周縁近傍に位置する対象第２レンズから出射される光の強度は低くなる。このため、前述の照明領域の縮小の影響を最小限に抑えることができる。

また、対象第２レンズの物体焦点を、他の第２レンズの物体焦点より光路下流側に設定する場合には、回動する遮光板の軌跡を考慮して、当該物体焦点を遮光板から離間させるように設定する必要があるため、対象第２レンズの物体焦点の設定が複雑になる。
これに対し、対象第２レンズの物体焦点を、他の第２レンズの物体焦点より光路上流側に設定することにより、遮光板の軌跡に依らずに、当該物体焦点を当該遮光板から確実に離間させることができる。従って、対象第２レンズの物体焦点の設定を簡易に行うことができる。

本発明では、前記複数の第１レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路上流側及び光路下流側のいずれかを向くように配列され、前記複数の第２レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路上流側及び光路下流側のいずれかを向くように配列され、前記他の第２レンズの物体焦点は、対応する前記第１レンズのレンズ曲面近傍に設定されていることが好ましい。
本発明によれば、他の第２レンズの物体焦点を、対応する第１レンズのレンズ曲面近傍に設定することにより、端縁が鮮明な状態で、当該他の第２レンズの像を光変調装置に結像させることができる。従って、光変調装置を主に照明する光による照明領域が縮小されることを防ぐことができるので、前述の照度むらの発生を一層確実に抑制することができる。また、対象第２レンズの物体焦点が対象第１レンズのレンズ曲面より光路上流側に設定されるので、当該対象第２レンズの物体焦点を、他の第２レンズの物体焦点より光路上流側に確実に位置させることができる。

本発明では、前記複数の第１レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列され、前記複数の第２レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列され、前記対象第２レンズの物体焦点は、前記対象第１レンズの光路上流側の端面近傍に設定されていることが好ましい。
本発明によれば、各第１レンズ及び各第２レンズのそれぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように、当該各第１レンズ及び各第２レンズが配列されている場合に、対象第２レンズの物体焦点は、対象第１レンズの光路上流側の端面近傍に設定される。これによれば、対象第２レンズの物体焦点を、レンズ曲面である光路下流側の端面近傍に設定された他の第２レンズの物体焦点より光路上流側に位置させることができるほか、対象第２レンズの物体焦点の設定を容易に行うことができる。

或いは、本発明では、前記複数の第１レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路上流側を向くように配列され、前記複数の第２レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列され、前記対象第２レンズの物体焦点は、前記対象第１レンズのレンズ曲面より更に光路上流側に設定されていることが好ましい。
本発明によれば、各第１レンズのレンズ曲面が光路上流側を向き、また、各第２レンズのレンズ曲面が光路下流側を向くように、当該各第１レンズ及び各第２レンズが配列されている場合に、対象第２レンズの物体焦点は、対象第１レンズのレンズ曲面より更に光路上流側に設定される。これによれば、対象第２レンズの物体焦点を、他の第２レンズの物体焦点より確実に光路上流側に位置させることができるほか、対象第２レンズの物体焦点の設定を容易に行うことができる。

本発明では、前記対象第２レンズの曲率は、前記他の第２レンズの曲率より大きく設定されていることが好ましい。
本発明によれば、対象第２レンズの曲率を、他の第２レンズの曲率より大きく設定することにより、当該対象第２レンズの物体焦点を、他の第２レンズの物体焦点より光路上流側に確実に位置させることができる。また、このように曲率を設定することで、対象第２レンズの物体焦点を設定することができるので、他の構成により対象第２レンズの物体焦点を設定する場合に比べ、第２レンズアレイの構成を簡略化することができる。

本発明の第１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調光装置及びレンズアレイを側方から見た模式図。 前記実施形態における部分光束の一部が遮光された状態を示す模式図。 前記実施形態における画像形成領域の面内照度を示す図。 前記実施形態の比較例である画像形成領域の面内照度を示す図。 前記実施形態の変形を示す図。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクターの調光装置及びレンズアレイを側方から見た模式図。

〔１．第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクターの構成〕
図１は、本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。
本実施形態のプロジェクター１は、光源から出射された光束を変調して画像光を形成し、当該画像光をスクリーン等の投射面上に拡大投射する。このプロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２、投射光学装置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、当該プロジェクター１内部を冷却する冷却装置９１、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９２、及び、プロジェクター１全体を制御する制御装置９３等を備え、これら各装置９１〜９３は、外装筐体２内に配置されている。

