JP6175787B2 - プロジェクター - Google Patents
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Description
ここで、当該特許文献1に記載の構成では、各色光用の液晶パネルは一対設けられており、前段側の液晶パネルで変調された色光は、後段側の液晶パネルにて更に変調される。そして、前段側の液晶パネルと、後段側の液晶パネルとは、それぞれツイスト方向が逆に設定されている。このような各色光用の液晶パネルを採用することにより、投射画像の輝度むらを抑制できる。
しかしながら、当該液晶ビデオプロジェクターでは、前段側の液晶パネルと後段側の液晶パネルとが近い位置に設けられていることから、冷却空気等の媒体を流通させることが難しい。このため、高温となりやすい一方で熱に弱い液晶パネル(パネル本体及び偏光板)を冷却することが難しいという問題がある。
上記第1態様によれば、調光画素アレイの光入射側及び光出射側のいずれかに位置し、調光画素に応じて配列された第1レンズに入射された光は、それぞれ対応する第2レンズ及び第3レンズにより、対応する画像画素に入射される。この際、互いに対応する第1レンズ及び第3レンズがアフォーカル光学系を構成するので、第1レンズに入射された光の入射角(当該光の中心軸と第1レンズの光軸との交差角)と同じ角度で、入射された光を第3レンズから出射できる。また、第2レンズは、フィールドレンズとしての機能を有することから、第1レンズから入射された光を、対応する第3レンズに適切に入射させることができる。このような第1マルチレンズ、第2マルチレンズ及び第3マルチレンズにより、調光画素アレイと画像画素アレイとの物理的な距離を広げつつ、光学的な距離を短縮できる。従って、調光画素アレイと画像画素アレイとの間に空気等の冷却媒体が流通する隙間を形成できるので、当該調光画素アレイ及び画像画素アレイにより画像の高コントラスト化を図りつつ、調光画素アレイ及び画像画素アレイを適切に冷却できる。
上記第2態様によれば、第1レンズ及び第3レンズの焦点距離がそれぞれ同じであり、複数の第2マルチレンズの第2レンズの間に配置されるリレーレンズの焦点距離が第1レンズの焦点距離の1/2であることから、当該第1レンズ、リレーレンズ及び第3レンズは、アフォーカル光学系を確実に構成できる。
ここで、第1レンズ及び第3レンズの焦点距離がそれぞれ同じであることから、当該第1レンズ及び第3レンズは、アフォーカル光学系を確実に構成できる。また、第2レンズの焦点距離が、第1レンズの焦点距離の1/2であることから、第1レンズと第3レンズとに結像関係を確実に付与できる。すなわち、第2レンズにより、第1レンズに入射された光を、対応する第3レンズに確実に入射させることができる。従って、調光画素アレイと画像画素アレイとの物理的な距離を広げつつ、光学的な距離を確実に短縮できる。
なお、調光画素アレイにおいて調光画素が配列された調光領域の寸法と、画像画素アレイにおいて画像画素が配列された画像形成領域の寸法とが同じであれば、当該画像形成領域に入射される光の透過領域の面積を変更する必要がない。この場合、第1レンズ及び第3レンズの焦点距離が同じであるので、第1レンズを有する第1マルチレンズと、第3レンズを有する第3マルチレンズとを同じマルチレンズとすることができる。また、第2レンズの焦点距離が第1レンズの焦点距離の1/2であることから、2つの第1マルチレンズ(又は第3マルチレンズ)を組み合わせることで、第2マルチレンズを構成できる。従って、このような場合には、同じ型を用いて各マルチレンズを製造できるので、当該各マルチレンズの製造コストを低減できる。
ここで、第1レンズから出射された光が、対応する第2レンズに入射されない場合、当該光は、対応する第3レンズに入射されないこととなり、ひいては、対応する画像画素に入射されなくなる。この場合、画像画素アレイにて形成される画像に輝度むらが生じる可能性がある。
これに対し、第1レンズの焦点距離が上記のように設定されることで、第1レンズに入射される光の入射角が比較的大きな場合でも、当該第1レンズから出射された光を、対応する第2レンズに入射させることができる。これにより、第1レンズに入射された光を、第2レンズを介して、対応する第3レンズに確実に入射させることができ、調光画素アレイの調光画素によって照度が調整された光を、画像画素アレイに確実に導くことができる。従って、画像画素アレイにより形成される画像に輝度むらが生じることを抑制できる。
なお、第1レンズの端縁が、調光画素アレイの画素の区切りに応じて設定されているとは、第1レンズの光軸に沿って見た場合に、当該第1レンズの端縁が調光画素アレイにおいて対応する画素の区切りとほぼ重なる状態を示す。このような場合、第1レンズにおける有効径は、調光画素アレイの画素の寸法の整数倍となる。
