JP6172936B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

プロジェクターでは、画像をスクリーンに投影する投影レンズの特性により、周辺光量落ちが発生しうる。特許文献１には、投写レンズのコストを抑制しながらスクリーンに投写される画像の照度分布を均一にするための構成を備えた光学系装置が記載されている。特許文献１に記載された光学系装置は、ＬＥＤから離れるに従って断面積が大きくなるテーパーロッドと、テーパーロッドから出た光を液晶パネルに導く導光部材とを有する。テーパーロッドを設けることによって、液晶パネルの光軸部分よりも周辺部分を明るく照らすことができる。

特開２００７−４１５４６号公報

特許文献１に記載された構成では、ＬＥＤと液晶パネルとの間にテーパーロッドおよび導光部が配置されているので、ＬＥＤ（光源）と液晶パネル（空間光変調器）との距離が長くなり、これによって光学系装置の小型化が妨げられうる。

本発明は、光源と空間光変調器との距離を短くするために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明は、面光源と、空間光変調器と、前記面光源からの光を受けて前記空間光変調器を照明する照明系と、前記空間光変調器からの光による像を形成する投影レンズとを有するプロジェクターに係り、前記照明系は、入射面および出射面を有する直方体形状の光学部材を有し、前記光学部材は、前記入射面が前記面光源に対向するように前記面光源から離れて配置され、中心部よりも周辺部の照度が大きい照度分布を前記出射面に形成し、前記空間光変調器は、前記出射面からの光によって照明され、前記面光源は矩形であり、前記光学部材の前記入射面の短辺の長さをＤ、前記光学部材の前記入射面と前記出射面との距離をＬ、前記面光源の短辺の長さをＡ、前記光学部材の屈折率をｎ、前記面光源と前記入射面との間の空気換算距離をｄとしたときに、Ｄ−０．３ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ≦Ａ≦Ｄ＋ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ を満たす。

本発明によれば、光源と空間光変調器との距離を短くするために有利な技術が提供される。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。 第１実施形態を説明するための図。 第１実施形態を説明するための図。 第１実施形態を説明するための図。 第１実施形態を説明するための図。 第１実施形態の変形例を示す図。 第１実施形態の変形例を示す図。 第２実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。 第３実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。 第３実施形態を説明するための図。 第３実施形態を説明するための図。 第３実施形態を説明するための図。 第１実施形態を説明するための図。 第１実施形態を説明するための図。

以下、添付図面を参照しながら本発明のいくつかの実施形態を説明する。

図１には、本発明の第１実施形態のプロジェクター１００の概略構成が示されている。プロジェクター１００は、面光源１０２と、空間光変調器１０６と、面光源１０２からの光を受けて空間光変調器１０６を照明する照明系１５０と、空間光変調器１０６からの光による像をスクリーンに形成する投影レンズ１０７とを備えうる。

面光源１０２は、例えば、ＬＥＤなどの発光素子１０１の発光領域でありうるが、該発光領域の像であってもよい。該発光領域の像は、発光素子１０１の発光領域（物体面）と共役な位置（像面）に不図示の光学系によって形成されうる。面光源１０２の形状は、例えば矩形である。空間光変調器１０６は、例えば、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)などのデバイスでありうる。照明系１５０は、光学部材１０３と、リレーレンズ１０４とを含みうる。光学部材１０３は、入射面１０３１および出射面１０３２を有する直方体形状の光学部材である。光学部材１０３は、入射面１０３１が面光源１０２に対向するように配置され、中心部よりも周辺部の照度が大きい照度分布を出射面１０３２に形成する。リレーレンズ１０４は、光学部材１０３の出射面１０３２からの光によって空間光変調器１０６を照明する。投影レンズ１０７は、空間光変調器１０６からの光による像をスクリーンに投影する。

プロジェクター１００は、ＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズム１０５を備えてもよい。ＴＩＲプリズム１０５は、２つの三角柱プリズムを微小な空気間隔を有した状態で接着して構成されるプリズムであり、リレーレンズ１０４からの光を透過させ、空間光変調器１０６で反射した光を２つの三角柱プリズムの境界面で反射させる。

