JP2013054091A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】従来のプロジェクターよりも投写画像の明るさを一層明るくすることが可能なプロジェクターを提供する。
【解決手段】
照明装置と、光分離光学系と、複数の画素を有する光変調装置と、複数の第１マイクロレンズを有する第１マイクロレンズアレイと、複数の第２マイクロレンズを有する第２マイクロレンズアレイとを備えるプロジェクターであって、光分離光学系は照明装置からの光を第１の色光、第２の色光、第３の色光及び第４の色光に分離し、複数の画素のうち１の画素は各色光を変調する４つのサブ画素を有し、複数の第１マイクロレンズのうち１の第１マイクロレンズは各色光を各サブ画素に入射させ、複数の第２マイクロレンズのうち１の第２マイクロレンズは、各色光の光軸のうち、任意の２の色光の光軸の互いになす角が小さくなるように各色光を屈折させるとともに、各色光を集光させるプロジェクター。
【選択図】図４

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来、照明装置と、照明装置からの光が入射する光分離光学系と、複数の画素を有する光変調装置と、光分離光学系と光変調装置との間の光路上に設けられ、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイとを備えるプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このようなプロジェクターによれば、上記のように、光分離光学系と、光変調装置と、マイクロレンズアレイとを備えるため、複数の色光を分離せずに射出する照明装置を用いても、フルカラーの投写画像を得ることが可能となる。上記のような構成は、色光を１つの光変調装置で変調する、いわゆる単板式のプロジェクターとするのに好適な構成である。

特開平４−６０５３８号公報

しかしながら、従来のプロジェクターにおいては、投写画像の明るさを一層明るくすることが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、従来のプロジェクターよりも投写画像の明るさを一層明るくすることが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の発明者は、従来のプロジェクターにおいて投写画像の明るさを一層明るくすることが困難である理由について鋭意研究を重ねた結果、従来のプロジェクターにおいては、光変調装置から射出される色光同士のなす角が大きくなってしまうことと、色光自体が拡散してしまうこととを見いだした。この場合、投写画像として有効に用いることができる光が少なくなってしまい、その結果、投写画像の明るさを一層明るくすることが困難となる。本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、以下の要素から構成される。

［１］本発明のプロジェクターは、照明装置と、前記照明装置からの光が入射する光分離光学系と、複数の画素を有する光変調装置と、前記光分離光学系と前記光変調装置との間の光路上に設けられ、複数の第１マイクロレンズを有する第１マイクロレンズアレイと、前記第１マイクロレンズアレイとは前記光変調装置を挟んで反対側に設けられ、複数の第２マイクロレンズを有する第２マイクロレンズアレイと、を備えるプロジェクターであって、前記光分離光学系は、前記照明装置からの光を第１の色光、第２の色光、第３の色光及び第４の色光に分離し、前記複数の画素のうち１の画素は、前記第１の色光を変調する第１のサブ画素、前記第２の色光を変調する第２のサブ画素、前記第３の色光を変調する第３のサブ画素及び前記第４の色光を変調する第４のサブ画素を有し、前記複数の第１マイクロレンズのうち１の第１マイクロレンズは、前記第１の色光を前記第１のサブ画素に入射させ、前記第２の色光を前記第２のサブ画素に入射させ、前記第３の色光を前記第３のサブ画素に入射させ、かつ、前記第４の色光を前記第４のサブ画素に入射させ、前記複数の第２マイクロレンズのうち１の第２マイクロレンズは、前記第１の色光の光軸、前記第２の色光の光軸、前記第３の色光の光軸及び前記第４の色光の光軸のうち、任意の２の色光の光軸の互いになす角が前記１の第２マイクロレンズに入射する前よりも小さくなるように、前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光及び前記第４の色光を屈折させるとともに、前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光及び前記第４の色光を集光させることを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクターによれば、第１の色光の光軸、第２の色光の光軸、第３の色光の光軸及び第４の色光の光軸のうち、任意の２の色光の光軸の互いになす角が１の第２マイクロレンズに入射する前よりも小さくなるように、第１の色光、第２の色光、第３の色光及び第４の色光を屈折させるとともに、第１の色光、第２の色光、第３の色光及び第４の色光を集光させる。つまり、第２マイクロレンズは、各サブ画素からの各色光を光変調装置の光軸とのなす角度が小さくなるように屈折させるとともに、各色光を集光させる。そのため、後述する実施形態及び比較例に示すように、投写画像として有効に用いることができる光を増やし、従来のプロジェクターよりも投写画像の明るさを一層明るくすることが可能となる。

また、本発明のプロジェクターによれば、光分離光学系と、第１マイクロレンズアレイ（従来のプロジェクターにおけるマイクロレンズアレイに相当。）と、光変調装置とを備えるため、従来のプロジェクターと同様に、複数の色光を分離せずに射出する照明装置を用いても、フルカラーの投写画像を得ることが可能となる。本発明のプロジェクターの構成も、従来のプロジェクターと同様に、色光を１つの光変調装置で変調する、いわゆる単板式のプロジェクターとするのに好適な構成である。

また、本発明のプロジェクターによれば、光分離光学系は、照明装置からの光を第１の色光、第２の色光、第３の色光及び第４の色光に分離し、画素は、第１のサブ画素、第２のサブ画素、第３のサブ画素及び第４のサブ画素を有するため、二次元的（２行２列）に配列されたサブ画素で光を変調することができ、他の数のサブ画素（例えば、一次元的に配列された３つのサブ画素。特許文献１参照。）を用いる場合よりも、画像の解像度が低下しにくいプロジェクターとすることが可能となる。

