JP4144384B2 - プロジェクタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プロジェクタにおいては、コントラストの向上が望まれ、投写レンズ内に絞り手段を設けることで対応するようにしたプロジェクタがある。例えば、「照明装置と、該照明装置からの光束を変調して画像情報を含ませる手段と、変調光束をスクリーン上に投射する投射光学系とを含んで構成される投射型表示装置において、前記照明装置は、光源ランプからの放射光を、集光性を有する手段を用いて集光し、一つ以上の２次的な光源を形成し、その２次的な光源からの光束によって前記画像情報を含ませる手段を照明するものであって、また、前記画像情報を含ませる手段が、入射光束を散乱度合で変調する液晶複合素子を用いたライトバルブであり、また、前記投射光学系の内部／近傍に、前記２次的な光源の像を形成し、その位置には、前記投射光学系の光軸に垂直な投射絞りを設け、該投射絞りの開口部の形状が、該投射絞りを含む面内に形成される前記２次的な光源の像の形状の外枠とほぼ一致」するようにしたプロジェクタがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３０３０８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術（特許文献１）では、投射絞りの開口部の形状を２次的な光源の像の形状の外枠とほぼ一致するようにして、２次的な光源の像を形成する光束のみを通過させるように構成している。このため、照明装置と投射絞りの位置決めに高い位置決め精度が求められ、仮に位置ずれが起きた場合、明るさの低下、被照射面の明るさの均一性を示す照度比（液晶パネルの端部照度と中心照度との比）の低下や、色むらの悪化など、各種の不都合が発生して画質の低下を招いてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、高い位置決め精度が要求されることのない構成でありながらも、コントラストの向上を確実に図ることの可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
また、本発明に係るプロジェクタは、光源と、光源から出射された光を、縦横に配置された複数の小レンズによって複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイの複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイと、第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイから射出される複数の部分光束を光変調装置上で重畳させる重畳レンズと、光変調装置で変調された光を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタであって、第２のレンズアレイの外形形状とほぼ相似形の開口を有する絞り手段が、第２のレンズアレイと共役な位置近傍に配置されてなるものである。これによれば、コントラスト低下を招く光束を絞り手段で遮光することができ、高コントラストで品質の良い投写画像を提供するプロジェクタを得ることができる。また、従来では、２次的な光源像のみを通過させるという観点から、厳しい位置決め精度が要求されるのに対し、本発明では第２のレンズアレイと共役な位置近傍であれば良く、従来と比べて厳しい位置決め精度が要求されない。このため、明るさの低下や、被照射面の明るさの均一性を示す照度比（液晶パネルの端部照度と中心照度との比）の低下や、色むらの悪化など、画質低下を招く不都合を生じさせることなく、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【０００７】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段の開口が、ほぼ矩形状に構成されてなるものである。これによれば、第２のレンズアレイの外形形状が矩形状に形成されているプロジェクタにおいて、高コントラストで品質の良い投写画像を提供することができる。
【０００８】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記光変調装置がブラックマトリックスを備えて回折格子として機能しており、絞り手段は、光変調装置で生じる各部分光束の各０次回折光によって第２のレンズアレイと共役な位置において形成される各光源像の配列領域よりも外側を通過する光を遮光するように構成されてなるものである。このような遮光を行うことにより、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段が、この絞り手段を光源の光軸方向から見たときの開口の横方向及び縦方向のそれぞれの長さφX，φYが、次式で求められる値に設定されてなるものである。
φX ＝ ｆ／Ｆx
φY ＝ ｆ／ＦY
但し、ｆ：投写レンズの焦点距離、Ｆx：第１のレンズアレイ、第２のレンズアレイ及び重畳レンズを備えた照明光学系のＦナンバーであって、照明光学系を光源の光軸方向から見たときの横方向のＦナンバー、ＦY：照明光学系のＦナンバーであって、照明光学系を光源の光軸方向から見たときの縦方向のＦナンバー
【００１０】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段が、開口を有する板状部材で構成されてなるものである。これによれば、絞り手段を安価に構成できる。
【００１１】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段が、開口の面積を変化させる機構を有するものである。これによれば、プロジェクタを用いる環境に応じて開口面積を調節することにより、プロジェクタの使用場所に応じた最適な投写画像を得ることができるようになる。
【００１２】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記光変調装置が、ＴＦＴ基板とＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に液晶を封止してなる液晶パネルであるものである。このように光変調装置として、ＴＦＴ基板とＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に液晶を封止してなる液晶パネルを用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
