JP4697104B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ及び投写装置に関するものであり、特に、空間光変調素子により変調された画像を投写して表示するプロジェクタ及び投写装置である。

近年、プロジェクタを複数台用いて、同一表示画像を重ねてスクリーンに投写することで、画像の高輝度化や輝度ムラの補正をしたり、色彩表現を豊か（色再現領域の拡大）にして階調数や解像度を増やす方法が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照。）。

まず、特許文献１に記載の投射型液晶プロジェクタは、複数のプロジェクタを用いている。そして、各プロジェクタに設けられた液晶パネル及び投射レンズの傾き角度を調整する。これにより、複数のプロジェクタから投射された表示画像を正確に重ねて、画像の高輝度化を実現している。
次に、特許文献２に記載のプロジェクタシステムは、主画像を投射する第１プロジェクタと、副画像を投射する第２プロジェクタとを備えている。この第２プロジェクタからは、主画像に生じる第１の輝度ムラを相殺させる第２の輝度ムラが形成された副画像が投射される。これにより、第１プロジェクタからの主画像と、第２プロジェクタからの副画像とが合成されスクリーンに投射された結果、主画像の輝度ムラが副画像の輝度ムラによって相殺され高輝度な画像が投射される。

そして、特許文献３に記載のビデオプロジェクタシステムは、第１の映像を生成する輝度変調手段を備えた第１のビデオプロジェクタと、第２の映像を生成する輝度変調手段を備えた第２のビデオプロジェクタとを備えている。この構成により、第１の映像と第２の映像とを重ね合わせると輝度の階調数が増えるため、輝度及び輝度階調を向上させることが可能となる。
また、特許文献４に記載の投射型表示装置は、投射レンズ及びライトバルブを備えた投射光学系を複数備え、それぞれの投射レンズの光軸を互いに平行になるように配置し、それぞれのライトバルブを該光軸に対して互いに逆方向に偏心させている。これにより、スクリーン上で均一な照度分布が得られるので、高品質、高輝度な画像を投射表示することができる。
特開平５−１０７６３９号公報 特開２００５−１６７６８０号公報 特開２００４−２３４６０号公報 特開平５−３３３３０９号公報

ところで、特許文献１〜特許文献４のいずれの技術もプロジェクタを複数備えてスクリーンに画像を投写するため、複数台のプロジェクタをスクリーン位置で同じ位置に同じ大きさで投写する必要が生じる。したがって、スクリーンに合わせて投写される画像の大きさを変えたり、投写する位置を変えたりする場合は、全てのプロジェクタのピントや表示の大きさや投写向きまでスクリーンに合わせる必要がある。そのため、投写される画像の調整に多くの手間や時間がかかってしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、投写される画像の高輝度化を図るとともに、簡易な構成により投写される画像のサイズや位置を変更することが可能なプロジェクタ及び投写装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のプロジェクタは、光を射出する光源装置と該光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する空間光変調素子とを有する複数の投写前光学系と、該複数の投写前光学系の各前記空間光変調素子により変調された画像を投写する投写光学手段とを備え、該投写光学手段が、前記複数の投写前光学系のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の投写前光学系の空間光変調素子の像を所定の結像位置または所定の結像位置の近傍で重畳するように投写する複数の第１投写手段と、該複数の第１投写手段の結像位置または結像位置の近傍で重畳された像を被投写面に投写する第２投写手段とを有することを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、各投写前光学系の光源装置より射出された光は、各空間光変調素子に入射する。そして、各空間光変調素子により変調された像は、各第１投写手段により重畳される。重畳された像は、第２投写手段により被投写面に投写される。
このように、第１投写手段により各投写前光学系の空間光変調素子の像を重畳し画像を形成した後、この画像が第２投写手段により被投写面に投写される。したがって、本発明のプロジェクタは、複数の投写前光学系を備えているため、被投写面に投写される画像の高輝度化を図ることができる。そして同時に、複数の空間光変調素子の像を重畳したあとに被投写面に投写する構成であるので、複数の投写前光学系であっても一度に投写位置や投写向きを変えられる。さらに、そのときに複数の投写前光学系の空間光変調素子の像が全て揃った状態になるので、簡易に被投写面に像を調整することができる。

また、本発明のプロジェクタは、前記第２投写手段が、前記被投写面に投写される像の大きさを調整するズーム機能と、焦点位置を調整するフォーカス機能とを有することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、第２投写手段が、ズーム機能とフォーカス機能とを有するため、被投写面に投写される画像のサイズや焦点位置を容易に変更することができる。したがって、本発明のプロジェクタは、第２投写手段を調整するだけで、複数の第１投写手段により重畳された像を所望の状態で被投写面に投写させることが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記第２投写手段を当該第２投写手段の光軸に対して平行に移動させる移動機構が設けられていることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、第２投写手段には移動機構が設けられているため、被投写面に投写された像の大きさの調整や焦点の調整が容易になる。