［２］本発明のプロジェクターにおいては、前記第２マイクロレンズは、前記第１のサブ画素を透過した前記第１の色光の主光線、前記第２のサブ画素を透過した前記第２の色光の主光線、前記第３のサブ画素を透過した前記第３の色光の主光線及び前記第４のサブ画素を透過した前記第４の色光の主光線が入射する位置に配置されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、サブ画素からの各色光を、光変調装置とのなす角度が小さくなるように効率よく屈折することが可能となる。

［３］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１マイクロレンズアレイは、前記複数の画素のうちの１つの画素につき１つの第１マイクロレンズを有し、前記第２マイクロレンズアレイは、前記複数の画素のうちの１つの画素につき１つの第２マイクロレンズを有することが好ましい。

このような構成とすることにより、１つのサブ画素につき１つの第１マイクロレンズ及び１つの第２マイクロレンズを用いるよりもマイクロレンズの数を減らしてコストを低減することが可能となり、また、複数の画素につき１つの第１マイクロレンズ及び第２マイクロレンズを用いるよりも光路設計を容易とすることが可能となる。

［４］本発明のプロジェクターにおいては、前記光分離光学系は、前記照明装置からの光を、前記第１の色光及び前記第２の色光を含む第１の前段分離光と、前記第３の色光及び前記第４の色光を含む第２の前段分離光とに分離する前段光分離光学系と、前記第１の前段分離光を前記第１の色光と前記第２の色光とに分離して、分離された前記第１の色光と前記第２の色光とを、前記照明装置の光軸及び前記第１の前段分離光の光軸を含む平面と交差する方向に射出するとともに、前記第２の前段分離光を前記第３の色光と前記第４の色光とに分離して、分離された前記第３の色光と前記第４の色光とを前記平面と交差する方向に射出する後段光分離光学系とを備えることが好ましい。

このような構成とすることにより、照明装置からの光を色光に分離し、かつ、当該色光を二次元的に配列することが可能となる。

［５］本発明のプロジェクターにおいては、前記第２マイクロレンズは、光路後段側が凸の平凸レンズからなり、前記第２マイクロレンズアレイは、前記光変調装置と接して配置されていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、第２マイクロレンズアレイを固定するための特別な部材を用意することなく第２マイクロレンズアレイを配置することが可能となり、その結果、製造コストを低減することが可能なプロジェクターとすることが可能となる。

［６］本発明のプロジェクターにおいては、前記第２マイクロレンズは、光路後段側が空気層と接していることが好ましい。

このような構成とすることにより、第２マイクロレンズと空気層との屈折率の差を利用して光をより強く屈折することが可能となり、その結果、第２マイクロレンズの設計の自由度（例えば、材料選択の余地）を大きくすることが可能となり、プロジェクターの製造コストを低減することが可能となる。

［７］本発明のプロジェクターにおいては、前記第２マイクロレンズは、光路前段側が凸の平凸レンズからなり、前記光変調装置と前記第２マイクロレンズアレイとの間に設けられた、前記第２マイクロレンズよりも屈折率が低い物質からなる低屈折率層をさらに備え、前記第２マイクロレンズアレイは、前記低屈折率層と接して配置されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、第２マイクロレンズアレイの後段を平坦な面とすることが可能となり、その結果、メンテナンス性に優れたプロジェクターとすることが可能となる。

［８］本発明のプロジェクターにおいては、前記低屈折率層は、空気からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、第２マイクロレンズと低屈折率層との屈折率の差を利用して光をより強く屈折することが可能となり、その結果、第２マイクロレンズの設計の自由度を大きくすることが可能となり、プロジェクターの製造コストを低減することが可能となる。

［９］本発明のプロジェクターにおいては、前記低屈折率層は、樹脂からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、樹脂を固定部材として用いることが可能であるため、第２マイクロレンズアレイを固定するための特別な部材を用意することなく第２マイクロレンズアレイを配置することが可能となり、その結果、製造コストを低減することが可能なプロジェクターとすることが可能となる。

［１０］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１の色光は、青色光であり、前記第２の色光は、緑色光であり、前記第３の色光は、黄色光であり、前記第４の色光は、赤色光であることが好ましい。

このような構成とすることにより、視感度の高い緑色光及び黄色光を多く用いるため、より一層明るく見える投写画像を投写することが可能となる。

［１１］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１の色光は、青色光であり、前記第２の色光は、緑色光であり、前記第３の色光は、緑色光であり、前記第４の色光は、赤色光であることが好ましい。

このような構成とすることにより、視感度の高い緑色光を多く用いるため、より一層明るく見える投写画像を投写することが可能となる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を説明するために示す図。 実施形態１における光分離光学系２００の斜視図。 実施形態１における光分離の様子を説明するために示す図。 実施形態１における光変調装置４００付近の光の様子を示す図。 比較例における光変調装置４００付近の光の様子を示す図。 比較例に係るプロジェクター１０００ａが投写する光を説明するために示す図。 実施形態１に係るプロジェクター１０００が投写する光を説明するために示す図。 実施形態２における光変調装置４００付近の光の様子を示す図。

以下、本発明のプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸方向（図１（ａ）における照明装置の光軸１００ａｘと平行な方向）、ｘ軸方向（図１（ａ）における紙面に平行かつｚ軸に垂直な方向）及びｙ軸方向（図１（ａ）における紙面に垂直かつｚ軸に垂直な方向）とする。なお、以下の説明では、照明装置の光軸を照明光軸と呼ぶ。

