(57)【要約】【課題】  色分離に際してのロスが少なく、特殊な光学素子を用いることによるコスト増加を防止したプロジェクタを提供すること。【解決手段】  液晶パネル４２Ｒの左側に入射する光束ＬＬに関しては、ダイクロイックミラー３１で赤緑の境界光が減光されるものの誘電体多層膜４３ａで光量が確保され、液晶パネル４２Ｒの右側に入射する光束ＬＲに関しては、ダイクロイックミラー３１で光量が確保されるものの誘電体多層膜４３ａで赤緑の境界光が減光されて、画面全体としては一様な減光が達成される。これにより、クロスダイクロイックプリズム４３及び投射光学系５０を経てスクリーン上に投影される赤色の画像は、画面全体として均一で色ムラのないものとなっている。【選択図】  図２
2006259255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する照明装置と、
照明光軸に対して傾斜して配置される少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーを有し、前記照明装置から射出された照明光から複数の色光を分離して、当該複数の色光を各色の光路にそれぞれ導く色分離光学系と、
前記各色の光路上にそれぞれ配置され、前記複数の色光を画像情報に応じて変調する各色の光変調装置と、
前記照明光軸に対して傾斜して配置される少なくとも１つの色合成用ダイクロイックミラーを有し、前記各色の光変調装置からの各色の像光を合成して射出する色合成光学系と、
前記色光合成光学系を経て合成された像光を投射する投射光学系と、
前記少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーによって形成される所定色に関する色ムラを相殺する傾向の色ムラを、前記少なくとも１つの色合成用ダイクロイックミラーによって形成するように、当該少なくとも１つの合成用ダイクロイックミラーへの光束の入射角を調整する補償手段と
を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記照明光は、前記少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーへの入射する位置に応じて入射角が異なる色分離用ダイクロイックミラーへの入射角の位置依存性を有し、
前記補償手段は、前記少なくとも１つの色合成用ダイクロイックミラーに入射する際の光束に対して、前記色分離用ダイクロイックミラーへの入射角の位置依存性とは逆の入射角の位置依存性を形成することを特徴する請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記照明装置は、光源装置と、前記光源装置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、前記光束分割光学素子によって分割された部分光束を前記各色の光変調装置に重畳させる重畳光学素子とを備え、
前記補償手段は、前記所定色に対応する光変調装置の前段に配置される集光レンズを含み、
前記複数の部分光束の各部分光束で、前記色分離用ダイクロイックミラーへの入射角が最も小さい光線を第１の光線とし、前記色分離用ダイクロイックミラーへの入射角が最も大きな光線を第２の光線とした場合に、前記少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーで分離された所定色を合成する前記色合成用ダイクロイックミラーへの入射角は、当該部分光束で前記第１の光線の入射角が最も大きく、前記第２の光線の入射角が最も小さくなるように、前記補償手段によって当該合成用ダイクロイックミラーへの光束の入射角が調整されていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記補償手段は、前記所定色に対応する光変調装置の前段に配置されるフィールドレンズを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記色分離用ダイクロイックミラーは、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誘電体多層膜が形成されており、
前記色合成光学系は、複数のプリズムが貼り合わされ、前記複数のプリズム同士を張り合わせた界面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誘電体多層膜を設けることによって前記色合成用ダイクロイックミラーが形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項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、各色の光変調装置からの像光を合成して投射するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタとして、白色光源からの光源光を２つのダイクロイックミラーによって３色に分離し、各光路上に各色の液晶パネルを配置し、各色の液晶パネルを経た像をクロスダイクロイックプリズムによって合成した後に、投射レンズにて適当な拡大率でスクリーン上に投射するものが存在する。