また、本発明のプロジェクタは、前記複数の第１投写手段から投写された像は対称光学系で重畳されることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、複数の第１投写手段により投写される像を対称光学系で重畳させることにより、被投写面に投写される像の光量のバランスをより均一にすることが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記空間光変調素子が液晶ライトバルブであり、前記複数の第１投写手段の結像位置、あるいは該結像位置の近傍に格子状の遮光部を有する遮光部像付与部材を備えることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出された光は、複数の投写前光学系の各液晶ライトバルブに入射する。そして、各液晶ライトバルブにより変調された像は、各第１投写手段により遮光部像付与部材、あるいは、遮光部像付与部材の近傍に結像される。結像された光は、第２投写手段により被投写面に投写される。これにより、液晶ライトバルブの像の解像度が多少劣化したり、液晶ライトバルブの像がずれたりしても、格子状の遮光部により液晶ライトバルブのドットマトリクス感を再現できる。したがって、第２投写手段は第１投写手段の投写した液晶ライトバルブの結像位置または結像位置の近傍の像を投写することで、ぼやけのような画像劣化の少ない像を投写することができる。これにより、第２投写手段と第１投写手段との位置のアライメント精度が、ある程度許容できるので、組み立てが容易になる効果が得られる。

また、本発明のプロジェクタは、前記複数の第１投写手段により重畳された光を前記遮光部像付与部材の開口部に対応して集光させる光学素子を備えることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、液晶ライトバルブにより変調され、第１投写手段により遮光部像付与部材に投写される光は、光学素子により集光される。このとき、光学素子が入射された光を遮光部像付与部材の開口部に対応して集光させるため、遮光部像付与部材の遮光部に光が照射されることを低減できる。したがって、第１投写手段により投写された光の光量を無駄にすることなく、遮光部像付与部材を通過させることができる。すなわち、遮光部像付与部材に入射した光の利用効率がより高くなるので、被投写面には明るい画像が投写される。

また、本発明のプロジェクタは、前記複数の第１投写手段の結像位置、あるいは該結像位置の近傍に、他の空間光変調素子を備えることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、複数の投写前光学系の各空間光変調素子において変調された像を他の空間光変調素子によりさらに変調することで、表現できる階調数を増やすことができ、表現力に富んだ画像を投写することが可能となる。

本発明の投写装置は、複数の物体面の像のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の物体面の像を重畳するように投写する複数の第１投写手段と、前記複数の第１投写手段により重畳された像の結像位置または結像位置の近傍の像を被投写面に投写する第２投写手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係る投写装置では、複数の物体面の像は、対応する第１投写手段により重畳された後、第２投写手段により被投写面に投写される。したがって、第２投写手段を調整するだけで、複数の物体面の像を所望の状態で被投写面に投写することができる。
また、複数の物体面の像に対して複数の投写装置を配置した従来の構成とは違い、複数の物体面の像を重畳したあとに被投写面に投写する構成であるので、複数の物体面の像に対して一つの投写装置として扱うことができる。したがって、投写装置を一つの構成として取り外し可能として、被投写面までの距離や投写する像の大きさや使用する環境に応じて投写装置を適宜選択することができるようになり、利便性に優れた構成となる。

以下、図面を参照して、本発明に係るプロジェクタ及び投写装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
本実施の形態のプロジェクタは、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の異なる色光ごとに透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投写型カラー液晶プロジェクタであり、画像をスクリーンに投写させるものである。
図１は、本実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図であり、図２は、プロジェクタに用いられる液晶表示素子の遮光部の一部を示す図であり、図３は、液晶ライトバルブから遮光部像付与部材までの光の光路を示す図であり、図４は、プロジェクタに用いられる遮光部像付与部材を示す斜視図であり、図５は、図４の遮光部像付与部材の遮光部を示す断面図である。

また、本実施形態のプロジェクタ１は、筐体（図示略）内に第１，第２投写前光学系２，３と、第１，第２投写前光学系（投写前光学系）２，３により形成された画像を投写する投写光学系（投写光学手段，投写装置）４０とを備えている。なお、ここで言う投写前光学系とは投写光学系４０の前段までの光学系を指している。
また、第１，第２投写前光学系２，３は投写光学系４０を挟んで左右対称の光学系で構成及び機能が同じであるため、第１投写前光学系２について説明する。

［第１投写前光学系の全体構成］
第１投写前光学系２は、光源部１０と、図１に示すように、色分離部（色分離手段）２０と、液晶ライトバルブ３０と、ダイクロイックプリズム（色合成手段）３５とを備えている。

［光源部］
光源部１０は、光を射出する高圧水銀ランプ（光源装置）１１と、高圧水銀ランプ１１から射出された光の照度分布を均一化する第１，第２フライアレイレンズ１２ａ，１２ｂと、均一化された不定偏光状態の光を特定の偏光方向の光に変換する偏光変換素子１３とを備えている。また、高圧水銀ランプ１１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）と緑色光（以下、「Ｇ光」という。）と青色光（以下、「Ｂ光」という。）とを含む白色光を射出するものである。

［色分離部］
色分離部２０は、高圧水銀ランプ１１から射出された光のうち、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させるＲ光反射ダイクロイックミラー２１と、Ｇ光を反射させ、Ｂ光を透過させるＧ光反射ダイクロイックミラー２２とを備えている。
高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＲ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー２１において光路が９０度折り曲げられ、反射ミラー２５に入射する。そして、Ｒ光は、反射ミラー２５により光路が９０度折り曲げられ、Ｒ光用液晶ライトバルブ（空間光変調素子）３０Ｒに入射される。