図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を説明するために示す図である。図１（ａ）はプロジェクター１０００の光学系をｙ軸方向に沿って見た図であり、図１（ｂ）はプロジェクター１０００の光学系をｘ軸方向に沿って見た図である。なお、各図面は模式図であり、図中における光学要素の形状は必ずしも現実に則したものではない。図１（ａ）においては、光変調装置４００、投写光学系６００及びスクリーンＳＣＲの図示を省略している。
図２は、実施形態１における光分離光学系２００の斜視図である。図中に示す矢印は光の流れを示すものである。

図３は、実施形態１における光分離の様子を説明するために示す図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は光分離光学系２００による光の分離の様子を示しており、図３（ａ）は前段光分離光学系２１０に入射する前の光が画素ＰＸに入射したと仮定したときの光の様子を示す図であり、図３（ｂ）は前段光分離光学系２１０と後段光分離光学系２２０との間の光が画素ＰＸに入射したと仮定したときの光の様子を示す図であり、図３（ｃ）は実際に画素ＰＸに入射する光の様子を示す図である。
図４は、実施形態１における光変調装置４００付近の光の様子を示す図である。なお、説明を簡単にするために、光変調装置４００については最後端のブラックマトリクス（ＢＭ）以外の図示は省略した。図４に示す矢印はある色光の流れを例示するものであり、符号４００ａｘで示すものは光変調装置４００の光軸と平行な直線であり、後述する図５及び図８においても同様である。

実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１及び図４に示すように、照明装置１００と、光分離光学系２００と、第１マイクロレンズアレイ３００（図１においては図示を省略している。）と、光変調装置４００と、第２マイクロレンズアレイ５００（図１においては図示を省略している。）と、投写光学系６００とを備える。実施形態１に係るプロジェクター１０００は、色光を１つの光変調装置４００で変調する、いわゆる単板式のプロジェクターである。

照明装置１００は、光源装置１１０と、凹レンズ９０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０とを備える。照明装置１００は、照明光として赤色光、黄色光、緑色光及び青色光を含む光（つまり、白色光として用いることができる光）を、照明光軸１００ａｘに沿うように射出する。

光源装置１１０は、図１に示すように、発光部１０と、リフレクター２０とを備える。光源装置１１０は、照明光軸１００ａｘを中心軸とする集束光を被照明領域側に射出する。

発光部１０としては、光を射出する種々の機器を用いることができる。発光部１０は、例えば、高輝度発光する発光管であり、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等からなるものを用いることができる。また、発光部として、例えば、固体光源を用いることもできる。この場合、発光ダイオード、半導体レーザー、有機ＥＬ等や、固体光源に蛍光体を組み合わせたもの（例えば、青色光を射出する固体光源と黄色光を射出する蛍光層とを有する白色発光ダイオード。）を用いることができる。
発光部１０は、後述する反射面２２の第１焦点近傍から光を射出する。

リフレクター２０は、発光部１０から射出される光を被照明領域に向けて反射する。リフレクター２０は、光を被照明領域側へ向けて反射する反射面２２を有する。反射面２２は楕円面であり、第１焦点近傍からの光を被照明領域側の第２焦点近傍に集まる集束光として反射する。
凹レンズ９０は、光源装置１１０からの集束光を略平行光として射出する。

第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、光変調装置４００に入射する光の面内光強度分布を均一化する光均一化光学系（いわゆるレンズインテグレーター光学系）を構成する。

第１レンズアレイ１２０は、図１に示すように、凹レンズ９０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、光源装置１１０からの光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、複数の第１小レンズ１２２が照明光軸１００ａｘと直交する面内に４行４列のマトリクス状に配列された構成を有する。詳しい説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状（横：縦＝１：１の正方形）は、光変調装置５００のサブ画素（後述）の外形形状に関して略相似形である。

第２レンズアレイ１３０は、複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０及び第１マイクロレンズアレイ３００とともに、各第１小レンズ１２２の像を光変調装置４００のサブ画素近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、複数の第２小レンズ１３２が照明光軸１００ａｘに直交する面内に４行４列のマトリクス状に配列された構成を有する。

偏光変換素子１４０は、第２レンズアレイ１３０からの光を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光からなる光として射出する。
偏光変換素子１４０は、光源装置１１０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して光変調装置４００のサブ画素近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０は、重畳レンズ１５０の光軸と照明光軸１００ａｘとが略一致するように配置されている。

光分離光学系２００は、図２及び図３に示すように、照明装置１００からの光（図２及び図３においては、符号ＢＧＹＲで表示）を複数の色光、つまり、第１の色光Ｂ、第２の色光Ｇ、第３の色光Ｙ及び第４の色光Ｒに分離する。プロジェクター１０００においては、第１の色光Ｂは青色光であり、第２の色光Ｇは緑色光であり、第３の色光Ｙは黄色光であり、第４の色光Ｒは赤色光である。

光分離光学系２００は、前段光分離光学系２１０及び後段光分離光学系２２０を備える。
前段光分離光学系２１０は、照明装置１００からの光ＢＧＹＲを、第１の色光Ｂ及び第２の色光Ｇを含む第１の前段分離光ＢＧと、第３の色光Ｙ及び第４の色光Ｒを含む第２の前段分離光ＹＲとに分離する。
前段光分離光学系２１０は、ダイクロイックミラー２１２及び反射ミラー２１４を備える。ダイクロイックミラー２１２においては、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる波長選択透過膜が形成されている。ダイクロイックミラー２１２は、第１の前段分離光ＢＧを後段光分離光学系２２０の方へ反射して、第２の前段分離光ＹＲを透過させる。反射ミラー２１４は、ダイクロイックミラー２１２を透過した第２の前段分離光ＹＲを後段光分離光学系２２０の方へ反射する。