【０００３】
このようなプロジェクタでは、光軸に対して傾斜して配置されるダイクロイックミラーを用いて色分離を行っていることに起因して、ダイクロイックミラーの面内で入射角の偏りが生じ、投射画像の色ムラの原因となる。
【０００４】
このため、ダイクロイックミラーの誘電体多層膜の特性を左右で異なるものとし、入射角依存性を打ち消して、均一な色分離特性を実現するものが存在する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−２９１６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者のように誘電体多層膜の特性を左右で異なるものとする場合、蒸着が特殊になってコストが増加する傾向があり、また、ダイクロイックミラーの遮断特性が緩やかになって色分離に際してのロスが増加する傾向がある。
【０００６】
そこで、本発明は、特殊な光学素子を用いること等によるコスト増加を防止したプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、光軸に対して傾斜して配置される少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーを有し、照明装置から射出された照明光から複数の色光を分離して、当該複数の色光を各色の光路にそれぞれ導く色分離光学系と、各色の光路上にそれぞれ配置され、複数の色光を画像情報に応じて変調する各色の光変調装置と、前記照明光軸に対して傾斜して配置される少なくとも１つの色合成用ダイクロイックミラーを有し、各色の光変調装置からの各色の像光を合成して射出する色合成光学系と、色光合成光学系を経て合成された像光を投射する投射光学系と、少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーによって形成される所定色に関する色ムラを相殺する傾向の色ムラを、少なくとも１つの色合成用ダイクロイックミラーによって形成するように、当該少なくとも１つの色合成用ダイクロイックミラーへの光束の入射角を調整する補償手段とを備える。
【０００８】
上記プロジェクタでは、補償手段が、色分離用ダイクロイックミラーによって形成される色ムラを相殺する傾向の色ムラを、色合成用ダイクロイックミラーによって形成するように、色合成用ダイクロイックミラーへの光束の入射角を調整するので、色分離用ダイクロイックミラーに起因する色ムラが色合成用ダイクロイックミラーによって解消される方向に修正される。よって、特殊な蒸着で形成された誘電体多層膜を備えた高価な色分離ダイクロイックミラーを用いなくとも、簡易な角度調整によって、安価で色ムラの少ないプロジェクタを提供することができる。
【０００９】
また、本発明の具体的態様又は観点によれば、上記プロジェクタにおいて、前記照明光は前記少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーへの入射する位置に応じて入射角が異なる色分離用ダイクロイックミラーへの入射角の位置依存性を有し、補償手段が、上記少なくとも１つの色合成用ダイクロイックミラーに入射する際の光束に対して、色分離用ダイクロイックミラーへの入射角の位置依存性とは逆の入射角の位置依存性を形成する。この場合、分離用ダイクロイックミラーに入射する際の入射角の偏りと、合成用ダイクロイックミラーに入射する際の入射角の偏りとが相反した分布となるので、色ムラの低減を効果的に達成することができる。
【００１０】
また、本発明の別の具体的態様又は観点によれば、前記照明装置は、光源装置と、前記光源装置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、前記光束分割光学素子によって分割された部分光束を前記各色の光変調装置に重畳させる重畳光学素子とを備え、前記補償手段は、前記所定色に対応する光変調装置の前段に配置される集光レンズを含み、前記複数の部分光束の各部分光束で、前記色分離用ダイクロイックミラーへの入射角が最も小さい光線を第１の光線とし、前記色分離用ダイクロイックミラーへの入射角が最も大きな光線を第２の光線とした場合に、前記少なくとも１つの色分離用ダイクロイックミラーで分離された所定色を合成する前記色合成用ダイクロイックミラーへの入射角は、当該部分光束で前記第１の光線の入射角が最も大きく、前記第２の光線の入射角が最も小さくなるように、前記補償手段によって当該合成用ダイクロイックミラーへの光束の入射角が調整されていることが好ましい。