〔外装筐体及び投射レンズの構成〕
外装筐体２は、投射光学装置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。
投射光学装置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、当該画像光に係る画像を拡大投射する。この投射光学装置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９３による制御下で、光源装置４１から出射された光束を、光学的に処理して画像情報に応じた画像光を形成するユニットである。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の側面に沿って延出する平面視略Ｌ字形状を有している。
このような光学装置４は、光源装置４１、均一照明装置４２、色分離装置４３、リレー装置４４及び電気光学装置４５と、これら各装置４１〜４５を内部に設定された照明光軸Ａ上に保持するとともに、投射光学装置３を所定位置で支持固定する光学部品用筐体４６とを備えている。

〔光源装置の構成〕
光源装置４１は、光を出射する光源４１１と、当該光源４１１から出射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、超高圧水銀ランプ等の放電型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も可能である。また、リフレクター４１２として、回転楕円面を有する楕円面リフレクターを採用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及び自由曲面リフレクターを採用することも可能である。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。

〔均一照明装置の構成〕
均一照明装置４２は、光源装置４１から出射された光束の光軸に直交する面内の照度を略均一化して、後述する光変調装置としての液晶パネル４５２が有する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、第１レンズアレイ４２１と、第２レンズアレイ４２２と、偏光変換素子４２３と、重畳レンズ４２４と、調光装置５とを備える。

第１レンズアレイ４２１は、光源装置４１から出射される光束を、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の光路下流側に配置され、重畳レンズ４２４とともに、各第２レンズ４２２１の像を、液晶パネル４５２の画像形成領域に結像させる。なお、これら第１レンズアレイ４２１及び第２レンズアレイ４２２の構成については、後に詳述する。

調光装置５は、詳しくは後述するが、第１レンズアレイ４２１から出射された光束の透過領域内に外側から挿入される一対の遮光板５１，５２（図２）を有し、当該光束を部分的に遮蔽して、第２レンズアレイ４２２に入射される光量を調整し、ひいては、液晶パネル４５２の画像形成領域に入射される光量を調整する。
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からの光を略１種類の直線偏光に変換する。
重畳レンズ４２４は、前述のように、偏光変換素子４２３を介して第２レンズアレイ４２２から入射される各部分光束を、液晶パネル４５２の画像形成領域に重畳させる。

〔色分離装置の構成〕
色分離装置４３は、均一照明装置４２から入射される複数の部分光束から、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各色光を分離する。この色分離装置４３は、２枚のダイクロイックミラー４３１，４３２と、反射ミラー４３３とを備える。
ダイクロイックミラー４３１は、均一照明装置４２から入射される複数の部分光束からＢ光を反射し、Ｇ光及びＲ光を透過させる。このＢ光は、反射ミラー４３３により反射され、青色光用のフィールドレンズ４５１に入射される。また、ダイクロイックミラー４３２は、ミラー４３１を透過したＧ光及びＲ光のうち、Ｇ光を反射して緑色光用のフィールドレンズ４５１に入射させ、Ｒ光を透過させて、リレー装置４４に入射させる。

〔リレー装置の構成〕
リレー装置４４は、色分離装置４３にて分離されたＲ光を、赤色光用のフィールドレンズ４５１に導く機能を有し、当該リレー装置４４は、入射側レンズ４４１、リレーレンズ４４３及び反射ミラー４４２，４４４を備える。このリレー装置４４がＲ光の光路上に設けられているのは、当該Ｒ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。なお、リレー装置４４にはＲ光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、Ｂ光を通す構成としてもよい。

〔電気光学装置の構成〕
電気光学装置４５は、色分離装置４３により分離された各色光を画像情報に応じてそれぞれ変調し、変調した各色光を合成して光学像（カラー画像）を形成する。この電気光学装置４５は、各色光の入射順に、３つのフィールドレンズ４５１と、３つの入射側偏光板４５３と、光変調装置としての３つの液晶パネル４５２（Ｒ光用、Ｇ光用及びＢ光用の液晶パネルを、それぞれ４５２Ｒ，４５２Ｇ，４５２Ｂとする）と、３つの視野角補償板４５４と、３つの出射側偏光板４５５と、色合成光学装置としての１つのクロスダイクロイックプリズム４５６とを備える。

各フィールドレンズ４５１は、入射される光束を、当該光束の中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。
各入射側偏光板４５３は、入射される光のうち、偏光変換素子４２３で揃えられた光の偏光方向と略同一方向の偏光光のみ透過させ、その他の光を吸収する。
液晶パネル４５２は、図示を省略するが、一対の透明基板間に液晶が密閉封入された画像形成領域を有している。そして、当該液晶パネル４５２では、前述の制御装置９３から入力される画像情報としての駆動信号に応じて、画像形成領域内の液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板４５３を介して入射される偏光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。