後段光分離光学系２２０は、第１の前段分離光ＢＧを第１の色光Ｂと第２の色光Ｇとに分離するとともに、第１の前段分離光ＢＧから分離された第１の色光Ｂと第２の色光Ｇとを照明装置１００の光軸（照明光軸１００ａｘ）及び第１の前段分離光ＢＧの光軸とを含む平面と交差する方向に向けて射出する。さらに、段光分離光学系２２０は、第２の前段分離光ＹＲを第３の色光Ｙと第４の色光Ｒとに分離するとともに、第２の前段分離光ＹＲから分離された第３の色光Ｙと第４の色光Ｒとを当該平面と交差する方向に向けて射出する。
後段光分離光学系２２０は、ダイクロイックミラー２２２及び反射ミラー２２４を備える。ダイクロイックミラー２２２は、第１の色光Ｂ及び第４の色光Ｒを光変調装置４００の方へ反射して、第２の色光Ｇ及び第３の色光Ｙを透過させる。反射ミラー２２４は、ダイクロイックミラー２２２を透過した第２の色光Ｇ及び第３の色光Ｙを光変調装置４００の方へ反射する。

前述したように、前段光分離光学系２１０はダイクロイックミラー２１２と反射ミラー２１４を備え、後段光分離光学系２２０はダイクロイックミラー２２２と反射ミラー２２４を備えている。ダイクロイックミラー２１２の反射面は反射ミラー２１４の反射面と平行ではなく、かつ、ダイクロイックミラー２２２の反射面は反射ミラー２２４の反射面と平行ではない。そのため、図２に示した第１の色光Ｂの光軸と第２の色光Ｇの光軸と第３の色光Ｙの光軸と第４の色光Ｒの光軸とは、実際には互いに平行ではない。ｙ軸方向から見たとき、第１の前段分離光ＢＧと第２の前段分離光ＹＲとは、第１の前段分離光ＢＧの光軸と第２の前段分離光ＹＲの光軸とが互いに近づいていくように進行する。また、ｚ軸方向から見たとき、第１の色光Ｂと第２の色光Ｇとは、第１の色光Ｂの光軸と第２の色光Ｇの光軸とが互いに近づいていくように進行し、第３の色光Ｙと第４の色光Ｒとは、第３の色光Ｙの光軸と第４の色光Ｒの光軸とが互いに近づいていくように進行する。さらに、ｘ軸方向から見たとき、第１の色光Ｂと第４の色光Ｒとは、第１の色光Ｂの光軸と第４の色光Ｒの光軸とが互いに近づいていくように進行し、第２の色光Ｇと第３の色光Ｙとは、第２の色光Ｇの光軸と第３の色光Ｙの光軸とが互いに近づいていくように進行する。つまり、第１の色光Ｂと第２の色光Ｇと第３の色光Ｙと第４の色光Ｒとは、光変調装置４００の光軸に対して互いに異なる方向から光変調装置４００に向かって進行する。第１の色光Ｂと第２の色光Ｇと第３の色光Ｙと第４の色光Ｒとがこのように進行するように、ダイクロイックミラー２１２と反射ミラー２１４とダイクロイックミラー２２２と反射ミラー２２４とを配置する。

光変調装置４００は、複数の画素を有する。また、各画素は、第１の色光Ｂを変調する第１のサブ画素ＰＢ、第２の色光Ｇを変調する第２のサブ画素ＰＧ、第３の色光Ｙを変調する第３のサブ画素ＰＹ及び第４の色光Ｒを変調する第４のサブ画素ＰＲを有する。画素における第１のサブ画素ＰＢ、第２のサブ画素ＰＧ、第３のサブ画素ＰＹ及び第４のサブ画素ＰＲは、図３（ｃ）に示すように二次元的（２行２列の正方形）に配列されている。

図４は、上記したとおり、実施形態１における光変調装置４００付近の光の様子を示す図であるが、さらにいえば、光変調装置４００と第１マイクロレンズアレイ３００と第２マイクロレンズアレイ５００の断面であって、第１のサブ画素ＰＢと第４のサブ画素ＰＲとを含み、かつｙｚ平面と平行な断面の模式図である。図４では、複数の画素ＰＸのうちｚ軸方向に互いに隣り合っている画素ＰＸ１と画素ＰＸ２とを示している。画素ＰＸ１は第１のサブ画素ＰＢ１と第２のサブ画素ＰＧ１と第３のサブ画素ＰＹ１と第４のサブ画素ＰＲ１とを含み、画素ＰＸ２は第１のサブ画素ＰＢ２と第２のサブ画素ＰＧ２と第３のサブ画素ＰＹ２と第４のサブ画素ＰＲ２とを含む。

ここでは、画素ＰＸ１を例にとって、第１マイクロレンズアレイ３００が光分離光学系２００からの光を色光ごとに集光する様子を説明する。第１マイクロレンズアレイ３００は、光分離光学系２００と光変調装置４００との間の光路上、すなわち、光変調装置４００の前段に設けられている。第１マイクロレンズアレイ３００は、光変調装置４００における１つの画素につき１つの第１マイクロレンズが対応するように、複数の第１マイクロレンズを有している。図４では、第１マイクロレンズ３０２１と第１マイクロレンズ３０２２とを図示しているが、実際には、第１マイクロレンズアレイ３００の光軸に垂直な面（ｘｚ面）に沿って、光変調装置４００における複数の画素の配置に対応するように複数の第１マイクロレンズが二次元的に配置されている。