この場合、光変調装置での照明領域の面内照度を均一化でき、すなわち投射光学系から投写される投射画像の面内照度を均一化でき、且つ、色むらを軽減させた画像を得ることができる。このような照明装置は、光源装置から射出された光を複数の部分光束に分割して重畳させるため、部分光束を重畳させた照明領域での面内照度を均一化できる一方、各部分光束の中には照明光軸と平行でない主光線を有する部分光束が存在するため、分離用ダイクロイックミラーへの入射角度がそれぞれの部分光束において一方端部の入射角が他方端部の入射角よりも大きいというように、各部分光束内で光線ごとに色分離用ダイクロイックミラーへの入射角が異なる。一般的に色分離用ダイクロイックミラーは入射角により色分離特性が異なってしまうため、上述した照明装置から射出された各部分光束内で色分離用ダイクロイックミラーによって分離された所定色では色むらが発生する。しかし、補償手段射により、色分離用ダイクロイックミラーへの入射角の相違関係を色合成用ダイクロイックミラーへの入射角では逆転した相違関係とすることによって、各部分光束に関して色分離用ダイクロイックミラーへの入射角の違いにより発生した色むらは減少する、
【００１１】
また、本発明の別の具体的態様又は観点によれば、補償手段が、所定色に対応する光変調装置の前段に配置されるフィールドレンズを含む。この場合、フィールドレンズを利用して、簡易に合成用ダイクロイックミラーへの光束の入射角を調整することができる。
【００１２】
また、本発明の別の具体的態様又は観点によれば、前記色分離用ダイクロイックミラーは、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誘電体多層膜が形成されており、前記色合成光学系は、複数のプリズムが貼り合わされ、前記複数のプリズム同士を張り合わせた界面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誘電体多層膜を設けることによって前記色合成用ダイクロイックミラーが形成されていることが好ましい。
この場合、複数のプリズムの貼り合せ面に誘電体多層膜が設けられた色合成用ダイクロイックミラーの色分離特性の入射角依存性のほうが、波長選択膜が空気に接している色分離用ダイクロイックミラーの色分離特性の入射角依存性よりも大きいので、色分離用ダイクロイックミラーでの各部分光束内の入射角の相違分よりも、色合成用ダイクロイックミラーでの各部分光束内の入射角の相違分のほうが小さくても、色分離用ダイクロイックミラーで発生した色むらを色合成用ダイクロイックミラーで減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係るプロジェクタを図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１の光学系を表す模式図である。このプロジェクタ１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光学像を形成し、スクリーン上に拡大投射する光学機器であり、光源装置としての光源ランプユニット１０、均一照明光学系２０、色分離光学系３０、リレー光学系３５、光学装置４０、及び投射光学系５０を備えて構成され、光学系２０〜３５を構成する各光学素子は、所定のシステム光軸ＩＸが設定された光学部品用筐体２内に位置決め調整されて収納されている。
なお、プロジェクタ１は複数のファン（不図示）を備え、これらのファンによって光源ランプユニット１０及び光学系２０〜３５を対象とする冷却機構が構成されている。
【００１５】
光源ランプユニット１０は、光源ランプ１１から周囲に放射された光束を集めて射出し、光学系２０〜３５を介して光学装置４０を照明するためのものであり、発光管である光源ランプ１１と、放物面リフレクタである反射鏡１２とを備えている。なお、反射鏡１２は、楕円面リフレクタとすることもでき、この場合、楕円面リフレクタの前方側に凹レンズを配置することで平行光束を形成することができる。
この光源ランプユニット１０において、光源ランプ１１から放射された光束は、反射鏡１２によって平行化され、前方側すなわち均一照明光学系２０側に射出される。
【００１６】
均一照明光学系２０は、光源ランプユニット１０から射出された光束を複数の部分光束に分割し、該複数の光束を対象とする照明領域重畳して該照明領域射の面内照度を均一化する光学系であり、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、ＰＢＳアレイ２３、及びコンデンサレンズ２４を備えている。
【００１７】
第１レンズアレイ２１は、光源ランプ１１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ＩＸと直交する面内にマトリックス状に配列される複数の小レンズを備えて構成され、各小レンズの輪郭形状は、後述する光学装置４０を構成する液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ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。