プロジェクタ１は、光源１００と、光源１００からの光の照度分布を均一化して、液晶パネルを均一に照明するための照明光学系１３０と、この照明光学系１３０から出射される光束Ｗを、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離すると共に赤色光束Ｒ及び緑色光束Ｇをそれぞれ対応する後述の液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇに導く色光分離光学系１４０と、色光分離光学系１４０によって分離された各色光束のうち、光路の長い青色光束Ｂを対応する後述の液晶パネル１７０Ｂに導くリレー光学系１５０と、各色光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する３枚のコンデンサーレンズ１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂ（特に区別しない場合は１６０と符号を付す）と、コンデンサーレンズを透過した各色光束を与えられた画像情報に従って変調する光変調装置としての液晶パネル１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂ（特に区別しない場合は１７０と符号を付す）と、変調された各色光束を合成するクロスダイクロイックプリズム１８０と、合成された光束を投写面ＳＣ上に拡大投写する投写レンズ１９０とを備えている。
【００１４】
光源１００は、例えばメタルハライドランプ等の高輝度ランプで構成される光源ランプ１１０と、光源ランプ１１０から出射された光をほぼ平行な光束として出射する回転放物面を有する反射鏡１２０とを備えている。
【００１５】
照明光学系１３０は、第１のレンズアレイ１３１と、第２のレンズアレイ１３２と、偏光変換素子１３３と、重畳レンズ１３４とを備えている。
【００１６】
図２は、第１のレンズアレイの平面図である。
第１のレンズアレイ１３１は、図２に示すように、略矩形状の外形形状を有する小レンズ１３１Ａが縦横（縦Ｍ個・横Ｎ個で、ここではＭ＝７，Ｎ＝６）に複数配置された構成を有し、光源光軸方向から見た第１のレンズアレイ１３１全体の外形形状が矩形状に構成されている。各小レンズ１３１Ａは、光源１００から入射された平行な光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１３２の近傍で結像させる機能を有している。各小レンズ１３１Ａの外形形状は、液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂ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。例えば、液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂの画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズ１３１Ａのアスぺクト比も４：３に設定される。
【００１７】
また、第２のレンズアレイ１３２は、第１のレンズアレイ１３１の小レンズ１３２Ａに対応して、小レンズ１３２Ａが縦横（縦Ｍ個・横Ｎ個で、ここではＭ＝７，Ｎ＝６）に互いに隙間無く複数配置された構成を有している。第２のレンズアレイ１３２の小レンズ１３２Ａの外形形状は、第１のレンズアレイ１３１の小レンズ１３１Ａのように、必ずしも液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂの画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定する必要はないが、本例ではほぼ相似形をなすように設定され、光源光軸方向から見た第２のレンズアレイ１３２全体の外形形状が矩形状に構成されている。この第２のレンズアレイ１３２は、第１のレンズアレイ１３１から射出された複数の部分光線束が集光される近傍位置に配置されており、各小レンズ１３２Ａには、図３に示すようにＭ×Ｎ個の２次光源像１３２ａが形成されている。
【００１８】
偏光変換素子１３３は、入射された光束を１種類の直線偏光光に変換して射出する機能を有するものである。
【００１９】
重畳レンズ１３４は、第１のレンズアレイ１３１によって分割された複数の部分光束が第２のレンズアレイ１３２および偏光変換素子１３３を介して入射され、その入射された複数の部分光束のそれぞれを、液晶パネル１７０上に重畳して照明する機能を有するものである。
【００２０】
色光分離光学系１４０は、青緑反射ダイクロイックミラー１４１と緑反射ダイクロイックミラー１４２と、反射鏡１４３とを備えている。青緑反射ダイクロイックミラー１４１は、照明光学系１３０からの照明光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色成分とを反射する。透過した赤色光束Ｒは、反射鏡１４３で反射されて、液晶パネル１７０Ｒに達する。一方、青緑反射ダイクロイックミラー１４１で反射された青色光束Ｂと緑色光束Ｇのうち、緑色光束Ｇは緑反射ダイクロイックミラー１４２によって反射され、液晶パネル１７０Ｇに達する。一方、青色光束Ｂは、緑反射ダイクロイックミラー１４２も透過してリレー光学系１５０へと入射する。
【００２１】
リレー光学系１５０は、青色光束Ｂを対応する液晶パネル１７０Ｂに導く光路中に設けられ、青色光束Ｂをその強度を維持したまま液晶パネル１７０Ｂまで導くものであり、第２リレーレンズ１５３に集光する第１リレーレンズ１５１と、反射鏡１５２と、第２リレーレンズ１５３と、反射鏡１５４を備えている。
【００２２】
各液晶パネル１７０は、図示しない外部の制御回路から与えられた画像情報に従って、それぞれの色光を変調して画像を形成する光変調装置に相当するものである。ここで変調された各色光束は、ダイクロイックプリズム１８０によって合成され、合成された光束は投写レンズ１９０によって投写面ＳＣ上に拡大投写される。液晶パネル１７０は、ここではＴＦＴ基板とこのＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に液晶を封止してなる構成のものを採用している。
【００２３】
次に、図４によって図１の光学系における光線の光路を説明する。
【００２４】
図４は、図１の光学系における光路説明図である。
光源１００から出射された、光源光軸に対してほぼ平行な光は、第１のレンズアレイ１３１に入射される。そして、第１のレンズアレイ１３１で複数の部分光束に分割された後、第２のレンズアレイ１３２に入射し、先に示した図３に示すような複数の光源像１３２ａを形成する。そして、各光源像１３２ａを形成した各部分光束は、偏光変換素子１３３を介して重畳レンズ１３４に入射される。そして、重畳レンズ１３４によって液晶パネル１７０Ｒ上に重畳して照射される。なお、液晶パネルＲには、その入射面側に配置されたコンデンサーレンズ１６０Ｒによって各部分光束がその部分光束の中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換された上で入射されるようになっている。
【００２５】
そして、液晶パネル１６０Ｒにて変調された光束は、クロスダイクロイックプリズム１８０で他の色光束と合成されて、投写レンズ１９０により投写面ＳＣに向けて照射される。ここで、第２のレンズアレイ１３２と共役な位置Ａ（以下、当該位置Ａに形成される第２のレンズアレイ１３２の結像面を結像面Ａと呼ぶことがある）の近傍には、本発明の特徴部分である絞り手段２００が配置されている。この絞り手段２００については後に詳述することにする。
【００２６】