高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＧ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー２１を透過し、Ｇ光反射ダイクロイックミラー２２においてＧ光の光路が９０度曲げられる。そして、Ｇ光はＧ光用液晶ライトバルブ（空間光変調素子）３０Ｇに入射される。
高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＢ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー２１及びＧ光反射ダイクロイックミラー２２を透過し、リレーレンズ２６を経由して反射ミラー２７に入射する。反射ミラー２７に入射したＢ光は、光路が９０度曲げられ、リレーレンズ２８を経由して反射ミラー２９に入射する。反射ミラー２９に入射した光は、光路が９０度曲げられ、Ｂ光用液晶ライトバルブ（空間光変調素子）３０Ｂに入射される。

［液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズム］
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂそれぞれは、入射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光を画像信号に応じて変調するものであり、入射側偏光板３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂと、液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂと、射出側偏光板３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂとを備えている。
また、ダイクロイックプリズム（色合成手段）３５は、２つのダイクロイック膜３５ａ，３５ｂがＸ字型に直交して配置された構成となっている。ダイクロイック膜３５ａは、Ｂ光を反射させ、Ｒ光，Ｇ光を透過させる。また、ダイクロイック膜３５ｂは、Ｒ光を反射させ、Ｇ光，Ｂ光を透過させる。このように、ダイクロイックプリズム３５は、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのそれぞれにおいて変調されたＲ光，Ｇ光及びＢ光を合成する。これにより、スクリーン５０上でフルカラーの画像を得ることができる。

［液晶パネル］
液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂは、変調する光の波長領域が異なるだけで、基本構成は同一であるため、液晶パネル３２Ｒを例に挙げて説明する。
液晶パネル３２Ｒの入射光側には、図２に示すように、隣接する画素３２ｄ間に遮光のためのブラックマトリックス（遮光部、以下「ＢＭ」と称す）３２ａが設けられている。このＢＭ３２ａは、縦方向の幅がＬ１であり、横方向の幅がＬ２となっており、直交する方向に格子状に形成されている。また、隣接する画素３２ｄの縦方向の縦画素ピッチはＬ３であり、横方向の横画素ピッチはＬ４である。
また、ＢＭ３２ａの格子状に区画された領域の右下の角部には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ，配線等が配置されたＴＦＴ形成領域を遮光するＴＦＴ遮光部３２ｂが設けられている。このようなＢＭ３２ａに囲まれた矩形状の領域は開口部３２ｃとなっている。
すなわち、高圧水銀ランプ１１から射出されたＲ光は、ＢＭ３２ａの開口部３２ｃを透過し、画像信号に応じて変調され、ダイクロイックプリズム３５に向かって射出される。このように、スクリーン５０に投写された画像の画素部を形成するのは、開口部３２ｃを透過して変調された光である。

［投写レンズ］
投写光学系４０は、図１に示すように、第１投写レンズ（第１投写手段）４１と第２投写レンズ（第２投写手段）４２とを備えている。また、第１投写レンズ４１と第２投写レンズ４２との光路の間には投写像中継部材（遮光部像付与部材）４５が設けられている。なお、第１，第２投写レンズ４１，４２は、後述するように、レンズ群や曲面ミラーなどを含んで構成されている。
第１投写レンズ４１は、液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像（物体面の像）を拡大、縮小、等倍のいずれかで投写するレンズである。
投写像中継部材４５は、表示面４５ａが第１投写レンズ４１の結像面（結像位置）の近傍に位置するように配置されている。ここで言う結像面の近傍とは、液晶パネル３２Ｒの隣接する画素３２ｄの像を観察者が区別して認識可能な程度、例えば、液晶パネル３２Ｒの隣接する画素３２ｄの像同士が画素ピッチの半分以上影響を与えない位置を指している。
また、投写像中継部材４５とは、スクリーン５０に投写される画像をスクリーン５０に投写させる前に一旦投写される表示部を意味している。

また、第２投写レンズ４２は、ズーム機能、フォーカス機能、レンズシフト機能（移動機構）が付加されており、投写像中継部材４５の表示面４５ａの像を所望の状態でスクリーン５０に投写する。
図１では、第２投写レンズ４２を１枚のレンズとして図示したが、実際には、第２投写レンズ４２は、フォーカシング時にのみ移動する第１レンズ群、変倍時にのみ移動する第２レンズ群、変倍時に変動する像面位置を補正するために移動する第３レンズ群等により構成されている。これらズーム機能及びフォーカス機能を有するレンズ群は、プロジェクタ１を収納する筐体（図示略）内部や筐体外部に設けられたレンズシフト機能により、移動可能となっている。