すでに説明したように、ｘ軸方向から見たとき、第１の色光Ｂと第４の色光Ｒとは、第１の色光Ｂの光軸と第４の色光Ｒの光軸とが互いに近づいていくように進行する。そのため、第１の色光Ｂのうちマイクロレンズ３０２１に入射した成分は、第１のサブ画素ＰＢ１に向かって集光され、第４の色光Ｒのうちマイクロレンズ３０２１に入射した成分は、第４のサブ画素ＰＲ１に向かって集光される。図４には示していないが、第２の色光Ｇのうちマイクロレンズ３０２１に入射した成分は、第２のサブ画素ＰＧ１に向かって集光され、第３の色光Ｙのうちマイクロレンズ３０２１に入射した成分は、第３のサブ画素ＰＹ１に向かって集光される。このようにして、第１マイクロレンズアレイ３００は光分離光学系２００からの光を色光ごとに集光する。

仮に、光分離光学系２００を用いない場合には、図３（ａ）に示したように、照明装置１００からの光ＢＧＹＲが画素ＰＸ内の一点に集光される。また、前段光分離光学系２１０のみを用いる場合には、図３（ｂ）に示したように、第１の前段分離光ＢＧと第２の前段分離光ＹＲとが、画素ＰＸ内のｚ軸方向に互いに異なる位置にそれぞれ集光される。さらに後段光分離光学系２２０を用いることによって、図３（ｃ）に示したように、第１の色光Ｂが第１のサブ画素ＰＢ１に向かって集光され、第２の色光Ｇが第２のサブ画素ＰＧ１に向かって集光され、第３の色光Ｙが第３のサブ画素ＰＹ１に向かって集光され、第４の色光Ｒが第４のサブ画素ＰＲ１に向かって集光される。

なお、図示を省略したが、光変調装置４００の前段には入射側偏光板が介在配置され、光変調装置４００の後段には射出側偏光板が配置されている。これら入射側偏光板、光変調装置及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
光変調装置は、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、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応じて直線偏光の偏光方向を変調する。

第２マイクロレンズアレイ５００は、図４に示すように、第１マイクロレンズアレイ３００とは光変調装置４００を挟んで反対側に設けられている。第２マイクロレンズアレイ５００は、光変調装置４００における１つの画素につき１つの第２マイクロレンズが対応するように、複数の第２マイクロレンズを有している。図４では、第２マイクロレンズ５０２１と第２マイクロレンズ５０２２を図示しているが、実際には、第２マイクロレンズアレイ５００の光軸に垂直な面（ｘｚ面）に沿って、光変調装置４００の複数の画素の配置に対応するように複数の第２マイクロレンズが二次元的に配置されている。

ここでは、マイクロレンズ５０２１を例にとって、本発明の効果を説明する。第２マイクロレンズアレイ５００は、第１のサブ画素ＰＢ１を透過した第１の色光Ｂの主光線、第２のサブ画素ＰＧ１を透過した第２の色光Ｇの主光線、第３のサブ画素ＰＹ１を透過した第３の色光Ｙの主光線および第４のサブ画素ＰＲ１を透過した第４の色光Ｒの主光線がマイクロレンズ５０２１に入射するように配置されている。
ｘ軸方向から見たとき、第２マイクロレンズ５０２１は、第１のサブ画素ＰＢ１を透過した第１の色光Ｂの光軸と第４のサブ画素ＰＲ１を透過した第４の色光Ｒの光軸とのなす角が第２マイクロレンズ５０２１に入射する前よりも小さくなるように、第１の色光Ｂと第４の色光Ｒとを屈折させるとともに、第１の色光Ｂと第４の色光Ｒとを集光させる。同様に、ｘ軸方向から見たとき、第２マイクロレンズ５０２１は、第２のサブ画素ＰＧ１を透過した第２の色光Ｇの光軸と第３のサブ画素ＰＹ１を透過した第３の色光Ｙの光軸とのなす角がマイクロレンズ５０２１に入射する前よりも小さくなるように、第２の色光Ｇと第３の色光Ｙとを屈折させるとともに、第２の色光Ｇと第３の色光Ｙとを集光させる。

また、ｚ軸方向から見たとき、第２マイクロレンズ５０２１は、第１のサブ画素ＰＢ１を透過した第１の色光Ｂの光軸と第２のサブ画素ＰＧ１を透過した第２の色光Ｇの光軸とのなす角が第２マイクロレンズ５０２１に入射する前よりも小さくなるように、第１の色光Ｂと第２の色光Ｇとを屈折させるとともに、第１の色光Ｂと第２の色光Ｇとを集光させる。同様に、ｚ軸方向から見たとき、第２マイクロレンズ５０２１は、第４のサブ画素ＰＲ１を透過した第４の色光Ｒの光軸と第３のサブ画素ＰＹ１を透過した第３の色光Ｙの光軸とのなす角が第２マイクロレンズ５０２１に入射する前よりも小さくなるように、第４の色光Ｒと第３の色光Ｙとを屈折させるとともに、第４の色光Ｒと第３の色光Ｙとを集光させる。

上記したように、第２マイクロレンズ５０２１は、任意の２の色光の光軸の互いになす角が第２マイクロレンズ５０２１に入射する前よりも小さくなるように、第１の色光Ｂ、第２の色光Ｇ、第３の色光Ｙ及び第４の色光Ｒを屈折させるとともに、第１の色光Ｂ、第２の色光Ｇ、第３の色光Ｙ及び第４の色光Ｒを集光させる。
屈折に関していえば、マイクロレンズ５０２１は、図４に示すように、第１のサブ画素からの第１の色光Ｂ、第２のサブ画素からの第２の色光Ｇ、第３のサブ画素Ｙからの第３の色光及び第４のサブ画素からの第４の色光Ｒを、光変調装置４００の光軸（符号４００ａｘ参照。）とのなす角度が小さくなるように屈折させるともいえる。