視野角補償板４５４は、液晶パネル４５２に光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）の液晶分子の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。
出射側偏光板４５５は、視野角補償板４５４を介して入射される光のうち、入射側偏光板４５３における光の透過軸と直交する偏光方向を有する光のみ透過させ、その他の光を吸収する。

クロスダイクロイックプリズム４５６は、各出射側偏光板４５５から入射される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。
このクロスダイクロイックプリズム４５６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つの誘電体多層層が形成されている。これら誘電体多層層は、Ｇ光を透過し、Ｒ光及びＢ光をＧ光が透過する方向に向かって反射する。このようにして、変調された各色光が合成されてフルカラーの画像光が形成され、当該画像光は、投射光学装置３により拡大投射される。

〔レンズアレイの構成〕
図２は、調光装置５及びレンズアレイ４２１，４２２を側方から見た図である。
第１レンズアレイ４２１は、図２に示すように、光源装置４１から出射される光束の中心軸に直交する面内に、複数の小レンズである第１レンズ４２１１がマトリクス状に配列された構成を有する。また、第２レンズアレイ４２２は、第１レンズアレイ４２１と同様に、当該光束の中心軸に直交する面内に、複数の小レンズである第２レンズ４２２１がマトリクス状に配列された構成を有し、各第１レンズ４２１１と各第２レンズ４２２１とは、一対一で対応する。これら第１レンズ４２１１及び第２レンズ４２２１は、それぞれ、照明光軸Ａ方向から見て略矩形状の輪郭を有し、レンズ曲面が光路下流側を向くように配列されている。また、これら各第１レンズ４２１１のレンズ曲面の中央は、光源装置４１から出射される光束の中心軸に直交する同じ面内にそれぞれ位置する。そして、このような各第２レンズ４２２１には、対応する第１レンズ４２１１から出射された部分光束がそれぞれ入射される。

なお、本実施形態では、第１レンズアレイ４２１と第２レンズアレイ４２２との間の寸法は、従来のレンズアレイ間の距離である略２０ｍｍより短い略１２ｍｍ程度に設定されている。また、第１レンズ４２１１及び第２レンズ４２２１の寸法は、それぞれ略同じに設定され、本実施形態では長手方向の寸法が、略３ｍｍ程度に設定されている。

〔調光装置の構成〕
調光装置５を構成する一対の遮光板５１，５２は、それぞれ金属製の板体として構成されている。これら遮光板５１，５２は、図２に示すように、第１レンズアレイ４２１から出射される複数の部分光束を１つの光束として見た際に、当該光束の中心軸ＣＡを中心として対称配置され、遮光板５１は上方に位置し、遮光板５２は下方に位置する。このような各遮光板５１，５２は、第１レンズアレイ４２１からの光束透過領域ＴＡ外に位置する一方の端部側に、当該光束の中心軸ＣＡに対する直交方向に平行な回動軸ＲＡを有し、当該回動軸ＲＡは、第２レンズアレイ４２２近傍に位置する。詳述すると、プロジェクター１を水平面に沿って配置した際に、当該回動軸ＲＡは、当該光束の中心軸に対して直交し、かつ、水平方向に沿う軸となる。そして、当該回動軸ＲＡを中心として、各遮光板５１，５２は、図示しないモーター等の駆動手段により互いに同期して回動する。

これら遮光板５１，５２は、回動軸ＲＡ側の端部とは反対側の端部５１１，５２１が、それぞれ第２レンズアレイ４２２に対して近接及び離間するように、当該回動軸ＲＡを中心として回動することで、第２レンズアレイ４２２に入射される光束の透過領域ＴＡにそれぞれ挿入され、当該第２レンズアレイ４２２に入射される光を遮蔽する。
具体的に、一対の遮光板５１，５２は、前述の光束透過領域ＴＡの外側に配置された状態（非遮蔽状態）から、第２レンズアレイ４２２の光路上流側の端面４２２Ａと平行となり、当該第２レンズアレイ４２２に入射される光束を最大限に遮光する状態（全遮蔽状態）となるまでの範囲で、それぞれ回動軸ＲＡを中心として回動する。この回動範囲において、各遮光板５１，５２が非遮蔽状態である場合に、各遮光板５１，５２における回動軸ＲＡ側とは反対側の各端部５１１，５２１が互いに最も離間し、各遮光板５１，５２が全遮蔽状態である場合に、当該各端部５１１，５２１が互いに最も近接する。