第１実施形態における１つの設計例である第１設計例では、面光源１０２の大きさは３．２×２．４ｍｍである。また、光学部材１０３の入射面１０３１の大きさは３．６×２．７ｍｍ、光学部材１０３の長さ（入射面１０３１と出射面１０３２との距離）は３ｍｍ、光学部材１０３の屈折率は１．５１７である。また、面光源１０２と光学部材１０３との間の空気換算距離は１ｍｍである。

従来は、面光源１０２と空間光変調器１０６との間にロッドインテグレータ（特許文献１のテーパーロッドに相当）が配置されていた。ロッドインテグレータの長さを充分に長くすることでロッドインテグレータ内での反射回数を増やして出射面の照度分布を均一にすることができる。第１実施形態では、面光源１０２と空間光変調器１０６との間に配置された光学部材１０３の長さを短くすることで、出射面１０３２における照度分布は、中心部の照度よりも周辺部の照度が大きくされている。これにより、中心部の照度よりも周辺部の照度が大きい照度分布で空間光変調器１０６が照明される。

以下、光学部材１０３の長さ（入射面１０３１と出射面１０３２との距離）と光学部材１０３の出射面１０３２に形成される照度分布との関係を説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、光学部材１０３の長さが短い場合における面光源１０２の上端に近い位置からの光の経路が例示されている。図２（ａ）には、光学部材１０３の入射面１０３１に入射し、光学部材１０３の側面で一度も反射せずに光学部材１０３の出射面１０３２に向かう光の経路が示されている。図２（ｂ）、（ｃ）には、光学部材１０３の入射面１０３１に入射し、光学部材１０３の側面で１回だけ反射して光学部材１０３の出射面１０３２に向かう光の経路が示されている。

図２（ａ）から分かるように、面光源１０２の上端に近い位置から出射し光学部材１０３の入射面１０３１に入射した光のうち光学部材１０３の側面で反射しない光は、出射面１０３２の全域に到達する。また、図２（ｂ）から分かるように、面光源１０２の上端に近い位置から出射し光学部材１０３の入射面１０３１に入射した光のうち光学部材１０３の下側の側面で１回だけ反射した光は、出射面１０３２の全域に到達する。しかし、図２（ｃ）から分かるように、光学部材１０３の上端に近い位置から出射して入射面１０３１に入射し光学部材１０３の上側の側面で反射した光は、出射面１０３２の一部にしか到達しない。よって、光学部材１０３の出射面１０３２における照度分布は一様にならない。

図３（ａ）には、面光源１０２の上端に近い位置から出射した光によって光学部材１０３の出射面１０３２に形成される照度分布が例示されている。図３（ｂ）には、面光源１０２の上端に近い位置から出射した光と面光源１０２の下端に近い位置から出射した光とによって出射面１０３２に形成される照度分布が例示されている。図３（ｂ）に示されるように、照度分布は、中心部よりも周辺部の照度が大きいものとなる。

以下、中心部よりも周辺部の照度が大きい照度分布を形成するために有利な条件を説明する。このような照度分布は、光学部材１０３の上端に近い位置から出射して入射面１０３１に入射し光学部材１０３の側面で反射した光が出射面１０３２の一部にしか到達しないために形成される。そこで、光学部材１０３の上端に近い位置から出射して入射面１０３１に入射し光学部材１０３の側面で反射した光が出射面１０３２の一部にしか到達しない条件を考える。

図４に示されるように、矩形の面光源１０２の短辺の長さをＡ、面光源１０２と光学部材１０３の入射面１０３１との間の空気換算距離をｄ、光学部材１０３の入射面１０３１の短辺の長さをＤとする。また、光学部材１０３の長さ（入射面１０３１と出射面１０３２との距離）をＬ、屈折率をｎとする。面光源１０２のある位置から出射して光学部材１０３の側面で１回だけ反射して光学部材１０３の出射面１０３２の上半分（光軸ＡＸより上の領域）の全域に到達する光は、当該位置の光軸ＡＸからの距離ｘが式（１）を満たす。

ｘ＝Ｄ／２−ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ) ・・・（１）
距離ｘが（Ｄ／２−ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ)）よりも大きい場合、１回だけ反射する光は光学部材１０３の出射面１０３２の上半分のうちの上側の一部分にしか到達しない。よって、出射面１０３２の周辺部の照度を中心部の照度より大きくすることに寄与する。また、光学部材１０３の長さ（入射面１０３１と出射面１０３２との距離）Ｌを小さくすることも、出射面１０３２の周辺部の照度を中心部の照度より大きくすることに寄与する。