ところで、液晶パネル１７０は、図５に示すように、画素画像を形成する複数の光透過部１７１と、この光透過部１７１間に形成された光不透過性を有するブラックマトリックス１７２とを備えている。かかる構成により、液晶パネル１７０は回折格子として機能しており、図６に示すように、入射した入射光を、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光・・・に回折させて出射している。
【００２７】
図７〜図９は、第１及び第２のレンズアレイの一番上の小レンズを通過した光の光路図で、特に、図７は、液晶パネルによる０次回折光の光路図、図８は、液晶パネルによる＋１次回折光の光路図、図９は、液晶パネルによる＋２次回折光の光路図となっている。なお、図７〜図９には、参考のために以下に詳述する絞り手段２００が図示されている。
図７〜図９には、第１のレンズアレイ１３１及び第２のレンズアレイ１３２の一番上の小レンズ１３１０Ａ（１３２０Ａ）（図２参照）を通過した部分光束が、各次数の回折光毎に、それぞれ投写レンズ１９０内の結像面Ａ上の異なる位置で結像する様子が示されている。このように、第２のレンズアレイ１３２のある小レンズ１３２Ａを通過した部分光束は、回折格子として機能する液晶パネル１７０を介して結像することによって、結像面Ａ上に複数の光源像を形成する。具体的には、０次回折光による光源像を形成すると共に、その周囲に±１次回折光、±２次回折光による光源像を形成する。このため、第２のレンズアレイ１３２の小レンズ１３２ＡはＭ×Ｎ個あるため、０次回折光によるＭ×Ｎ個の光源像のそれぞれの周囲に、±１次回折光、±２次回折光による光源像が形成されることになる。
【００２８】
図１０は、結像面に形成された複数の光源像を示す図で、特に、第２のレンズアレイ１３２の光源光軸方向から見て左上の小レンズ１３２０Ａを通過した部分光束による光源像２１０ａについて着目して示した図である。なお、マトリックス状の点線は、図１０が第２のレンズアレイ１３２の各小レンズ１３２Ａのうちの左上の小レンズ１３２０Ａによる像に着目していることを視覚的に認識し易くするために図示したものである。また、点線で示した光源像２１０ｂは、第２のレンズアレイ１３２の他の各小レンズを通過した各部分光束が液晶パネル１７０を通過することによって生じる０次回折光による光源像である。
【００２９】
図１０に示すように、第２のレンズアレイ１３２の左上の小レンズ１３２０Ａを通過した部分光束は、液晶パネル１７０によって回折されることにより、０次回折光による光源像２１０ａを形成すると共に、その周囲に１次回折光による光源像２２０（２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ）、２次回折光による光源像２３０（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ）を形成する。
【００３０】
このような液晶パネル１７０で生じた各部分光束の高次回折光は、画像のコントラストの低下を招く要因となっている。すなわち、図１０においては、光源像２２０ａ〜２２０ｄを形成する光束、光源像２３０ａ〜２３０ｄを形成する光束は、画像のコントラストの低下を招く要因となっている。なお、ここでは図示省略されているが、小レンズ１３２０Ａ以外の各小レンズを通過した各部分光束も、それぞれ液晶パネル１７０で回折されることにより、上述したように０次回折光の周囲に高次回折光による光源像を形成しており、高次回折光は、同様に画像のコントラストの低下を招く要因となっている。このような高次回折光は、コントラストの面で多少不都合のあるものの、図１０のハッチング領域の内側に光源像を形成する高次回折光は、投写画像の明るさの向上に寄与しており、有効な役割を備えている。これに対し、ハッチング領域に光源像を形成する高次回折光は、先の高次回折光と比べてその効果は低く、遮光されたとしても明るさを大きく低下させることはない。
【００３１】
以上のことから、本発明においては、第２のレンズアレイ１３２による光源像が形成される位置、すなわち第２のレンズアレイ１３２と共役な位置Ａの近傍に次の図に示すような構成の絞り手段２００を配置してハッチング領域に光源像を形成する光束を遮光し、これによりコントラストの向上を図るようにしている。
【００３２】
図１１は、絞り手段を示す図である。
絞り手段２００は、板状部材に矩形状の開口２０１が形成された構成となっている。開口２０１の大きさは、液晶パネル１７０で生じる各部分光束の各０次回折光により結像面Ａに形成される各光源像の配列領域内の光束を通過させ、前記配列領域よりも外側を通過する光束を遮光することが可能な大きさに設定されている。ここで、前記配列領域よりも外側を通過する光束とは、具体的には、上述したように液晶パネル１７０による高次回折光のうち図１０のハッチング領域を通過する高次回折光や、その他、迷光などが相当する。
【００３３】
ところで、絞り手段２００の開口２０１の形状を矩形状としたが、この開口２０１は、第２のレンズアレイ１３２の外形形状と相似形に設定されるものであり、本例では第２のレンズアレイ１３２の外形形状が矩形状であることから矩形状に設定される。これは、結像面Ａ上には、液晶パネル１７０で生じる各部分光束の各０次回折光による各光源像が、第２のレンズアレイ１３２の外形形状と同様の形状、すなわちここでは矩形状に配列されるためである。よって、絞り手段２００の開口２０１を、第２のレンズアレイ１３２の外形形状と相似形とすることにより、各０次回折光により形成される各光源像の配列領域内の光束を通過させ、配列領域よりも外側を通過する光束を遮光することが可能となる。
【００３４】
次に、絞り手段２００の具体的な開口２０１の大きさについて説明する。
開口２０１の横方向の長さφX、縦方向の長さφYは、次式（１）、（２）によって求められる。
【００３５】
φX ＝ ｆ／Ｆx ・・・ （１）
φY ＝ ｆ／ＦY ・・・ （２）
但し、ｆ：投写レンズ１９０の焦点距離、Ｆx：照明光学系１３０の横方向のＦナンバー、ＦY：照明光学系１３０の縦方向のＦナンバー
【００３６】
ところで、本実施の形態のプロジェクタ１においては、投写レンズ１９０のＦナンバーを照明光学系１３０のＦナンバーとほぼ同じか又はそれ以下にして、投写レンズ１９０が照明光学系１３０とほぼ同等の明るさを持つようにしている。照明光学系１３０のＦナンバーは、重畳レンズ１３４の位置により定まるものであり、このＦナンバーについて次の図によって説明する。
【００３７】
図１２は、照明光学系１３０のＦナンバーを説明するための模式図であり、そこに付された符号は図１のそれらに対応する。照明光学系１３０の横方向（Ｘ方向）のＦナンバー及び縦方向（Ｙ方向）のＦナンバーは、次式（３）、（４）で求められる。
【００３８】
Ｆx ＝ Ｄ／（ｄ１／２） ・・・ （３）
ＦY ＝ Ｄ／（ｄ２／２） ・・・ （４）
但し、ｄ１：第２のレンズアレイ１３２のＸ方向の幅、ｄ２：第２のレンズアレイのＹ方向の幅、Ｄ：第２のレンズアレイ１３２からコンデンサーレンズ１６０までの距離
【００３９】
このように、照明光学系１３０のＸ方向及びＹ方向のＦナンバーは、重畳レンズ１３４の位置と第２のレンズアレイ１３２のＸ方向及びＹ方向の長さによって定まるものである。そして、この各Ｆナンバーと投写レンズ１９０の焦点距離とから絞り手段２００の開口２０１の縦横の長さが決定されるようになっている。
【００４０】