ここで、一対の遮光板５１，５２が非遮蔽状態からそれぞれ回動すると、各端部５１１，５２１は第１レンズアレイ４２１の光束出射面４２１Ｂ付近を通る。この際、回動軸ＲＡは光束透過領域ＴＡ外に位置するため、端部５１１，５２１の軌跡に最接近する第１レンズ４２１１は、当該第１レンズ４２１１のうち、中心軸ＣＡ及び回動軸ＲＡにそれぞれ直交する方向であるＳ方向の両端に位置するレンズ４２１２である。換言すると、レンズ４２１２は、第１レンズ４２１１のうち、各回動軸ＲＡに近接する側の端部に位置する小レンズである。すなわち、第１レンズ４２１１は、当該レンズ４２１２と、他のレンズ４２１３とにより構成され、当該レンズ４２１２は、本発明の対象第１レンズに相当する。

〔第２レンズの物体焦点〕
第２レンズアレイ４２２は、前述のように、光源装置４１から出射された光束の中心軸に直交する面内に、複数の小レンズである第２レンズ４２２１がそれぞれマトリクス状に配列された構成を有する。これら各第２レンズ４２２１は、レンズ４２１２に対応するレンズ４２２２と、レンズ４２１３に対応するレンズ４２２３とにより構成される。

ここで、各第２レンズ４２２１の物体焦点（物体空間側の焦点）は、当該第２レンズ４２２１の位置に応じて設定されている。
具体的に、レンズ４２２２、すなわち、前述のＳ方向の両端部にそれぞれ位置し、各回動軸ＲＡに近接する側の端部に位置する小レンズであるレンズ４２２２の物体焦点Ｆ１は、当該レンズ４２１２における光路上流側の端面４２１２Ａ近傍に設定されている。また、レンズ４２２２以外の第２レンズ４２２１であるレンズ４２２３の物体焦点Ｆ２は、対応するレンズ４２１３におけるレンズ曲面である光路下流側の端面４２１３Ｂ近傍に設定されている。なお、本実施形態では、物体焦点Ｆ１，Ｆ２は、それぞれ端面４２１２Ａ，４２１３Ｂの略中央に設定されている。
このようなレンズ４２２２は、本発明の対象第２レンズに相当し、当該レンズ４２２２の曲率は、本発明の他の第２レンズに相当するレンズ４２２３の曲率より大きく設定されている。

〔遮光板による遮光時の面内照度〕
図３は、レンズ４２２２に入射される部分光束の一部が遮光された際の状態を示す模式図である。なお、図３においては、レンズ４２２２が、端面４２１２Ａ近傍に位置する物体焦点Ｆ１を有する場合に当該レンズ４２２２に入射される部分光束の光路を実線で示し、当該レンズ４２２２が、他のレンズ４２２３と同様に、対応するレンズ４２１２のレンズ曲面である光路下流側の端面４２１２Ｂ近傍に位置する物体焦点Ｆ０を有する場合に当該レンズ４２２２に入射される部分光束の光路を破線で示す。
以下、レンズ４２１２から出射された部分光束の透過領域の一部（例えば、２／３の領域）が遮蔽された状態（図３に示す状態）を例に挙げ、液晶パネル４５２の画像形成領域を照明する光の面内照度が、レンズ４２２２の物体焦点の位置に応じてどのように変化するかについて説明する。

図３に示すように、遮光板５１，５２による調光を行う際に、当該遮光板５１，５２の端部５１１，５２１が第１レンズアレイ４２１に最接近する場合がある。この際、当該端部５１１，５２１に最接近する第１レンズ４２１１は、前述のように、レンズ４２１２である。このレンズ４２１２から出射された部分光束の透過領域における２／３の領域が遮光板５１，５２により遮蔽された場合には、当該部分光束が入射されるレンズ４２２２の物体焦点の位置により、第２レンズ４２２１から出射された部分光束が重畳される液晶パネル４５２の画像形成領域ＰＡの面内照度（図４及び図５）が変化する。

図４は、レンズ４２２２が物体焦点Ｆ１を有し、遮光板５１，５２が図３に示した状態にある場合の画像形成領域ＰＡにおける面内照度を示す図である。また、図５は、本実施形態に対する比較例として挙げる画像形成領域ＰＡにおける面内照度を示す図であり、具体的には、レンズ４２２２が物体焦点Ｆ０を有し、遮光板５１，５２が図３に示した状態にある場合の画像形成領域ＰＡにおける面内照度を示す図である。
例えば、レンズ４２２２が、レンズ４２１２の光路下流側の端面４２１２Ｂ近傍に位置する物体焦点Ｆ０を有する場合に、図３に示すように、当該レンズ４２２２に入射される部分光束の透過領域における２／３の領域が遮蔽されると、図５に示すように、液晶パネル４５２の画像形成領域ＰＡにおける上下両端近傍の照度が高く、中央の照度が低くなる。これは、以下の理由に依る。