光学部材１０３の長さを２、４、６、８ｍｍと変化させたときの光学部材１０３の出射面１０３２の対角方向の照度分布を図１３に示す。一般的にプロジェクターの投影レンズの周辺光量落ちは５％以上であることから、光学部材１０３の出射面１０３２では、中心部の照度に対して周辺部の照度が５％以上大きいことが望ましい。したがって、図１３より、光学部材１０３の長さは４ｍｍ以下であることが望ましい。ここで、
α＝Ｌ（Ｄ−Ａ）／（ｎ・ｄ・Ｄ） ・・・（２）
とすると、Ｌとαとの関係は表１のようになる。

表１より、αが０．３以下であれば光学部材１０３の出射面１０３２では、中心部の照度に対して周辺部の照度が５％以上大きくなる。そのため、式（２）より光学部材１０３が式（３）を満たすことが望ましい。

Ｄ／２−０．３ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ)≦Ａ／２ ・・・（３）
上記の第１設計例におけるＤ、Ａ、ｎ、ｄを式（３）に代入すると、Ｌ≦４．１ｍｍとなり、光学部材１０３の長さＬは３ｍｍであるので、第１設計例は、式（３）を満たす。

第１設計例では、光学部材１０３の出射面１０３２の対角方向の照度分布は図５のようになり、中心部が周辺部に対して約２５％照度が小さい。

以上のように、第１実施形態では、光学部材１０３の長さを短くすることで、光学部材１０３の出射面１０３２の照度分布を、中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布にしている。そのため、空間光変調器１０６上の照度分布も、中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布となる。これにより、投影レンズ１０７によって投影された画像における投影レンズ１０７の特性に起因する周辺光量落ちを低減することができる。

投影された画像をカメラで撮影するシステムの場合には、カメラの撮影レンズの周辺光量落ちも生じるため、投影された画像は中心部よりも周辺部が明るい画像であることが望ましい。その場合には、一般的にカメラの撮影レンズの周辺光量落ちも５％以上であることから、光学部材１０３の出射面１０３２において中心部の照度に対して周辺部の照度が１５％大きいことが望ましい。そのときのαは０．２であることから、式（３）の条件を以下のように変更し、光学部材１０３の出射面１０３２における照度をより高くすることが望ましい。

Ｄ／２−０．２ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ)≦Ａ／２ ・・・（４）
第１実施形態では、矩形の面光源１０２の短辺の長さＡは光学部材１０３の入射面１０３１の短辺の長さＤよりも小さいが、矩形の面光源１０２の短辺の長さＡは光学部材１０３の入射面１０３１の短辺の長さＤと同じでも良い。しかしながら、矩形の面光源１０２の短辺の長さＡは光学部材１０３の入射面１０３１の短辺の長さＤと同程度（例えば、ＡとＤとの比が０．９以上１．１以下）でもよい。そのとき、αは０となるため光学部材１０３の出射面１０３２で、中心部の照度に対して周辺部の照度が明るくなる条件を考える。表１をＬとｘ／Ａの関係に変えた場合を表２に示す。

表２より、ｘ／Ａが０．３５以下であれば光学部材１０３の出射面１０３２では、中心部の照度に対して周辺部の照度が５％以上大きくなる。そのため、ｘが式（５）を満たすことが望ましい。

ｘ≦０．３５Ａ・・・（５）
式（１）と式（５）より光学部材１０３が式（６）を満たすことが望ましい。

Ｌ≦ｎ・ｄ／０．３ ・・・（６）
第１実施形態では、光学部材１０３の長さを短くすることで光学部材１０３の出射面１０３２における照度分布を中心部の照度に対して周辺部の照度が大きくする。しかし、光学部材１０３の長さを短くし過ぎると、光学部材１０３の側面での反射が減り、光学部材１０３の出射面１０３２における照度分布に対する面光源１０２の放射角分布の影響が強くなる。一般に、面光源の放射角分布は、放射角０度の強度が大きく、放射角が大きくなるにつれて強度が小さくなる。よって、光学部材１０３の長さが短すぎる場合には、その出射面１０３２における照度分布は、中心部の照度が周辺部の照度より大きい照度分布になりやすい。そこで、面光源１０２の端からの光が光学部材１０３の側面で少なくとも１回反射し、出射面１０３２の全域に到達することが望ましい。これは、式（７）を満たすことによって達成されうる。