ここで、第2マルチレンズが奇数枚設けられ、第1レンズの光軸と第3レンズの光軸とが一致している場合、第3レンズにおける光の入射位置は、第1レンズにおける光の入射位置とは当該光軸中心を挟んで反対側の位置となる。このため、互いに隣り合う2つの第1レンズのうち、一方の第1レンズに入射された光は、第2レンズを介して、当該一方の第1レンジに対応する第3レンズにおける他方の第1レンズに対応する第3レンズ側とは反対側の位置に入射される。他方の第1レンズに入射された光も同様に、対応する第3レンズにおける一方の第1レンズに対応する第3レンズ側とは反対側の位置の位置に入射される。
このような構成において、第1レンズの端縁が、調光画素の区切りに応じて設定されていない場合(すなわち、2つの第1レンズが1つの調光画素に跨って配置されている場合)、互いに隣り合う2つの第1レンズから出射された光のそれぞれが、1つの調光画素に入射される。この1つの調光画素を介した光は、当該2つの第1レンズにそれぞれ対応する2つの第3レンズにおいて互いに離れた位置に入射されることとなる。
この結果、同じ調光画素を介した光であるにも関わらず、当該光が入射される画像画素は、隣り合う画像画素ではなく、互いに離れた画像画素となる場合が生じうる。このような場合、調光画素と画像画素との位置関係を把握しづらくなり、当該画像画素の調光制御が複雑化する。
これに対し、上記第1又は第2態様によれば、1つの調光画素を介した光は、1つの第1レンズに入射された光であるので、当該第1レンズに対応する第3レンズから出射された光が、複数の画像画素に入射される場合であっても、当該複数の画像画素は、互いに隣り合う画像画素となる。これにより、調光画素と画像画素との位置関係を把握しやすくすることができる。従って、第1レンズの端縁が、調光画素の区切りに応じて設定されていない場合に比べて、画像画素の調光制御を簡略化できる。
なお、上記説明では、第1マルチレンズが調光画素アレイの光入射側に位置する場合を説明したが、当該第1マルチレンズが調光画素アレイの光出射側に位置する場合も同様である。
上記第1又は第2態様によれば、1つの第1レンズが1つの調光画素に応じて設けられていることから、当該1つの調光画素により光量が調整された光を、第3レンズから画像画素アレイに向けて出射できる。ここで、第3レンズの端縁は、画像画素の区切りに応じて設定されているので、複数の調光画素にて光量が調整されたそれぞれの光が1つの画像画素に入射されることを抑制できる。従って、調光画素による画像画素の調光制御を簡略化できる。
ここで、調光画素アレイの光出射側に第1マルチレンズが配置される場合には、調光画素アレイの光透過領域に設けられたブラックマトリクスにより、当該光透過領域を透過する光の一部が遮光されるため、光の利用効率が低減する。
これに対し、上記第1又は第2態様によれば、調光画素アレイの光入射側に第1マルチレンズが配置されるので、各第1レンズに入射される光を集光して、対応する調光画素に入射させることができる。従って、ブラックマトリクスに入射されるはずの光を画像画素アレイでの画像形成に利用できるので、光の利用効率を高めることができる。
なお、上記調光領域の寸法と画像形成領域の寸法とが同じとは、当該各領域の寸法が同じであることを意味する他、それぞれのアスペクト比が同じであることも意味する。
上記第1又は第2態様によれば、上記各領域の寸法が同じであることから、各マルチレンズのレンズに偏心レンズを採用するなどして、調光領域から画像形成領域に入射される光の透過領域の面積(光の中心軸に直交する面内において当該光が透過する領域の面積)を変更する必要がない。従って、各マルチレンズの構成を簡略化でき、当該各マルチレンズの製造コストを低減できる。
また、調光画素アレイの解像度が、画像画素アレイの解像度より低いことから、当該調光画素アレイとして比較的安価な画素アレイを採用できる。この他、調光画素アレイとして液晶パネルが採用される場合には、調光領域におけるブラックマトリクスの占有率を下げることができるので、高解像度のパネルが採用される場合に比べて、当該調光画素アレイが設けられたことによる光の利用効率の低減を抑制できる。
以下、本発明の第1実施形態について、図面に基づいて説明する。
[プロジェクターの概略構成]
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。
本実施形態に係るプロジェクター1は、内部に設けられた光源装置31から出射された光を変調して、画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面上に拡大投射するものである。このプロジェクター1は、詳しくは後述するが、投射される画像のコントラストを向上させる構成を備える。
このようなプロジェクター1は、図1に示すように、筐体2と、当該筐体2内に収納される光学ユニット3とを備えている。この他、図示を省略するが、プロジェクター1は、制御装置と、電源装置と、当該プロジェクター1を構成する冷却対象(例えば、後述する入射側偏光板352、画像パネル353、出射側偏光板354、調光パネル44及び偏光板45)を冷却する冷却空気を流通させる冷却装置とを備える。