以上のような開口２０１を有する絞り手段２００を第２のレンズアレイ１３２と共役な位置に配置することで、各０次回折光により形成される各光源像の配列領域内の光束を通過させ、配列領域よりも外側を通過する光束を遮光することが可能となる。これにより、画像のコントラストを向上させることが可能となる。なお、絞り手段２００で遮光される光束は、品質の良い画質を得る上で不要な光束であるため、明るさをほとんど失うことなく高画質（高コントラスト）のプロジェクタを得ることができる。
【００４１】
ここで、従来の円形開口を有する絞り手段と比べると、図１３に示すように円形開口３０１では、本発明の矩形開口２０１と比べてハッチングで示された領域の光束を通過させる。この領域を通過する光束は、上述したようにコントラスト低下を招く要因となる光束に相当し、矩形開口２０１では、このハッチング領域にある光線を遮断するため、従来の円形開口３０１を有する絞り手段と比べてもコントラストの向上を図ることが可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、上記従来技術と比べて光源１００の位置（リフレクタに対する位置、光軸に対する位置の両方）決めと、絞り手段２００の位置決めにそれほど高い位置決め精度が要求されない。このため、明るさの低下や、被照射面の明るさの均一性を示す照度比（液晶パネル１７０の端部照度と中心照度との比）の低下や、色むらの悪化など、画質低下を招く不都合を生じさせることなく、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【００４３】
また、このように位置決め精度が要求されないことから、組立工程を単純化でき、生産性の面でも有効である。
【００４４】
また、本実施の形態では、絞り手段２００を板状部材に開口２０１が形成された構成とし、開口２０１の面積が変化しない構成を採用したが、開口面積が変化する機構を有する絞り手段２００とするようにしても良い。この場合、プロジェクタ１を用いる環境に応じて開口面積を調節することにより、プロジェクタ１の使用場所に応じた最適な投写画像を得ることができるようになる。すなわち、例えばプロジェクタ１を明るい場所で用いる場合、外光が多くコントラスト比よりも明るさが優先されるので、絞り手段２００の開口面積が比較的大きくなるようにすればよい。一方、暗い部屋では、明るさよりもコントラスト比が重要になるので、開口面積を比較的小さくなるようにすればよい。
【００４５】
また、液晶パネル１７０の画像を投写する際、ブラックマトリックス１７２も拡大して表示されるため、図１４（ａ）の投写画面の一部拡大図に示すように、投写面ＳＣ上に黒い格子状の線となって現れ、非常に目障りなものとなる。しかしながら、絞り手段２００の開口形状を矩形とした場合、各画素画像は、デフォーカス時に図１４（ｂ）に示すように矩形状にぼけるため、ブラックマトリックス１７２が見えなくなる。これにより、なめらかな画像を得ることができる。なお、円形開口を有する絞り手段を用いた場合、各画素画像は、デフォーカス時に図１４（ｃ）に示すように円形状にぼけ、隣接する画素画像と重なる部分が生じるため、不自然な画像となってしまう。
【００４６】
なお、本実施の形態では、透過型のプロジェクタ１に本発明の絞り手段を適用した場合を例に説明しているが、本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等の光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは液晶パネル等の光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態においては、光変調装置として液晶パネルを用いた例を示したが、これに限られたものではなく、例えばマイクロミラーを用いても良く、マイクロミラーを用いたプロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【００４８】
また、本実施の形態においては、投写像を観察する方向から投写を行う前面投写型表示装置を例に説明したが、投写像を観察する方向とは反対側から投写を行う背面投写型プロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【００４９】
また、本実施の形態では、３つの液晶パネルを用いたいわゆる３板方式のプロジェクタにおいて本発明を適用した場合を例に示したが、これに限られず、例えば液晶パネルを２枚又は４枚用いた２板方式又は４板方式のプロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す図。
【図２】 図１の第１のレンズアレイの平面図である。
【図３】 第２のレンズアレイ上に形成された２次光源像を示す図。
【図４】 図１の光学系における光路説明図である。
【図５】 液晶パネルの概略構成を示す図。
【図６】 液晶パネルが回折格子として機能することの説明図。
【図７】 液晶パネルによる０次回折光の光路図。
【図８】 液晶パネルによる＋１次回折光の光路図。
【図９】 液晶パネルによる＋２次回折光の光路図。
【図１０】 投写レンズ内の結像面に形成された複数の光源像を示す図。
【図１１】 絞り手段を示す図。
【図１２】 照明光学系のＦナンバーを説明するための模式図。
【図１３】 絞りの開口形状の違いによる遮光領域の違いを示す説明図。
【図１４】 絞りの開口形状の違いによるデフォーカス時の作用説明図。
【符号の説明】
１ プロジェクタ、１００ 光源、１３１ 第１のレンズアレイ、１３１Ａ 小レンズ、１３２ 第２のレンズアレイ、１３２Ａ 小レンズ、１３４ 重畳レンズ、１７０（１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂ） 液晶パネル、１７２ ブラックマトリックス、１９０ 投写レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明はプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プロジェクタにおいては、コントラストの向上が望まれ、投写レンズ内に絞り手段を設けることで対応するようにしたプロジェクタがある。例えば、「照明装置と、該照明装置からの光束を変調して画像情報を含ませる手段と、変調光束をスクリーン上に投射する投射光学系とを含んで構成される投射型表示装置において、前記照明装置は、光源ランプからの放射光を、集光性を有する手段を用いて集光し、一つ以上の２次的な光源を形成し、その２次的な光源からの光束によって前記画像情報を含ませる手段を照明するものであって、また、前記画像情報を含ませる手段が、入射光束を散乱度合で変調する液晶複合素子を用いたライトバルブであり、また、前記投射光学系の内部／近傍に、前記２次的な光源の像を形成し、その位置には、前記投射光学系の光軸に垂直な投射絞りを設け、該投射絞りの開口部の形状が、該投射絞りを含む面内に形成される前記２次的な光源の像の形状の外枠とほぼ一致」するようにしたプロジェクタがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３０３０８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術（特許文献１）では、投射絞りの開口部の形状を２次的な光源の像の形状の外枠とほぼ一致するようにして、２次的な光源の像を形成する光束のみを通過させるように構成している。このため、照明装置と投射絞りの位置決めに高い位置決め精度が求められ、仮に位置ずれが起きた場合、明るさの低下、被照射面の明るさの均一性を示す照度比（液晶パネルの端部照度と中心照度との比）の低下や、色むらの悪化など、各種の不都合が発生して画質の低下を招いてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、高い位置決め精度が要求されることのない構成でありながらも、コントラストの向上を確実に図ることの可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