また、第１投写レンズ４１は、図１に示すように、第１，第２投写前光学系２，３のそれぞれに対応した第１投写レンズ４１Ａと第１投写レンズ４１Ｂとを備えている。なお、第１投写レンズ４１Ａの光軸Ｂ１と第１投写レンズ４１Ｂの光軸Ｂ２とは一致しておらず、平行となっている。
また、第１投写レンズ４１Ａと第１投写レンズ４１Ｂとは対称光学系となっているため、第１投写レンズ４１Ａについて説明する。
第１投写レンズ４１Ａは、図１に示すように、３枚の第１，第２，第３凸レンズ４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、反射ミラー４１ｄにより構成されている。すなわち、第１投写前光学系２から射出された光は、第１凸レンズ４１ａに入射し、反射ミラー４１ｄにより光路が９０度曲げられ、第２，第３凸レンズ４１ｂ，４１ｃに入射する。
そして、第３凸レンズ４１ｃから射出された光は投写像中継部材４５に向かって射出される。また、投写像中継部材４５は、第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂの中央部に位置して配置されている。
また、第２投写レンズ４２の光軸Ｏ２は、高圧水銀ランプ１１から射出され直進する光の光路Ｏ１と略平行となっている。

第２投写レンズ４２は、第１投写レンズ４１の結像面（結像位置）または結像面の近傍の像をスクリーン５０に投写するものである。
なお、本実施形態では、投写像中継部材４５が第１投写レンズ４１の結像位置の近傍に位置するように配置されており、第２投写レンズ４２は投写像中継部材４５の表示面４５ａの像をスクリーン５０に投写する。また、投写像中継部材４５が第１投写レンズ４１の結像位置に配置されていても良い。

［投写像中継部材での像の重畳］
第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂは、図１に示すように、第１投写前光学系２から射出された液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像と第２投写前光学系３から射出された液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像とを投写像中継部材４５において重畳するように投写する。
次に、投写像中継部材４５における像の重畳について、図３を用いて説明する。なお、図３は、投写像中継部材４５での重畳を分かり易く説明するために、第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂを１枚のレンズ、各投写前光学系２，３の液晶ライトバルブを１つだけ取り上げ、直線配置として示している。
すなわち、第１投写前光学系２の液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像と、第２投写前光学系３の液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像とを重畳させるには、図３に示すように、第１投写前光学系２から射出される光の中心軸Ａ１と、第１投写レンズ４１Ａの光軸Ｂ１とを平行に距離Ｎ１だけずらし、第２投写前光学系３から射出される光の中心軸Ａ２と、第１投写レンズ４１Ｂの光軸Ｂ２とを平行に距離Ｎ２だけずらす。
このようにして、第１投写前光学系２から射出された光は第１投写レンズ４１Ａを通過することにより、投写像中継部材４５に到達する。同様に、第２投写前光学系３から射出された光は第１投写レンズ４１Ｂを通過することにより、投写像中継部材４５に到達する。したがって、第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂの中央部に配置された投写像中継部材４５で、第１投写前光学系２及び第２投写前光学系３から射出された光が重畳され投写像が形成される。

また、第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂにより、各第１投写前光学系２及び第２投写前光学系３から射出された光（像）を重畳させ画像を形成した後、第２投写レンズ４２によりスクリーン５０に像を投写するため、共通の投写手段として１つの第２投写レンズを用いるだけで良い。
なお、第１，第２投写前光学系２，３は投写光学系４０を挟んで左右対称の光学系であるため、第１投写レンズ４１Ａにより投写される像と、第１投写レンズ４１Ｂにより投写される像とは対称光学系で重畳されることになる。すなわち、同じ特性を有する光学部材（高圧水銀ランプ、液晶パネル等）を用いて左右対称の光学系にすることにより、仮に液晶ライトバルブに輝度分布のばらつきがあっても、投写像中継部材４５において明暗分布が相殺されることになる。

［投写像中継部材］
投写像中継部材４５は、図４に示すように、ガラス板４６と、ガラス板４６上に形成された格子状の遮光部４７とを備えている。なお、本実施形態ではガラス板４６を用いたがこれに限らず光透過性を有するものであれば良い。
遮光部４７は、金属クロム膜により形成されており、一般に用いられる液晶ライトバルブのＢＭと同様に、クロム膜がスパッタ法等によりガラス板４６上に成膜されている。そして、フォトリソグラフィ技術によりマトリックス状にクロム膜のパターニングを施すことにより、遮光部４７が形成される。このように、遮光部４７を金属クロム膜で形成することにより、遮光部４７に入射した光を吸収することが可能となる。

遮光部４７は、図５に示すように、縦方向の幅がＭ１であり、横方向の幅がＭ２となっており、直交する方向に格子状に形成されている。また、隣接する遮光部４７の縦方向の縦開口部ピッチはＭ３であり、横方向の横開口部ピッチはＭ４である。この遮光部４７に囲まれた矩形状の領域は開口部４７ａとなっている。したがって、投写像中継部材４５に入射した光のうち遮光部４７に入射した光は遮光され、投写像中継部材４５から第２投写レンズ４２側には射出されない。一方、開口部４７ａに入射した光は第２投写レンズ４２に向かって射出される。また、開口部４７ａの一つ一つは、液晶パネル３２Ｒの画素３２ｄの一つ一つに対応して形成されている。