すなわち、レンズ４２１２から出射された各部分光束は、物体焦点Ｆ０近傍で遮光板５１，５２により遮光されるので、当該遮光板５１，５２を回り込んでレンズ４２２２に入射される光が少なくなる（遮光板５１，５２の影が濃くなる）。そして、遮光板５１，５２に遮光されなかった光は、画像形成領域ＰＡにおける一方側（上方側）及び他方側（下方側）のそれぞれ１／３の領域に入射する。このため、画像形成領域ＰＡにおける中央の領域の照度が低く、一方側及び他方側の領域の照度が高くなり、画像形成領域ＰＡに照度むらが生じる。なお、遮光板５１，５２により遮光されない各部分光束、すなわち、レンズ４２２３に入射される各部分光束は、画像形成領域ＰＡ全体を照明するので、このような照度むらは改善されない。
このような照度むらは、遮光板５１，５２によりレンズ４２２２に入射される部分光束における１／３の領域が遮蔽された場合でも同様に生じる。この場合には、画像形成領域ＰＡにおける一方側及び他方側の照度が低く、中央の照度が高くなる。

一方、レンズ４２２２が、レンズ４２１２の光路上流側の端面４２１２Ａ近傍に位置する物体焦点Ｆ１を有する場合、図３に示したように、当該レンズ４２２２に入射される部分光束の透過領域における２／３の領域が遮蔽されても、図４に示すように、画像形成領域ＰＡの照度は略均一となる。これは、以下の理由に依る。

すなわち、レンズ４２１２から出射された各部分光束は、物体焦点Ｆ１から離れた位置で遮光板５１，５２により遮蔽されるので、当該遮光板５１，５２を回り込んでレンズ４２２２に入射される光が多くなる（遮光板５１，５２の影が薄くなる）。そして、遮光板５１，５２により遮蔽されなかった光が、画像形成領域ＰＡにおける一方側及び他方側の１／３の領域に入射するほか、各遮光板５１，５２を回り込んでレンズ４２２２に入射された光が、画像形成領域ＰＡの中央に入射する。このため、画像形成領域ＰＡの全体の照度が略均一となり、照度むらの発生が抑制される。なお、遮光板５１，５２により遮蔽されない部分光束は、前述のように、画像形成領域ＰＡ全体を照明する。
また、遮光板５１，５２によりレンズ４２２２に入射される部分光束における１／３の領域が遮蔽された場合でも、同様に照度むらの発生が抑制される。

ここで、全ての第２レンズ４２２１の物体焦点を、対応する第１レンズ４２１１の光路上流側の端面近傍に設定した場合、当該各第２レンズ４２２１の像は、端縁が鮮明でない状態で液晶パネル４５２に結像される。このため、画像形成領域ＰＡの照明領域（照明範囲）が小さくなることがあり、当該画像形成領域ＰＡの一部を照明できない可能性が生じる。
これに対し、本実施形態では、端縁が鮮明でない状態で結像される第２レンズ４２２１の像は、レンズ４２２２の像に限られるので、画像形成領域ＰＡを確実に照明することができる。

図６は、均一照明装置４２の変形である均一照明装置４２Ａを示す図であり、具体的に、第２レンズアレイ４２２より寸法の小さい第１レンズアレイ４２５を採用した均一照明装置４２Ａを示す図である。
なお、光学装置４の設計によっては、第１レンズアレイ４２１と同様の構成を有するものの、第２レンズアレイ４２２と略同寸法を有する第１レンズアレイ４２１より小さい第１レンズアレイ４２５を採用する場合がある。このような第１レンズアレイ４２５を採用した場合でも、回動する遮光板５１，５２の端部５１１，５２１に最接近する第１レンズ４２５１であるレンズ４２５２に対応するレンズ４２２２の物体焦点Ｆ１を、当該レンズ４２５２の光路上流側の端面４２５２Ａ近傍に設定し、レンズ４２２３の物体焦点Ｆ２を、レンズ４２５２以外の第１レンズ４２５１であるレンズ４２５３のうち、対応するレンズ４２５３のレンズ曲面である光路下流側の端面４２５３Ｂ近傍に設定することにより、前述の場合と同様に、照度むらの発生を抑制することができる。