また、本発明に係るプロジェクタは、光源と、光源から出射された光を、縦横に配置された複数の小レンズによって複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイの複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイと、第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイから射出される複数の部分光束を光変調装置上で重畳させる重畳レンズと、光変調装置で変調された光を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタであって、第２のレンズアレイの外形形状とほぼ相似形の開口を有する絞り手段が、第２のレンズアレイと共役な位置近傍に配置されてなるものである。これによれば、コントラスト低下を招く光束を絞り手段で遮光することができ、高コントラストで品質の良い投写画像を提供するプロジェクタを得ることができる。また、従来では、２次的な光源像のみを通過させるという観点から、厳しい位置決め精度が要求されるのに対し、本発明では第２のレンズアレイと共役な位置近傍であれば良く、従来と比べて厳しい位置決め精度が要求されない。このため、明るさの低下や、被照射面の明るさの均一性を示す照度比（液晶パネルの端部照度と中心照度との比）の低下や、色むらの悪化など、画質低下を招く不都合を生じさせることなく、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【０００７】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段の開口が、ほぼ矩形状に構成されてなるものである。これによれば、第２のレンズアレイの外形形状が矩形状に形成されているプロジェクタにおいて、高コントラストで品質の良い投写画像を提供することができる。
【０００８】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記光変調装置がブラックマトリックスを備えて回折格子として機能しており、絞り手段は、光変調装置で生じる各部分光束の各０次回折光によって第２のレンズアレイと共役な位置において形成される各光源像の配列領域よりも外側を通過する光を遮光するように構成されてなるものである。このような遮光を行うことにより、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段が、この絞り手段を光源の光軸方向から見たときの開口の横方向及び縦方向のそれぞれの長さφX，φYが、次式で求められる値に設定されてなるものである。
φX ＝ ｆ／Ｆx
φY ＝ ｆ／ＦY
但し、ｆ：投写レンズの焦点距離、Ｆx：第１のレンズアレイ、第２のレンズアレイ及び重畳レンズを備えた照明光学系のＦナンバーであって、照明光学系を光源の光軸方向から見たときの横方向のＦナンバー、ＦY：照明光学系のＦナンバーであって、照明光学系を光源の光軸方向から見たときの縦方向のＦナンバー
【００１０】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段が、開口を有する板状部材で構成されてなるものである。これによれば、絞り手段を安価に構成できる。
【００１１】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記絞り手段が、開口の面積を変化させる機構を有するものである。これによれば、プロジェクタを用いる環境に応じて開口面積を調節することにより、プロジェクタの使用場所に応じた最適な投写画像を得ることができるようになる。
【００１２】
また、本発明に係るプロジェクタは、上記光変調装置が、ＴＦＴ基板とＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に液晶を封止してなる液晶パネルであるものである。このように光変調装置として、ＴＦＴ基板とＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に液晶を封止してなる液晶パネルを用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
プロジェクタ１は、光源１００と、光源１００からの光の照度分布を均一化して、液晶パネルを均一に照明するための照明光学系１３０と、この照明光学系１３０から出射される光束Ｗを、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離すると共に赤色光束Ｒ及び緑色光束Ｇをそれぞれ対応する後述の液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇに導く色光分離光学系１４０と、色光分離光学系１４０によって分離された各色光束のうち、光路の長い青色光束Ｂを対応する後述の液晶パネル１７０Ｂに導くリレー光学系１５０と、各色光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する３枚のコンデンサーレンズ１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂ（特に区別しない場合は１６０と符号を付す）と、コンデンサーレンズを透過した各色光束を与えられた画像情報に従って変調する光変調装置としての液晶パネル１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂ（特に区別しない場合は１７０と符号を付す）と、変調された各色光束を合成するクロスダイクロイックプリズム１８０と、合成された光束を投写面ＳＣ上に拡大投写する投写レンズ１９０とを備えている。
【００１４】
光源１００は、例えばメタルハライドランプ等の高輝度ランプで構成される光源ランプ１１０と、光源ランプ１１０から出射された光をほぼ平行な光束として出射する回転放物面を有する反射鏡１２０とを備えている。
【００１５】
照明光学系１３０は、第１のレンズアレイ１３１と、第２のレンズアレイ１３２と、偏光変換素子１３３と、重畳レンズ１３４とを備えている。
【００１６】
図２は、第１のレンズアレイの平面図である。