第２マイクロレンズ５０２１は、光路後段側が凸の平凸レンズからなり、光路後段側が空気層と接している。なお、第２マイクロレンズ５０２１の光路前段側は平面となっており、第２マイクロレンズアレイ５００は、この平面で光変調装置４００に接して配置されている。
第２マイクロレンズ５０２１の材料としては、ガラス、樹脂、石英等、色光を透過させる種々の材料を用いることができる。

第１マイクロレンズアレイ３００及び第２マイクロレンズアレイ５００は、光変調装置４００の光軸方向から見たとき、第１マイクロレンズ３０２１と第２マイクロレンズ５１０とが対向するように配置されている。

射出側偏光板を経てカラー画像となった光は、投写光学系６００によって投写され、投写対象であるスクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

次に、実施形態１に係るプロジェクター１０００の効果を説明する。

実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第２マイクロレンズ５０２１は、第１の色光Ｂの光軸、第２の色光Ｇの光軸、第３の色光Ｙの光軸及び第４の色光Ｒの光軸のうち、任意の２の色光の光軸の互いになす角が１の第２マイクロレンズ５０２１に入射する前よりも小さくなるように、第１の色光Ｂ、第２の色光Ｇ、第３の色光Ｙ及び第４の色光Ｒを屈折させるとともに、第１の色光Ｂ、第２の色光Ｇ、第３の色光Ｙ及び第４の色光Ｒを集光させる。つまり、第２マイクロレンズ５０２１は、各サブ画素からの各色光を光変調装置の光軸とのなす角度が小さくなるように屈折させるとともに、各色光を集光させる。そのため、投写画像として有効に用いることができる光を増やし、従来のプロジェクターよりも投写画像の明るさを一層明るくすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、光分離光学系２００と、第１マイクロレンズアレイ３００と、光変調装置４００とを備えるため、従来のプロジェクターと同様に、複数の色光を分離せずに射出する照明装置を用いても、フルカラーの投写画像を得ることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、光分離光学系２００は、照明装置１００からの光を第１の色光Ｂ、第２の色光Ｇ、第３の色光Ｙ及び第４の色光Ｒに分離し、画素は、第１のサブ画素、第２のサブ画素、第３のサブ画素及び第４のサブ画素を有するため、二次元的（２行２列）に配列されたサブ画素で光を変調することができ、他の数のサブ画素（例えば、一次元的に配列された３つのサブ画素）を用いる場合よりも、画像の解像度が低下しにくいプロジェクターとすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第２マイクロレンズアレイ５００は、第１のサブ画素ＰＢ１を透過した第１の色光Ｂの主光線、第２のサブ画素ＰＧ１を透過した第２の色光Ｇの主光線、第３のサブ画素ＰＹ１を透過した第３の色光Ｙの主光線および第４のサブ画素ＰＲ１を透過した第４の色光Ｒの主光線がマイクロレンズ５０２１に入射するように配置されている。そのため、各サブ画素を透過した各色光を効率よく屈折させることができる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１マイクロレンズアレイ３００は画素１つにつき１つの第１マイクロレンズ３０２１を有し、第２マイクロレンズアレイ５００は、画素１つにつき１つの第２マイクロレンズ５０２１を有する。そのため、サブ画素につき１つの第１マイクロレンズ及び第２マイクロレンズを用いるよりもマイクロレンズの数を減らしてコストを低減することが可能となる。また、複数の画素につき１つの第１マイクロレンズ及び第２マイクロレンズを用いるよりも光路設計を容易とすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、光分離光学系２００は、前段光分離光学系２１０と、後段光分離光学系２２０とを備えるため、照明装置からの光を第１の色光Ｂと第２の色光Ｇと第３の色光Ｙと第４の色光Ｒとに分離し、かつ、当該４つの色光を二次元的に配列することが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第２マイクロレンズ５０２１は、光路後段側が凸の平凸レンズからなり、第２マイクロレンズアレイ５００は、光変調装置４００と接して配置されている。そのため、第２マイクロレンズアレイを固定するための特別な部材を用意することなく第２マイクロレンズアレイを配置することが可能となる。その結果、製造コストを低減することが可能なプロジェクターとすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第２マイクロレンズ５０２１は、光路後段側が空気層と接しているため、第２マイクロレンズと空気層との屈折率の差を利用して光をより強く屈折することが可能となる。その結果、第２マイクロレンズの設計の自由度（例えば、材料選択の余地）を大きくすることが可能となり、プロジェクターの製造コストを低減することが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１の色光Ｂは青色光であり、第２の色光Ｇは緑色光であり、第３の色光Ｙは黄色光であり、第４の色光Ｒは赤色光であるため、視感度の高い緑色光及び黄色光を多く用いるため、より一層明るく見える投写画像を投写することが可能となる。

［比較例］
図５は、比較例における光変調装置４００付近の光の様子を示す図である。
図６は、比較例に係るプロジェクター１０００ａが投写する光を説明するために示す図である。図６（ａ）はプロジェクター１０００ａがスクリーンＳＣＲに投写する光全体を示す図であり、図６（ｂ）はある１つの色光について光変調装置４００透過後の角度分布を示す図である。なお、図６に示す光の様子はシミュレーションにより得たものであり、色が薄いほど光の強度が高い（つまり、明るい）ことを示す。後述する図７に関しても同様である。図６（ｂ）及び後述する図７（ｂ）において、符号Ｃで示す円は光の位置関係を示すためのものであり、光の明暗の様子を示すものではない。
図７は、実施形態１に係るプロジェクター１０００が投写する光を説明するために示す図である。図７（ａ）はプロジェクター１０００がスクリーンＳＣＲに投写する光全体を示す図であり、図７（ｂ）はある１つの色光の光変調装置４００透過後の角度分布を示す図である。