【００１８】
第２レンズアレイ２２は、前述した第１レンズアレイ２１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２１と同様にシステム光軸ＩＸに直交する面内にマトリックス状に配列される複数の小レンズを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域の形状と対応している必要はない。
【００１９】
ＰＢＳアレイ２３は、第１レンズアレイ２１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偏光変換素子である。
このＰＢＳアレイ２３は、図示を略したが、システム光軸ＩＸに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーを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ＩＸに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、ＰＢＳアレイ２３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ＰＢＳアレイ２３を用いることにより、光源ランプ１１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、光学装置４０で利用する光源光の利用率を向上させることができる。
【００２０】
コンデンサレンズ２４は、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、及びＰＢＳアレイ２３を経た複数の部分光束を集光して液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域上に重畳させる重畳光学素子である。このコンデンサレンズ２４は、本例では光束透過領域の入射側端面が平面で射出側端面が球面の球面レンズであるが、射出側端面が双曲面状の非球面レンズ等を用いることも可能である。
このコンデンサレンズ２４から射出された光束は、均一化されつつ次段の色分離光学系３０に射出される。
【００２１】
色分離光学系３０は、２枚のダイクロイックミラー３１、３２と、反射ミラー３３とを備え、ダイクロイックミラー３１、３２より、均一照明光学系２０から射出された複数の部分光束を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を具備する。
【００２２】
各ダイクロイックミラー３１、３２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作用を有する誘電体多層膜が形成された光学素子である。両各ダイクロイックミラー３１、３２のうち、光路前段に配置されるダイクロイックミラー３１は、システム光軸ＩＸに対して傾斜した状態で配置され、第１の分離用ダイクロイックミラーとして赤色光を反射し、その他の色光を透過する。また、光路後段に配置されるダイクロイックミラー３２は、システム光軸ＩＸに対してダイクロイックミラー３１と同様に傾斜した状態で配置され、第２の分離用ダイクロイックミラーとして緑色光を反射し、青色光を透過する。
【００２３】
リレー光学系３５は、入射側レンズ３６と、リレーレンズ３８と、反射ミラー３７、３９とを備え、色分離光学系３０を構成するダイクロイックミラー３２を透過した青色光を光学装置４０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リレー光学系３５が設けられているのは、青色光の光路が他の色光の光路よりも長いことを考慮したももので、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。
【００２４】
前述したダイクロイックミラー３１により分離された赤色光は、反射ミラー３３により曲折された後、フィールドレンズ４１Ｒを介して光学装置４０に供給される。また、ダイクロイックミラー３２により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ４１Ｇを介して光学装置４０に供給される。さらに、青色光は、リレー光学系３５を構成するレンズ３６、３８及び反射ミラー３７、３９により適宜集光、発散、曲折されてフィールドレンズ４１Ｂを介して光学装置４０に供給される。なお、光学装置４０の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、後に詳述するが、第２レンズアレイ２２から射出された各部分光束を、システム光軸ＩＸに対して適当な収束度で収束させるために設けられている。
【００２５】