第１のレンズアレイ１３１は、図２に示すように、略矩形状の外形形状を有する小レンズ１３１Ａが縦横（縦Ｍ個・横Ｎ個で、ここではＭ＝７，Ｎ＝６）に複数配置された構成を有し、光源光軸方向から見た第１のレンズアレイ１３１全体の外形形状が矩形状に構成されている。各小レンズ１３１Ａは、光源１００から入射された平行な光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１３２の近傍で結像させる機能を有している。各小レンズ１３１Ａの外形形状は、液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂ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。例えば、液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂの画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズ１３１Ａのアスぺクト比も４：３に設定される。
【００１７】
また、第２のレンズアレイ１３２は、第１のレンズアレイ１３１の小レンズ１３２Ａに対応して、小レンズ１３２Ａが縦横（縦Ｍ個・横Ｎ個で、ここではＭ＝７，Ｎ＝６）に互いに隙間無く複数配置された構成を有している。第２のレンズアレイ１３２の小レンズ１３２Ａの外形形状は、第１のレンズアレイ１３１の小レンズ１３１Ａのように、必ずしも液晶パネル１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂの画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定する必要はないが、本例ではほぼ相似形をなすように設定され、光源光軸方向から見た第２のレンズアレイ１３２全体の外形形状が矩形状に構成されている。この第２のレンズアレイ１３２は、第１のレンズアレイ１３１から射出された複数の部分光線束が集光される近傍位置に配置されており、各小レンズ１３２Ａには、図３に示すようにＭ×Ｎ個の２次光源像１３２ａが形成されている。
【００１８】
偏光変換素子１３３は、入射された光束を１種類の直線偏光光に変換して射出する機能を有するものである。
【００１９】
重畳レンズ１３４は、第１のレンズアレイ１３１によって分割された複数の部分光束が第２のレンズアレイ１３２および偏光変換素子１３３を介して入射され、その入射された複数の部分光束のそれぞれを、液晶パネル１７０上に重畳して照明する機能を有するものである。
【００２０】
色光分離光学系１４０は、青緑反射ダイクロイックミラー１４１と緑反射ダイクロイックミラー１４２と、反射鏡１４３とを備えている。青緑反射ダイクロイックミラー１４１は、照明光学系１３０からの照明光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色成分とを反射する。透過した赤色光束Ｒは、反射鏡１４３で反射されて、液晶パネル１７０Ｒに達する。一方、青緑反射ダイクロイックミラー１４１で反射された青色光束Ｂと緑色光束Ｇのうち、緑色光束Ｇは緑反射ダイクロイックミラー１４２によって反射され、液晶パネル１７０Ｇに達する。一方、青色光束Ｂは、緑反射ダイクロイックミラー１４２も透過してリレー光学系１５０へと入射する。
【００２１】
リレー光学系１５０は、青色光束Ｂを対応する液晶パネル１７０Ｂに導く光路中に設けられ、青色光束Ｂをその強度を維持したまま液晶パネル１７０Ｂまで導くものであり、第２リレーレンズ１５３に集光する第１リレーレンズ１５１と、反射鏡１５２と、第２リレーレンズ１５３と、反射鏡１５４を備えている。
【００２２】
各液晶パネル１７０は、図示しない外部の制御回路から与えられた画像情報に従って、それぞれの色光を変調して画像を形成する光変調装置に相当するものである。ここで変調された各色光束は、ダイクロイックプリズム１８０によって合成され、合成された光束は投写レンズ１９０によって投写面ＳＣ上に拡大投写される。液晶パネル１７０は、ここではＴＦＴ基板とこのＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に液晶を封止してなる構成のものを採用している。
【００２３】
次に、図４によって図１の光学系における光線の光路を説明する。
【００２４】
図４は、図１の光学系における光路説明図である。
光源１００から出射された、光源光軸に対してほぼ平行な光は、第１のレンズアレイ１３１に入射される。そして、第１のレンズアレイ１３１で複数の部分光束に分割された後、第２のレンズアレイ１３２に入射し、先に示した図３に示すような複数の光源像１３２ａを形成する。そして、各光源像１３２ａを形成した各部分光束は、偏光変換素子１３３を介して重畳レンズ１３４に入射される。そして、重畳レンズ１３４によって液晶パネル１７０Ｒ上に重畳して照射される。なお、液晶パネルＲには、その入射面側に配置されたコンデンサーレンズ１６０Ｒによって各部分光束がその部分光束の中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換された上で入射されるようになっている。
【００２５】
そして、液晶パネル１６０Ｒにて変調された光束は、クロスダイクロイックプリズム１８０で他の色光束と合成されて、投写レンズ１９０により投写面ＳＣに向けて照射される。ここで、第２のレンズアレイ１３２と共役な位置Ａ（以下、当該位置Ａに形成される第２のレンズアレイ１３２の結像面を結像面Ａと呼ぶことがある）の近傍には、本発明の特徴部分である絞り手段２００が配置されている。この絞り手段２００については後に詳述することにする。
【００２６】
ところで、液晶パネル１７０は、図５に示すように、画素画像を形成する複数の光透過部１７１と、この光透過部１７１間に形成された光不透過性を有するブラックマトリックス１７２とを備えている。かかる構成により、液晶パネル１７０は回折格子として機能しており、図６に示すように、入射した入射光を、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光・・・に回折させて出射している。
【００２７】
図７〜図９は、第１及び第２のレンズアレイの一番上の小レンズを通過した光の光路図で、特に、図７は、液晶パネルによる０次回折光の光路図、図８は、液晶パネルによる＋１次回折光の光路図、図９は、液晶パネルによる＋２次回折光の光路図となっている。なお、図７〜図９には、参考のために以下に詳述する絞り手段２００が図示されている。
図７〜図９には、第１のレンズアレイ１３１及び第２のレンズアレイ１３２の一番上の小レンズ１３１０Ａ（１３２０Ａ）（図２参照）を通過した部分光束が、各次数の回折光毎に、それぞれ投写レンズ１９０内の結像面Ａ上の異なる位置で結像する様子が示されている。このように、第２のレンズアレイ１３２のある小レンズ１３２Ａを通過した部分光束は、回折格子として機能する液晶パネル１７０を介して結像することによって、結像面Ａ上に複数の光源像を形成する。具体的には、０次回折光による光源像を形成すると共に、その周囲に±１次回折光、±２次回折光による光源像を形成する。このため、第２のレンズアレイ１３２の小レンズ１３２ＡはＭ×Ｎ個あるため、０次回折光によるＭ×Ｎ個の光源像のそれぞれの周囲に、±１次回折光、±２次回折光による光源像が形成されることになる。