［液晶ライトバルブのＢＭと投写像中継部材の遮光部との関係］
液晶パネル３２ＲのＢＭ３２ａの幅（Ｌ１，Ｌ２）÷画素ピッチ（Ｌ３，Ｌ４）＞投写像中継部材４５の遮光部４７の幅（Ｍ１，Ｍ２）÷開口部ピッチ（Ｍ３，Ｍ４）の関係式が成り立つように各寸法が設定されている。また、図２に示すように、液晶パネル３２Ｒの縦方向と横方向との画素３２ｄのアスペクトが異なっていても、液晶パネル３２ＲのＢＭ３２ａ及び投写像中継部材４５の遮光部４７の対応する縦方向同士、横方向同士でこの関係が成り立つように各寸法が設定されている。
すなわち、液晶パネル３２Ｒの画素ピッチに対する液晶パネル３２ＲのＢＭ３２ａの幅の割合Ｌ１／Ｌ３はＭ１／Ｍ３より大きく、Ｌ２／Ｌ４はＭ２／Ｍ４より大きい。
そして、この関係式は、第１投写レンズ４１が液晶パネル３２Ｒの像を拡大、縮小、等倍のいずれの場合で投写しても成り立つ。なお、等倍で投写される場合は、画素ピッチＬ３，Ｌ４が開口部ピッチＭ３，Ｍ４と等しくなるため、ＢＭ３２ａの幅Ｌ１，Ｌ２よりも遮光部の幅Ｍ１，Ｍ２が小さくなるという関係になる。

本実施形態に係るプロジェクタ１では、第１投写前光学系２及び第２投写前光学系３の２つの光学系を用いているため、スクリーン５０に投写される画像の高輝度化を図ることができる。また、スクリーン５０に投写される画像の投写位置を変える場合には、第２投写レンズ４２のみを調整すれば良い。さらには、第２投写レンズ４２は、ズーム機能、フォーカス機能が付いているので、スクリーンに投写される画像の大きさを変えたり投写する位置を変えたりする場合は、第２投写レンズ４２を調整すれば良い。このように、本実施形態のプロジェクタ１は、従来のように各投写光学系の投写レンズの調整を行う必要がない。したがって、本発明のプロジェクタ１は、スクリーン５０に合った像に簡単、かつ、精度良く調整することが可能となる。
つまり、本実施形態のプロジェクタ１は、投写される画像の高輝度化を図るとともに、簡易な構成により投写される画像のサイズや位置を変更することが可能となる。

また、第１投写レンズ４１Ａにより投写される像と、第１投写レンズ４１Ｂにより投写される像とは対称系で重畳されるため、スクリーンに投写される像の光量のバランスをより均一にすることが可能となる。
また、投写像中継部材４５を備えることにより、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの像の解像度が多少劣化したり、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの像がずれたりしても、格子状の遮光部４７により液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂのドットマトリクス感を再現できる。したがって、ぼやけのような画像劣化の少ない像を投写することができる。これにより、第２投写レンズ４２と第１投写レンズ４１との位置のアライメント精度が、ある程度許容できるので、プロジェクタ１の組み立てが容易になる効果が得られる。

なお、遮光部４７を金属クロム膜により形成し、入射した光を吸収したが、遮光部４７を形成する材料はこれに限るものではない。すなわち、遮光部４７を耐熱性を有する樹脂膜や、入射した光を反射させる材料として、例えば、アルミ膜で形成しても良い。さらには、ホログラムにより光を制御する材料などを用いても構わない。このように、ホログラムにより光透過領域と光遮光領域とを形成することによって、簡易な構成で、光の透過率を所望の状態に代えることが可能となる。
また、投写像中継部材４５として、ガラス板４６に遮光部４７が形成された構成について説明したが、ガラス板４６を用いず、少なくとも格子状の遮光部４７を備えていれば良い。実際、遮光部４７が薄い場合、遮光部４７のみを配置するのは困難であるため、光透過性を有する基板に形成された構成であることが好ましい。
さらに、空間光変調素子として液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂを用いたが、反射型の液晶表示素子や複数の微小ミラーの角度を代えて画像を形成する素子でも構わない。この場合、投写光学系４０の構成は、使用される空間光変調素子の種類によって適宜変更される。

［第１実施形態の変形例１］
図１に示す第１実施形態では、１つの筐体内に、第１，第２投写前光学系２，３と、投写光学系４０とが収納された構成であったが、１つの筐体内に第１，第２投写前光学系２，３が収納され、他の筐体（例えば、鏡筒）内に投写光学系（投写装置）４０が収納された構成であっても良い。この構成により、投写光学系４０の部分が独立した投写装置となり、筐体から投写装置を取り外し可能な構成にすることができるため、被投写面までの距離や投写する画像の大きさに応じて投写装置を変更することが可能となる。したがって、使用する環境に応じて投写装置を適宜代えることができるので、利便性に優れたプロジェクタを提供することが可能となる。

［第１実施形態の変形例２］
図１に示す第１実施形態では、投写像中継部材４５を設けて、観察者が適度にドットマトリクスを感じることが可能な構成にしたが、画素部の構造の見えにくいシームレスな像を表示させる場合や、第１投写レンズ４１から第２投写レンズ４２へ液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの像を結像できる場合は、投写像中継部材４５を設ける必要はない。この場合、投写像中継部材４５が配置されていた位置が仮想的な結像面となり、ここで結像された画像が第２投写レンズ４２によりスクリーン５０に投写される。
また、投写像中継部材４５に代えて液晶ライトバルブ（他の空間光変調素子）を用いても良い。第１投写前光学系２及び第２投写前光学系３の各液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂにおいて変調され合成された像をさらに他の液晶ライトバルブで変調することにより、表現できる階調数を増やすことができ、表現力に富んだ画像を投写することが可能となる。

