JP4396612B2

JP4396612B2 - プロジェクタ

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Inventors: 光一秋山
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Description

本発明は、プロジェクタに関する。

従来、光均一化光学系としての第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び重畳レンズを備えるプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来のプロジェクタによれば、光源装置から射出される照明光束は、複数の第１小レンズを有する第１レンズアレイによって複数の部分光束に分割され、これら各部分光束は、複数の第１小レンズに対応する複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイ及び重畳レンズの機能によって被照明領域（電気光学変調装置の画像形成領域）で重畳される。このため、電気光学変調装置の画像形成領域を照射する光の面内光強度分布をほぼ均一にすることが可能となる。

特開平８−３０４７３９号公報（図１１）

ところで、従来のプロジェクタにおいては、電気光学変調装置における画像形成領域の共役点が、第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点に位置しているため、例えば、第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりすると、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域上に結像されてしまう。このため、投写面に投写される画像内にもゴミやキズ等の像が含まれることとなり、投写画像の画像品質が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりすることに起因して投写画像の画像品質が低下してしまうのを抑制することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明のプロジェクタは、被照明領域側に照明光束を射出する光源装置と、前記光源装置から射出される照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズを有する第１レンズアレイと、前記複数の第１小レンズに対応する複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイと、前記複数の第２小レンズから射出される各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズとを有する照明装置と、前記照明装置からの照明光束を変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置により変調された照明光束を投写する投写光学系とを備え、前記電気光学変調装置における画像形成領域の共役点が、前記第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも前記光源装置側又は前記投写光学系側に位置するプロジェクタであって、前記第１レンズアレイにおける各第１小レンズを通過する部分光束の各主光線が前記電気光学変調装置の画像形成領域上で前記画像形成領域の略中心部を通過するように、前記第２レンズアレイにおける各第２小レンズの偏心量が調整されていることを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタによれば、画像形成領域の共役点が、第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置側又は投写光学系側に位置するため、画像形成領域と第１小レンズのレンズ曲面の頂点とは共役の関係とならず、たとえ第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりしたとしても、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域上に結像されるのが抑制されるようになる。その結果、投写面に投写される画像内にゴミやキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのを抑制することが可能となる。
これにより、本発明のプロジェクタは、第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりすることに起因して投写画像の画像品質が低下してしまうのを抑制することが可能なプロジェクタとなる。

ところで、画像形成領域の共役点が第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置側（又は投写光学系側）に位置すると、第１レンズアレイにおける各第１小レンズの像の結像位置は、画像形成領域上ではなく画像形成領域よりも投写光学系側（画像形成領域の共役点が第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも投写光学系側に位置する場合には、画像形成領域よりも光源装置側。）にずれた位置となる。このため、第１レンズアレイにおける各第１小レンズを通過する部分光束の各主光線は、画像形成領域上で画像形成領域の略中心部を通過することなく、画像形成領域の略中心部からずれた位置を通過することとなる。

具体的に説明すると、後述する図３に示すように、画像形成領域の共役点が第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置側に位置する場合には、第１レンズアレイの略中心部を通過する照明光軸よりも上方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から上方向にずれた位置を通過することとなる。照明光軸よりも下方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から下方向にずれた位置を通過することとなる。照明光軸よりも左方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から左方向にずれた位置を通過することとなる。照明光軸よりも右方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から右方向にずれた位置を通過することとなる。
また、画像形成領域の共役点が第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも投写光学系側に位置する場合には、第１レンズアレイの略中心部を通過する照明光軸よりも上方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から下方向にずれた位置を通過することとなる。照明光軸よりも下方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から上方向にずれた位置を通過することとなる。照明光軸よりも左方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から右方向にずれた位置を通過することとなる。照明光軸よりも右方に配置された第１小レンズを通過する部分光束の主光線は、画像形成領域の略中心部から左方向にずれた位置を通過することとなる。

このため、第１レンズアレイの複数の第１小レンズから射出される各部分光束のすべてを画像形成領域上で重畳させることが困難となり、画像形成領域に照射される光の均一度が低下してしまう。また、画像形成領域よりも外側の領域に照射される照明光束の光量が増加してしまい、画像形成領域における光の利用効率が低下してしまう。
その結果、投写面上で均一で明るい面内表示特性を得ることが困難となる。

しかしながら、本発明のプロジェクタによれば、第１レンズアレイにおける各第１小レンズを通過する部分光束の各主光線が画像形成領域上で画像形成領域の略中心部を通過するように、第２レンズアレイにおける各第２小レンズの偏心量が調整されているため、第１レンズアレイにおける各第１小レンズを通過する部分光束の各主光線は、画像形成領域上で画像形成領域の略中心部を通過することとなる。
このため、第１レンズアレイにおける各第１小レンズの像の結像位置が画像形成領域よりも光源装置側又は投写光学系側にずれた位置であるとしても、第１レンズアレイの複数の第１小レンズから射出される各部分光束のすべてを画像形成領域上で重畳させることが可能となるため、画像形成領域に照射される光の均一度の低下を抑制することができる。また、画像形成領域よりも外側の領域に照射される照明光束の光量の増加を抑制することができるため、画像形成領域における光の利用効率の低下を抑制することができる。
その結果、投写面上で均一で明るい面内表示特性を得ることが可能となる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記共役点と前記第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

画像形成領域の共役点と第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が０．５ｍｍ未満であると、第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりした場合において、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域上に結像されてしまう可能性がある。一方、画像形成領域の共役点と第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が５．０ｍｍを超えると、画像形成領域から比較的大きく離れた位置に第１レンズアレイにおける各第１小レンズの像が結像されてしまうため、画像形成領域よりも外側の領域に照射される照明光束の光量がさらに増加してしまう。そして、このように画像形成領域から比較的大きく離れた位置に第１レンズアレイにおける各第１小レンズの像が結像されてしまう場合、第１レンズアレイにおける各第１小レンズを通過する部分光束の各主光線が画像形成領域上で画像形成領域の略中心部を通過するように、第２レンズアレイにおける各第２小レンズの偏心量を調整するのが容易ではなくなる。
以上の観点から、画像形成領域の共役点と第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることがさらに好ましい。

本発明のプロジェクタにおいては、前記共役点は、空気中に位置することが好ましい。

このように構成することにより、画像形成領域の共役点は、空気中に位置する、すなわち第１レンズアレイ内（第１レンズアレイの光学媒体内）に存在しないため、第１レンズアレイ内部に気泡やキズ等が存在していたとしても、そのような気泡やキズ等の像が画像形成領域上に結像されるのを抑制することができる。その結果、投写面に投写される画像内に気泡やキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのをさらに抑制することが可能となる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記第２レンズアレイと前記重畳レンズとの間に配置され、前記第１レンズアレイにより分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子をさらに備えることが好ましい。

このように構成することにより、本発明のプロジェクタは、偏光光を変調するタイプの電気光学変調装置、例えば液晶パネルを用いた電気光学変調装置を備えたプロジェクタに特に適合したものになる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記電気光学変調装置として、画像情報に応じて複数の色光のそれぞれを変調する複数の電気光学変調装置を備えるとともに、前記照明装置からの照明光束を複数の色光に分離して前記複数の電気光学変調装置のそれぞれに導く色分離導光光学系と、前記複数の電気光学変調装置によって変調されたそれぞれの色光を合成し前記投写光学系へと射出する色合成光学系とをさらに備えることが好ましい。

このように構成することにより、第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりすることに起因して投写画像の画像品質が低下してしまうのを抑制することが可能なプロジェクタを、画像品質の優れた（例えば、３板式の）フルカラープロジェクタとすることができるようになる。

以下、本発明のプロジェクタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態］
図１は、実施形態に係るプロジェクタ１０００の光学系を示す図である。
なお、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における照明光軸１００ａｘ方向）、ｘ軸方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）及びｙ軸方向（図１における紙面に垂直かつｚ軸に直交する方向）とする。

実施形態に係るプロジェクタ１０００は、図１に示すように、照明光束を射出する照明装置１００と、照明装置１００からの光を３つの色光に分離して被照明領域に導光する色分離導光光学系２００と、色分離導光光学系２００で分離された３つの色光のそれぞれを画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としての３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調された色光を合成する色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム５００と、クロスダイクロイックプリズム５００によって合成された光をスクリーンＳＣＲ等の投写面に投写する投写光学系６００とを備えている。

照明装置１００は、被照明領域側に照明光束を射出する光源装置１１０と、光源装置１１０から射出される照明光束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と、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と、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子１４０と、偏光変換素子１４０から射出される各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ１５０とを有している。

光源装置１１０は、楕円面リフレクタ１１４と、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２と、発光管１１２に設けられ、発光管１１２から被照明領域側に射出される光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する反射手段としての補助ミラー１１６と、楕円面リフレクタ１１４で反射された集束光を略平行光に変換して第１レンズアレイ１２０に向けて射出する凹レンズ１１８とを有している。光源装置１１０は、照明光軸１００ａｘを中心軸とする光束を射出する。

発光管１１２は、管球部と、管球部の両側に延びる一対の封止部とを有している。
楕円面リフレクタ１１４は、発光管１１２の一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管１１２から放射された光を第２焦点位置に向けて反射する反射凹面とを有している。

補助ミラー１１６は、発光管１１２の管球部を挟んで楕円面リフレクタ１１４と対向して設けられ、発光管１１２から放射された光のうち楕円面リフレクタ１１４に向かわない光を発光管１１２に戻し楕円面リフレクタ１１４に入射させる。

凹レンズ１１８は、楕円面リフレクタ１１４の被照明領域側に配置されている。そして、楕円面リフレクタ１１４からの光を第１レンズアレイ１２０に向けて射出するように構成されている。

第１レンズアレイ１２０は、凹レンズ１１８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、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第１小レンズ１２２を備えた構成を有している。第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域Ｓ（後述する図４（ｂ）参照。）の外形形状に関して相似形である。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１２０と同様に照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第２小レンズ１３２を備えた構成を有している。

なお、第１レンズアレイ１２０及び第２レンズアレイ１３０については、詳細に後述する。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、光源装置１１０からの照明光束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、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び偏光変換素子１４０を経た複数の部分光束を集光して、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域Ｓ近傍に重畳させるための光学素子である。なお、図１に示す重畳レンズ１５０は１枚のレンズで構成されているが、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

色分離導光光学系２００は、第１のダイクロイックミラー２１０及び第２のダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０，２４０，２５０と、入射側レンズ２６０と、リレーレンズ２７０とを有している。色分離導光光学系２００は、重畳レンズ１５０から射出される照明光束を、赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光に分離して、それぞれの色光を照明対象となる３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導く機能を有している。

第１のダイクロイックミラー２１０及び第２のダイクロイックミラー２２０は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。第１のダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射し、その他の色光成分を透過するミラーである。第２のダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射し、青色光成分を透過するミラーである。

第１のダイクロイックミラー２１０で反射された赤色光成分は、反射ミラー２３０により曲折され、集光レンズ３００Ｒを介して赤色光用の液晶装置４００Ｒの画像形成領域Ｓに入射する。

集光レンズ３００Ｒは、重畳レンズ１５０からの各部分光束を各主光線に対して略平行な光束に変換するために設けられている。他の液晶装置４００Ｇ，４００Ｂの光路前段に配設される集光レンズ３００Ｇ，３００Ｂも、集光レンズ３００Ｒと同様に構成されている。

第１のダイクロイックミラー２１０を通過した緑色光成分及び青色光成分のうち緑色光成分は、第２のダイクロイックミラー２２０によって反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶装置４００Ｇの画像形成領域Ｓに入射する。一方、青色光成分は、第２のダイクロイックミラー２２０を透過し、入射側レンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０及び集光レンズ３００Ｂを通過して青色光用の液晶装置４００Ｂの画像形成領域Ｓに入射する。入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、第２のダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を液晶装置４００Ｂまで導く機能を有している。

なお、青色光の光路にこのような入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態に係るプロジェクタ１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。

液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、照明光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置１１０の照明対象となる。なお、図示を省略したが、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、各液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置されている。これら入射側偏光板、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射する各色光の光変調が行われる。
液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ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ものである。例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された各色光毎に変調された光学像を合成して、カラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で大画面画像を形成する。

実施形態に係るプロジェクタ１０００は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける画像形成領域Ｓの共役点Ｃの位置及び第２レンズアレイ１３０における各第２小レンズ１３２の構成を特徴としている。以下、実施形態に係るプロジェクタ１０００の構成と実施形態の比較例１に係るプロジェクタ１０００ａの構成と比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂの構成とを比較して説明することにより、実施形態に係るプロジェクタ１０００の効果を詳細に説明する。

図２は、実施形態に係るプロジェクタ１０００の効果を説明するために示す概念図である。図２（ａ）は実施形態の比較例１に係るプロジェクタ１０００ａを説明するために示す概念図であり、図２（ｂ）は実施形態の比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂを説明するために示す概念図であり、図２（ｃ）は実施形態に係るプロジェクタ１０００を説明するために示す概念図である。
なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）において、説明を容易にするため、プロジェクタにおける各光学系のうち第１レンズアレイ、第２レンズアレイ、重畳レンズ及び液晶装置（画像形成領域Ｓ）のみを図示し、その他の光学系（偏光変換素子など。）については図示を省略している。

図３は、実施形態の比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂを説明するために示す概念図である。図３（ａ）は照明光軸１００ａｘよりも上方に配置された第１小レンズ１２２ｂ_１を通過する部分光束の主光線を示す概念図であり、図３（ｂ）は照明光軸１００ａｘよりも下方に配置された第１小レンズ１２２ｂ_２を通過する部分光束の主光線を示す概念図であり、図３（ｃ）は照明光軸１００ａｘよりも左方に配置された第１小レンズ１２２ｂ_３を通過する部分光束の主光線を示す概念図であり、図３（ｄ）は照明光軸１００ａｘよりも右方に配置された第１小レンズ１２２ｂ_４を通過する部分光束の主光線を示す概念図である。

図４は、実施形態に係るプロジェクタ１０００の効果を説明するために示す図である。図４（ａ）は実施形態の比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂの場合における、画像形成領域Ｓの面内光強度分布を示す図であり、図４（ｂ）は実施形態に係るプロジェクタ１０００の場合における、画像形成領域Ｓの面内光強度分布を示す図である。

比較例１に係るプロジェクタ１０００ａは、基本的には実施形態に係るプロジェクタ１０００とよく似た構成を有しているが、実施形態に係るプロジェクタ１０００とは、液晶装置における画像形成領域Ｓの共役点Ｃの位置及び第２レンズアレイにおける各第２小レンズの構成が異なっている。すなわち、比較例１に係るプロジェクタ１０００ａにおいては、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける画像形成領域Ｓの共役点Ｃは、図２（ａ）に示すように、第１レンズアレイ１２０ａの各第１小レンズ１２２ａにおけるレンズ曲面の頂点に位置している。また、第２レンズアレイ１３０ａの各第２小レンズ１３２ａは偏心していない。なお、比較例１に係るプロジェクタ１０００ａは、液晶装置における画像形成領域Ｓの共役点Ｃの位置及び第２レンズアレイにおける各第２小レンズの構成以外の点では、実施形態に係るプロジェクタ１０００と同様の構成を有している。

比較例１に係るプロジェクタ１０００ａにおいては、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける画像形成領域Ｓの共役点Ｃが、第１レンズアレイ１２０ａの各第１小レンズ１２２ａにおけるレンズ曲面の頂点に位置しているため、例えば、第１小レンズ１２２ａのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりすると、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されてしまう。このため、スクリーンＳＣＲに投写される画像内にもゴミやキズ等の像が含まれることとなり、投写画像の画像品質が低下してしまう。

このような比較例１に係るプロジェクタ１０００ａにおける問題点を解決することが可能なプロジェクタとして、比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂがある。

比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂは、基本的には比較例１に係るプロジェクタ１０００ａとよく似た構成を有しているが、比較例１に係るプロジェクタ１０００ａとは、液晶装置における画像形成領域Ｓの共役点Ｃの位置が異なっている。すなわち、比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂにおいては、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける画像形成領域Ｓの共役点Ｃは、図２（ｂ）に示すように、第１レンズアレイ１２０ａの各第１小レンズ１２２ａにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０側に位置している。なお、比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂは、液晶装置における画像形成領域Ｓの共役点Ｃの位置以外の点では、比較例１に係るプロジェクタ１０００ａと同様の構成を有している。

比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂによれば、画像形成領域Ｓの共役点Ｃが、第１レンズアレイ１２０ｂの各第１小レンズ１２２ｂにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０側に位置するため、画像形成領域Ｓと第１小レンズ１２２ｂのレンズ曲面の頂点とは共役の関係とならず、たとえ第１小レンズ１２２ｂのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりしたとしても、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されるのが抑制されるようになる。その結果、スクリーンＳＣＲに投写される画像内にゴミやキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのを抑制することが可能となる。

しかしながら、比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂにおいては、以下に示すような問題がある。すなわち、比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂによれば、画像形成領域Ｓの共役点Ｃが第１レンズアレイ１２０ｂの各第１小レンズ１２２ｂにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０側に位置することに起因して、図２（ｂ）に示すように、第１レンズアレイ１２０ｂにおける各第１小レンズ１２２ｂの像の結像位置が、画像形成領域Ｓ上ではなく画像形成領域Ｓよりも投写光学系６００側にずれた位置となる。このため、第１レンズアレイ１２０ｂにおける各第１小レンズ１２２ｂを通過する部分光束の各主光線は、画像形成領域Ｓ上で画像形成領域Ｓの略中心部を通過することなく、画像形成領域Ｓの略中心部からずれた位置を通過することとなる。

図３を用いて具体的に説明すると、画像形成領域Ｓの共役点Ｃが第１レンズアレイ１２０ｂの各第１小レンズ１２２ｂにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０側に位置する場合には、第１レンズアレイ１２０ｂの略中心部を通過する照明光軸１００ａｘよりも上方に配置された第１小レンズ１２２ｂ_１を通過する部分光束の主光線は、画像形成領域Ｓの略中心部から上方向にずれた位置を通過することとなる（図３（ａ）参照。）。照明光軸１００ａｘよりも下方に配置された第１小レンズ１２２ｂ_２を通過する部分光束の主光線は、画像形成領域Ｓの略中心部から下方向にずれた位置を通過することとなる（図３（ｂ）参照。）。照明光軸１００ａｘよりも左方（光源装置１１０側から見て左方）に配置された第１小レンズ１２２ｂ_３を通過する部分光束の主光線は、画像形成領域Ｓの略中心部から左方向にずれた位置を通過することとなる（図３（ｃ）参照。）。照明光軸１００ａｘよりも右方（光源装置１１０側から見て右方）に配置された第１小レンズ１２２ｂ_４を通過する部分光束の主光線は、画像形成領域Ｓの略中心部から右方向にずれた位置を通過することとなる（図３（ｄ）参照。）。

このため、第１レンズアレイ１２０ｂの複数の第１小レンズ１２２ｂから射出される各部分光束のすべてを画像形成領域Ｓ上で重畳させることが困難となり、画像形成領域Ｓに照射される光の均一度が低下してしまう。また、画像形成領域Ｓよりも外側の領域に照射される照明光束の光量が増加してしまい、画像形成領域Ｓにおける光の利用効率が低下してしまう（図４（ａ）参照。）。
その結果、スクリーンＳＣＲ上で均一で明るい面内表示特性を得ることが困難となる。

以上説明した比較例１に係るプロジェクタ１０００ａにおける問題点及び比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂにおける問題点をともに解決するのが、本発明である実施形態に係るプロジェクタ１０００である。

実施形態に係るプロジェクタ１０００によれば、画像形成領域Ｓの共役点Ｃが、図２（ｃ）に示すように、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２におけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０側に位置しているため、画像形成領域Ｓと第１小レンズ１２２のレンズ曲面の頂点とは共役の関係とならず、たとえ第１小レンズ１２２のレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりしたとしても、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されるのが抑制されるようになる。その結果、スクリーンＳＣＲに投写される画像内にゴミやキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのを抑制することが可能となる。