【００２８】
図１０は、結像面に形成された複数の光源像を示す図で、特に、第２のレンズアレイ１３２の光源光軸方向から見て左上の小レンズ１３２０Ａを通過した部分光束による光源像２１０ａについて着目して示した図である。なお、マトリックス状の点線は、図１０が第２のレンズアレイ１３２の各小レンズ１３２Ａのうちの左上の小レンズ１３２０Ａによる像に着目していることを視覚的に認識し易くするために図示したものである。また、点線で示した光源像２１０ｂは、第２のレンズアレイ１３２の他の各小レンズを通過した各部分光束が液晶パネル１７０を通過することによって生じる０次回折光による光源像である。
【００２９】
図１０に示すように、第２のレンズアレイ１３２の左上の小レンズ１３２０Ａを通過した部分光束は、液晶パネル１７０によって回折されることにより、０次回折光による光源像２１０ａを形成すると共に、その周囲に１次回折光による光源像２２０（２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ）、２次回折光による光源像２３０（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ）を形成する。
【００３０】
このような液晶パネル１７０で生じた各部分光束の高次回折光は、画像のコントラストの低下を招く要因となっている。すなわち、図１０においては、光源像２２０ａ〜２２０ｄを形成する光束、光源像２３０ａ〜２３０ｄを形成する光束は、画像のコントラストの低下を招く要因となっている。なお、ここでは図示省略されているが、小レンズ１３２０Ａ以外の各小レンズを通過した各部分光束も、それぞれ液晶パネル１７０で回折されることにより、上述したように０次回折光の周囲に高次回折光による光源像を形成しており、高次回折光は、同様に画像のコントラストの低下を招く要因となっている。このような高次回折光は、コントラストの面で多少不都合のあるものの、図１０のハッチング領域の内側に光源像を形成する高次回折光は、投写画像の明るさの向上に寄与しており、有効な役割を備えている。これに対し、ハッチング領域に光源像を形成する高次回折光は、先の高次回折光と比べてその効果は低く、遮光されたとしても明るさを大きく低下させることはない。
【００３１】
以上のことから、本発明においては、第２のレンズアレイ１３２による光源像が形成される位置、すなわち第２のレンズアレイ１３２と共役な位置Ａの近傍に次の図に示すような構成の絞り手段２００を配置してハッチング領域に光源像を形成する光束を遮光し、これによりコントラストの向上を図るようにしている。
【００３２】
図１１は、絞り手段を示す図である。
絞り手段２００は、板状部材に矩形状の開口２０１が形成された構成となっている。開口２０１の大きさは、液晶パネル１７０で生じる各部分光束の各０次回折光により結像面Ａに形成される各光源像の配列領域内の光束を通過させ、前記配列領域よりも外側を通過する光束を遮光することが可能な大きさに設定されている。ここで、前記配列領域よりも外側を通過する光束とは、具体的には、上述したように液晶パネル１７０による高次回折光のうち図１０のハッチング領域を通過する高次回折光や、その他、迷光などが相当する。
【００３３】
ところで、絞り手段２００の開口２０１の形状を矩形状としたが、この開口２０１は、第２のレンズアレイ１３２の外形形状と相似形に設定されるものであり、本例では第２のレンズアレイ１３２の外形形状が矩形状であることから矩形状に設定される。これは、結像面Ａ上には、液晶パネル１７０で生じる各部分光束の各０次回折光による各光源像が、第２のレンズアレイ１３２の外形形状と同様の形状、すなわちここでは矩形状に配列されるためである。よって、絞り手段２００の開口２０１を、第２のレンズアレイ１３２の外形形状と相似形とすることにより、各０次回折光により形成される各光源像の配列領域内の光束を通過させ、配列領域よりも外側を通過する光束を遮光することが可能となる。
【００３４】
次に、絞り手段２００の具体的な開口２０１の大きさについて説明する。
開口２０１の横方向の長さφX、縦方向の長さφYは、次式（１）、（２）によって求められる。
【００３５】
φX ＝ ｆ／Ｆx ・・・ （１）
φY ＝ ｆ／ＦY ・・・ （２）
但し、ｆ：投写レンズ１９０の焦点距離、Ｆx：照明光学系１３０の横方向のＦナンバー、ＦY：照明光学系１３０の縦方向のＦナンバー
【００３６】
ところで、本実施の形態のプロジェクタ１においては、投写レンズ１９０のＦナンバーを照明光学系１３０のＦナンバーとほぼ同じか又はそれ以下にして、投写レンズ１９０が照明光学系１３０とほぼ同等の明るさを持つようにしている。照明光学系１３０のＦナンバーは、重畳レンズ１３４の位置により定まるものであり、このＦナンバーについて次の図によって説明する。
【００３７】
図１２は、照明光学系１３０のＦナンバーを説明するための模式図であり、そこに付された符号は図１のそれらに対応する。照明光学系１３０の横方向（Ｘ方向）のＦナンバー及び縦方向（Ｙ方向）のＦナンバーは、次式（３）、（４）で求められる。
【００３８】
Ｆx ＝ Ｄ／（ｄ１／２） ・・・ （３）
ＦY ＝ Ｄ／（ｄ２／２） ・・・ （４）
但し、ｄ１：第２のレンズアレイ１３２のＸ方向の幅、ｄ２：第２のレンズアレイのＹ方向の幅、Ｄ：第２のレンズアレイ１３２からコンデンサーレンズ１６０までの距離
【００３９】
このように、照明光学系１３０のＸ方向及びＹ方向のＦナンバーは、重畳レンズ１３４の位置と第２のレンズアレイ１３２のＸ方向及びＹ方向の長さによって定まるものである。そして、この各Ｆナンバーと投写レンズ１９０の焦点距離とから絞り手段２００の開口２０１の縦横の長さが決定されるようになっている。
【００４０】
以上のような開口２０１を有する絞り手段２００を第２のレンズアレイ１３２と共役な位置に配置することで、各０次回折光により形成される各光源像の配列領域内の光束を通過させ、配列領域よりも外側を通過する光束を遮光することが可能となる。これにより、画像のコントラストを向上させることが可能となる。なお、絞り手段２００で遮光される光束は、品質の良い画質を得る上で不要な光束であるため、明るさをほとんど失うことなく高画質（高コントラスト）のプロジェクタを得ることができる。
【００４１】
ここで、従来の円形開口を有する絞り手段と比べると、図１３に示すように円形開口３０１では、本発明の矩形開口２０１と比べてハッチングで示された領域の光束を通過させる。この領域を通過する光束は、上述したようにコントラスト低下を招く要因となる光束に相当し、矩形開口２０１では、このハッチング領域にある光線を遮断するため、従来の円形開口３０１を有する絞り手段と比べてもコントラストの向上を図ることが可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、上記従来技術と比べて光源１００の位置（リフレクタに対する位置、光軸に対する位置の両方）決めと、絞り手段２００の位置決めにそれほど高い位置決め精度が要求されない。このため、明るさの低下や、被照射面の明るさの均一性を示す照度比（液晶パネル１７０の端部照度と中心照度との比）の低下や、色むらの悪化など、画質低下を招く不都合を生じさせることなく、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【００４３】