光学ユニット3は、前述の制御装置から入力される信号に応じた画像を形成及び投射する。このような光学ユニット3は、光源装置31、照明光学装置32、色分離装置33、導光装置34、変調装置35、色合成装置36及び投射光学装置37を備え、これらは照明光軸A(設計上の光軸)に応じて配置されている。
これらのうち、偏光変換素子323は、入射される光の偏光方向を一種類に揃える。
なお、これらマルチレンズ321,322に代えて、入射される光を内部で反射させつつ進行させることで上記直交面内の照度を均一化するロッドインテグレーターを採用してもよい。
ダイクロイックミラー331は、入射される光に含まれる青色光を反射させ、赤色光及び緑色光を透過させる。この青色光は、反射ミラー333にて反射され、青色光用のフィールドレンズ351に入射される。
ダイクロイックミラー332は、ミラー331を透過した赤色光及び緑色光のうち、緑色光を反射させ、赤色光を透過させる。この緑色光は、緑色光用のフィールドレンズ351に入射される。
画素変調装置350(赤色光用、緑色光用及び青色光用の画素変調装置を、それぞれ350R,350G,350Bとする)は、入射される色光を変調して、前述の画像信号に応じた画像(色光毎の色画像)を形成する。この画素変調装置350は、それぞれ、入射される色光の透過順に、フィールドレンズ351、入射側偏光板352、画像パネル353及び出射側偏光板354を備える。
なお、画素変調装置350には、必要に応じて、画像パネル353に光が斜方入射される場合に、当該画像パネル353で生じる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視野角補償板を設けてもよい。
照度調整装置4は、各画素変調装置35において入射側偏光板352と画像パネル353との間に配置される。なお、照度調整装置4の構成は、後に詳述する。
図2は、照度調整装置4の構成を模式的に示す断面図である。すなわち、図2は、照度調整装置4の構成を、当該照度調整装置4に入射される光の中心軸に対する直交方向から見た断面図である。なお、図2においては、照度調整装置4を透過する光の光路を点線で示しているが、レンズ内での光の屈折等の影響については省略して記載している。また、画像パネル353及び調光パネル44の画素数や、各レンズの数も省略して記載している。図3以降の図においても同様である。
照度調整装置4は、色分離装置33により分離された色光毎に設けられ、各色光用の画像パネル353に入射される光の中心軸に対する直交面内の照度を調整し、これにより、各画素3531に入射される光量を調整する。このような照度調整装置4は、図2に示すように、それぞれ、第1マルチレンズ41、第2マルチレンズ42及び第3マルチレンズ43と、調光パネル44と、当該調光パネル44の光出射側に配置される偏光板45とを備える。
調光パネル44は、本発明の調光画素アレイに相当し、前述の駆動信号に応じて駆動されて、上記直交面内の照度を調整する。この調光パネル44は、本実施形態では光透過型の液晶パネルであり、前述の入射側偏光板352と、画像パネル353との間に配置されている。すなわち、調光パネル44と画像パネル353とは、調光パネルから出射し偏光板45を通過した光が画像パネル353に入射するように、光学的に直列に配置されている。換言すると、変調装置35では、前述の画像パネル353は、変調装置35に入射される光の進行方向に沿って調光パネル44と直列に配置されており、これら調光パネル44と画像パネル353とにより、光源装置31からの光が画像情報に基づいて光学的に直列に変調される。
この調光パネル44における調光領域(光が入射される領域であり、画素441がマトリクス状に配列された領域)の寸法及びアスペクト比は、対応する画像パネル353における画像形成領域(入射される光を変調する領域であり、画素3531がマトリクス状に配列された領域)の寸法及びアスペクト比と同じである。一方、調光パネル44の当該調光領域の画素数は、対応する画像パネル353の画像形成領域の画素数より少ない。すなわち、調光パネル44の解像度は、対応する画像パネル353の解像度より低い。本実施形態では、図2に示すように、調光パネル44の1つの画素441が、画像パネル353の3つの画素3531に対応する。
第1マルチレンズ41、第2マルチレンズ42及び第3マルチレンズ43は、調光パネル44の各画素441を透過する光を、対応する画像パネル353の画素3531に入射させるリレー光学装置を構成する。
そして、詳しくは後述するが、第1マルチレンズ41の第1レンズ411、第2マルチレンズ42の第2レンズ421及び第3マルチレンズ43の第3レンズ431は、それぞれ1対1で対応し、ある第1レンズ411に入射された光は、それぞれ対応する第2レンズ421及び第3レンズ431に入射される。換言すると、第1レンズ411に対応する第2レンズ421及び第3レンズ431は、当該第1レンズ411から出射された光が入射されるレンズである。