Ｌ≧２ｎ・ｄ・Ｄ／（Ｄ＋Ａ） ・・・（７）
上記の第１設計例におけるＤ、Ａ、ｎ、ｄを式（７）に代入すると、Ｌ≧１．６ｍｍとなり、光学部材１０３の長さＬは３ｍｍであることから、第１設計例は、式（７）を満たす。

第１設計例では、面光源１０２と光学部材１０３との間の空気換算距離ｄは１ｍｍであり、面光源１０２の中心からは５０度以上の角度の光線を取込むことができる。面光源１０２と光学部材１０３との間の空気換算距離ｄが小さいと、光学部材１０３の入射面１０３１の大きさが小さくても、面光源１０２からの光を多く取込める。したがって、面光源１０２と光学部材１０３との間の空気換算距離ｄは、光学部材１０３の短辺の１／２以下の長さであることが望ましい。

光学部材１０３は、中実の構造を有してもよいし、中空構造を有してもよい。光学部材１０３は、図６に例示されるように、その側面に反射膜１０９が設けられていてもよい。光学部材１０３の側面に反射膜１０９が設けられていない場合、光学部材１０３とそれを保持する保持部材とが接触している部分において光が全反射せず、損失が生じうる。反射膜１０９を設けて、反射膜１０９が存在する部分で保持部材が光学部材１０３を保持する場合、このような損失を低減することができる。

図６に例示されるように、光学部材１０３の側面の全体に反射膜１０９が設けられていない場合、即ち、光学部材１０３の側面が、反射膜１０９が設けられた第１部分と、反射膜が設けられていない第２部分とを含む場合がある。この場合、図７（ａ）に例示されるような保持部材１１０を採用し、図７（ｂ）に例示されるように、第１部分および第２部分のうち第１部分において保持部材１１０によって光学部材１０３を保持することが望ましい。

光学部材１０３の出射面１０３２のアスペクト比（長辺の長さ：短辺の長さ）は、空間光変調器１０６のアスペクト比と同じであることが望ましい。これにより、リレーレンズ１０４をアナモルフィックレンズにする必要がないため、照明系１５０の製作コストを低減することができる。光学部材１０３の出射面１０３２のアスペクト比および空間光変調器１０６のアスペクト比は、例えば４：３でありうる。

空間光変調器１０６は、透過型もしくは反射型の液晶表示デバイスであってもよい。この場合、ＴＩＲプリズムの代わりにＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）を用いて、ＰＢＳによって液晶表示デバイスに入射する光と液晶表示デバイスから出射する光との分離を行うことができる。

図８には、本発明の第２実施形態のプロジェクター２００の概略構成が示されている。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態は、第１実施形態をカラーのプロジェクターに適用したものである。

プロジェクター２００は、第１面光源１０２ａ−１０２ｃと、空間光変調器１０６と、第２面光源２１９としての、第１面光源１０２ａ−１０２ｃの像、からの光を受けて空間光変調器１０６を照明する照明系１５０とを備えうる。プロジェクター２００はまた、空間光変調器１０６からの光による像を形成する投影レンズ１０７を備えうる。

第１面光源１０２ａ−１０２ｃは、例えば、ＬＥＤなどの発光素子１０１ａ−１０１ｃの発光領域でありうる。第１面光源１０２ａは青色（Ｂ）の面光源、面光源１０２ｂは緑色（Ｇ）の面光源、面光源１０２ｃは赤色（Ｒ）の面光源である。第１面光源１０２ａ−１０２ｃの形状は、例えば矩形である。青色の面光源１０２ａからの光は、レンズ２０７によって集光され、緑色の面光源１０２ｂからの光はレンズ２０８によって集光され、赤色の面光源１０２ｃからの光はレンズ２０９によって集光される。ダイクロイックミラー２１０は、青色の面光源１０２ａからの光を透過し、緑色の面光源１０２ｂからの光を反射する。ダイクロイックミラー２１１は、ダイクロイックミラー２１０からの光を透過し、赤色の面光源１０２ｃからの光を反射する。レンズ２１２は、ダイクロイックミラー２１１からの光を集光して、第２面光源２１９として、第１面光源１０２ａ−１０２ｃの像（発光素子１０１ａ−１０１ｃの発光領域の像）を形成する。