［第１実施形態の変形例３］
プロジェクタ５５が、図６に示すように、第１投写レンズ４１により投写された光を集光させる集光レンズ（光学素子）５６を備えた構成であっても良い。また、図６は図１に示すプロジェクタ１のうち投写光学系４０の部分のみを拡大視した図である。
集光レンズ５６は、図６に示すように、複数の微小レンズ５６ａを有しており、投写像中継部材４５のガラス板４６の入射端面４６ａ側に設けられている。具体的には、微小レンズ５６ａは遮光部４７の開口部４７ａの大きさと略同等の有効径のレンズとなっており、ガラス板４６の入射端面４６ａに接触し、開口部４７ａに対応して個々に設けられている。これにより、微小レンズ５６ａは、第１投写レンズ４１により投写された光すべてが開口部４７ａを通過するように集光させる。

本実施形態に係るプロジェクタ５５では、第１実施形態のプロジェクタ１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のプロジェクタ５５では、第１投写レンズ４１より投写された光は、集光レンズ５６によって投写像中継部材４５の遮光部４７に照射されることはない。したがって、第１投写レンズ４１により投写された光の光量を無駄にすることなく、投写像中継部材４５を通過させることができる。すなわち、投写像中継部材４５に入射した光の利用効率がより高くなるので、スクリーン５０には明るい画像が投写される。
なお、本実施形態では、開口部４７ａに対応して個々に微小レンズ５６ａを設けた構成としたが、微小レンズ５６ａが一体的に形成されたマイクロレンズアレイであっても良い。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図７から図１０を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
第１実施形態のプロジェクタ１は、第１投写前光学系２から射出された像と、第２投写前光学系３から射出された像とを重畳させるために、第１投写レンズ４１Ａの光軸Ｂ１及び第１投写レンズ４１Ｂの光軸Ｂ２を第１投写前光学系２の中心軸Ａ１及び第２投写前光学系３の中心軸Ａ２からずらしたが、本実施形態に係るプロジェクタ６０では、第１投写前光学系２から射出された像と、第２投写前光学系３から射出された像とを重畳させる方法が第１実施形態と異なるのでこの点のみを説明する。

第１投写前光学系２及び第２投写前光学系３は、図７に示すように、全体的に傾斜している。具体的には、高圧水銀ランプ１１から射出された光の光路Ｏ１は、第２投写レンズ４２の光軸Ｏ２に対して非平行となっている。また、第１，第２投写前光学系２，３から射出され第１投写レンズ４１の反射ミラー４１ｄにおいて反射した光の中心軸Ｋ１も第２投写レンズ４２の光軸Ｏ２に対して非平行となっている。ここで、第１投写前光学系２及び投写光学系４０は、光路Ｏ１と中心軸Ｋ１とが平行となるように傾斜している。なお、第２投写前光学系３及び第１投写レンズ４１Ｂも同様に傾斜している。

［投写像中継部材での像の重畳］
第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂは、図７に示すように、第１投写前光学系２から射出された像と第２投写前光学系３から射出された像とを投写像中継部材４５で重畳するように投写する。
なお、図８は、投写像中継部材４５での重畳を分かり易く説明するために、第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂを１枚のレンズ、各投写前光学系２，３の液晶ライトバルブを１つだけ取り上げ、直線配置として示している。
すなわち、第１投写前光学系２の液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像と、第２投写前光学系３の液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像とを重畳させるには、図８に示すように、第１，第２投写前光学系２，３のそれぞれの液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像が投写像中継部材４５に対して斜め方向から入射する構成となっている。すなわち、第１投写前光学系２から射出される光の中心軸Ａ３と、第１投写レンズ４１Ａの光軸Ｂ３とを一致させ、第２投写前光学系３から射出される光の中心軸Ａ４と、第１投写レンズ４１Ｂの光軸Ｂ４とを一致させる。言い換えれば、すべての光学部材は、図７に示すように、高圧水銀ランプ１１から射出された光の中心軸Ｏ上に配置されている。

ここで、第１，第２投写前光学系２，３のそれぞれから射出された像が投写像中継部材４５に対して斜め方向から入射する構成となっている。これにより、図９に示すように、第１投写前光学系２からの液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像Ｚ１及び第２投写前光学系３からの液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像Ｚ２が、投写像中継部材４５の表示面４５ａ上を包含するように歪む。そこで、この歪みを補正するために、電気信号的に液晶ライトバルブの表示領域を歪ませて、投写像中継部材４５の有効領域で矩形に表示する。

本実施形態に係るプロジェクタ６０では、第１実施形態のプロジェクタ１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のプロジェクタ６０では、第１，第２投写前光学系２，３を傾斜させているため、第１投写前光学系２の中心軸Ａ３と、第１投写レンズ４１Ａの光軸Ｂ３とを一致させ、第２投写前光学系３の中心軸Ａ４と、第１投写レンズ４１Ｂの光軸Ｂ４とを一致させることにより液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像が重畳される。したがって、すべての光学部材を高圧水銀ランプ１１から射出された光の中心軸Ｏ上に配置すれば良いため、プロジェクタ６０全体の組み立てが容易となる。

なお、歪みを補正する方法としては、上記の他に、あらかじめ液晶ライトバルブの形自体を台形等の歪ませた形にする方法でも同様のことが実現できる。
さらに、投写像中継部材４５に対して斜め方向から液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの像が投写されても像を歪ませない方法としては、シャインプルーフの法則を用いる方法が挙げられる。この法則は、図１０に示すように、第１投写前光学系２の液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂと第１投写レンズ４１Ａと投写像中継部材４５とを適切な角度及び位置に配置するものである。具体的には、液晶パネル３２Ｒの表示面と、第１投写レンズ４１Ａの主面と、投写像中継部材４５の表示面４５ａとの延長された各面が１箇所で交わるように配置されている。なお、第２投写前光学系３側についても同様である。
また、第１投写レンズ４１Ａ，４１Ｂを高圧水銀ランプ１１から射出された光の中心軸Ｏに対して傾けて配置することにより、歪みを補正しても構わない。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図１１を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ７０では、図１１に示すように、投写前光学系が９個設けられた構成となっている点において第１実施形態と異なる。すなわち、第１，第２実施形態のプロジェクタ１では投写前光学系を２つ用いた構成であったが、個数はこれに限るものではない。なお、本実施形態で示す投写前光学系の台数は一例に過ぎない。

プロジェクタ７０は、図１１に示すように、縦に３列、横に３列配置され合計９個の投写前光学系７１を備えている。また、９個の投写前光学系７１の後段には、それぞれに対応して第１投写レンズ７２が設けられている。さらに、９個の投写前光学系７１のうち中央に配置された投写前光学系に対向する位置に投写像中継部材４５が配置されている。そして、投写前光学系７１の各液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂにより変調され合成された像が投写像中継部材４５において重畳するようになっている。

本実施形態に係るプロジェクタ７０では、第１実施形態のプロジェクタ１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のプロジェクタ７０では、９個の第１投写レンズ７２の光軸を一致させる必要がないため、複数の投写前光学系７１から射出された像を重畳させ易い。また、本実施形態では、投写前光学系７１を３台以上備えるなど、より多くの像が投写像中継部材４５において重畳できるため、投写される画像の輝度を高めることが可能となる。

また、本実施形態では、各投写前光学系７１は透過型の液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの３つ用いた構成であったが、各投写前光学系７１に備えられる液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの個数や種類はこれに限るものではない。例えば、空間光変調素子として、反射型の液晶表示素子や、複数の微小ミラーの角度を代えて画像を形成する素子を用いたものでも構わない。ここで、複数の微小ミラーを用いた構成の場合、カラーホイールを用いてフィールドカラーシーケンシャルで画像を表示する光学系を投写前光学系に適用した場合、例えば、９つの投写前光学系のうち３つは赤、青、緑の順に、そして、もう３つは青、緑、赤の順に、そして残りの３つは、緑、赤、青の順に色を変えると良い。つまり、異なる色の組み合わせがほぼ同じバランスで同時に出現することで色のちらつきを抑えることが可能となる。
なお、空間光変調素子として、反射型の液晶表示素子や、複数の微小ミラーを用いた場合、投写光学系４０の構成は適宜変更される。
さらに、第１投写レンズ７２から投写される液晶パネルの像は、上下、左右、対角が対称光学系で重畳させることが好ましい。これにより、上下、左右、対角での光量のバランスをより均一にすることが可能となる。

［第４実施形態］
次に、本発明に係る第４実施形態について、図１２を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ８０では、図１２に示すように、第１投写レンズ４１Ａ，第１投写レンズ４１Ｂと投写像中継部材４５との間に重畳レンズ８１が備えられている点において第２実施形態と異なる。

プロジェクタ８０の第１投写前光学系２及び第２投写前光学系３は、図７に示すプロジェクタ６０のように第２投写レンズ４２の光軸Ｏ２に対して傾斜していない。具体的には、第２投写レンズ４２の光軸Ｏ２と第１投写レンズ４１の中心軸Ｋ１と高圧水銀ランプ１１から射出された光の光路Ｏ１とが平行になっている。また、第２投写前光学系３側も同様である。
また、重畳レンズ８１は、第１投写レンズ４１Ａ及び第１投写レンズ４１Ｂから投写された像を投写像中継部材４５において重畳させるレンズである。