これら第2レンズ421は、第1レンズ411の後側焦点位置の近傍に配置されるフィールドレンズ(光の進行方向を変更するレンズ)としての機能を有し、第1レンズ411と、対応する第3レンズ431とに結像関係を付与する。すなわち、各第2レンズ421は、対応する第1レンズ411に比較的大きな入射角で入射され、当該第1レンズ411から出射されて第2レンズ421に入射された光を、対応する第3レンズ431に入射させる。
なお、本実施形態では、第2マルチレンズ42と偏光板45とは、当該第2マルチレンズ42が光入射側に位置する状態で互いに固定されているが、これらはそれぞれ別体として設けられていてもよい。
また、本実施形態では、第1レンズ411、第2レンズ421及び第3レンズ431は、それぞれ、レンズ曲面が光入射側に膨出した凸レンズであり、物理的中心とレンズ光軸とが一致している。
前述のように、それぞれ対応する第1レンズ411と第3レンズ431とは、アフォーカル光学系を構成する。また、第2レンズ421は、それぞれ対応する第1レンズ411及び第3レンズ431に結像関係を付与する。
このため、図3〜図5に示すように、第1レンズ411に入射される光の入射角(当該光の中心軸と当該第1レンズ411の光軸A1との交差角)と同じ角度で、当該光は第3レンズ431から出射される。なお、本実施形態では、それぞれ対応する第1レンズ411、第2レンズ421及び第3レンズ431の光軸は、一致している。
一方、第1レンズ411への入射光の中心軸と光軸A1との角度が+α度であれば、図4に示すように、第3レンズ431から出射される光の中心軸は、当該光軸A1に対して+α度傾斜して出射される。
他方、第1レンズ411への入射光の中心軸と光軸A1との角度が−α度であれば、図5に示すように、第3レンズ431から出射される光の中心軸は、当該光軸A1に対して−α度傾斜して出射される。
なお、本実施形態では、対応する第2レンズ421が1枚であることから、ある光が第1レンズ411に入射される位置と、当該光が第1レンズ411から出射されて第3レンズ431に入射される位置(換言すると、第3レンズ431から当該光が出射される位置)とは、図3〜図5に示したように、光軸A1を挟んで互いに反対側となる。
1つ目は、第1レンズ411の焦点距離f1と、当該第1レンズ411に対応する第3レンズ431の焦点距離f3とは、それぞれ同じであり、当該第1レンズ411に対応する第2レンズ421の焦点距離f2は、当該第1レンズ411の焦点距離f1の1/2であることである。このため、第1レンズ411の曲率半径と、当該第1レンズ411に対応する第3レンズ431の曲率半径とは同じとなる。
このように各レンズ411,421,431の各焦点距離f1,f2,f3を設定することで、第1レンズ411に入射された光の入射角と同じ角度で、当該第1レンズ411及び第2レンズ421を介して入射される光を、第3レンズ431が出射することができる。
これに対し、上記式(1)が成立する第1レンズ411であれば、当該第1レンズ411から出射された光を、対応する第2レンズ421に適切に入射させることができる。
すなわち、図2の例では、1つの第1レンズ411に入射された光は、1つの画素441と、それぞれ対応する第2レンズ421及び第3レンズ431とを介して、画像パネル353における3つの画素3531に入射される。そして、当該光は、第1レンズ411に対する入射位置とは、第3レンズ431の光軸(前述の光軸A1と同じ)対して反対側の位置から出射される。
また、第1レンズ411における下側の位置に入射された光(二点鎖線で示す光)は、同様に、上記3つの画素3531のうち、上側の画素3531に入射される。
更に、第1レンズ411の中心に光軸A1と平行に入射された光(点線で示す光)は、同様に、上記3つの画素3531のうち、中央の画素3531に入射される。
調光パネル44により、画像パネル353の各画素3531に入射される光量を調整できるので、当該調光パネル44が無い場合に比べて、画像パネル353により形成される画像のコントラストを向上できる。
また、調光パネル44の光入射側に位置し、画素441に応じて配列された第1レンズ411に入射された光は、それぞれ対応する第2レンズ421及び第3レンズ431を介して、対応する画素3531に入射される。この際、互いに対応する第1レンズ411及び第3レンズ431がアフォーカル光学系を構成するので、第1レンズ411に入射された光の入射角(当該光の中心軸と光軸A1との交差角)と同じ角度で、入射された光を第3レンズ431から出射できる。
なお、本実施形態では、調光パネル44の1つの画素441に対して画像パネル353の3つの画素3531が対応する構成で説明したが、1つの画素441に対して2つの画素3531、又は4つ以上の画素3531が対応する構成とすることもできる。