光学装置４０は、入射した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、照明対象となる光変調装置としての液晶パネル４２（４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ）と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム４３とを備えて構成される。なお、図示を略したが、フィールドレンズ４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ及び各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの間には、入射側偏光板が介在配置され、各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ及びクロスダイクロイックプリズム４３の間には、射出側偏光板が介在配置されており、入射側偏光板、液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ、及び射出側偏光板で構成される液晶ライトバルブ（光変調部）によって、これらに入射する各色光の光変調が行われる。
【００２６】
各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ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。この液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの変調を行う画像形成領域は、矩形状であり、その対角寸法は、例えば０．７インチである。
【００２７】
クロスダイクロイックプリズム４３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４３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４３ａ、４３ｂが形成されている。誘電体多層膜４３ａ、４３ｂは、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。一方の誘電体多層膜４３ａは、第１の合成用ダイクロイックミラーとして赤色光を反射し、他方の誘電体多層膜４３ｂは、第２の合成用ダイクロイックミラーとして青色光を反射する。これらの誘電体多層膜４３ａ、４３ｂ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。
【００２８】
クロスダイクロイックプリズム４３から射出されたカラー画像は、投射光学系５０によって拡大投射され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。
【００２９】
図２は、図１に示すプロジェクタ１の光学系を直線的な光路に展開した図である。ここで、各色の用の光源ランプユニット１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、図１の光源ランプユニット１０を、光学装置４０を基準にして等価な３つの光学系に展開して配置したものである。第１レンズアレイ２１によって分割された複数の部分光束が形成する複数の２次光源は仮想面である２次光源面ＳＳＲ上に位置する。図からも明らかなように、赤色用の光源ランプユニット１０Ｒの２次光源面ＳＳＲからの光路ＯＰ１と、緑色用の光源ランプユニット１０Ｇの２次光源面ＳＳＲからの光路ＯＰ２とは、同一サイズで対称になっている。一方、青色用の光源ランプユニット１０Ｂの２次光源面ＳＳＲからの光路ＯＰ３は、赤や緑色用の光路ＯＰ１、ＯＰ２よりも長い経路を有している。なお、青色用の光源ランプユニット１０Ｂからの光路ＯＰ３上には、レンズ３６，３８等からなるリレー光学系が配置されており、経路差を補償して青色光をロスなく液晶パネル４２Ｂに入射させることができるようになっている。
【００３０】
図３は、図２の光学系の一部を拡大した図であり、一例として、赤色用の光路ＯＰ１における光束の状態を説明する図である。
この図３は、２次光源面ＳＳＲからダイクロイックプリズム４３までの赤色用の光路ＯＰ１を模式的に示している。なお、説明を簡潔にするため、一部の光学系は省略している。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、照明光軸ＩＸと一致する主光線とダイクロイックミラー３１の垂線とを含む面を示している。
【００３１】
図３（Ａ）は、第１レンズアレイ２１で分割された部分光束のうち照明光の両側端の部分光束と中央の部分光束とを代表として示している。