空間光変調器１０６は、例えば、ＤＭＤなどのデバイスでありうる。照明系１５０は、光学部材１０３と、折り曲げミラー２１４と、リレーレンズ１０４とを含みうる。光学部材１０３は、入射面１０３１および出射面１０３２を有する直方体形状の光学部材である。光学部材１０３は、入射面１０３１が面光源１０２に対向するように配置され、中心部よりも周辺部の照度が大きい照度分布を出射面１０３２に形成する。リレーレンズ１０４は、光学部材１０３の出射面１０３２からの光によって空間光変調器１０６を照明する。投影レンズ１０７は、空間光変調器１０６からの光をスクリーン等に投影する。

プロジェクター２００は、ＴＩＲプリズム１０５を備えてもよい。ＴＩＲプリズム１０５は、２つの三角柱プリズムを微小な空気間隔を有した状態で接着して構成されるプリズムであり、リレーレンズ１０４からの光を透過させ、空間光変調器１０６で反射した光を２つの三角柱プリズムの境界面で反射させる。

第２実施形態における１つの設計例である第２設計例では、第１面光源１０２ａ−１０２ｃの大きさは３．２×２．４ｍｍである。また、レンズ２０７、２１２によって形成される第２面光源２１９としての、第１面光源１０２ａ−１０２ｃの像の大きさは３．２×２．４ｍｍである。また、光学部材１０３の入射面１０３１の大きさは３．６×２．７ｍｍであり、光学部材１０３の長さ（入射面１０３１と出射面１０３２との距離）は３ｍｍ、光学部材１０３の屈折率は１．５１７である。また、第２面光源２１９と光学部材１０３との間の空気換算距離は１ｍｍである。

上記の第２設計例におけるＤ、Ａ、ｎ、ｄを式（３）に代入すると、Ｌ≦４．１となり、光学部材１０３の長さＬは３ｍｍであるので、第２設計例は、式（３）を満たす。

第２実施形態においても、光学部材１０３の長さを短くすることで、光学部材１０３の出射面１０３２の照度分布を、中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布にすることができる。そのため、空間光変調器１０６上の照度分布も、中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布となる。これにより、投影レンズ１０７によって投影された画像における投影レンズ１０７の特性に起因する周辺光量落ちを低減することができる。

第２実施形態では、光学部材１０３と投影レンズ１０７との間の光路に配置された折り曲げミラー２１４により、光学部材１０３と投影レンズ１０７の光軸とが平行にされている。これによって、面光源１０２ａ−１０２ｃ、光学部材１０３、投影レンズ１０７の位置関係が簡単になり、これらを収容する筐体の設計および製作が容易となり製作コストを削減することができる。第２実施形態では、光学部材１０３の光軸と投影レンズ１０７の光軸とを平行にしたが、これらが直交するように折り曲げミラー２１４を配置してもよい。

図９には、本発明の第３実施形態のプロジェクター３００の概略構成が示されている。第３実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。プロジェクター３００は、面光源１０２と、空間光変調器１０６と、面光源１０２からの光を受けて空間光変調器１０６を照明する照明系１５０と、空間光変調器１０６からの光による像を形成する投影レンズ１０７とを備えうる。

面光源１０２は、例えば、ＬＥＤなどの発光素子１０１の発光領域でありうるが、該発光領域の像であってもよい。該発光領域の像は、発光素子１０１の発光領域（物体面）と共役な位置（像面）に不図示の光学系によって形成されうる。面光源１０２の形状は、例えば矩形である。空間光変調器１０６は、例えば、ＤＭＤなどのデバイスでありうる。照明系１５０は、光学部材１０３と、折り曲げミラー３０４と、リレーレンズ１０４とを含みうる。光学部材１０３は、入射面１０３１および出射面１０３２を有する直方体形状の光学部材である。光学部材１０３は、入射面１０３１が面光源１０２に対向するように配置され、中心部よりも周辺部の照度が大きい照度分布を出射面１０３２に形成する。リレーレンズ１０４は、光学部材１０３の出射面１０３２からの光によって空間光変調器１０６を照明する。投影レンズ１０７は、空間光変調器１０６からの光をスクリーン等に投影する。