また、本実施形態では、調光パネル44の1つの画素441に対応する画像パネル353の画素3531は、列方向(図2の上下方向)に隣接する3つの画素3531である構成で説明したが、1つの画素441に対応する画像パネル353の画素3531を、行方向(図2の紙面に垂直な方向)に隣接する複数の画素3531とすることもできる。更に、1つの画素441に対応する画像パネル353の画素3531を、複数列×複数行の画素3531とすることもできる。例えば、1つの画素441に3列×3行の計9つの画素3531が対応する構成とすることができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、前述のプロジェクター1と同様の構成を備える。ここで、当該プロジェクター1では、照度調整装置4を構成する第2マルチレンズ42の各第2レンズ421は、光入射側に膨出した凸レンズで構成されていた。これに対し、本実施形態に係るプロジェクターでは、当該第2レンズは、光入射側に膨出した凸レンズと、光出射側に膨出した凸レンズとが組み合わされた構成を有する。この点で、本実施形態に係るプロジェクターと、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又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。
本実施形態に係るプロジェクターは、照度調整装置4に代えて照度調整装置4Aを備える他は、前述のプロジェクター1と同様の構成及び機能を有する。また、照度調整装置4Aは、図6に示すように、第2マルチレンズ42に代えて、第2マルチレンズ46を備える他は、照度調整装置4と同様の構成及び機能を有する。
このような第2レンズ461の焦点距離は、前述の第2レンズ421と同様に、対応する第1レンズ411の焦点距離の1/2に設定されている。このため、凸レンズ462,463の曲率半径は、第1レンズ411及び第3レンズ431の曲率半径と同じである。このことから、第1マルチレンズ41又は第3マルチレンズ43を製造する型を用いて、凸レンズ462,463が形成された第2マルチレンズ46を製造できる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、前述のプロジェクター1と同様の構成を備えるが、第2マルチレンズ42に代えて、2つの第2マルチレンズを備える第2マルチレンズ群と、当該第2マルチレンズの間に配置されるリレーレンズアレイとを備え、調光パネル44の像を2回リレーする点で、プロジェクター1と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又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。
本実施形態に係るプロジェクターは、照度調整装置4に代えて照度調整装置4Bを備える他は、前述のプロジェクター1と同様の構成及び機能を有する。また、照度調整装置4Bは、図7に示すように、2つの第2マルチレンズ471,472を有する第2マルチレンズ群47と、リレーレンズアレイ48とを備える他は、照度調整装置4と同様の構成及び機能を有する。
具体的に、第1レンズ411の略中央に入射された光(点線で示す光)は、画素441、各レンズ4711,481,4721,471のそれぞれの略中央を通って、当該第1レンズ411に対応する3つの画素3531のうち、中央の画素3531に入射される。
このため、図7において第1レンズ411の上端側の位置に入射された光(一点鎖線で示す光)は、第2マルチレンズ群47及びリレーレンズアレイ48を介して、対応する第3レンズ431の上端側の位置から出射され、上記3つの画素3531のうち、上側の画素3531に入射される。
同様に、図7において第1レンズ411の下端側の位置に入射された光(二点鎖線で示す光)は、第2マルチレンズ群47及びリレーレンズアレイ48を介して、対応する第3レンズ431の下端側の位置から出射され、上記3つの画素3531のうち、下側の画素3531に入射される。
すなわち、第2マルチレンズ群47及びリレーレンズアレイ48により、第1レンズ411に入射された光を、2回リレーして対応する第3レンズ431に入射させることにより、上記のように、画素441の位置と、当該画素441により光量が調整された光が入射される画素3531の位置とを対応させやすくすることができる。この他、当該第2マルチレンズ群47及びリレーレンズアレイ48により光を2回リレーすることで、調光パネル44と画像パネル353との光学的な距離を維持したまま、物理的な距離を広げることができる。従って、これら各パネル44,353の冷却をより好適に実施できる。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、前述のプロジェクター1と同様の構成を備える。ここで、プロジェクター1では、1つの第1レンズ411は、調光パネル44における1つの画素441に応じて設けられていた。これに対し、本実施形態に係るプロジェクターでは、複数の画素441に対して1つの第1レンズ411が設けられている。この点で、本実施形態に係るプロジェクターと、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又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。
本実施形態に係るプロジェクターは、照度調整装置4に代えて照度調整装置4Cを備える他は、前述のプロジェクター1と同様の構成及び機能を有する。また、照度調整装置4Cは、図8に示すように、第1マルチレンズ41、第2マルチレンズ42、第3マルチレンズ43及び調光パネル44を備える。
なお、本実施形態では、画像パネル353の図8における上下方向の画素数は、調光パネル44の同方向の画素数の2倍とされている。すなわち、1つの画素441に対応する画像パネル353の画素3531は、2つである。
ここで、照度調整装置4Cでは、第1レンズ411の有効径は、調光パネル44の複数の画素441の寸法に応じて設定されている。具体的に、本実施形態では、第1レンズ411の有効径は、図8において上下に隣り合う2つの画素441の寸法に応じて設定されている。また、第1レンズ411の端縁も、当該2つの画素441の端縁(区切り)に応じて設定される。このため、第1レンズ411の光軸に沿って見た場合、当該第1レンズ411の端縁は、当該第1レンズ411に対応する2つの画素441の外縁と一致する。このような第1レンズ411に入射された光は、当該2つの画素441に入射される。
この画素441Uに入射された光のうち、当該画素441Uの上側の領域に入射された光は、対応する第2レンズ421及び第3レンズ431に入射される。この際、第1レンズ411の光軸と第3レンズ431の光軸とは一致しているので、当該光は、第3レンズ431の光軸を中心として、第3レンズ431における第1レンズ411への入射位置とは反対側の位置に入射される。すなわち、当該光は、対応する第3レンズ431において下端側の位置に入射される。そして、当該光は、第3レンズ431から、第1レンズ411に対応する4つの画素3531のうち、最も下側の画素3531に入射される。
この画素441Dに入射された光のうち、当該画素441Dの上側の領域に入射された光は、画素441Uに入射された光と同様に、対応する第2レンズ421を介して、対応する第3レンズ431の光軸を中心として、当該第3レンズ431における第1レンズ411への入射位置とは反対側の位置(すなわち、中央寄りの上側の位置)に入射される。そして、当該光は、上記4つの画素3531のうち、中央寄りの上側の画素3531(すなわち、上から2番目の画素3531)に入射される。
すなわち、照度調整装置4Cは、調光パネル44と、当該調光パネル44の複数の画素441に応じて設けられた第1レンズ411を複数有する第1マルチレンズ41と、当該第1レンズ411にそれぞれ応じた第2レンズ421及び第3レンズ431を複数有する第2マルチレンズ42及び第3マルチレンズ43とを備える。
これによれば、各マルチレンズ41〜43におけるレンズの数を、前述の照度調整装置4を構成するマルチレンズ41〜43より低減できる。従って、各マルチレンズ41〜43の製造工程を簡略化できる他、製造コストを低減できる。
また、第1レンズ411に対応する複数の画素441は、照明光軸Aに直交する一方向(図8では上下方向)に隣り合う複数の画素441だけでなく、照明光軸A及び当該一方向にそれぞれ直交する他の方向(図8では紙面に対して垂直方向)に隣り合う複数の画素としてもよい。すなわち、調光パネル44の調光領域において列方向及び行方向に配列された画素441のうち、列方向に配列された複数の画素441に応じて1つの第1レンズ411を配置してもよく、行方向に配列された複数の画素441に応じて1つの第1レンズ411を配置してもよい。なお、行方向に配列された複数の画素441に応じて1つの第1レンズ411を配置させる場合でも、光が第1レンズ411に入射した位置と当該光が第3レンズ431から出射する位置とは、照明光軸Aに沿う方向から見た場合に第1レンズ411の光軸A1を回転軸として180°異なることを考慮して、調光パネル44を動作させればよい。
図9は、照度調整装置4Cの変形である照度調整装置4Dの断面を模式的に示す図である。
上記第4実施形態に係るプロジェクターでは、照度調整装置4Cは、第2マルチレンズ42を採用したが、前述の第2マルチレンズ46を採用してもよい。また、図9に示すように、照度調整装置4Cの構成を、2つの第2マルチレンズ471,472を備える第2マルチレンズ群と、第2マルチレンズ471,472の間に配置されるリレーレンズアレイ48を備えた照度調整装置4Dを、当該照度調整装置4Cに代えて採用してもよい。
これらのうち、第1マルチレンズ41を構成する第1レンズ411は、前述の照度調整装置4Cと同様に、調光パネル44を構成する複数の画素441のうち2つの画素441(441U,441D)に応じて配置されている。更に、互いに対応する第1レンズ411及び第3レンズ431の焦点距離は、それぞれ同じであり、当該第1レンズ411の焦点距離と有効径との間には、前述の式(1)が成立する。
ここで、第3実施形態で示したように、第1レンズ411の上側の領域に入射された光(点線で示す光)は、それぞれ対応する画素441U及びレンズ4711,481,4721を透過し、対応する第3レンズ431の上側の領域に入射される。すなわち、対応する各レンズ411,4711,481,4721,431の光軸はそれぞれ一致するので、第1レンズ411に対する光の入射位置と、第3レンズ431に入射した光の出射位置とは、それぞれ同じとなる。このため、第1レンズ411において上端側の位置に入射された光は、対応する4つの画素3531のうち最も上側の画素3531に入射され、第1レンズ411において当該光の入射位置より中央寄りの位置に入射された光は、上から2つ目の画素3531に入射される。
なお、上記照度調整装置4Dでは、図9において上下方向に隣り合う2つの画素441U,441Dに応じて第1レンズ411を配置した。しかしながら、これに限らず、照度調整装置4Cと同様に、列方向及び行方向の少なくともいずれかに隣り合う複数の画素441に応じて第1レンズ411を配置してもよい。
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。
前記各実施形態では、第1レンズ411の端縁は、対応する画素441の端縁(区切り)に応じて設定されるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、互いに隣り合う第1レンズ411の端縁(境界)が、1つの画素441内に位置していてもよい。同様に、第3レンズ431の端縁は、対応する画素3531の端縁に応じて設定されるとしたが、本発明はこれに限らず、互いに隣り合う第1レンズ411の端縁(境界)が、1つの画素3531内に位置していてもよい。これらの場合でも、画像パネル353により形成される画像の高コントラスト化を図ることは可能である。
また、前記第3実施形態及び第4実施形態の変形例では、第2レンズ4711,4721及びリレーレンズ481の焦点距離は、対応する第1レンズ411の焦点距離の1/2とした。しかしながら、本発明はこれに限らず、対応する第1レンズ411、リレーレンズ481及び第3レンズ431がアフォーカル光学系を構成し、第2レンズ4711,4721が、入射された光を第3レンズ431に導くフィールドレンズとして機能するのであれば、上記関係を満たさなくてもよい。
431の有効径を異ならせてもよい。
前記各実施形態では、第1レンズ411及び第3レンズ431は、光入射側に突出した凸レンズであったが、本発明はこれに限らない。すなわち、収差等に基づいて、凹レンズを採用してもよい。第2レンズ421及びレンズ4711,4721及びリレーレンズ481も同様である。
前記各実施形態では、プロジェクター1は、色光毎に設けられた3つの画像パネル353を備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、1以上の画像パネルを備えていればよく、当該画像パネルに応じて、照度調整装置が設けられていればよい。
前記各実施形態では、色光毎に照度調整装置4,4A〜4Dを設けたが、本発明はこれに限らない。すなわち、照度調整装置は、少なくとも1つの色光の光路上に設けられていればよい。例えば、青色光及び赤色光に比べて輝度が高く、かつ、観察者による視認性が高い緑色光の光路上にのみ、照度調整装置が設けられていてもよい。
前記各実施形態では、調光画素アレイ及び画像画素アレイとして、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを採用したが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを採用してもよい。さらに、調光画素アレイ及び画像画素アレイとして、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD:米国テキサスインスツルメンツ社の商標)を採用してもよい。
前記各実施形態では、プロジェクター1は、被投射面に対する画像の投射方向と、当該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、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適用できる。
Claims (9)
- 光源装置と、
前記光源装置から出射された光を変調する変調装置と、