【００３２】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示された部分光束のうち最も大きな入射角で入射する光束を含む部分光束を示している。Ｌ１は図３（Ｂ）に示される部分光束の主光線であり、Ｌ２は図３（Ｂ）に示される部分光束のうちダイクロイックミラー３１への最も小さい入射角α１を有する光線であり、Ｌ３は図３（Ｂ）に示される部分光束のうちダイクロイックミラー３１への最も大きい入射角β１を有する光線である。ダイクロイックミラー３１は入射角により色分離特性が異なるという入射角依存性を有するため、図３（Ｂ）で示される部分光束において、光線Ｌ２の入射角α１と光線Ｌ３の入射角β１との違いにより、ダイクロイックミラー３１で分離された後の該部分光束では、色むらが発生する。
しかし、フィールドレンズ４１Ｒによって、光線Ｌ２のダイクロイックプリズム４３の誘電体多層膜４３ａへの入射角α１’が図３（Ｂ）で示される部分光束のなかで最も大きな入射角となるように屈折され、且つ、光線Ｌ３の誘電体多層膜４３ａへの入射角β１’が図３（Ｂ）で示される部分光束のなかで最も小さな入射角となるように屈折される。
従って、図３（Ｂ）で示される部分光束は、ダイクロイックミラー３１で発生した色むらを、誘電体多層膜４３ａで減少させている。
【００３３】
図３（Ｃ）で示す照明光軸ＩＸと一致する主光線Ｌ４を有する部分光束においても、ダイクロイックミラー３１への最も小さな入射角α２を有する光線Ｌ５の誘電体多層膜４３ａへの入射角α２’が最も大きく、且つ、ダイクロイックミラー３１への最も大きな入射角β２を有する光線Ｌ６の誘電体多層膜４３ａへの入射角β２’が最も小さくなるように、フィールドレンズ４１Ｒが誘電体多層膜４３ａへの入射角を調整している。
図３（Ｄ）においても同様である。
【００３４】
以上において、赤色光の２次光源面ＳＳＲの各点からの光束は、フィールドレンズ４１Ｒを介して液晶パネル４２Ｒに入射し、液晶パネル４２Ｒを均一に重畳照明するが、図３ではフィールドレンズ４１Ｒと液晶パネル４２Ｒとを一部品として示している。２次光源面ＳＳＲから射出された部分光束は、フィールドレンズ４１Ｒを通過した後、各部分光束の主光線に平行に進むのではなく、各主光線に集束するように進む。
【００３５】
このような構成により、ダイクロイックミラー３１への部分光束内の光線の入射位置の違いによって入射角が異なることに起因する部分光束内の色分離特性の相違を減少させるように、誘電体多層膜４３ａへの該部分光束の入射位置の違いによって入射角が異なることに起因する色分離特性の相違をフィールドレンズ４１Ｒによって発生させている。
つまり、フィールドレンズ４１Ｒは、クロスダイクロイックプリズム４３すなわち誘電体多層膜４３ａへの赤色光束の入射角を調整する補償手段として機能する。
【００３６】
なお、従来型のプロジェクタの場合を比較例として図４に示す。
図４は、２次光源面ＳＳＲからダイクロイックプリズム４３までの光路を模式的に示している。なお、説明を簡潔にするため、一部の光学系は省略している。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、照明光軸ＩＸと一致する主光線とダイクロイックミラー３１の垂線とを含む面を示している。
【００３７】
図４（Ａ）は、第１レンズアレイ２１で分割された部分光束のうち照明光の両側端の部分光束と中央の部分光束とを代表として示している。
【００３８】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示された部分光束のうち最も大きな入射角で入射する光束を含む部分光束を示している。Ｌ１０は図４（Ｂ）に示される部分光束の主光線であり、Ｌ１１は図４（Ｂ）に示される部分光束のうちダイクロイックミラー３１への最も小さい入射角α１を有する光線であり、Ｌ１２は図４（Ｂ）に示される部分光束のうちダイクロイックミラー３１への最も大きい入射角β１を有する光線である。ダイクロイックミラー３１は入射角により色分離特性が異なるという入射角依存性を有するため、図４（Ｂ）で示される部分光束において、光線Ｌ１１の入射角α１と光線Ｌ１２の入射角β１との違いにより、ダイクロイックミラー３１で分離された後の該部分光束では、色むらが発生する。
フィールドレンズ１４１Ｒによって、光線Ｌ１１および光線Ｌ１２は主光線Ｌ１０に平行な平行光束になるように屈折されこのような部分光束は液晶パネル４２Ｒを照明するので、照明系がテレセントリックになっており、光線Ｌ１１、Ｌ１２及び光線Ｌ１０は、いずれも同一の入射角で誘電体多層膜４３ａに入射する。一方、本実施形態の場合、主光線に対して他の光線が集束するので、照明系が非テレセントリックになっているということができる。
【００３９】
図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）においても同様に、各部分光束内において、ダイクロイックミラー３１では入射角が異なるが、誘電体多層膜４３ａでの入射角は同一となっている。
従って、図４で示される従来型のプロジェクタでは、誘電体多層膜４３ａでの各部分光束内の色分離特性の相違は発生しないが、ダイクロイックミラー３１で発生した色むらを全面的に減少させることができない。
【００４０】