プロジェクター３００は、ＴＩＲプリズム１０５を備えてもよい。ＴＩＲプリズム１０５は、２つの三角柱プリズムを微小な空気間隔を有した状態で接着して構成されるプリズムであり、リレーレンズ１０４からの光を透過させ、空間光変調器１０６で反射した光を２つの三角柱プリズムの境界面で反射させる。

第３実施形態における１つの設計例である第３設計例では、面光源１０２の大きさは５．４×４．１ｍｍ、光学部材１０３の入射面１０３１の大きさは３．６×２．７ｍｍである。また、光学部材１０３の長さ（入射面１０３１と出射面１０３２との距離）は２ｍｍ、光学部材１０３の屈折率は１．５１７、面光源１０２と光学部材１０３との間の空気換算距離は１ｍｍである。

上記の第３設計例では、Ｄ＜Ａなので式（３）を満たす。したがって、面光源１０２から出射した光の中で、光学部材１０３の側面で１回だけ反射する光が光学部材１０３の出射面１０３２の周辺部にしか到達しない。よって、光学部材１０３の出射面１０３２の照度分布は、中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布となる。

しかしながら、第３実施形態のように面光源１０２が光学部材１０３の入射面１０３１よりも大きい場合、面光源１０２の上端に近い位置から出射し光学部材１０３の側面で一度も反射しない光は、図１０（ａ）のような経路を通る。図１０（ａ）から分かるように、面光源１０２の上端に近い位置から出射した光は、光学部材１０３の出射面１０３２の下の領域にしか到達しない。そのため、面光源１０２の上端に近い位置から出射した光は、図１０（ｂ）に示された光学部材１０３の側面で１回だけ反射して光学部材１０３の出射面１０３２の上の領域にしか到達しない光と重なり合い、出射面１０３２の照度を均一化する。

そこで、面光源１０２が光学部材１０３の入射面１０３１よりも大きい場合に、光学部材１０３の出射面１０３２における照度分布が中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布となる条件を考える。

図１１のように面光源１０２の短辺の長さをＡ、面光源１０２と光学部材１０３との間の空気換算間隔をｄ、光学部材１０３の出射面１０３２の短辺の長さをＤとする。また、光学部材１０３の長さ（入射面１０３１と出射面１０３２との距離）をＬ、屈折率をｎとする。面光源１０２のある位置から出射して光学部材１０３の側面で一度も反射しないで光学部材１０３の出射面１０３２の下半分の領域の全域に到達する光は、当該位置の光軸ＡＸからの距離ｙが式（８）を満たす。

ｙ＝Ｄ／２＋ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ) ・・・（８）
式（８）を満たす光は、図１０（ｂ）のように上側の領域にしか到達しない光と重なり合い、出射面１０３２における照度を均一化する。一方、距離ｙが（Ｄ／２＋ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ)）より大きくなるにつれて、光学部材１０３の側面で一度も反射しない光が光学部材１０３の出射面１０３２の下半分の領域のみに到達する量が低下する。これにより、図１０（ａ）に示すような照度の均一化の効果が小さくなり、逆に、図１０（ｂ）に示すような周辺部の照度を高める効果が大きくなる。

ここで、光学部材１０３の長さを１、２、３、４ｍｍと変化させたときの光学部材１０３の出射面１０３２の対角方向の照度分布を図１４に示す。一般的にプロジェクターの投射レンズの周辺光量落ちは５％以上であることから、光学部材１０３の出射面１０３２では、中心部の照度に対して周辺部の照度が５％以上大きいことが望ましい。したがって、図１４より、光学部材１０３の長さは３ｍｍ以下であることが望ましい。ここで、
β＝Ｌ（Ａ−Ｄ）／（ｎ・ｄ・Ｄ） ・・・（９）
とすると、Ｌとβとの関係は表３のようになる。

表３より、βが１以下であれば光学部材１０３の出射面１０３２では、中心部の照度に対して周辺部の照度が５％以上大きくなる。そのため、式（９）より光学部材１０３が式（１０）を満たすことが望ましい。