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。
レンズ４２２２の物体焦点Ｆ１が、他のレンズ４２２３の物体焦点Ｆ２より光路上流側に設定されていることにより、対応するレンズ４２１２から出射される部分光束の一部が、物体焦点Ｆ１近傍で遮光板５１，５２により遮蔽されることを防ぐことができる。これによれば、遮光板５１，５２を回り込んでレンズ４２２２に入射する光を増やすことができる。従って、遮光板５１，５２により一部が遮光された部分光束、及び、これら遮光板５１，５２により遮光されない部分光束を画像形成領域ＰＡに重畳させることで、当該画像形成領域ＰＡに照度むらが生じることを抑制することができる。従って、形成される画像に輝度むら及び色むらが生じることを抑制することができるほか、各レンズアレイ４２１，４２２間の距離を短縮することができるので、プロジェクター１の小型化を図ることができる。また、照明範囲が縮小される部分光束を出射する第２レンズ４２２１は、光源装置４１から出射された光束の周縁近傍に位置するレンズ４２２２に限られるので、前述のように、照明範囲が縮小される部分光束の影響を最小限に抑えることができる。

レンズ４２２２の物体焦点Ｆ１は、レンズ４２２３の物体焦点Ｆ２より光路上流側に設定されている。これによれば、遮光板５１，５２の端部５１１，５２１の軌跡に基づいて、当該端部５１１，５２１から離間させるようにレンズ４２２２の物体焦点Ｆ１を光路下流側に設定する場合に比べ、物体焦点Ｆ１を遮光板５１，５２から確実に離間させることができる。従って、物体焦点Ｆ１の設定を簡易に行うことができる。

レンズ４２２３の物体焦点Ｆ２は、対応するレンズ４２１３におけるレンズ曲面である光路下流側の端面４２１３Ｂ近傍に設定されている。これによれば、端縁が鮮明な状態でレンズ４２２３の像の画像形成領域ＰＡに結像させることができ、当該画像形成領域ＰＡを主に照明する光による照明範囲が縮小されることを防ぐことができる。従って、液晶パネル４５２の画像形成領域ＰＡを適切に照明することができる。また、レンズ４２２２の物体焦点Ｆ１は、対応するレンズ４２１２における光路上流側の端面４２１２Ａ近傍に設定されているので、当該物体焦点Ｆ１を、物体焦点Ｆ２の光路上流側に確実に位置させることができるほか、物体焦点Ｆ１の設定を容易に行うことができる。

レンズ４２２２の物体焦点Ｆ１は、当該レンズ４２２２の曲率を、他のレンズ４２２３より大きく設定することにより、物体焦点Ｆ２より光路上流側に位置させている。これによれば、他の構成により物体焦点Ｆ１の位置を設定する場合に比べ、第２レンズアレイ４２２の構成を簡略化することができる。

〔２．第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態のプロジェクターは、前述のプロジェクター１と同様の構成を備えるが、当該プロジェクター１では、各第１レンズ４２１１及び各第２レンズ４２２１は、それぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列されるのに対し、本実施形態のプロジェクターでは、各第１レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路上流側を向くように配列される点で、本実施形態のプロジェクターとプロジェクター１とは相違する。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。

図７は、本実施形態に係るプロジェクター１Ａのレンズアレイ４２６，４２７と調光装置５とを側方から見た模式図である。
本実施形態に係るプロジェクター１Ａは、第１レンズアレイ４２１及び第２レンズアレイ４２２に代えて、第１レンズアレイ４２６及び第２レンズアレイ４２７を備えるほかは、プロジェクター１と同様の構成を備えている。
第１レンズアレイ４２６及び第２レンズアレイ４２７は、前述の各レンズアレイ４２１，４２２と同様に、光源装置４１から出射された光束の中心軸に直交する面内に複数の小レンズである第１レンズ４２６１及び第２レンズ４２７１がそれぞれマトリクス状に配列された構成を有する。そして、各第２レンズ４２７１には、対応する第１レンズ４２６１から部分光束が入射され、当該各第２レンズ４２７１の像は、液晶パネル４５２の画像形成領域ＰＡに結像される。

これら各第１レンズ４２６１は、図７に示すように、それぞれのレンズ曲面が第１レンズアレイ４２６における光路上流側を向くように配列され、また、各第２レンズ４２７１は、それぞれのレンズ曲面が第２レンズアレイ４２７における光路下流側を向くように配列されている。このため、第１レンズ４２６１及び第２レンズ４２７１のそれぞれのレンズ曲面は、互いに反対側に位置する。また、これら各第１レンズ４２６１のレンズ曲面の中央は、光源装置４１から出射される光束の中心軸に直交する同じ面内にそれぞれ位置する。なお、各第２レンズ４２７１の寸法は、対応する第１レンズ４２１１の寸法と略一致していてもよく、また、前述の場合と同様に、対応する第１レンズの寸法より大きくてもよい。