一方、本実施形態では、液晶パネル４２Ｒへの照明光の入射角に偏りが生じるが、液晶パネル４２Ｒを経た像光は、クロスダイクロイックプリズム４３の誘電体多層膜４３ａにより、ダイクロイックミラー３１での色分離に際して形成される色ムラを相殺する傾向の色ムラを与えられる。つまり、例えば図３（Ｂ）では、ダイクロイックミラー３１に入射する部分光束は、誘電体多層膜４３ａの左側（紙面上側）に入射する光線Ｌ２に対して入射角を小さくする傾向（位置依存性）があり、誘電体多層膜４３ａの右側（紙面下側）に入射する光線Ｌ３に対して入射角を大きくする傾向（位置依存性）がある。従って、同図のように、誘電体多層膜４３ａの左側に入射する光線Ｌ２のダイクロイックミラー３１への入射角をα１とし、誘電体多層膜４３ａの右側に入射する光線Ｌ３のダイクロイックミラー３１への入射角をβ１とした場合、α１＜β１なる関係が成り立ち、例えば入射角β１に対応する液晶パネル４２Ｒの右側への照明光Ｌ３に関して、緑色に近い赤色の相対的減光が生じる。一方、フィールドレンズ４１Ｒ及び液晶パネル４２Ｒから射出された部分光束は、誘電体多層膜４３ａの左側に入射する光束Ｌ２に対して入射角α１’を大きくする傾向があり、誘電体多層膜４３ａの右側に入射する光線Ｌ３に対して入射角β１’を小さくする傾向がある。従って、液晶パネル４２Ｒの左側を通過する光線Ｌ２の誘電体多層膜４３ａへの入射角α１’と、液晶パネル４２Ｒの右側を通過する光線Ｌ３の誘電体多層膜４３ａへの入射角β１’との関係は、α１’＞β１’となっており、例えば入射角α１’に対応する誘電体多層膜４３ａの左側で反射された像光に関して、緑色に近い赤色の相対的減光が生じる。
【００４１】
以上の結果、液晶パネル４２Ｒの右側に入射する光線Ｌ３に関しては、ダイクロイックミラー３１で赤緑の境界光を含む赤色光が赤色の光路ＯＰ１に分離されるものの誘電体多層膜４３ａで赤緑の境界光が相対的に減光され、逆に、液晶パネル４２Ｒの左側に入射する光線Ｌ２に関しては、ダイクロイックミラー３１で赤緑の境界光を含まない赤色光が赤色の光路ＯＰ１に分離され誘電体多層膜４３ａでは赤緑の境界光を含む赤色光を透過するので光量が確保され、画面全体としては一様な減光が達成される。これにより、クロスダイクロイックプリズム４３及び投射光学系５０を経てスクリーン上に投影される赤色の画像は、画面全体として均一で色ムラのないものとなっている。
【００４２】
なお、液晶パネル４２Ｒを、主光線Ｌ１に対して他の光線が集束気味の非テレセントリック照明系で照明した場合、液晶パネル４２Ｒの各点から射出される中心光束も通常収束気味となるので、投射光学系５０の物体（液晶パネル４２Ｒ）側をこれに対応する非テレセントリック系とする。これにより、液晶パネル４２Ｒを経た像光を投射光学系５０に効率的に取り込むことができ、スクリーン上に高輝度の画像を投射することができる。
【００４３】
以上は、赤色用の光路ＯＰ１における光束の説明であったが、青色用の光路ＯＰ３における光束についても同様に色ムラの発生が防止される。
【００４４】
図５は、２次光源面ＳＳＲからダイクロイックプリズム４３までの青色用の光路ＯＰ３におけるあるひとつの部分光束のみを模式的に示している。なお、説明を簡潔にするため、一部の光学系は省略している。なお、図５は、主光線Ｌ１３とダイクロイックミラー３２の垂線とを含む面を示している。
図５に示すように、青色用の光路ＯＰ３では、色分離に関与するダイクロイックミラー３２のと色合成に関与する誘電体多層膜４３ｂとの傾きが逆になる。また、リレー光学系を介するためダイクロイックミラー３２に入射する光と誘電体多層膜４３ｂに入射する光とでは左右が入れ替わる。
最終的に液晶パネル４２Ｂの右側に入射する光線Ｌ１４のダイクロイックミラー３２への入射角をα１とし、最終的に液晶パネル４２Ｂの左側に入射する光線Ｌ１５のダイクロイックミラー３２への入射角をβ１とした場合、α１＜β１なる関係が成り立つ。一方、液晶パネル４２Ｂの右側を通過する光線Ｌ１４の誘電体多層膜４３ｂへの入射角α１’と、液晶パネル４２Ｂの左側を通過する光線Ｌ１５の誘電体多層膜４３ｂへの入射角β１’との関係は、α１’＞β１’となっている。
【００４５】
各部分光束において、液晶パネル４２Ｂの左側に入射する光線Ｌ１５に関しては、ダイクロイックミラー３２で青緑の境界光が含まれない青色光が青色の光路ＯＰ３に分離され誘電体多層膜４３ｂでは青緑の境界光を含む青色光を透過するので光量が確保される。また、液晶パネル４２Ｂの右側に入射する光線Ｌ１４に関しては、ダイクロイックミラー３２で青緑の境界光を含む青色光が青色の光路ＯＰ３に分離されるものの誘電体多層膜４３ｂで青緑の境界光が相対的に減光されて、画面全体としては一様な減光が達成される。これにより、クロスダイクロイックプリズム４３及び投射光学系５０を経てスクリーン上に投影される青色の画像は、画面全体として均一で色ムラのないものとなっている。
【００４６】
緑色用の光路ＯＰ２については、多少事情が異なる。