また、このように位置決め精度が要求されないことから、組立工程を単純化でき、生産性の面でも有効である。
【００４４】
また、本実施の形態では、絞り手段２００を板状部材に開口２０１が形成された構成とし、開口２０１の面積が変化しない構成を採用したが、開口面積が変化する機構を有する絞り手段２００とするようにしても良い。この場合、プロジェクタ１を用いる環境に応じて開口面積を調節することにより、プロジェクタ１の使用場所に応じた最適な投写画像を得ることができるようになる。すなわち、例えばプロジェクタ１を明るい場所で用いる場合、外光が多くコントラスト比よりも明るさが優先されるので、絞り手段２００の開口面積が比較的大きくなるようにすればよい。一方、暗い部屋では、明るさよりもコントラスト比が重要になるので、開口面積を比較的小さくなるようにすればよい。
【００４５】
また、液晶パネル１７０の画像を投写する際、ブラックマトリックス１７２も拡大して表示されるため、図１４（ａ）の投写画面の一部拡大図に示すように、投写面ＳＣ上に黒い格子状の線となって現れ、非常に目障りなものとなる。しかしながら、絞り手段２００の開口形状を矩形とした場合、各画素画像は、デフォーカス時に図１４（ｂ）に示すように矩形状にぼけるため、ブラックマトリックス１７２が見えなくなる。これにより、なめらかな画像を得ることができる。なお、円形開口を有する絞り手段を用いた場合、各画素画像は、デフォーカス時に図１４（ｃ）に示すように円形状にぼけ、隣接する画素画像と重なる部分が生じるため、不自然な画像となってしまう。
【００４６】
なお、本実施の形態では、透過型のプロジェクタ１に本発明の絞り手段を適用した場合を例に説明しているが、本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等の光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは液晶パネル等の光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態においては、光変調装置として液晶パネルを用いた例を示したが、これに限られたものではなく、例えばマイクロミラーを用いても良く、マイクロミラーを用いたプロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【００４８】
また、本実施の形態においては、投写像を観察する方向から投写を行う前面投写型表示装置を例に説明したが、投写像を観察する方向とは反対側から投写を行う背面投写型プロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【００４９】
また、本実施の形態では、３つの液晶パネルを用いたいわゆる３板方式のプロジェクタにおいて本発明を適用した場合を例に示したが、これに限られず、例えば液晶パネルを２枚又は４枚用いた２板方式又は４板方式のプロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す図。
【図２】 図１の第１のレンズアレイの平面図である。
【図３】 第２のレンズアレイ上に形成された２次光源像を示す図。
【図４】 図１の光学系における光路説明図である。
【図５】 液晶パネルの概略構成を示す図。
【図６】 液晶パネルが回折格子として機能することの説明図。
【図７】 液晶パネルによる０次回折光の光路図。
【図８】 液晶パネルによる＋１次回折光の光路図。
【図９】 液晶パネルによる＋２次回折光の光路図。
【図１０】 投写レンズ内の結像面に形成された複数の光源像を示す図。
【図１１】 絞り手段を示す図。
【図１２】 照明光学系のＦナンバーを説明するための模式図。
【図１３】 絞りの開口形状の違いによる遮光領域の違いを示す説明図。
【図１４】 絞りの開口形状の違いによるデフォーカス時の作用説明図。
【符号の説明】
１ プロジェクタ、１００ 光源、１３１ 第１のレンズアレイ、１３１Ａ 小レンズ、１３２ 第２のレンズアレイ、１３２Ａ 小レンズ、１３４ 重畳レンズ、１７０（１７０Ｒ，１７０Ｇ，１７０Ｂ） 液晶パネル、１７２ ブラックマトリックス、１９０ 投写レンズ
Claims (7)
- 光源と、該光源から出射された光を、縦横に配置された複数の小レンズによって複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、該第１のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイから射出される複数の部分光束を光変調装置上で重畳させる重畳レンズと、前記光変調装置で変調された光を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタであって、
前記第２のレンズアレイの外形形状とほぼ相似形の開口を有する絞り手段が、前記第２のレンズアレイと共役な位置近傍に配置されてなることを特徴とするプロジェクタ。 - 前記絞り手段の前記開口が、ほぼ矩形状に構成されてなることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
- 前記光変調装置はブラックマトリックスを備えて回折格子として機能しており、前記絞り手段は、前記光変調装置で生じる前記各部分光束の各０次回折光により前記第２のレンズアレイと共役な位置において形成される各光源像の配列領域よりも外側を通過する光を遮光するように構成されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプロジェクタ。
- 前記絞り手段は、該絞り手段を前記光源の光軸方向から見たときの前記開口の横方向及び縦方向のそれぞれの長さφX，φYが、次式で求められる値に設定されてなることを特徴とする請求項３記載のプロジェクタ。
φX ＝ ｆ／Ｆx
φY ＝ ｆ／ＦY
但し、ｆ：投写レンズの焦点距離、Ｆx：前記第１のレンズアレイ、前記第２のレンズアレイ及び前記重畳レンズを備えた照明光学系のＦナンバーであって、前記照明光学系を前記光源の光軸方向から見たときの横方向のＦナンバー、ＦY：照明光学系のＦナンバーであって、前記照明光学系を前記光源の光軸方向から見たときの縦方向のＦナンバー - 前記絞り手段は、前記開口を有する板状部材で構成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のプロジェクタ。
- 前記絞り手段は、前記開口の面積を変化させる機構を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のプロジェクタ。
- 前記光変調装置は、ＴＦＴ基板と該ＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に液晶を封止してなる液晶パネルであることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載のプロジェクタ。
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