このような第１レンズ４２６１は、回動される遮光板５１，５２の端部５１１，５２１が最接近する対象第１レンズであるレンズ４２６２と、他のレンズ４２６３とから構成されている。また、第２レンズ４２７１は、レンズ４２６２に対応する対象第２レンズとしてのレンズ４２７２と、レンズ４２６３に対応する他のレンズとしてのレンズ４２７３とから構成されている。そして、レンズ４２７２の曲率をレンズ４２７３の曲率より大きく設定することで、レンズ４２７２の物体焦点Ｆ３は、レンズ４２７３の物体焦点Ｆ４より、光路上流側に設定されている。

具体的に、物体焦点Ｆ４は、対応するレンズ４２６３のレンズ曲面である光路上流側の端面４２６３Ａ近傍に設定され、また、物体焦点Ｆ３は、対応するレンズ４２６２のレンズ曲面である光路上流側の端面４２１２Ａより更に光路上流側に設定されている。なお、本実施形態では、物体焦点Ｆ４は、前述の物体焦点Ｆ２と同様に、端面４２６３Ａの略中央近傍に設定され、また、物体焦点Ｆ３は、端面４２６２Ａの略中央の位置からレンズ４２６２の厚さ寸法（光束が透過する方向の寸法）分だけ光路上流側に移動した位置に設定されている。
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１Ａによれば、前述のプロジェクター１と同様の効果を奏することができる。

〔３．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。
前記第１実施形態では、物体焦点Ｆ１をレンズ４２１２における光路上流側の端面４２１２Ａ近傍に設定し、物体焦点Ｆ２をレンズ４２１３におけるレンズ曲面である光路下流側の端面４２１３Ｂ近傍に設定するとし、前記第２実施形態では、物体焦点Ｆ４をレンズ４２６３におけるレンズ曲面である光路上流側の端面４２６３Ａ近傍に設定するとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、物体焦点Ｆ１〜Ｆ４は、対応する第１レンズ４２１１上に設定されていなくてもよく、また、第１レンズ４２１１内に設定されていてもよい。更には、それぞれの物体焦点は、厳密に各端面に設定されていなくてもよい。例えば、誤差を含む多少のずれがあってもよく、また、レンズ曲面に付着する塵埃等の影が投影されることを回避するために、第２レンズの物体焦点を、対応する第１レンズのレンズ曲面から僅かにずらしてもよい。すなわち、物体焦点Ｆ１，Ｆ３を物体焦点Ｆ２，Ｆ４から離間させ、かつ、遮光板５１，５２から離間させることができればよい。

前記各実施形態では、レンズ４２２２，４２７２は、レンズ４２２３，４２７３より大きな曲率を有することにより、当該レンズ４２２３，４２７３の物体焦点Ｆ２，Ｆ４より光路上流側に位置する物体焦点Ｆ１，Ｆ３を有するとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、レンズ４２２２，４２７２の材質を変更するなどして、物体焦点Ｆ１，Ｆ３の位置を調整してもよい。

前記第１実施形態では、第１レンズ４２１１及び第２レンズ４２２１の各レンズ曲面がそれぞれ光路下流側を向くように配列されるとし、また、前記第２実施形態では、第１レンズ４２６１及び第２レンズ４２７１の各レンズ曲面がそれぞれ光路上流側及び光路下流側を向くように配列されるとしたが、本発明はこれに限らない。
すなわち、各レンズ曲面が光路下流側を向くように、複数の小レンズである第１レンズが配列された第１レンズアレイと、各レンズ曲面が光路上流側を向くように、複数の小レンズである第２レンズが配列された第２レンズアレイを採用することも可能である。この場合でも、第２レンズを構成し、かつ、遮光板５１，５２の端部５１１，５２１が最接近する対象第１レンズに対応する対象第２レンズの物体焦点を、他の第２レンズの物体焦点より光路上流側に設定することにより、前述のプロジェクター１，１Ａと同様の効果を奏することができる。なお、このようなレンズアレイの構成では、例えば、対象第２レンズの物体焦点を対象第１レンズの光路上流側の端面近傍に設定し、他の第２レンズの物体焦点を対応する第１レンズのレンズ曲面近傍に設定することが考えられる。

また、各レンズ曲面が光路上流側を向くように、複数の小レンズである第１レンズ及び第２レンズがそれぞれ配列された第１レンズアレイ及び第２レンズアレイを採用することも可能である。この場合でも、対象第２レンズの物体焦点を、他の第２レンズの物体焦点より光路上流側に設定することにより、前述のプロジェクター１，１Ａと同様の効果を奏することができる。なお、このような各レンズアレイの構成では、例えば、対象第２レンズの物体焦点を、対象第１レンズの光路上流側の端面より更に光路上流側に設定し、他の第２レンズの物体焦点を、対応する第１レンズのレンズ曲面である光路上流側の端面近傍に設定することが考えられる。

前記各実施形態では、プロジェクター１，１Ａは、３つの液晶パネル４５２Ｒ，４５２Ｇ，４５２Ｂを備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、２つ以下、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
前記各実施形態では、光学装置４は平面視略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。
前記各実施形態では、光束入射面と光束出射面とが異なる透過型の液晶パネル４５２を用いていたが、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。

前記各実施形態では、光変調装置として液晶パネル４５２を備えたプロジェクター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、液晶以外の光変調装置を用いたプロジェクターにも、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、光路上流側及び光路下流側の偏光板４５３，４５５は省略することができる。

前記各実施形態では、投射面に対する画像光の投射方向と、当該画像光に係る画像の観察方向とが略同じであるフロントタイプのプロジェクターを例示したが、本発明はこれに限らず、投射方向と観察方向とがそれぞれ反対方向となるリアタイプのプロジェクターにも本発明を適用できる。

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。

１，１Ａ…プロジェクター、３…投射光学装置、５…調光装置、４１…光源装置、４２…均一照明装置、５１，５２…遮光板、４２１，４２５，４２６…第１レンズアレイ、４２２，４２７…第２レンズアレイ、４５２（４５２Ｒ，４５２Ｇ，４５２Ｂ）…液晶パネル（光変調装置）、４２１１，４２５１，４２６１…第１レンズ、４２１２，４２５２，４２６２…レンズ（対象第１レンズ）、４２２１，４２７１…第２レンズ、４２２２，４２７２…レンズ（対象第２レンズ）、４２２３，４２７３…レンズ（他の第２レンズ）、４２１２Ａ…端面（光路上流側の端面）、４２１３Ｂ…端面（レンズ曲面）、４２６２Ａ…端面（レンズ曲面）、４２６３Ａ…端面（レンズ曲面）、ＣＡ…中心軸、Ｆ１，Ｆ３…物体焦点（対象第２レンズの物体焦点）、Ｆ２，Ｆ４…物体焦点（他の第２レンズの物体焦点）、ＴＡ…透過領域。

Claims (5)

1. 光源装置と、
   当該光源装置から出射された光束を変調して画像光を形成する光変調装置と、
   形成された前記画像光を投射する投射光学装置と、
   前記光源装置と前記光変調装置との間に配置され、当該光変調装置に入射される光束の中心軸に直交する面内の照度を略均一化する均一照明装置と、
   前記光変調装置に入射される光量を低減させる調光装置とを備え、
   前記均一照明装置は、
   前記光源装置から出射された光束の中心軸に直交する面内に配列された複数の第１レンズにより、入射される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レンズアレイの光路下流側に配置され、前記複数の第１レンズに応じて配列されて、当該各第１レンズから出射された部分光束がそれぞれ入射される複数の第２レンズを有する第２レンズアレイとを備え、
   前記調光装置は、
   前記第１レンズアレイから出射される光束の中心軸を挟んでそれぞれ略対称配置され、端部が前記第２レンズアレイに対して近接及び離間するように回動することで、前記第１レンズアレイから前記第２レンズアレイに入射される光束の透過領域にそれぞれ挿入される一対の遮光板を備え、
   前記複数の第１レンズのうちの少なくともいずれかは、回動される前記遮光板の端部が最接近する対象第１レンズであり、
   前記複数の第２レンズのうちの少なくともいずれかは、前記対象第１レンズに対応する対象第２レンズであり、
   前記対象第２レンズの物体焦点は、他の前記第２レンズの物体焦点より、光路上流側に設定されてい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、
   前記複数の第１レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路上流側及び光路下流側のいずれかを向くように配列され、
   前記複数の第２レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路上流側及び光路下流側のいずれかを向くように配列され、
   前記他の第２レンズの物体焦点は、対応する前記第１レンズのレンズ曲面近傍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、
   前記複数の第１レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列され、
   前記複数の第２レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列され、
   前記対象第２レンズの物体焦点は、前記対象第１レンズの光路上流側の端面近傍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２に記載のプロジェクターにおいて、
   前記複数の第１レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路上流側を向くように配列され、
   前記複数の第２レンズは、それぞれのレンズ曲面が光路下流側を向くように配列され、
   前記対象第２レンズの物体焦点は、前記対象第１レンズのレンズ曲面より更に光路上流側に設定されていることを特徴とするプロジェクター。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
   前記対象第２レンズの曲率は、前記他の第２レンズの曲率より大きく設定されていることを特徴とするプロジェクター。