前記変調装置にて変調された光を投射する投射光学装置と、を備え、
前記変調装置は、
入射される光の中心軸に直交する面内の照度を調整する調光画素アレイと、
前記調光画素アレイの光入射側及び光出射側のいずれかに配置され、当該調光画素アレイの画素に応じた複数の第1レンズが配列された第1マルチレンズと、
前記第1マルチレンズの光出射側で、かつ、前記調光画素アレイの光出射側に配置され、それぞれ対応する前記第1レンズを介した光が入射される複数の第2レンズが配列された第2マルチレンズと、
前記第2マルチレンズの光出射側に設けられ、それぞれ対応する前記第2レンズから入射される光を平行化する複数の第3レンズが配列された第3マルチレンズと、
当該変調装置に入射される光の進行方向に沿って前記調光画素アレイと直列に配置され、前記第3マルチレンズから入射される光を変調する画像画素アレイと、を備え、
前記第1レンズ及び当該第1レンズに対応する前記第3レンズは、アフォーカル光学系を構成し、
前記第2レンズは、フィールドレンズの機能を有する
ことを特徴とするプロジェクター。 - 光源装置と、
前記光源装置から出射された光を変調する変調装置と、
前記変調装置にて変調された光を投射する投射光学装置と、を備え、
前記変調装置は、
入射される光の中心軸に直交する面内の照度を調整する調光画素アレイと、
前記調光画素アレイの光入射側及び光出射側のいずれかに配置され、当該調光画素アレイの画素に応じた複数の第1レンズが配列された第1マルチレンズと、
前記第1マルチレンズの光出射側で、かつ、前記調光画素アレイの光出射側に配置され、それぞれ対応する前記第1レンズを介した光が入射される複数の第2レンズが配列された複数の第2マルチレンズと、
前記複数の第2マルチレンズのうち最も光出射側に位置する第2マルチレンズの光出射側に配置され、それぞれ対応する前記第2レンズから入射される光を平行化する複数の第3レンズが配列された第3マルチレンズと、
前記複数の第2マルチレンズの間に配置され、前記複数の第2マルチレンズのうち、光入射側に配置される第2マルチレンズのそれぞれ対応する前記第2レンズから入射される光を、光出射側に配置される第2マルチレンズのそれぞれ対応する前記第2レンズへと集光する複数のリレーレンズが配列されたリレーレンズアレイと、
当該変調装置に入射される光の進行方向に沿って前記調光画素アレイと直列に配置され、前記第3マルチレンズから入射される光を変調する画像画素アレイと、を備え、
前記第1レンズ、当該第1レンズに対応する前記第3レンズ、及び、当該第1レンズに対応する前記リレーレンズは、アフォーカル光学系を構成し、
前記第2レンズは、フィールドレンズの機能を有する
ことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項2に記載のプロジェクターにおいて、
前記第1レンズ及び前記第3レンズの焦点距離は同じであり、
前記リレーレンズの焦点距離は、前記第1レンズの焦点距離の1/2である
ことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記第1レンズ及び前記第3レンズの焦点距離は同じであり、
前記第2レンズの焦点距離は、前記第1レンズの焦点距離の1/2である
ことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項4に記載のプロジェクターにおいて、
前記第1レンズの焦点距離は、前記調光画素アレイに入射される光を出射する光学系のF値に、前記第1レンズの有効径を乗算した値以下である
ことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記第1レンズの端縁は、前記調光画素アレイの画素の区切りに応じて設定されている
ことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項6に記載のプロジェクターにおいて、
前記第1レンズは、前記調光画素アレイの1画素に応じて設けられ、
前記第3レンズの端縁は、前記画像画素アレイの画素の区切りに応じて設定されている
ことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記第1マルチレンズは、前記調光画素アレイの光入射側に配置される
ことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1から請求項8のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記調光画素アレイにおいて光が入射される調光領域の寸法と、前記画像画素アレイにおいて光が入射される画像形成領域の寸法とは同じであり、
前記調光画素アレイの解像度は、前記画像画素アレイの解像度より低い
ことを特徴とするプロジェクター。
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