Ａ／２≦Ｄ／２＋ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ) ・・・（１０）
上記の第３設計例におけるＤ、Ａ、ｎ、ｄを式（１０）に代入すると、Ｌ≦３．１となり、光学部材１０３の長さＬは２ｍｍであることから、第３設計例は、式（１０）を満たす。第３設計例において、光学部材１０３の出射面１０３２の対角方向の照度分布は図１２のようになり、中心部が周辺部に対して約１５％照度が小さい。

第３実施形態においても、光学部材１０３の長さを短くすることで、光学部材１０３の出射面１０３２の照度分布を、中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布にすることができる。そのため、空間光変調器１０６上の照度分布も、中心部の照度に対して周辺部の照度が大きい照度分布となる。これにより、投影レンズ１０７によって投影された画像における投影レンズ１０７の特性に起因する周辺光量落ちを低減することができる。

ここで、式（３）と式（１０）との関係より、面光源１０２の大きさは式（１１）を満たせばよいことが分かる。

Ｄ／２−０．３ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ)≦Ａ／２≦Ｄ／２＋ｎ・ｄ・Ｄ／（２Ｌ) ・・・（１１）
式（１１）は、周辺光量の向上に寄与する１回反射の光が一定以上になるように面光源１０２の大きさの下限があり、周辺光量の向上を打ち消す０回反射の光が一定以下になるように面光源１０２の大きさの上限があることを意味している。

以上より、光学部材１０３の出射面１０３２における照度分布を中心部の照度に対して周辺部の照度を大きくするには、式（１１）を変形した式（１２）を満たせばよい。

Ｄ−０．３ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ≦Ａ≦Ｄ＋ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ・・（１２）
更に、式（４）も式（１３）のように書き換えられる。

Ｄ−０．２ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ≦Ａ ・・・（１３）
第３実施形態では、第２実施形態と同様に、光学部材１０３と投影レンズ１０７との間の光路に配置された折り曲げミラー３０４により、光学部材１０３の光軸と投影レンズ１０７の光軸とを平行にしている。これによって、面光源１０２、光学部材１０３、投影レンズ１０７の位置関係が簡単になり、これらを収容する筐体の設計および製作が容易となり製作コストを削減することができる。第３実施形態では、光学部材１０３の光軸と投影レンズ１０７の光軸とを平行にしたが、これらが直交するように折り曲げミラー３０４を配置してもよい。

Claims (9)

1. 面光源と、空間光変調器と、前記面光源からの光を受けて前記空間光変調器を照明する照明系と、前記空間光変調器からの光による像を形成する投影レンズとを有するプロジェクターであって、
   前記照明系は、入射面および出射面を有する直方体形状の光学部材を有し、前記光学部材は、前記入射面が前記面光源に対向するように前記面光源から離れて配置され、中心部よりも周辺部の照度が大きい照度分布を前記出射面に形成し、前記空間光変調器は、前記出射面からの光によって照明され、
   前記面光源は矩形であり、
   前記光学部材の前記入射面の短辺の長さをＤ、前記光学部材の前記入射面と前記出射面との距離をＬ、前記面光源の短辺の長さをＡ、前記光学部材の屈折率をｎ、前記面光源と前記入射面との間の空気換算距離をｄとしたときに、
   Ｄ−０．３ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ≦Ａ≦Ｄ＋ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ を満たす、
   ことを特徴とするプロジェクター。
2. 前記面光源は、発光素子の発光領域、または、前記発光領域の像である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記面光源と前記入射面との間の空気換算距離が前記入射面の短辺の１／２以下である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクター。
4. 前記光学部材は、中実の構造を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプロジェクター。
5. 更に、
   Ｄ−０．２ｎ・ｄ・Ｄ／Ｌ≦Ａを満たす、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプロジェクター。
6. 更に、Ｌ≧２ｎ・ｄ・Ｄ／（Ｄ＋Ａ）を満たす、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプロジェクター。
7. 前記光学部材の側面に反射膜が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプロジェクター。
8. 前記光学部材の側面は、反射膜が設けられた第１部分と、反射膜が設けられていない第２部分とを含み、前記光学部材は、前記第１部分および前記第２部分のうち前記第１部分において保持部材によって保持されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプロジェクター。
9. 前記光学部材と前記投影レンズとの間の光路に配置された折り曲げミラーを更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプロジェクター。