(57)【要約】【課題】照度減少を抑えつつ左右の照度分布の相対的な反転を防ぐ簡易な光学系を有するプロジェクタを提供すること。【解決手段】従来のリレー光路の構成と比較してレンズの枚数を増やさずに各光路（ＯＰ１），（ＯＰ２），（ＯＰ３）を通る各色光における照明光学系（３０）の投射像を、相対的に反転させないように、対応する液晶表示パネル（６１ｇ），（６１ｒ），（６１ｂ）の位置に照明光学系（３０）の像を結像させることができる。また、長さの異なる第１及び第２光路（ＯＰ１），（ＯＰ２）の相対的な結像状態を予め調整することにより、各液晶表示パネル（６１ｇ），（６１ｒ），（６１ｂ）の位置に形成される照明光学系（３０）の像の拡大倍率を等しくすることができる。そのため、例えば光源の発光分布が経時的に変化した場合にも、プロジェクタ（１０）の投射像のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。
2009081552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１色光及び第２色光を含む光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を均一化する照明光学系と、
前記光源から射出された光を前記第１色光及び前記第２色光に分離する色分離導光光学系と、
前記色分離導光光学系において分離された前記第１色光及び前記第２色光によってそれぞれ照明される第１光変調装置及び第２光変調装置を有する光変調部と、
前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置を通って複数の光入射部からそれぞれ入射した前記第１色光及び前記第２色光を合成し、前記合成された光を光射出部から射出する光合成光学系と、
を備え、
前記照明光学系から前記第１光変調装置を通って前記光合成光学系の前記光射出部に至るまでの前記第１色光が導かれる第１光路の長さは、前記照明光学系から前記第２光変調装置を通って前記光合成光学系の前記光射出部に至るまでの前記第２色光が導かれる第２光路の長さよりも短く、
前記色分離導光光学系は、少なくとも１つの反射面を有し、
前記第１光路に存在する反射面の数と前記第２光路に存在する反射面の数との差は偶数であり、
前記第１光路を前記反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、前記第１光変調装置の位置に前記照明光学系の倒立像が形成され、
前記第２光路を前記反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、前記第２光変調装置の位置に前記照明光学系の倒立像が形成される、プロジェクタ。
【請求項２】
前記光源は第３色光を含む光を射出し、
前記色分離導光光学系は、前記光源から射出された光を前記第１色光、前記第２色光、及び前記第３色光に分離し、
前記光変調部は、前記色分離導光光学系において分離された前記第３色光によって照明される第３光変調装置をさらに有し、
前記光合成光学系は、クロスダイクロイックプリズムであり、
前記クロスダイクロイックプリズムは、前記第１光変調装置、前記第２光変調装置、及び第３光変調装置を通って前記複数の光入射部に対応する複数の光入射面からそれぞれ入射した前記第１色光、前記第２色光、及び前記第３色光を合成し、前記合成された光を前記光射出部に対応する光射出面から射出し、
前記照明光学系から前記第３光変調装置を通って前記クロスダイクロイックプリズムの前記光射出部に対応する光射出面に至るまでの前記第３色光が導かれる第３光路の長さは、前記第１光路の長さと等しく、
前記第１光路に存在する反射面の数と前記第３光路に存在する反射面の数との差は偶数であり、
前記第３光路を前記反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、前記第３光変調装置の位置に前記照明光学系の倒立像が形成される、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記光源は第３色光を含む光を射出し、
前記色分離導光光学系は、前記光源から射出された光を前記第１色光、前記第２色光、及び前記第３色光に分離し、
前記光変調部は、前記色分離導光光学系において分離された前記第３色光によって照明される第３光変調装置をさらに有し、
前記光合成光学系は、クロスダイクロイックプリズムであり、
前記クロスダイクロイックプリズムは、前記第１光変調装置、前記第２光変調装置、及び第３光変調装置を通って前記複数の光入射部に対応する複数の光入射面からそれぞれ入射した前記第１色光、前記第２色光、及び前記第３色光を合成し、前記合成された光を前記光射出部に対応する光射出面から射出し、
前記照明光学系から前記第３光変調装置を通って前記クロスダイクロイックプリズムの前記光射出部に対応する光射出面に至るまでの前記第３色光が導かれる第３光路の長さは、前記第２光路の長さと等しく、
前記第２光路に存在する反射面の数と前記第３光路に存在する反射面の数との差は偶数であり、
前記第３光路を前記反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、前記第３光変調装置の位置に前記照明光学系の倒立像が形成される、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記照明光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記複数の部分光束を前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、を有し、
前記重畳光学系は、前記複数の部分光束のうち前記第１色光の複数の部分光束を前記第１光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、前記複数の部分光束のうち前記第２色光の複数の部分光束を前記第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、を有し、
前記第１重畳レンズは、前記第１光路のうち前記第２光路と重なっていない部分に配置され、
前記第２重畳レンズは、前記第２光路のうち前記第１光路と重なっていない部分に配置される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記照明光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記複数の部分光束を前記第１光変調装置、前記第２光変調装置、及び前記第３光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、を有し、
前記重畳光学系は、前記複数の部分光束のうち前記第１色光の複数の部分光束を前記第１光変調装置上に重畳させるとともに前記複数の部分光束のうち前記第３色光の複数の部分光束を前記第３光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、前記複数の部分光束のうち前記第２色光の複数の部分光束を前記第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、を有し、
前記第１重畳レンズは、前記第１光路のうち前記第３光路とは重なり前記第２光路とは重なっていない部分に配置され、
前記第２重畳レンズは、前記第２光路のうち前記第１光路及び前記第３光路と重なっていない部分に配置される、請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記第１重畳レンズ及び前記第２重畳レンズの少なくとも一方は、複数のレンズで構成される、請求項４及び請求項５のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記照明光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記複数の部分光束を前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、を有し、
前記重畳光学系は、前記複数の部分光束のうち前記第１色光の複数の部分光束を前記第１光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、前記複数の部分光束のうち前記第２色光の複数の部分光束を前記第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、を有し、
前記第１重畳レンズは、複数のレンズで構成され、
前記第２重畳レンズは、複数のレンズで構成され、
前記第１重畳レンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記第２重畳レンズも構成する共通レンズであり、
前記共通レンズは、前記色分離導光光学系で前記光源から射出された光が各色光に分離される前に配置されている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記照明光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記複数の部分光束を前記第１光変調装置、前記第２光変調装置、及び前記第３光変調装置上に重畳させる重畳光学系を有し、
前記重畳光学系は、前記複数の部分光束のうち前記第１色光の複数の部分光束を前記第１光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、前記複数の部分光束のうち前記第２色光の複数の部分光束を前記第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、前記複数の部分光束のうち前記第３色光の複数の部分光束を前記第３光変調装置上に重畳させる第３重畳レンズと、を有し、
前記第２重畳レンズは、複数のレンズで構成され、
前記第３重畳レンズは、複数のレンズで構成される、請求項３に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記照明光学系は、前記光束分割光学素子で分割された前記複数の部分光束を集光し、前記光束分割素子と前記重畳光学系との間に配置される光学素子をさらに有する、請求項４から請求項８までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
第１色光及び第２色光を含む光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、
前記光束分割光学素子から射出された光を前記第１色光及び前記第２色光に分離する色分離導光光学系と、
前記色分離導光光学系において分離された前記第１色光及び前記第２色光によってそれぞれ照明される第１光変調装置及び第２光変調装置を有する光変調部と、
前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置を通って複数の光入射面からそれぞれ入射した前記第１色光及び前記第２色光を合成し、前記合成された光を光射出面から射出するクロスダイクロイックプリズムと、
前記複数の部分光束を前記第１光変調装置及び前記第２光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、
を備え、
前記光束分割光学素子から前記第１光変調装置を通って前記クロスダイクロイックプリズムの前記光射出面に至るまでの前記第１色光が導かれる第１光路の長さは、前記光束分割光学素子から前記第２光変調装置を通って前記クロスダイクロイックプリズムの前記光射出面に至るまでの前記第２色光が導かれる第２光路の長さよりも短く、
前記色分離導光光学系は、少なくとも１つの反射面を有し、
前記第１光路に存在する反射面の数と前記第２光路に存在する反射面の数との差は偶数であり、
前記第１光路を前記反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、前記第１光変調装置の位置に前記光学分割素子の倒立像が形成され、
前記第２光路を前記反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、前記第２光変調装置の位置に前記光学分割素子の倒立像が形成される、プロジェクタ。
【請求項１１】
前記光源は、複数の発光源を有する、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光を光変調装置によって変調し、変調された像光を投射するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なプロジェクタとして、略白色光を発生する光源と、光源からの光を均一化するとともに偏光変換する照明光学系と、照明光学系を経た光を分離し、緑、青、赤の３色の光路に導入する色分離導光光学系と、３色の照明光によってそれぞれ照明される３つの液晶ライトバルブと、これら３つの液晶ライトバルブからの像を合成するクロスダイクロイックプリズムと、合成後の拡大像を投射する投射レンズとを備えるものがある。【０００３】
上記のようなプロジェクタにおいて、各液晶ライトバルブを照明する光束の相対的な照度分布が異なると、それらを合成して得られる投射像のホワイトバランスの劣化、色ムラ等が生じる。そのため、分離した緑色光と青色光の光路長を等しくし、赤色光路中にリレーレンズを挿入して照度分布を補正する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、各光路における反射回数を奇数回または偶数回に統一し、それぞれの光路長が略同一になるように構成し、照度分布を相対的に略等しくする方法がある。（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３４５６０４号公報
【特許文献２】特開平８−２５４６７８号公報
【発明の開示】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のようなプロジェクタでは、青及び緑光路の液晶ライトバルブと赤光路の液晶ライトバルブとで照明される光束が例えば左右逆になり、照度分布を完全に補正することは困難である。そのため、光源の発光点の変動や、プロジェクタ内の部品の位置のずれ等により照明の強度が変わると色ムラとなって現われる。
【０００５】
また、特許文献２のようなプロジェクタでは、光路が複雑になり光の反射回数が増えることで、照度分布を相対的に等しくしても照度が減少するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、照度減少を抑えつつ照度分布の相対的な反転を防ぐ簡易な光学系を有するプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１のプロジェクタは、第１色光及び第２色光を含む光を射出する光源と、光源から射出された光を均一化する照明光学系と、光源から射出された光を第１色光及び第２色光に分離する色分離導光光学系と、色分離導光光学系において分離された第１色光及び第２色光によってそれぞれ照明される第１光変調装置及び第２光変調装置を有する光変調部と、第１光変調装置及び第２光変調装置を通って複数の光入射部からそれぞれ入射した第１色光及び第２色光を合成し、合成された光を光射出部から射出する光合成光学系と、を備える。ここで、照明光学系から第１光変調装置を通って光合成光学系の光射出部に至るまでの第１色光が導かれる第１光路の長さは、照明光学系から第２光変調装置を通って光合成光学系の光射出部に至るまでの第２色光が導かれる第２光路の長さよりも短い。色分離導光光学系は、少なくとも１つの反射面を有し、第１光路に存在する反射面の数と第２光路に存在する反射面の数との差は偶数である。そして、第１光路を反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、第１光変調装置の位置に照明光学系の倒立像が形成され、第２光路を反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、第２光変調装置の位置に照明光学系の倒立像が形成される。
【０００８】
上記の第１のプロジェクタでは、要するに、長さの異なる第１及び第２光路をそれぞれ直線状の光路に置き換えた場合に第１及び第２光変調装置の位置に照明光学系の倒立像がそれぞれ形成されるとともに、第１光路に存在する反射面の数と第２光路に存在する反射面の数との差が偶数である。そのため、第１及び第２光路を通る第１及び第２色光の照明光学系の像を第１及び第２光変調装置にそれぞれ形成し光合成光学系で合成する際に、各色光の像について相互の相対的な反転を防止できる。つまり、第１光路の長さよりも第２光路の長さを長くするにもかかわらず、第１光路における照明光学系の第１色光の像と、第２光路における照明光学系の第２色光の像とは、光合成光学系の光射出部以降の結像において上下左右が互いに共通する像となるように合成される。
【０００９】
ここで、照明光学系の像とは、光変調装置の位置又はその下流側の共役位置に現実に又は仮想的に形成される照明光学系の実像を意味し、具体的には、照明光学系の倒立像や上下反転像等となる。この照明光学系の像は、照明光学系が例えば第１及び第２のマルチレンズ等で構成される場合、光変調装置に対して共役な位置に配置される第１のマルチレンズを構成する複数の要素レンズに対応する輪郭又はパターンを有するものになる。なお、照明光学系の像は、光合成光学系の光射出部に形成されず、各光変調装置の画像が重ね合わされた状態で投射されるスクリーン面上に形成される。よって、照明光学系の像を光合成光学系によって合成する際にその光射出部以降の結像において像の上下左右が互いに共通するとは、スクリーン面上において、第１及び第２光路を通った第１及び第２色光の照明光学系の像を、上下左右が互いに共通する像として重ね合わせた状態で投射することを意味する。
【００１０】
なお、対称性の観点からは、第１光路の長さと第２光路の長さとを一致させることが望ましいが、画像の合成等を考慮すると第２光路の長さを相対的に長くする必要が生じる場合がある。このような場合、従来は長い光路（以下、リレー光路という）にリレーレンズを組み込むことによって各光変調装置に照射される照明光学系の像の拡大倍率を等しくしているが、リレーレンズによって照明光学系の各色光の投射像の相対的な反転が生じたり、リレーレンズの分だけレンズ枚数が増加して光量損失が増大する等の弊害が生じたりする。一方、本願のプロジェクタでは、従来のリレー光路の構成と比較してレンズの枚数を増やさずに両光路を通る色光の照明光学系の像を、光合成光学系の光射出側（より正確には、各光変調装置の画像が重ね合わされた状態で投射されるスクリーン面）において、各色光の像が相対的に反転しないように、対応する光変調装置の位置に形成させることができる。また、第１及び第２光路の相対的な結像状態を予め調整することにより、各光変調装置の位置に形成される照明光学系の像の拡大倍率を等しくすることができる。そのため、例えば光源の発光分布が経時的に変化した場合にも、プロジェクタの投射像のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。
【００１１】
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクタにおいて、光源は第３色光を含む光を射出し、色分離導光光学系は、光源から射出された光を第１色光、第２色光、及び第３色光に分離し、光変調部は、色分離導光光学系において分離された第３色光によって照明される第３光変調装置をさらに有し、光合成光学系は、クロスダイクロイックプリズムである。ここで、クロスダイクロイックプリズムは、第１光変調装置、第２光変調装置、及び第３光変調装置を通って複数の光入射部に対応する複数の光入射面からそれぞれ入射した第１色光、第２色光、及び第３色光を合成し、合成された光を光射出部に対応する光射出面から射出する。照明光学系から第３光変調装置を通ってクロスダイクロイックプリズムの光射出部に対応する光射出面に至るまでの第３色光が導かれる第３光路の長さは、第１光路の長さと等しく、第１光路に存在する反射面の数と第３光路に存在する反射面の数との差は偶数であり、第３光路を反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、第３光変調装置の位置に照明光学系の倒立像が形成される。この場合、第１光路の長さと第３光路の長さとが等しく、第１光路に存在する反射面の数と第３光路に存在する反射面の数との差が偶数であるので、第１及び第３光路を通る第１及び第３色光の照明光学系の像は、クロスダイクロイックプリズムの光射出側では上下左右が互いに共通する像となるように合成される。
【００１２】
また、本発明の別の態様では、光源は第３色光を含む光を射出し、色分離導光光学系は、光源から射出された光を第１色光、第２色光、及び第３色光に分離し、光変調部は、色分離導光光学系において分離された第３色光によって照明される第３光変調装置をさらに有し、光合成光学系は、クロスダイクロイックプリズムである。ここで、クロスダイクロイックプリズムは、第１光変調装置、第２光変調装置、及び第３光変調装置を通って複数の光入射部に対応する複数の光入射面からそれぞれ入射した第１色光、第２色光、及び第３色光を合成し、合成された光を光射出部に対応する光射出面から射出する。照明光学系から第３光変調装置を通ってクロスダイクロイックプリズムの光射出部に対応する光射出面に至るまでの第３色光が導かれる第３光路の長さは、第２光路の長さと等しく、第２光路に存在する反射面の数と第３光路に存在する反射面の数との差は偶数であり、第３光路を反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、第３光変調装置の位置に照明光学系の倒立像が形成される。この場合、第２光路の長さと第３光路の長さとが等しく、第２光路に存在する反射面の数と第３光路に存在する反射面の数との差が偶数であるので、第２及び第３光路を通る第２及び第３色光の照明光学系の像は、クロスダイクロイックプリズムの光射出側では上下左右が互いに共通する像になるように合成される。
【００１３】
また、本発明のさらに別の態様では、照明光学系は、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、複数の部分光束を第１光変調装置及び第２光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、を有する。ここで、重畳光学系は、複数の部分光束のうち第１色光の複数の部分光束を第１光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、複数の部分光束のうち第２色光の複数の部分光束を第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、を有する。第１重畳レンズは、第１光路のうち第２光路と重なっていない部分に配置され、第２重畳レンズは、第２光路のうち第１光路と重なっていない部分に配置される。この場合、第１重畳レンズと第２重畳レンズとを実質的に独立させて各重畳レンズのパワーや配置を個別に調整することにより、第１及び第２光路の各光変換装置における照明光学系の像を個別に調整することができる。
【００１４】
また、本発明のさらに別の態様では、照明光学系は、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、複数の部分光束を第１光変調装置、第２光変調装置、及び第３光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、を有する。ここで、重畳光学系は、複数の部分光束のうち第１色光の複数の部分光束を第１光変調装置上に重畳させるとともに複数の部分光束のうち第３色光の複数の部分光束を第３光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、複数の部分光束のうち第２色光の複数の部分光束を第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、を有する。第１重畳レンズは、第１光路のうち第３光路とは重なり第２光路とは重なっていない部分に配置され、第２重畳レンズは、第２光路のうち第１光路及び第３光路と重なっていない部分に配置される。この場合、第１重畳レンズと第２重畳レンズとを実質的に独立させて各重畳レンズのパワーや配置を個別に調整することにより、第１及び第２光路の各光変換装置における照明光学系の像を個別に調整することができる。また、第１重畳レンズを第１及び第３光路に共通して配置することにより、レンズの枚数を少なくすることができる。
【００１５】
また、本発明のさらに別の態様では、第１重畳レンズ及び第２重畳レンズの少なくとも一方は、複数のレンズで構成される。この場合、例えば第２光路に第１のレンズと第２のレンズとを設け、重畳レンズとして機能させることにより、第１光路より長い第２光路に配置される第２重畳レンズは第１及び第３光路に配置される第１重畳レンズと同等の焦点距離を実現するものとなる。また、例えば第２のレンズをさらに２つのレンズで構成することもできる。この場合、２つの一般的なレンズで１つの精度の高いレンズの役割を果たすことができる。
【００１６】
本発明のさらに別の態様では、第２光路の長さと第３光路の長さとが等しい場合において、照明光学系は、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、複数の部分光束を第１光変調装置及び第２光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、を有する。重畳光学系は、複数の部分光束のうち第１色光の複数の部分光束を第１光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、複数の部分光束のうち第２色光の複数の部分光束を第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、を有する。第１重畳レンズは、複数のレンズで構成され、第２重畳レンズは、複数のレンズで構成され、第１重畳レンズのうち少なくとも１つのレンズは、第２重畳レンズも構成する共通レンズであり、共通レンズは、色分離導光光学系で光源から射出された光が各色光に分離される前に配置されている。この場合、第１重畳レンズのうち少なくとも１つのレンズを第２重畳レンズも構成する共通のレンズとすることにより、各光路のレンズ構成を簡単にすることができる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様では、照明光学系は、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、複数の部分光束を第１光変調装置、第２光変調装置、及び第３光変調装置上に重畳させる重畳光学系を有する。重畳光学系は、複数の部分光束のうち第１色光の複数の部分光束を第１光変調装置上に重畳させる第１重畳レンズと、複数の部分光束のうち第２色光の複数の部分光束を第２光変調装置上に重畳させる第２重畳レンズと、複数の部分光束のうち第３色光の複数の部分光束を第３光変調装置上に重畳させる第３重畳レンズと、を有する。第２重畳レンズは、複数のレンズで構成され、第３重畳レンズは、複数のレンズで構成される。この場合、第１、第２、及び第３重畳レンズを実質的に独立させて各光変調装置における照明光学系の像を個別に調整することができる。
【００１８】
本発明のさらに別の態様では、照明光学系は、光束分割光学素子で分割された複数の部分光束を集光し、光束分割素子と重畳光学系との間に配置される光学素子をさらに有する。
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明に係る第２のプロジェクタは、第１色光及び第２色光を含む光を射出する光源と、光源から射出された光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、光束分割光学素子から射出された光を第１色光及び第２色光に分離する色分離導光光学系と、色分離導光光学系において分離された第１色光及び第２色光によってそれぞれ照明される第１光変調装置及び第２光変調装置を有する光変調部と、第１光変調装置及び第２光変調装置を通って複数の光入射面からそれぞれ入射した第１色光及び第２色光を合成し、合成された光を光射出面から射出するクロスダイクロイックプリズムと、複数の部分光束を第１光変調装置及び第２光変調装置上に重畳させる重畳光学系と、を備える。ここで、光束分割光学素子から第１光変調装置を通ってクロスダイクロイックプリズムの光射出面に至るまでの第１色光が導かれる第１光路の長さは、光束分割光学素子から第２光変調装置を通ってクロスダイクロイックプリズムの光射出面に至るまでの第２色光が導かれる第２光路の長さよりも短い。色分離導光光学系は、少なくとも１つの反射面を有し、第１光路に存在する反射面の数と第２光路に存在する反射面の数との差は偶数である。そして、第１光路を反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、第１光変調装置の位置に光学分割素子の倒立像が形成され、第２光路を反射面が無い直線状の光路に置き換えた場合に、第２光変調装置の位置に光学分割素子の倒立像が形成される。
【００２０】
上記の第２のプロジェクタでは、要するに、長さの異なる第１及び第２光路をそれぞれ直線状の光路に置き換えた場合に第１及び第２光変調装置の位置に光束分割光学素子の倒立像がそれぞれ形成されるとともに、第１光路に存在する反射面の数と第２光路に存在する反射面の数との差が偶数である。そのため、第１及び第２光路を通る第１及び第２色光の光束分割光学素子の像を第１及び第２光変調装置にそれぞれ形成し、第１及び第２色光をクロスダイクロイックプリズムで合成する際に、合成後の各色光の像について相互の相対的な反転を防止できる。つまり、第１光路の長さよりも第２光路の長さを長くするにもかかわらず、第１光路における光路光束分割光学素子の第１色光の像と、第２光路における光路光束分割光学素子の第２色光の像とは、クロスダイクロイックプリズムの光射出側（より正確には、各光変調装置の画像が重ね合わされた状態で投射されるスクリーン面）において、上下左右が互いに共通する像となるように合成される。
【００２１】
本発明のさらに別の態様では、光源は、複数の発光源を有する。この場合、発光源を複数設けることにより、各光変調装置に入射する照明光を明るくすることができる。例えば、２つ発光源をシステム光軸に対して上下左右対称に１つずつ配置することにより、理想的には、照明光学系により対称的な特性の照明光を各色用の光変調装置に供給することができる。一方で、複数の発光源から照明光学系に光を射出する場合、これら光源の個体差、配置ずれ、合成系等の影響で、システム光軸を中心として上下左右に対称的な照度分布の光を照明光学系に入射させることが難しく対称性が局所的に崩れた照度分布の照明光が形成されやすくなる。システム光軸を中心として上下左右に対称的でない照度分布の光が照明光学系に入射した場合、照明された各色用の光変調装置の画像形成領域内の照度は対称性が局所的に崩れたものとなっている。しかしながら、本発明の構成によれば、クロスダイクロイックプリズムで合成されスクリーン上に投射された照明光学系の像の上下左右が各色光において揃うので、投射画像の色ムラを低減することができる。同様の理由で、複数の発光源の発光状態等が経時的に変化してそれぞれの発光源の発光状態等の変動が生じた場合にも、投射画像の色ムラが生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
【図２】図１の第１及び第３光路の光線の状態を表す図である。
【図３】図１の第２光路の光線の状態を表す図である。
【図４】図１の第２光路の変形例を説明する図である。
【図５】第３実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
【図６】第４実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
【図７】第５実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
【図８】図７の第２光路の光線の状態を表す図である。
【図９】第６実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。【００２４】
このプロジェクタ１０は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調してカラーの光学像を形成し、この光学像をスクリーンＳＣ上に拡大投射するための光学機器であり、光源である光源ランプユニット２０と、照明光学系３０と、色分離導光光学系４０と、光変調部６０と、クロスダイクロイックプリズム７０と、投射光学系８０とを備えて構成される。ここで、光源ランプユニット２０と照明光学系３０とは、色分離導光光学系４０等に入射させるための照明光を生成する照明装置を構成する。なお、照明光学系３０からクロスダイクロイックプリズム７０までの間に、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢがそれぞれ導かれる第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３が設けられている。【００２５】
光源ランプユニット２０は、ランプ本体２１から周囲に放射された光束を集めて射出し、照明光学系３０等を介して光変調部６０を照明するための光源装置である。ランプ本体２１は、第１〜第３色光である色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢを含む光を放射する。光源ランプユニット２０は、発光管であるランプ本体２１と、ランプ本体２１から前方に射出された光源光を反射する球面状の副鏡２２と、ランプ本体２１から後方に射出された光源光を反射する楕円面状の主鏡２３と、コリメート用の凹レンズ２４とを備える。この光源ランプユニット２０において、ランプ本体２１から射出された光源光は、副鏡２２を介して又は直接的に主鏡２３に入射して前方側に反射され、凹レンズ２４によって平行化された状態で照明光学系３０側に射出される。【００２６】
照明光学系３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、照明光を特定方向の偏光に変換する光学系であり、第１マルチレンズ３１と、第２マルチレンズ３２と、偏光変換装置３４と、第１及び第２重畳レンズ４３，４４とを備えている。なお、第１及び第２重畳レンズ４３，４４は、照明光学系３０の一部であるが、色分離導光光学系４０内に配置されているので、第１及び第２重畳レンズ４３，４４の配置や機能については、色分離導光光学系４０の説明欄で詳細に説明する。【００２７】
第１マルチレンズ３１は、レンズアレイとも呼ばれ、ランプ本体２１から射出された光束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、システム光軸ＯＡと直交する面内にマトリックス状に配列される複数のレンズ要素３１ａを備えて構成される。各レンズ要素３１ａの輪郭形状は、後述する光変調部６０を構成する液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂ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。第２マルチレンズ３２は、前述した第１マルチレンズ３１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る。第２マルチレンズ３２は、第１マルチレンズ３１と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内にマトリックス状に配列される複数のレンズ要素３２ａを備えているが、集光を目的としているため、各レンズ要素３２ａの輪郭形状が液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域の形状と正確に対応している必要はない。なお、以上の第１及び第２マルチレンズ３１，３２と、後述する第１及び第２重畳レンズ４３，４４とは、入射光を分割と重ね合わせによって液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域での面内照度を略均一化する光インテグレータとして機能する。【００２８】
偏光変換装置３４は、ＰＢＳアレイと位相差板とで形成されており、第１マルチレンズ３１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。この偏光変換装置３４のＰＢＳアレイは、詳細な図示を省略しているが、システム光軸ＯＡに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーをシステム光軸ＯＡに垂直な方向に所定間隔で交互に配列した構成を具備する。前者の偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、後者の反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわちシステム光軸ＯＡに沿った方向に射出される。射出されたＰ偏光光束及びＳ偏光光束の偏光光束のいずれかは、偏光変換装置３４の光束射出面にストライプ状に設けられる位相差板によって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換装置３４を用いることにより、ランプ本体２１から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、光変調部６０で利用する光源光の利用率を向上させることができる。【００２９】
色分離導光光学系４０は、照明光学系３０を経た複数の部分光束を３原色に分離し、各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢをそれぞれ液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂに導く光学系である。色分離導光光学系４０は、複数の反射面である第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、緑色用反射ミラー４２ａと、赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃと、青色用反射ミラー４２ｄとを備える。さらに色分離導光光学系４０は、第１、第２、及び第３フィールドレンズ４６ｇ，４６ｒ，４６ｂを備える。なお、色分離導光光学系４０によって、照明光は、共通の光路から緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢがそれぞれ導かれる３つの個別の光路に分岐される。これら３つの光路を、第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３と呼ぶ。これら３つの光路は、共通の光路を含んでおり、照明光学系３０（具体的には、第１マルチレンズ３１）から後述するクロスダイクロイックプリズム７０（具体的には、光射出面７０ａ）まで存在するとして取り扱う。【００３０】
第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、照明光を３原色に分離するための分岐ミラーである。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、透明基板上に、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作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対してともに傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー４１ａは、緑・赤・青（Ｇ・Ｒ・Ｂ）の３色のうち赤色光ＬＲを反射し、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのうち緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過させる。結果的に、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を通って色分離導光光学系４０に入射した照明光は、第１ダイクロイックミラー４１ａで反射されてその先に延びる液晶表示パネル６１ｒまで導かれる赤色光ＬＲと、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射されてその先に延びる液晶表示パネル６１ｇまで導かれる緑色光ＬＧと、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを透過してその先に延びる液晶表示パネル６１ｂまで導かれる青色光ＬＢとに分離される。ここで、緑色光ＬＧ用の第１光路ＯＰ１の長さと青色光ＬＢ用の第３光路ＯＰ３の長さは等しくなっている。一方、赤色光ＬＲ用の第２光路ＯＰ２の長さは緑色光ＬＧ用の第１光路ＯＰ１の長さよりも長くなっている。【００３１】
第１重畳レンズ４３は、第１ダイクロイックミラー４１ａを経た緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの複数の部分光束を集光して、それぞれ後述する緑色光ＬＧ用及び青色光ＬＢ用の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂの画像形成領域上に複数の部分光束を重畳させて入射させるための光学素子である。第１重畳レンズ４３は、第１光路ＯＰ１のうち第２光路ＯＰ２と重なっていない部分であって、第１光路ＯＰ１と第３光路ＯＰ３とが重なっている部分に配置される。第１及び第３フィールドレンズ４６ｇ，４６ｂは、入射した複数の部分光束をそれぞれの主光線に平行な光にする光学素子である。第１及び第２マルチレンズ３１，３２と第１重畳レンズ４３とを経た緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは、それぞれ第１及び第３フィールドレンズ４６ｇ，４６ｂを通って、後述する光変調部６０の照明領域、すなわち液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂの画像形成領域を略均一な照度で重畳照明する。【００３２】
第２重畳レンズ４４は、第１のレンズ４４ａと第２のレンズ４４ｂとで構成される。ここで、第２重畳レンズ４４のうち第２のレンズ４４ｂは、重畳レンズとしての主な機能を担う。すなわち、第１のレンズ４４ａよりも第２レンズ４４ｂの方が集光力が大きい（レンズとしてのパワーが大きい）。【００３３】
第２重畳レンズ４４は、第１重畳レンズ４３と同様に、第１ダイクロイックミラー４１ａを経た赤色光ＬＲの複数の部分光束を集光して、後述する赤色光ＬＲ用の液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域上に複数の部分光束を重畳させて入射させるための光学素子である。第２重畳レンズ４４は、第２光路ＯＰ２のうち第１光路ＯＰ１及び第３光路ＯＰ３とは重なっていない部分に配置される。第２フィールドレンズ４６ｒは、入射した複数の部分光束をそれぞれの主光線に平行な光にする光学素子である。第１及び第２マルチレンズ３１，３２と第２重畳レンズ４４とを経た赤色光ＬＲは、第２フィールドレンズ４６ｒを通って、後述する光変調部６０の照明領域、すなわち液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域を略均一な照度で重畳照明する。【００３４】
緑色用反射ミラー４２ａは、第１ダイクロイックミラー４１ａ及び第１重畳レンズ４３を通過し、第２ダイクロイックミラー４１ｂで直交方向に折り返された緑色光ＬＧを、再度直交方向に折り返して液晶表示パネル６１ｇ側に導く。赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃは、第１ダイクロイックミラー４１ａで直交方向に折り返され、第１のレンズ４４ａや第２のレンズ４４ｂを通過した赤色光ＬＲを、それぞれ再度直交方向に折り返して液晶表示パネル６１ｒ側に導く。青色用反射ミラー４２ｄは、第１ダイクロイックミラー４１ａ、第１重畳レンズ４３、及び第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した青色光ＬＢを、折り返して液晶表示パネル６１ｂ側に導く。この場合、赤色光ＬＲや青色光ＬＢの第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３は、緑色光ＬＧの第１光路ＯＰ１とともに紙面に平行になっている。つまり、各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に対応する各色のシステム光軸ＯＡは、共通の平面内に収められて２次元的に配列されたものとなっている。【００３５】
以下、色分離導光光学系４０における光線の状態について説明する。図２は、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３の光線の状態を表す図である。一方、図３は、第２光路ＯＰ２の光線の状態を表す図である。なお、図２及び図３は、説明の便宜上のもので、各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３上の各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂや各反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄによる反射を除いた直線系の光路に各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３を置き換えた場合の光線の状態を表している。つまり、各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３を反射面が無い直線状の光路に置き換えた仮想的状態を示す。図２及び図３中の実線は、各重畳レンズ４３，４４に入射する平行光線の状態を示す。また、図２及び図３中の２点鎖線は、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａのＢ，Ｄ，Ｆ側から射出され第２マルチレンズ３２の位置から各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒのＡ，Ｃ，Ｅ側に入射する光線の状態を示す。また、図２及び図３中の１点鎖線は、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａのＡ，Ｃ，Ｅ側から射出され第２マルチレンズ３２の位置から各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂ，６１ｒのＢ，Ｄ，Ｆ側に入射する光線の状態を示す。【００３６】
第１光路ＯＰ１には、第１重畳レンズ４３と第１フィールドレンズ４６ｇとが配置されている。第１重畳レンズ４３に入射した第１光路ＯＰ１の平行光線Ｌ１ａは、第１フィールドレンズ４６ｇを通って液晶表示パネル６１ｇの画像形成領域上に重畳入射する。また、第２光路ＯＰ２には、第１のレンズ４４ａと第２のレンズ４４ｂと第２フィールドレンズ４６ｒとが配置されている。一対のレンズ４４ａ，４４ｂで構成される第２重畳レンズ４４に入射した第２光路ＯＰ２の平行光線Ｌ２ａは、第２フィールドレンズ４６ｒを通って液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域上に重畳入射する。また、第３光路ＯＰ３には、第１重畳レンズ４３と第３フィールドレンズ４６ｂとが配置されている。第１重畳レンズ４３に入射した第３光路ＯＰ３の平行光線Ｌ３ａは、第３フィールドレンズ４６ｂを通って液晶表示パネル６１ｂの画像形成領域上に重畳入射する。【００３７】
図１において、照明光学系３０から射出された同一の部分光束の一部である光線ＬＴａ，ＬＴｂは、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを透過、反射することによって各色の光線に分離する。具体的には、光線ＬＴａは、緑色光線ＬＧａ、赤色光線ＬＲａ、青色光線ＬＢａに分離する。また、光線ＬＴｂは、緑色光線ＬＧｂ、赤色光線ＬＲｂ、青色光線ＬＢｂに分離する。【００３８】
図２に示すように、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３において、レンズ要素３１ａのＢ，Ｄ側から射出されレンズ要素３２ａ及び第１重畳レンズ４３を通過した緑色光線ＬＧａ及び青色光線ＬＢａは、それぞれ各光路ＯＰ１，ＯＰ３の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂのＡ，Ｃ側に入射する。逆に、レンズ要素３１ａのＡ，Ｃ側から射出されレンズ要素３２ａ及び第１重畳レンズ４３のＢ，Ｄ側を通過した緑色光線ＬＧｂ及び青色光線ＬＢｂは、それぞれ各光路ＯＰ１，ＯＰ３の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂのＢ，Ｄ側に入射する。すなわち、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３において、各光線ＬＧａ，ＬＢａ，ＬＧｂ，ＬＢｂが各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂや各反射ミラー４２ａ，４２ｄで反射されないと仮定した場合、レンズ要素３１ａから各液晶表示パネル６１ｇ、６１ｂまでの途中でレンズ要素３１ａの像が結像することなく、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂの位置には、第１マルチレンズ３１を構成する各レンズ要素３１ａの倒立像（照明光学系３０の倒立像）が形成される。実際には、図１に示すように、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１の光入射面から液晶表示パネル６１ｇを通ってクロスダイクロイックプリズム７０の光射出面に至るまでの第１光路ＯＰ１において、第１マルチレンズ３１から射出される複数の分割光束は、第２ダイクロイックミラー３１ｂ及び緑色用反射ミラー４２ａで２回反射され、液晶表示パネル６１ｇの位置に倒立像（上下左右反転像）で結像される。一方、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１の光入射面から液晶表示パネル６１ｂを通ってクロスダイクロイックプリズム７０の光射出面に至るまでの第３光路ＯＰ３において、第１マルチレンズ３１から射出される複数の分割光束は、青色用反射ミラー４２ｄで１回反射され、第３光路ＯＰ３に沿って見た場合に液晶表示パネル６１ｂ上に上下反転像として結像される。【００３９】
同様に、図３に示すように、第２光路ＯＰ２において、レンズ要素３１ａのＦ側から射出されレンズ要素３２ａ、第１のレンズ４４ａ及び第２のレンズ４４ｂを通過した赤色光線ＬＲａは、液晶表示パネル６１ｒのＥ側に入射する。赤色光線ＬＲｂは、レンズ要素３１ａのＥ側から射出されレンズ要素３２ａ、第１のレンズ４４ａ及び第２のレンズ４４ｂを通過し、液晶表示パネル６１ｒのＦ側に入射する。すなわち、第２光路ＯＰ２において、各光線ＬＲａ，ＬＲｂが第１ダイクロイックミラー４１ａや各反射ミラー４２ｂ，４２ｃで反射されないと仮定した場合、レンズ要素３１ａから液晶表示パネル６１ｒまでの途中でレンズ要素３１ａの像が結像することなく、液晶表示パネル６１ｒの位置には、第１マルチレンズ３１を構成する各レンズ要素３１ａの倒立像（照明光学系３０の倒立像）が形成される。実際には、図１に示すように、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１の光入射面から液晶表示パネル６１ｒを通ってクロスダイクロイックプリズム７０の光射出面に至るまでの第２光路ＯＰ２において、第１マルチレンズ３１から射出される複数の分割光束は、第１ダイクロイックミラー３１ａ及び赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃで３回反射され、第３光路ＯＰ３に沿って見た場合に液晶表示パネル６１ｒ上に上下反転像として結像される。【００４０】
図１に戻って、光変調部６０は、３色の照明光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂを備える。ここで、緑色光ＬＧ用の液晶表示パネル６１ｇと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｇ，６２ｇとは、照明光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための緑色用の液晶ライトバルブを構成する。また、赤色光ＬＲ用の液晶表示パネル６１ｒと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｒ，６２ｒも、赤色用の液晶ライトバルブを構成し、同様に、青色光ＬＢ用の液晶表示パネル６１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｂも、青色用の液晶ライトバルブを構成する。各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。【００４１】
第１光路ＯＰ１に導かれた緑色光ＬＧは、第１重畳レンズ４３と緑色用反射ミラー４２ａと第１フィールドレンズ４６ｇとを介して液晶表示パネル６１ｇの照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた赤色光ＬＲは、第１のレンズ４４ａと赤色用反射ミラー４２ｂと第２のレンズ４４ｂと赤色用反射ミラー４２ｃと第２フィールドレンズ４６ｒとを介して液晶表示パネル６１ｒの照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた青色光ＬＢは、第１重畳レンズ４３と第２ダイクロイックミラー４１ｂと青色用反射ミラー４２ｄと第３フィールドレンズ４６ｂとを介して液晶表示パネル６１ｂの照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。【００４２】
非発光で透過型の第１〜第３光変調装置である液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂは、それぞれ入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させる。各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂにそれぞれ入射した照明光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢは、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ６２ｇ，６２ｒ，６２ｂによって、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、偏光フィルタ６２ｇ，６２ｒ，６２ｂによって、各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。【００４３】
光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム７０は、偏光フィルタ６２ｇ，６２ｒ，６２ｂから射出された各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢ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。このクロスダイクロイックプリズム７０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界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜７１，７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は青色光ＬＢを反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光ＬＲを反射する。このクロスダイクロイックプリズム７０は、液晶表示パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶表示パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜７２で反射して進行方向左側に射出させ、液晶表示パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜７１，７２を介して直進・射出させる。つまり、赤色光ＬＲと青色光ＬＢとは、クロスダイクロイックプリズム７０内で折り曲げられるような方向からクロスダイクロイックプリズム７０に導かれ、緑色光ＬＧは、クロスダイクロイックプリズム７０内で直進するような方向からクロスダイクロイックプリズム７０に導かれる。つまり、クロスダイクロイックプリズム７０は、複数の光入射部である複数の光入射面から各液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂを経た色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢを入射させた場合、２つの特性の異なる誘電体多層膜で色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢを透過または反射させてそれらを合成し、合成された光を光射出部である光射出面７０ａから射出する。【００４４】
像の反転について考えると、図１に示すように、第１光路ＯＰ１の第１マルチレンズ３１を構成する複数のレンズ要素３１ａから射出される複数の分割光束は、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１の光入射面からクロスダイクロイックプリズム７０の光射出面までの間に２回反射される。第２光路ＯＰ２の第１マルチレンズ３１を構成する複数のレンズ要素３１ａから射出される複数の分割光束は、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１の光入射面からクロスダイクロイックプリズム７０の光射出面までの間に４回反射される。第３光路ＯＰ３の第１マルチレンズ３１を構成する複数のレンズ要素３１ａから射出される複数の分割光束は、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１の光入射面からクロスダイクロイックプリズム７０の光射出面までの間に２回反射される。液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの倒立像を形成する投射光学系８０で投射された緑色光ＬＧに関する第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像は、正立像となる。また、同様に投射光学系８０で投射された赤色光ＬＲに関する第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの投射像は、正立像となる。また、同様に投射光学系８０で投射された青色光ＬＢに関する第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像は、正立像となる。つまり、投射光学系８０によって投射される像は、すべての照明光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像が相対的に反転していない状態で重ね合わされたものである。【００４５】
このようにクロスダイクロイックプリズム７０で合成された像光は、拡大投射レンズとしての投射光学系８０を経て、適当な拡大率でスクリーンＳＣにカラー画像として投射される。なお、投射光学系８０は、液晶表示パネル６１ｇ等の倒立像を投射する光学系となっている。よって、スクリーンＳＣのスクリーン面ＳＣａ上における照明光学系３０の投射像は、上記のように相対的に反転のない正立像となっている。具体的には、第１マルチレンズ３１の各レンズ要素３１ａのスクリーン面ＳＣａ上における投射像は、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、及び青色光ＬＢのすべてに関して正立像となる。【００４６】
このような第１及び第２マルチレンズ３１，３２と、第１及び第２重畳レンズ４３，４４とを用いた構成において、第１マルチレンズ３１上にシステム光軸ＯＡに対して上下左右に対称な照度分布の光が入射すれば、液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域を面内照度が極めて均一な光で照明することが可能である。しかしながら、第１マルチレンズ３１上にシステム光軸ＯＡに対して上下左右に非対称な照度分布の光が入射した場合、液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域を面内照度が若干均一でない光で照明することになる場合がある。光源ランプユニット２０を構成する部品の個体差や相対位置の誤差により、このように、第１マルチレンズ３１に入射する光が、システム光軸ＯＡに対して上下左右に非対称な照度分布となる場合がある。液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域が、面内照度が略均一な光で照明された場合、投射光学系８０で投射された各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢに関する第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像の上下左右がそれぞれ一致していれば、例えば全面が白い画像を表示した場合に、投射画像内で照明光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢのそれぞれの照度が互いに異なる部分がないので観察者がその若干の照度差を感じることはない。一方、液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域が、面内照度が対称性に関して若干均一でない光で照明された場合、投射光学系８０で投射された各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢに関する第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像の上下左右がそれぞれ一致していなければ、例えば全面が白い画像を表示した場合に、投射画像内で照明光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢのそれぞれの照度が異なる部分において観察者は色むらを感じる。【００４７】
以上説明したプロジェクタ１０において、第１光路ＯＰ１より長い第２光路ＯＰ２において、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｒまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｒ上で結像させる。第２光路ＯＰ２の場合と同様に、第１光路ＯＰ１において、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｇまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｇ上で結像させている。さらに、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第２光路ＯＰ２に存在する反射面の数との差が偶数である。なお、ゼロは偶数に含まれる。従って、第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２は光路の長さが互いに異なるにもかかわらず、それらの光路を通り投射光学系８０で投射された各色のレンズ要素３１ａの像について上下左右が互いに共通する。また、第１光路ＯＰ１の長さと第３光路ＯＰ３の長さとが等しく、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第３光路ＯＰ３に存在する反射面の数との差が偶数であるので、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３を通り投射光学系８０でスクリーンＳＣのスクリーン面ＳＣａ上に投射された緑色光ＬＧと青色光ＬＢの照明光学系３０のレンズ要素３１ａの像は、上下左右が互いに共通する。具体的には、クロスダイクロイックプリズム７０の光射出面７０ａの一端側から射出され投射光学系８０を通ってスクリーン面ＳＣａ上の画面右側に入射する第１の光線ＬＦａは、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１を経た同一部分光束に含まれる特定光線から分岐した緑色光線ＬＧａ、赤色光線ＬＲａ、及び青色光線ＬＢａを合成したものに相当する。また、クロスダイクロイックプリズム７０の光射出面７０ａの一端側から射出され投射光学系８０を通ってスクリーン面ＳＣａ上の画面左側に入射する光線ＬＦｂは、照明光学系３０の第１マルチレンズ３１を経た同一部分光束に含まれる別の光線から分岐した緑色光線ＬＧｂ、赤色光線ＬＲｂ、及び青色光線ＬＢｂを合成したものに相当する。このように、長さの異なる第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の相対的な結像状態を予め調整することにより、投射される各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの像の上下左右の関係を等しくすることができる。そのため、例えば光源の発光分布が経時的に変化した場合にも、プロジェクタ１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。【００４８】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第２実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。【００４９】
図４は、図３に対応するもので、第２実施形態に係るプロジェクタ１０の第２光路ＯＰ２の光線の状態を表す図である。本実施形態のプロジェクタ１０の第２光路ＯＰ２上には、１枚の第２重畳レンズ４４が配置されている。なお、図４は、第２光路ＯＰ２上の第２ダイクロイックミラー４１ｂや各反射ミラー４２ｂ，４２ｃによる反射を除いた直線系の光路に第２光路ＯＰ２を置き換えた場合の光線の状態を表している。つまり、第２光路ＯＰ２を反射面が無い直線状の光路に置き換えた仮想的状態を示す。【００５０】
本実施形態の第２光路ＯＰ２において、レンズ要素３１ａのＦ側から射出されレンズ要素３２ａ及び第２重畳レンズ４４を通過した赤色光線ＬＲａは、液晶表示パネル６１ｒのＥ側に入射する。赤色光線ＬＲｂは、レンズ要素３１ａのＥ側から射出されレンズ要素３２ａ及び第２重畳レンズ４４を通過し、液晶表示パネル６１ｒのＦ側に入射する。すなわち、第２光路ＯＰ２において、各光線ＬＲａ，ＬＲｂが第１ダイクロイックミラー４１ａや各反射ミラー４２ｂ，４２ｃで反射されないと仮定した場合、レンズ要素３１ａから液晶表示パネル６１ｒまでの途中でレンズ要素３１ａの像が結像することなく、液晶表示パネル６１ｒには、第１マルチレンズ３１を構成するレンズ要素３１ａの倒立像が形成される。【００５１】
以上のプロジェクタ１０において、第１光路ＯＰ１より長い光路の第２光路ＯＰ２に１枚の第２重畳レンズ４４を設けることにより、第２光路ＯＰ２に用いるレンズの枚数を少なくしつつ、第１光路ＯＰ１より長い第２光路ＯＰ２において、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｒまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｒ上で結像させる。これにより、第１実施形態と同様に、プロジェクタ１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。【００５２】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第３実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタ１０を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。【００５３】
図５は、第３実施形態に係るプロジェクタ１１０の光学系の構成を説明する概念図である。本実施形態のプロジェクタ１１０は、光源ランプユニット２０と、照明光学系１３０と、色分離導光光学系１４０と、光変調部６０と、クロスダイクロイックプリズム７０と、投射光学系８０とを備えて構成される。【００５４】
照明光学系１３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、照明光を特定方向の偏光に変換する光学系であり、第１マルチレンズ３１と、第２マルチレンズ３２と、偏光変換装置３４と、第１、第２及び第３重畳レンズ４３，４４，４５とを備えている。なお、第１、第２、及び第３重畳レンズ４３，４４，４５は、照明光学系１３０の一部であるが、色分離導光光学系１４０内に配置されているので、第１、第２、及び第３重畳レンズ４３，４４，４５の配置や機能については、色分離導光光学系１４０の説明欄で詳細に説明する。【００５５】
色分離導光光学系１４０は、クロスダイクロイックミラー１４１と、赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃと、青色用反射ミラー４２ｄ，４２ｅと、第１、第２、及び第３フィールドレンズ４６ｇ，４６ｒ，４６ｂとを備える。【００５６】
これらのうち、クロスダイクロイックミラー１４１は、照明光を３原色に分離する。このクロスダイクロイックミラー１４１は、Ｘ字状に交差する一対のダイクロイックミラー１４１ａ，１４１ｂで形成されている。一方の第１ダイクロイックミラー１４１ａは赤色光ＬＲを反射し、他方の第２ダイクロイックミラー１４１ｂは青色光ＬＢを反射する。また、第１及び第２ダイクロイックミラー１４１ａ，１４１ｂは、緑色光ＬＧを透過させる。結果的に、クロスダイクロイックミラー１４１を経た光は、第１ダイクロイックミラー１４１ａで反射されてその先に延びる第２光路ＯＰ２に導かれる赤色光ＬＲと、第２ダイクロイックミラー１４１ｂで反射されてその先に延びる第３光路ＯＰ３に導かれる青色光ＬＢと、第１及び第２ダイクロイックミラー１４１ａ，１４１ｂを透過しその先に延びる第１光路ＯＰ１に導かれる緑色光ＬＧとに分離される。【００５７】
第１重畳レンズ４３は、クロスダイクロイックミラー１４１を経た緑色光ＬＧの複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル６１ｇの画像形成領域上に複数の部分光束を重畳させて入射させるための光学素子である。第１フィールドレンズ４６ｇは、入射した複数の部分光束をそれぞれの主光線に平行な光にする光学素子である。第１及び第２マルチレンズ３１，３２と第１重畳レンズ４３とを経た緑色光ＬＧは、第１フィールドレンズ４６ｇを通って、光変調部６０の照明領域すなわち液晶表示パネル６１ｇの画像形成領域を略均一な照度で重畳照明する。【００５８】
第２重畳レンズ４４は、第１のレンズ４４ａと第２のレンズ４４ｂとで構成される。ここで、第２重畳レンズ４４のうち第２のレンズ４４ｂは、重畳レンズとしての主な機能を担う。【００５９】
第２重畳レンズ４４は、第１重畳レンズ４３と同様に、クロスダイクロイックミラー１４１を経た赤色光ＬＲの複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域上に複数の部分光束を重畳させて入射させるための光学素子である。第２フィールドレンズ４６ｒは、入射した複数の部分光束をそれぞれの主光線に平行な光にする光学素子である。第１及び第２マルチレンズ３１，３２と第２重畳レンズ４４とを経た赤色光ＬＲは、第２フィールドレンズ４６ｒを通って、光変調部６０の照明領域すなわち液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域を略均一な照度で重畳照明する。【００６０】
第３重畳レンズ４５は、第２重畳レンズ４４と同様に、第３のレンズ４５ａと第４のレンズ４５ｂとで構成される。ここで、第３の重畳レンズ４５のうち第４のレンズ４５ｂは、重畳レンズとしての主な機能を担う。【００６１】
第３重畳レンズ４５は、第１及び第２重畳レンズ４３，４４と同様に、クロスダイクロイックミラー１４１を経た青色光ＬＢの複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル６１ｂの画像形成領域上に複数の部分光束を重畳させて入射させるための光学素子である。第３フィールドレンズ４６ｂは、入射した複数の部分光束をそれぞれの主光線に平行な光にする光学素子である。なお、第１及び第２マルチレンズ３１，３２と第３重畳レンズ４５とを経た青色光ＬＢは、第３フィールドレンズ４６ｂを通って、光変調部６０の照明領域すなわち液晶表示パネル６１ｂの画像形成領域を略均一な照度で重畳照明する。【００６２】
赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃは、第１ダイクロイックミラー１４１ａで直交方向に折り返され、第１のレンズ４４ａや第２のレンズ４４ｂを通過した赤色光ＬＲを、それぞれ再度直交方向に折り返して液晶表示パネル６１ｒ側に導く。青色用反射ミラー４２ｄ，４２ｅは、第２ダイクロイックミラー１４１ｂで直交方向に折り返され、第３のレンズ４５ａや第４のレンズ４５ｂを通過した青色光ＬＢを、それぞれ再度直交方向に折り返して液晶表示パネル６１ｂ側に導く。【００６３】
光変調部６０において、第１光路ＯＰ１に導かれた緑色光ＬＧは、上述の第１重畳レンズ４３と第１フィールドレンズ４６ｇとを介して液晶表示パネル６１ｇの照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた赤色光ＬＲは、上述の第１のレンズ４４ａと赤色用反射ミラー４２ｂと第２レンズ４４ｂと赤色用反射ミラー４２ｃと第２フィールドレンズ４６ｒとを介して液晶表示パネル６１ｒの照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた青色光ＬＢは、上述の第３のレンズ４５ａと青色用反射ミラー４２ｄと第４のレンズ４５ｂと青色用反射ミラー４２ｅと第３フィールドレンズ４６ｂとを介して液晶表示パネル６１ｂの照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。【００６４】
以上説明したプロジェクタ１１０の場合、第１光路ＯＰ１において、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｇまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｇ上で結像させている。また、第１光路ＯＰ１より長い第２光路ＯＰ２及び第３光路ＯＰ３においても、第１光路ＯＰ１の場合と同様に、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像をそれぞれ液晶表示パネル６１ｒ，６１ｂまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｒ，６１ｂ上で結像させている。さらに、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第２光路ＯＰ２に存在する反射面の数との差が偶数であり、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第３光路ＯＰ３に存在する反射面の数との差が偶数である。なお、ゼロは偶数に含まれる。従って、第１光路ＯＰ１の光路の長さと、第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３の光路の長さとが互いに異なるにもかかわらず、それらの光路を通り投射光学系８０で投射された各色のレンズ要素３１ａの像について上下左右が互いに共通する。なお、第２光路ＯＰ１の長さと第３光路ＯＰ３の長さとが等しく、第２光路ＯＰ２に存在する反射面の数と第３光路ＯＰ３に存在する反射面の数との差が偶数であるので、第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３を通り投射光学系８０で投射された赤色光ＬＲと青色光ＬＢの照明光学系１３０のレンズ要素３１ａの像は、クロスダイクロイックミラー１４１の光射出側を基準として上下左右が互いに共通する。このように、長さの異なる第１光路ＯＰ１と第２及び第３光路ＯＰ２、ＯＰ３との相対的な結像状態を予め調整することにより、投射される各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの像の上下左右の関係を等しくすることができる。そのため、例えば光源の発光分布が経時的に変化した場合にも、プロジェクタ１１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。【００６５】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第４実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタ１０を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。【００６６】
図６は、第４実施形態に係るプロジェクタ２１０の光学系の構成を説明する概念図である。本実施形態のプロジェクタ２１０は、光源ランプユニット２０と、照明光学系２３０と、色分離導光光学系２４０と、光変調部６０と、クロスダイクロイックプリズム７０と、投射光学系８０とを備えて構成される。【００６７】
照明光学系２３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、照明光を特定方向の偏光に変換する光学系であり、第１マルチレンズ３１と、第２マルチレンズ３２と、偏光変換装置３４と、第１及び第２重畳レンズ２４３，２４４とを備えている。【００６８】
色分離導光光学系２４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、緑色用反射ミラー４２ａと、赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃと、青色用反射ミラー４２ｄと、第１、第２、及び第３フィールドレンズ４６ｇ，４６ｒ，４６ｂとを備える。【００６９】
第１重畳レンズ２４３は、第３のレンズ２４３ａと、第４のレンズ２４３ｂとで構成される。ここで、第１重畳レンズ２４３は、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３のために設けられているが、第３のレンズ２４３ａは、第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３上に共通のレンズとして設けられている。【００７０】
第２重畳レンズ２４４は、第１のレンズ２４４ａと、第２のレンズ２４４ｂとで構成される。ここで、第２重畳レンズ２４４は、第２光路ＯＰ２のために設けられているが、第１のレンズ２４４ａは、上述のように第１重畳レンズ２４３の第３のレンズ２４３ａと共通する。つまり、第１重畳レンズ２４３を構成する複数レンズのうち第３のレンズ２４３ａは、第２重畳レンズ２４４の構成要素でもある。【００７１】
以上説明したプロジェクタ２１０の場合、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３において、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂ上で結像させている。また、第１光路ＯＰ１等より長い第２光路ＯＰ２においても、第１光路ＯＰ１等の場合と同様に、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｒまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｒ上で結像させている。さらに、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第２光路ＯＰ２に存在する反射面の数との差が偶数である。なお、ゼロは偶数に含まれる。従って、第１光路ＯＰ１と第２光路ＯＰ２は光路の長さが互いに異なるにもかかわらず、それらの光路を通り投射光学系８０で投射された各色のレンズ要素３１ａの像について上下左右が互いに共通する。また、第１光路ＯＰ１の長さと第３光路ＯＰ３の長さとが等しく、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第３光路ＯＰ３に存在する反射面の数との差が偶数であるので、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３を通り投射光学系８０で投射された緑色光ＬＧと青色光ＬＢの照明光学系２３０のレンズ要素３１ａの像は、クロスダイクロイックミラー１４１の光射出側を基準として上下左右が互いに共通する。このように、長さの異なる第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２の相対的な結像状態を予め調整することにより、投射される各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの像の上下左右の関係を等しくすることができる。そのため、例えば光源の発光分布が経時的に変化した場合にも、プロジェクタ２１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。また、各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に共通の第１及び第３のレンズ２４４ａ，２４３ａを設けることにより、各光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の構成を簡単にすることができる。【００７２】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第５実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタ１０を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。【００７３】
図７は、第５実施形態に係るプロジェクタ３１０の光学系の構成を説明する概念図である。本実施形態のプロジェクタ３１０は、光源ランプユニット２０と、照明光学系３３０と、色分離導光光学系３４０と、光変調部６０と、クロスダイクロイックプリズム７０と、投射光学系８０とを備えて構成される。【００７４】
照明光学系３３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、照明光を特定方向の偏光に変換する光学系であり、第１マルチレンズ３１と、第２マルチレンズ３２と、偏光変換装置３４と、第１及び第２重畳レンズ４３，４４を備えている。【００７５】
色分離導光光学系３４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、緑色用反射ミラー４２ａと、赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃと、青色用反射ミラー４２ｄと、第１、第２、及び第３フィールドレンズ４６ｇ，４６ｒ，４６ｂとを備える。【００７６】
第２重畳レンズ４４は、第１実施形態と同様に、第１のレンズ４４ａと第２のレンズ４４ｂとで構成される。ここで、第２のレンズ４４ｂは、前段レンズ４Ａと後段レンズ４Ｂとで構成されており、前段レンズ４Ａと後段レンズ４Ｂの２枚で、第１実施形態の第２のレンズ４４ｂの１枚に相当する機能を有する。この２つのレンズ４Ａ，４Ｂで構成される第２のレンズ４４ｂは、重畳レンズとしての主な機能を担う。【００７７】
色分離導光光学系３４０において、第２フィールドレンズ４６ｒは、凹レンズとなっており、第２重畳レンズ４４のパワーや配置に対応して、入射した複数の部分光束をそれぞれの主光線に平行にして液晶表示パネル６１ｒに入射させるようにパワーが調整されている。【００７８】
以下、第５実施形態における光線の状態について説明する。図８は、第２光路ＯＰ２上の第１ダイクロイックミラー４１ａ及び赤色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃによる反射を除いた直線形の光路に第２光路ＯＰ２を置き換えた場合の光線の状態を表す図である。つまり、第２光路ＯＰ２を反射面が無い直線状の光路に置き換えた仮想的状態を示す。ここで、実線は、第２重畳レンズ４４に入射する平行光線の状態を示す。また、２点鎖線は、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａのＦ側から射出され第２マルチレンズ３２の位置から液晶表示パネル６１ｒのＥ側に入射する光線の状態を示す。また、１点鎖線は、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａのＥ側から射出され第２マルチレンズ３２の位置から液晶表示パネル６１ｒのＦ側に入射する光線の状態を示す。【００７９】
この第２光路ＯＰ２の光路上において、第２重畳レンズ４４に入射した平行光線Ｌ２ａは、第２フィールドレンズ４６ｒを通って液晶表示パネル６１ｒの画像形成領域上に重畳入射する。ここで、第２のレンズ４４ｂを、前段レンズ４Ａ及び後段レンズ４Ｂで構成することにより、４つのレンズ面で光を屈折させる。このようにレンズ面を増やすことにより、屈折率が低い材料であっても光を十分に屈折させることができる。また、レンズ面を増やすことにより、レンズ面が少ない場合より個々のレンズ面の曲率を小さくすることができるので、収差を抑制することができる。【００８０】
図８に示すように、第２光路ＯＰ２において、赤色光線ＬＲａは、レンズ要素３１ａのＦ側から射出されレンズ要素３２ａ、第１のレンズ４４ａ及び第２のレンズ４４ｂを通過して液晶表示パネル６１ｒのＥ側に入射する。赤色光線ＬＲｂは、レンズ要素３１ａのＥ側から射出されレンズ要素３２ａ、第１のレンズ４４ａ及び第２のレンズ４４ｂを通過して液晶表示パネル６１ｒのＦ側に入射する。すなわち、各光線ＬＲａ，ＬＲａが第１ダイクロイックミラー４１ａや各反射ミラー４２ｂ，４２ｃで反射されないと仮定した場合、液晶表示パネル６１ｒには、第１マルチレンズ３１を構成するレンズ要素３１ａの倒立像が形成される。実際には、図７に示すように、照明光学系３３０の第１マルチレンズ３１の光入射面から液晶表示パネル６１ｒを通ってクロスダイクロイックプリズム７０の光射出面に至るまでの第２光路ＯＰ２において、第１マルチレンズ３１から射出される複数の部分光束は、第１ダイクロイックミラー４１ｂで１回、反射ミラー４２ｂ，４２ｃで２回の合計３回反射され、液晶表示パネル６１ｒ上に上下反転像で結像される。【００８１】
以上説明したプロジェクタ３１０では、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３において、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂ上で結像させている。第１光路ＯＰ１等より長い第２光路ＯＰ２においても、第１光路ＯＰ１等の場合と同様に、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｒまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｒ上で結像させる。さらに、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第２光路ＯＰ２に存在する反射面の数との差が偶数である。従って、第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２は光路の長さが互いに異なるにもかかわらず、それらの光路を通り投射光学系８０で投射された各色のレンズ要素３１ａの像について上下左右が互いに共通する。また、第１光路ＯＰ１の長さと第３光路ＯＰ３の長さとが等しく、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第３光路ＯＰ３に存在する反射面の数との差が偶数であるので、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３を通り投射光学系８０で投射された緑色光ＬＧと青色光ＬＢに関する照明光学系３３０のレンズ要素３１ａの像は、クロスダイクロイックミラー１４１の光射出側を基準として上下左右が互いに共通する。このように、長さの異なる第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の相対的な結像状態を予め調整することにより、投射される各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの像の上下左右の関係を等しくすることができる。そのため、例えば光源の発光分布が経時的に変化した場合にも、プロジェクタ３１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。【００８２】
また、第２のレンズ４４ｂを前段レンズ４Ａ及び後段レンズ４Ｂの２つのレンズで構成することにより、２つのレンズ４Ａ，４Ｂが一般的なレンズであっても、第２のレンズ４４ｂ全体で、１つの精度の高いレンズの役割を果たすことができる。【００８３】
〔第６実施形態〕
以下、本発明の第６実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第６実施形態のプロジェクタ４１０は、第１及び第５実施形態のプロジェクタ１０，３１０を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１及び第５実施形態と同様であるものとする。【００８４】
図９は、第６実施形態に係るプロジェクタ４１０の光学系の構成を説明する概念図である。本実施形態のプロジェクタ４１０は、光源ランプユニット４２０と、照明光学系３３０と、色分離導光光学系３４０と、光変調部６０と、クロスダイクロイックプリズム７０と、投射光学系８０とを備えて構成される。【００８５】
光源ランプユニット４２０は、発光源である２つの光源ランプ２０Ａ，２０Ｂと、反射プリズム２６とを備える。なお、反射プリズム２６は光源光を合成する合成光学系を構成する。【００８６】
２つの光源ランプ２０Ａ，２０Ｂは、同一の構造を有しており、それぞれランプ本体２１と、副鏡２２と、主鏡２３とで構成される。２つの光源ランプ２０Ａ，２０Ｂは、色分離導光光学系３４０の延在する紙面に平行な平面に沿ってシステム光軸ＯＡを挟んで対向して配置されている。ここで、各光源ランプ２０Ａ，２０Ｂの光源光の射出口２１ｄは、システム光軸ＯＡに対して垂直方向に互いに向き合っている状態で配置されている。これらの光源ランプ２０Ａ，２０Ｂから前方に射出された光源光は、集光されつつ、それぞれ対応する反射プリズム２６の反射面２６ａ，２６ｂでそれぞれ折り曲げられて重ね合される。【００８７】
なお、２つの光源ランプ２０Ａ，２０Ｂの配置は、上記実施形態のような配置に限らず、合成後の光源光が略均一に重畳して後段の照明光学系３３０に入射するような配置であればよい。【００８８】
反射プリズム２６は、単独で各光源ランプ２０Ａ，２０Ｂから射出された光源光を合成する役割を有する。図９に示すような隣接する反射面２６ａ，２６ｂで光源光を折り曲げることにより、反射プリズム２６は各ランプ本体２１から射出された光源光を近接させた状態で合成することができる。なお、反射プリズム２６の反射面２６ａ，２６ｂは、アルミニウム膜または誘電体多層膜が蒸着されており、可視光を効率よく反射させることができる。【００８９】
照明光学系３３０は、光源ランプユニット４２０から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、照明光を特定方向の偏光に変換する光学系であり、第１マルチレンズ４３１と、第２マルチレンズ３２と、偏光変換装置３４と、第１及び第２重畳レンズ４３，４４とを備えている。【００９０】
第１マルチレンズ４３１は、入射側が凸面となっており、反射プリズム２６から射出される発散光を平行化された状態で第１マルチレンズ４３１を構成するレンズ要素４３１ａに入射させる。【００９１】
以上説明したプロジェクタ４１０では、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３において、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｇ，６１ｂ上で結像させている。第１光路ＯＰ１等より長い第２光路ＯＰ２においても、第１光路ＯＰ１等の場合と同様に、第１マルチレンズ３１のレンズ要素３１ａの像を液晶表示パネル６１ｒまでの光路の途中で結像させること無く液晶表示パネル６１ｒ上で結像させる。さらに、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第２光路ＯＰ２に存在する反射面の数との差が偶数である。従って、第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２は光路の長さが互いに異なるにもかかわらず、それらの光路を通り投射光学系８０で投射された各色のレンズ要素３１ａの像について上下左右が互いに共通する。また、第１光路ＯＰ１の長さと第３光路ＯＰ３の長さとが等しく、第１光路ＯＰ１に存在する反射面の数と第３光路ＯＰ３に存在する反射面の数との差が偶数であるので、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３を通り投射光学系８０で投射された緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに関する照明光学系３３０のレンズ要素３１ａの像は、上下左右が互いに共通する。【００９２】
ここで、複数の光源ランプユニット２０を用いる場合、これらを構成する光源ランプ２０Ａ，２０Ｂの個体差、配置ずれ、反射プリズム２６の形状、配置等の影響で、システム光軸を中心として上下左右に対称的な照度分布ではなく、このような照度分布に対して対称性が局所的に崩れた照度分布の照明光が液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂ上に照射されやすくなる。しかしながら、本実施形態の場合、長さの異なる第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の相対的な結像状態を予め調整することで、投射される各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの像の上下左右の関係を等しくしているので、投射画像の色ムラを低減することができる。【００９３】
また、複数の光源ランプ２０Ａ，２０Ｂのうちいずれかの光源ランプの光量が経時的に低下すると、第１マルチレンズ３１上の照度分布の片寄りが発生し、結果的に対称性が局所的に崩れた照度分布の照明光が液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂ上に照射されやすくなる。しかしながら、本実施形態の場合、長さの異なる第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の相対的な結像状態を予め調整することにより、投射される各色光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの像の上下左右の配置関係を等しくしているので、投射画像の色ムラが経時的に増加する現象を確実に抑えることができる。【００９４】
なお、以上では、光源ランプ２０Ａ，２０Ｂの光量が経時的に変動する場合について説明したが、２つの光源ランプ２０Ａ，２０Ｂのうち１つが点灯しないため照明光の分布の対称性が崩れる場合でも、プロジェクタ４１０の投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。【００９５】
また、光源ランプ２０Ａ，２０Ｂが１つの場合でも色ムラを低減できるので、光源ランプユニット４２０において、反射プリズム２６に対する２つの光源ランプ２０Ａ，２０Ｂのアライメントを厳密に行う必要がなくなり、プロジェクタ４１０を簡単に製造することができる。【００９６】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、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。【００９７】
すなわち、上記実施形態では、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、及び青色光ＬＢを、第１光路ＯＰ１、第２光路ＯＰ２、及び第３光路ＯＰ３にそれぞれ導く場合について説明したが、色分離導光光学系である第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ等の設計変更によって、これらの組み合わせを自在に変更することができる。例えば、第１実施形態において、青色光ＬＢや緑色光ＬＧを長い第３光路ＯＰ３に導くことができる。ただし、投射像の照明強度を向上させる場合は、緑色光ＬＧを第１光路ＯＰ１に導くことが望ましい。【００９８】
上記実施形態では、第１光路ＯＰ１〜第３光路ＯＰ３の３つの光路を有するプロジェクタの場合について説明したが、第１光路ＯＰ１と第１光路ＯＰ１より長い第２光路ＯＰ２との２つの光路を有するプロジェクタの場合についても上述の実施形態と同様に、長さの異なる第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２の相対的な結像状態及び反射回数を予め調整することにより、プロジェクタから投射される各色光の像の上下左右の関係を等しくし、プロジェクタの投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。さらに、長さの異なる光路を含む４つ以上の光路を備えるプロジェクタであっても、上述の実施形態を適用し、プロジェクタの投射光のホワイトバランスの劣化や色ムラを低減することができる。【００９９】
また、上記実施形態において、照明光の合成にクロスダイクロイックプリズム７０を用いたが、光合成光学系の他の例であるクロスダイクロイックミラーを用いてもよい。また、第３実施形態において、照明光の分離にクロスダイクロイックミラー１４１を用いたが、クロスダイクロイックプリズムを用いてもよい。【０１００】
また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、光源ランプユニット２０のランプ本体２１として各色の波長に亘って高輝度の光を射出することができる点で、高圧水銀ランプ等を用いているが、略白色の照明光を得ることができる各種ランプや、ＬＥＤ等の固体発光素子を用いることができる。また、主鏡２３として、楕円面に限らず放物面等の各種リフレクタを用いることができる。放物面状の主鏡２３を用いた場合、主鏡２３の後段に凹レンズ２４等を設けることなく、光源ランプユニット２０から平行光束を射出させることができる。【０１０１】
また、上記実施形態のプロジェクタ１０等では、照明光学系３０，１３０，２３０，３３０を第１及び第２マルチレンズ３１，３２と偏光変換装置３４とで構成したが、第１及び第２マルチレンズ３１，３２等についてはこれを省略することができ、或いはこれをロッドインテグレータに置き換えることができる。この場合、上述した光束分割光学素子がロッドインテグレータに相当し、ロッドインテグレータの光射出面の倒立像（照明光学系の倒立像）を光変調装置に形成する光学系が重畳光学系に相当する。【０１０２】
また、本発明において、第１重畳レンズ４３、第２重畳レンズ４４等の位置は、光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶表示パネル６１ｇ，６１ｒ，６１ｂの画像形成領域を略均一に重畳照明する位置であればよい。【０１０３】
また、本発明は、投射像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクタにも、投射像を観察する側とは反対の側から投射するリア投射型プロジェクタにも適用可能である。【０１０４】
また、第５実施形態において、第１、第２、及び第３重畳レンズ４３，４４，４５の構成レンズを共通のレンズとしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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