比較例においては、従来のプロジェクターと同様の構成を有するプロジェクター１０００ａ（全体の図示は省略する。）と、実施形態１に係るプロジェクター１０００とについて、光の様子を確認するためにシミュレーションを行った。
比較例に係るプロジェクター１０００ａについては、第２マイクロレンズアレイ以外は実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するものとして上記シミュレーションを行った。すなわち、比較例に係るプロジェクター１０００ａは、図５に示すように、第２マイクロレンズアレイを備えない。

前述したように、第１の色光Ｂと第２の色光Ｇと第３の色光Ｙと第４の色光Ｒとは、光変調装置４００の光軸（符号４００ａｘ参照。）に対して互いに異なる方向から光変調装置４００に向かって進行する。そのため、従来例に係るプロジェクター１０００ａでは、図６（ｂ）に示すように主光線がセンターから偏ってしまい、光変調装置４００透過後の各色光は符号Ｃで示す円から互いに異なる方向にずれた位置に投写される（なお、図６（ｂ）では１つの色光についてのみ示してある。）。その結果、４つの色光が互いに重なっている領域しか投写画像として利用することができないため、全体として光の利用効率が低い。しかし、本発明に係るプロジェクターであるプロジェクター１０００においては、図７（ｂ）に示すように主光線がセンター付近に集まってきており、４つの色光を符号Ｃで示す円にほぼ重なるように投写することができるため、光の利用効率が高くなる。このように、実施形態１に係るプロジェクター１０００では、第２マイクロレンズ（例えば、第２マイクロレンズ５０２１）は、サブ画素からの各色光の互いになす角度が小さくなるように屈折させる（また、光変調装置の光軸とのなす角度が小さくなるように屈折させる）とともに、各色光を集光させる。そのため、投写画像として有効に用いることができる光を増やし、従来のプロジェクターよりも投写画像の明るさを一層明るくすることが可能となることが確認できた。

［実施形態２］
図８は、実施形態２における光変調装置４００付近の光の様子を示す図であり、実施形態１における図４に相当する。
実施形態２に係るプロジェクター１００２は、基本的には実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するが、第２マイクロレンズアレイの構成が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係るプロジェクター１００２においては、図８に示すように、第２マイクロレンズアレイ５１０における第２マイクロレンズ（第２マイクロレンズ５１２１，５１２２のみを図示する。）は、光路前段側が凸の平凸レンズからなる。これに伴って、プロジェクター１００２は、光変調装置４００と第２マイクロレンズアレイ５１０との間に、第２マイクロレンズよりも屈折率が低い物質からなる低屈折率層５１４をさらに備える。第２マイクロレンズアレイ５１０は、低屈折率層５１４と接して配置されている。低屈折率層５１４は、空気からなる。

上記のように、実施形態２に係るプロジェクター１００２は、第２マイクロレンズアレイ５１０の構成が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なるが、第２マイクロレンズアレイ５１０は実施形態１における第２マイクロレンズアレイ５００と同様な効果を有する。そのため、実施形態２に係るプロジェクター１００２は、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様に、投写画像として有効に用いることができる光を増やし、従来のプロジェクターよりも投写画像の明るさを一層明るくすることが可能となる。

また、実施形態２に係るプロジェクター１００２によれば、第２マイクロレンズは、光路前段側が凸の平凸レンズからなる。また、プロジェクター１００２は、光変調装置４００と第２マイクロレンズアレイ５１０との間に、第２マイクロレンズ５０２１よりも屈折率が低い物質からなる低屈折率層５１４をさらに備え、第２マイクロレンズアレイ５１０は、低屈折率層５１４と接して配置されている。そのため、第２マイクロレンズアレイの後段を平坦な面とすることが可能となり、その結果、メンテナンス性に優れたプロジェクターとすることが可能となる。

また、実施形態２に係るプロジェクター１００２によれば、低屈折率層５１４は空気からなるため、第２マイクロレンズと低屈折率層との屈折率の差を利用して光をより強く屈折することが可能となる。その結果、第２マイクロレンズの設計の自由度を大きくすることが可能となり、プロジェクターの製造コストを低減することが可能となる。

なお、実施形態２に係るプロジェクター１００２は、第２マイクロレンズアレイの構成以外の点においては、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するため、実施形態１に係るプロジェクター１０００が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態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。

（１）上記各実施形態において記載した各構成要素の寸法、個数、材質及び形状は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

（２）実施形態２においては、空気からなる低屈折率層５１４を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、樹脂からなる低屈折率層を用いてもよい。このような構成とすることにより、樹脂を固定部材として用いることが可能であるため、第２マイクロレンズアレイを固定するための特別な部材を用意することなく第２マイクロレンズアレイを配置することが可能となり、その結果、製造コストを低減することが可能なプロジェクターとすることが可能となる。

（３）上記各実施形態においては、第３の色光として黄色光を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第３の色光として緑色光を用いてもよい。このような構成とすることにより、視感度の高い緑色光を多く用いるため、より一層明るく見える投写画像を投写することが可能となる。

（４）上記各実施形態においては、１つの画素につき１つの第１マイクロレンズを有する第１マイクロレンズアレイを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１マイクロレンズアレイは画素と対応する第１マイクロレンズを有していればよく、画素の数より多い第１マイクロレンズを有する第１マイクロレンズアレイを用いてもよい。これは、第２マイクロレンズアレイについても同様である。