また、実施形態に係るプロジェクタ１０００によれば、第１レンズアレイ１２０における各第１小レンズ１２２を通過する部分光束の各主光線が画像形成領域Ｓ上で画像形成領域Ｓの略中心部を通過するように、第２レンズアレイ１３０における各第２小レンズ１３２の偏心量が調整されているため、第１レンズアレイ１２０における各第１小レンズ１２２を通過する部分光束の各主光線は、図２（ｃ）に示すように、画像形成領域Ｓ上で画像形成領域Ｓの略中心部を通過することとなる。
このため、第１レンズアレイ１２０における各第１小レンズ１２２の像の結像位置が画像形成領域Ｓよりも光源装置１１０側にずれた位置であるとしても、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２から射出される各部分光束のすべてを画像形成領域Ｓ上で重畳させることが可能となるため、画像形成領域Ｓに照射される光の均一度の低下を抑制することができる。また、画像形成領域Ｓよりも外側の領域に照射される照明光束の光量の増加を抑制することができるため、画像形成領域Ｓにおける光の利用効率の低下を抑制することができる（図４（ｂ）参照。）。
その結果、スクリーンＳＣＲ上で均一で明るい面内表示特性を得ることが可能となる。

このように、実施形態に係るプロジェクタ１０００は、第１小レンズ１２２のレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりすることに起因して投写画像の画像品質が低下してしまうのを抑制することが可能なプロジェクタとなる。また、スクリーンＳＣＲ上で均一で明るい面内表示特性を得ることが可能なプロジェクタとなる。

実施形態に係るプロジェクタ１０００においては、画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２におけるレンズ曲面の頂点との間の距離が、１．５ｍｍとなるように設定している。

画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２におけるレンズ曲面の頂点との間の距離が０．５ｍｍ未満であると、第１小レンズ１２２のレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりした場合において、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されてしまう可能性がある。一方、画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２におけるレンズ曲面の頂点との間の距離が５．０ｍｍを超えると、画像形成領域Ｓから比較的大きく離れた位置に第１レンズアレイ１２０における各第１小レンズ１２２の像が結像されてしまうため、画像形成領域Ｓよりも外側の領域に照射される照明光束の光量がさらに増加してしまう。そして、このように画像形成領域Ｓから比較的大きく離れた位置に第１レンズアレイ１２０における各第１小レンズ１２２の像が結像されてしまう場合、第１レンズアレイ１２０における各第１小レンズ１２２を通過する部分光束の各主光線が画像形成領域Ｓ上で画像形成領域Ｓの略中心部を通過するように、第２レンズアレイ１３０における各第２小レンズ１３２の偏心量を調整するのが容易ではなくなる。
以上の観点から、画像形成領域Ｓの共役点Ｃと第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２におけるレンズ曲面の頂点との間の距離は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることがさらに好ましい。

実施形態に係るプロジェクタ１０００においては、図２（ｃ）に示すように、画像形成領域Ｓの共役点Ｃは、空気中に位置する、すなわち第１レンズアレイ１２０内（第１レンズアレイ１２０の光学媒体内）に存在しないため、第１レンズアレイ１２０内部に気泡やキズ等が存在していたとしても、そのような気泡やキズ等の像が画像形成領域Ｓ上に結像されるのを抑制することができる。その結果、スクリーンＳＣＲに投写される画像内に気泡やキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのをさらに抑制することが可能となる。

実施形態に係るプロジェクタ１０００においては、第２レンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０との間に配置され、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子１４０をさらに備えている。このため、実施形態に係るプロジェクタ１０００は、偏光光を変調するタイプの電気光学変調装置、例えば液晶パネルを用いた電気光学変調装置を備えたプロジェクタに特に適合したものになる。

実施形態に係るプロジェクタ１０００においては、電気光学変調装置として、画像情報に応じて赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光のそれぞれを変調する３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えるとともに、照明装置１００からの照明光束を３つの色光に分離して３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂのそれぞれに導く色分離導光光学系２００と、３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調されたそれぞれの色光を合成し投写光学系６００へと射出するクロスダイクロイックプリズム５００とをさらに備えているため、第１小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりすることに起因して投写画像の画像品質が低下してしまうのを抑制することが可能なプロジェクタを、画像品質の優れた３板式のフルカラープロジェクタとすることができるようになる。

以上、本発明のプロジェクタ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く、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様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）上記実施形態のプロジェクタ１０００は、液晶装置の画像形成領域Ｓの共役点Ｃが、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２におけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置１１０側に位置している場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶装置の画像形成領域Ｓの共役点Ｃが、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２におけるレンズ曲面の頂点よりも投写光学系６００側に位置する構成であってもよい。

（２）上記実施形態のプロジェクタ１０００においては、説明を容易にするために、比較例１に係るプロジェクタ１０００ａ及び比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂともに第２レンズアレイにおける各第２小レンズが偏心していないものを用い、そのような偏心していない第２レンズアレイにおける各第２小レンズを適宜偏心させる（偏心量を調整する）ことにより本発明の効果が得られると説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２レンズアレイにおける各第２小レンズが偏心したものを備えるプロジェクタにおいても、第２レンズアレイにおける各第２小レンズの偏心量をさらに適宜調整することにより、本発明の効果を得ることができることは言うまでもない。

（３）上記実施形態のプロジェクタ１０００は、電気光学変調装置として、３つの液晶装置を備えるいわゆる３板式のプロジェクタであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つ、２つ又は４つ以上の液晶装置を備えるプロジェクタに本発明を適用することも可能である。

（４）上記実施形態のプロジェクタ１０００は透過型のプロジェクタであるが、これに限定されるものではない。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、透過型の電気光学変調装置等のように光変調手段としての電気光学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、反射型電気光学変調装置のように光変調手段としての電気光学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この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。

（５）上記実施形態のプロジェクタ１０００は、電気光学変調装置として液晶パネルを用いた液晶装置を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。電気光学変調装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

（６）上記実施形態のプロジェクタ１０００は、光源装置１１０として、楕円面リフレクタ１１４と、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２と、楕円面リフレクタ１１４で反射された集束光を第１レンズアレイ１２０に向けて射出する凹レンズ１１８とを有する光源装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、放物面リフレクタと、放物面リフレクタの焦点近傍に発光中心を有する発光管とを有する光源装置をも好ましく用いることができる。

（７）この他、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にも適用できることはいうまでもない。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００の光学系を示す図。実施形態に係るプロジェクタ１０００の効果を説明するために示す概念図。実施形態の比較例２に係るプロジェクタ１０００ｂを説明するために示す概念図。実施形態に係るプロジェクタ１０００の効果を説明するために示す図。

符号の説明

１００…照明装置、１００ａｘ…照明光軸、１１０…光源装置、１１２…発光管、１１４…楕円面リフレクタ、１１６…補助ミラー、１１８…凹レンズ、１２０，１２０ａ，１２０ｂ…第１レンズアレイ、１２２，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｂ_１，１２２ｂ_２，１２２ｂ_３，１２２ｂ_４…第１小レンズ、１３０，１３０ａ，１３０ｂ…第２レンズアレイ、１３２，１３２ａ，１３２ｂ…第２小レンズ、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０…入射側レンズ、２７０…リレーレンズ、３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…集光レンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００，１０００ａ，１０００ｂ…プロジェクタ、Ｃ…画像形成領域の共役点、Ｓ…画像形成領域、ＳＣＲ…スクリーン

Claims

被照明領域側に照明光束を射出する光源装置と、前記光源装置から射出される照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズを有する第１レンズアレイと、前記複数の第１小レンズに対応する複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイと、前記複数の第２小レンズから射出される各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズとを有する照明装置と、
前記照明装置からの照明光束を変調する電気光学変調装置と、
前記電気光学変調装置により変調された照明光束を投写する投写光学系とを備え、
前記電気光学変調装置における画像形成領域の共役点が、前記第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも前記光源装置側又は前記投写光学系側に位置するプロジェクタであって、
前記第１レンズアレイにおける各第１小レンズを通過する部分光束の各主光線が前記電気光学変調装置の画像形成領域上で前記画像形成領域の略中心部を通過するように、前記第２レンズアレイにおける各第２小レンズの偏心量が調整されていることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記共役点と前記第１レンズアレイの各第１小レンズにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１又は２に記載のプロジェクタにおいて、
前記共役点は、空気中に位置することを特徴とするプロジェクタ。
請求項１〜３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第２レンズアレイと前記重畳レンズとの間に配置され、前記第１レンズアレイにより分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記電気光学変調装置として、画像情報に応じて複数の色光のそれぞれを変調する複数の電気光学変調装置を備えるとともに、
前記照明装置からの照明光束を複数の色光に分離して前記複数の電気光学変調装置のそれぞれに導く色分離導光光学系と、
前記複数の電気光学変調装置によって変調されたそれぞれの色光を合成し前記投写光学系へと射出する色合成光学系とをさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。