本実施形態に係るプロジェクタ８０では、第１実施形態や第２実施形態のプロジェクタ６０と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のプロジェクタ８０では、重畳レンズ８１を備えることにより、第２実施形態のように第１，第２投写前光学系２，３を傾斜させなくて良いため、第１投写前光学系２から射出された光の中心軸Ａ３と第１投写レンズ４１Ａの光軸Ｂ３との合わせ込み及び第２投写前光学系３から射出された光の中心軸Ａ４と第１投写レンズ４１Ｂの光軸Ｂ４との合わせ込みが容易となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、空間光変調素子の個数や種類はこれに限るものではない。また、空間光変調素子が単板の投写前光学系を複数台配置したものや、投写前光学系の個数も上記で説明した個数に限るものではない。すなわち、第１実施形態〜第４実施形態においては、赤色、緑色、青色という３色のそれぞれについて３枚の液晶ライトバルブを備えた３板式のプロジェクタを例に挙げて説明したが、カラーホイール等を用いて、時分割で赤色、緑色、青色を生成し、これらを１枚の液晶ライトバルブへ照射する単板式のプロジェクタなどでも良い。

また、上記各実施形態において、回路的な制御や光学系の変更により、高輝度以外に輝度ムラ補正や色彩表現を豊か（色再現領域の拡大）にして階調数や解像度を増やす方法も実現することができる。
さらに、反射型のスクリーン以外に、透過型のスクリーンと組み合わせた背面型投写装置と組み合わせても構わない。
また、第１投写レンズは独立した構成に限らず、共通の部品を有していても良い。例えば、第４実施形態の重畳レンズも第１投写手段と考えても良い。また、第１投写レンズ、投写像中継部材及び第２投写レンズなどを一体化したレンズの鏡筒などで固定するなど、見かけ上は一体化しても機能的に本発明と同じであれば本発明を逸脱しない。
また、本発明は複数の空間光変調素子の像を重畳するように投写する場合において、複数の投写前光学系におけるそれぞれの主軸が一致して重なるのではなく、平行または交差するようになっている。したがって、上記各実施形態のプロジェクタは、複数の投写前光学系を並べて配置することで、複数の液晶ライトバルブの像を容易に重畳させることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態のプロジェクタに備えられた空間光変調素子の遮光部を示す断面図である。 本発明のプロジェクタの空間光変調素子から遮光部像付与部材までの光の光路を示す図である。 本発明のプロジェクタに備えられた遮光部像付与部材を示す斜視図である。 本発明のプロジェクタの遮光部像付与部材の遮光部を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態のプロジェクタの空間光変調素子から遮光部像付与部材までの光の光路を示す図である。 本発明のプロジェクタの遮光部像付与部材の照明領域を示す模式図である。 本発明の第２実施形態のプロジェクタの空間光変調素子から遮光部像付与部材までの光の光路の変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１，５５，６０，７０，８０…プロジェクタ、２…第１投写前光学系（投写前光学系）、３…第２投写前光学系（投写前光学系）、３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ…液晶ライトバルブ（空間光変調素子）、３２ａ…ブラックマトリックス（液晶ライトバルブの遮光部）、３５…ダイクロイックプリズム（色合成手段）、４０…投写光学系（投写光学手段，投写装置）、４１…第１投写レンズ（第１投写手段）、４２…第２投写レンズ（第２投写手段）、４５…投写像中継部材（遮光部像付与部材）、５０…スクリーン（被投写面）、７１…投写前光学系

Claims (6)

1. 光を射出する光源装置と該光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する空間光変調素子とを有する複数の投写前光学系と、
   該複数の投写前光学系の各前記空間光変調素子により変調された画像を投写する投写光学手段と、を備え、
   前記複数の投写前光学系による同一の表示画像を重畳させて表示するプロジェクタであって、
   該投写光学手段が、前記複数の投写前光学系のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の投写前光学系の空間光変調素子の像を所定の結像位置または所定の結像位置の近傍で重畳するように投写する複数の第１投写手段と、
   前記複数の第１投写手段の結像位置もしくは結像位置の近傍に設けられ、前記空間光変調素子の像が生成される格子状の遮光部を有する投写像中継部材と、
   該複数の第１投写手段の結像位置または結像位置の近傍の前記投写像中継部材上において重畳された像を被投写面に投写する第２投写手段と、を有し、
   前記空間光変調素子が、格子状の遮光部を備えた液晶ライトバルブであり、
   前記液晶ライトバルブにおける第１方向の画素ピッチに対する前記液晶ライトバルブにおける前記遮光部の前記第１方向の幅の割合は、前記投写像中継部材における前記遮光部の前記第１方向の開口部ピッチに対する前記投写像中継部材における前記遮光部の前記第１方向の幅の割合よりも大きく、
   前記液晶ライトバルブにおける前記第１方向と直交する第２方向の画素ピッチに対する前記液晶ライトバルブにおける前記遮光部の前記第２方向の幅の割合は、前記投写像中継部材における前記遮光部の前記第２方向の開口部ピッチに対する前記投写像中継部材における前記遮光部の前記第２方向の幅の割合よりも大きいことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記第２投写手段が、前記被投写面に投写される像の大きさを調整するズーム機能と、焦点位置を調整するフォーカス機能とを有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記第２投写手段を当該第２投写手段の光軸に対して平行に移動させる移動機構が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記複数の第１投写手段から投写された像は対称光学系で重畳されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記投写像中継部材の入射端面側に、前記投写像中継部材の前記遮光部の開口部内に投写光を通過させるための複数の微小レンズからなる集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 前記複数の第１投写手段の結像位置、あるいは該結像位置の近傍に、他の空間光変調素子を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプロジェクタ。

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