（５）上記実施形態においては、発光部から射出される光のうち、リフレクターには直接入射しない光の一部又は全部を反射する副鏡をさらに備える光源装置を用いてもよい。

（６）上記実施形態においては、反射面が楕円面からなるリフレクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射面が放物面からなるリフレクターを用いてもよい。この場合、リフレクターから平行光を射出することが可能であるため、実施形態における凹レンズ９０に該当する光学要素は備えなくてもよい。

（７）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。

１０…発光管、２０…リフレクター、２２…反射面、９０…凹レンズ、１００…照明装置、１００ａｘ…照明光軸、１１０…光源装置、１２０…第１レンズアレイ、１２２…第１小レンズ、１３０…第２レンズアレイ、１３２…第２小レンズ、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００…光分離光学系、２１０…前段光分離光学系、２１２，２２２…ダイクロイックミラー、２１４，２２４…反射ミラー、２２０…後段光分離光学系、３００…前段マイクロレンズアレイ、３０２１，３０２２…前段マイクロレンズ、４００…光変調装置、５００，５１０…後段マイクロレンズアレイ、５０２１，５０２２，５１２１，５１２２…後段マイクロレンズ、５１４…低屈折率層、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (11)

1. 照明装置と、
   前記照明装置からの光が入射する光分離光学系と、
   複数の画素を有する光変調装置と、
   前記光分離光学系と前記光変調装置との間の光路上に設けられ、複数の第１マイクロレンズを有する第１マイクロレンズアレイと、
   前記第１マイクロレンズアレイとは前記光変調装置を挟んで反対側に設けられ、複数の第２マイクロレンズを有する第２マイクロレンズアレイと、
   を備えるプロジェクターであって、
   前記光分離光学系は、前記照明装置からの光を第１の色光、第２の色光、第３の色光及び第４の色光に分離し、
   前記複数の画素のうち１の画素は、前記第１の色光を変調する第１のサブ画素、前記第２の色光を変調する第２のサブ画素、前記第３の色光を変調する第３のサブ画素及び前記第４の色光を変調する第４のサブ画素を有し、
   前記複数の第１マイクロレンズのうち１の第１マイクロレンズは、前記第１の色光を前記第１のサブ画素に入射させ、前記第２の色光を前記第２のサブ画素に入射させ、前記第３の色光を前記第３のサブ画素に入射させ、かつ、前記第４の色光を前記第４のサブ画素に入射させ、
   前記複数の第２マイクロレンズのうち１の第２マイクロレンズは、前記第１の色光の光軸、前記第２の色光の光軸、前記第３の色光の光軸及び前記第４の色光の光軸のうち、任意の２の色光の光軸の互いになす角が前記１の第２マイクロレンズに入射する前よりも小さくなるように、前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光及び前記第４の色光を屈折させるとともに、前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光及び前記第４の色光を集光させ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、
   前記第２マイクロレンズは、前記第１のサブ画素を透過した前記第１の色光の主光線、前記第２のサブ画素を透過した前記第２の色光の主光線、前記第３のサブ画素を透過した前記第３の色光の主光線及び前記第４のサブ画素を透過した前記第４の色光の主光線が入射する位置に配置されていることを特徴とするプロジェクター。
3. 請求項１又は２に記載のプロジェクターにおいて、
   前記第１マイクロレンズアレイは、前記複数の画素のうちの１つの画素につき１つの第１マイクロレンズを有し、
   前記第２マイクロレンズアレイは、前記複数の画素のうちの１つの画素につき１つの第２マイクロレンズを有することを特徴とするプロジェクター。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
   前記光分離光学系は、
   前記照明装置からの光を、前記第１の色光及び前記第２の色光を含む第１の前段分離光と、前記第３の色光及び前記第４の色光を含む第２の前段分離光とに分離する前段光分離光学系と、
   前記第１の前段分離光を前記第１の色光と前記第２の色光とに分離して、分離された前記第１の色光と前記第２の色光とを、前記照明装置の光軸及び前記第１の前段分離光の光軸を含む平面と交差する方向に射出するとともに、前記第２の前段分離光を前記第３の色光と前記第４の色光とに分離して、分離された前記第３の色光と前記第４の色光とを前記平面と交差する方向に射出する後段光分離光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
   前記第２マイクロレンズは、光路後段側が凸の平凸レンズからなり、
   前記第２マイクロレンズアレイは、前記光変調装置と接して配置されていることを特徴とするプロジェクター。
6. 請求項５に記載のプロジェクターにおいて、
   前記第２マイクロレンズは、光路後段側が空気層と接していることを特徴とするプロジェクター。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
   前記第２マイクロレンズは、光路前段側が凸の平凸レンズからなり、
   前記光変調装置と前記第２マイクロレンズアレイとの間に設けられた、前記第２マイクロレンズよりも屈折率が低い物質からなる低屈折率層をさらに備え、
   前記第２マイクロレンズアレイは、前記低屈折率層と接して配置されていることを特徴とするプロジェクター。
8. 請求項７に記載のプロジェクターにおいて、
   前記低屈折率層は、空気からなることを特徴とするプロジェクター。
9. 請求項７に記載のプロジェクターにおいて、
   前記低屈折率層は、樹脂からなることを特徴とするプロジェクター。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
    前記第１の色光は、青色光であり、
    前記第２の色光は、緑色光であり、
    前記第３の色光は、黄色光であり、
    前記第４の色光は、赤色光であることを特徴とするプロジェクター。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
    前記第１の色光は、青色光であり、
    前記第２の色光は、緑色光であり、
    前記第３の色光は、緑色光であり、
    前記第４の色光は、赤色光であることを特徴とするプロジェクター。