図６は、２次光源面ＳＳＲからダイクロイックプリズム４３までの緑色用の光路ＯＰ２におけるある部分光束のひとつのみを模式的に示している。なお、説明を簡潔にするため、一部の光学系は省略している。図６は、主光線Ｌ１６とダイクロイックミラー３２の垂線とを含む面を示している。
【００４７】
図６（Ａ）は、緑色光のうち赤色との境界光とについて説明する図である。緑色光のうち赤色との境界光とについては、赤色用の光路ＯＰ１と緑色用の光路ＯＰ２との色分離における透過と反射との特性が逆になり、また、緑色光はダイクロイックミラー３１で透過しダイクロイックミラー３２で反射されることから、ダイクロイックミラー３１で反射され反射ミラー３３で再び反射される赤色光とは液晶パネルでの位置が左右対称性になり、色ムラの発生が防止される。つまり、液晶パネル４２Ｇの右側に入射する光線Ｌ１７に関しては、ダイクロイックミラー３１で赤緑の境界光を含む緑色光が緑色の光路ＯＰ２に分離されるものの、誘電体多層膜４３ａでは赤緑の境界光を含まない緑色光が画像として合成され、液晶パネル４２Ｇの左側に入射する光線Ｌ１８に関しては、ダイクロイックミラー３１で赤緑の境界光を含まない緑色光が緑色の光路ＯＰ２に分離され、誘電体多層膜４３ａでは赤緑の境界光を含み得るが予め境界光が除かれた緑色光が画像として合成される。つまり、画面全体としては一様な減光が達成される。
【００４８】
一方、図６（Ｂ）は、緑色光のうち青色との境界光とについて説明する図である。緑色光のうち青色との境界光とについては、色ムラの発生が防止されない。すなわち、液晶パネル４２Ｇの右側に入射する光線Ｌ１７に関しては、ダイクロイックミラー３２では青緑の境界光を含まない緑色光が緑色の光路ＯＰ２に分離され、誘電体多層膜４３ｂでも青緑の境界光を含まない緑色光が合成され、液晶パネル４２Ｇの左側に入射する光線１８に関しては、ダイクロイックミラー３２では青緑の境界光を含む緑色光が緑色の光路ＯＰ２に分離され、誘電体多層膜４３ｂでも青緑の境界光を含む緑色光が画像として合成される。つまり、赤緑の境界光のアンバランスにより、色ムラが観察される可能性があるが、赤緑青を含むカラー画像全体としては少ない色ムラに抑えることができる。
なお、以上のような色ムラを確実に防止するためには、緑色用の光路ＯＰ２上にのみ赤緑の境界光をカットするトリミングフィルタを設けることも可能である。
【００４９】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態のプロジェクタ１では、青色の光路ＯＰ３を他の２色の光路ＯＰ１，ＯＰ２に比較して長くしているが、赤色の光路を他の２色の光路に比較して長くすることもできる。この場合も、少なくとも赤色の光路と青色の光路とで境界光の減光が相殺され、画面全体として均一で色ムラのない画像を投射することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、光源ランプユニット１０等からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのレンズアレイ２１、２２を用いていたが、この発明は、このようなレンズアレイ２１、２２を用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、レンズアレイ２１、２２をロッドインテグレータに置き換えることもできる。
【００５１】
また、上記実施形態では、光源ランプユニット１０等からの光を特定方向の偏光とするＰＢＳアレイ２３を用いていたが、この発明は、このようなＰＢＳアレイ２３を用いないプロジェクタにも適用可能である。
【００５２】
また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１のプロジェクタ１の構成は、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。
【図２】図１に示すプロジェクタの光学系を展開した図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、２次光源面からダイクロイックプリズムまでの赤色用の光路を示す。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、比較例として従来型の光路を示す。
【図５】２次光源面からダイクロイックプリズムまでの青色用の光路を示す。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、２次光源面からダイクロイックプリズムまでの緑色用の光路を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１…プロジェクタ、  ２…光学部品用筐体、  １０…光源ランプユニット、  １１…光源ランプ、  ２０…均一照明光学系、  ２１、２２…レンズアレイ、  ２４…コンデンサレンズ、  ３０…色分離光学系、  ３１、３２…ダイクロイックミラー、  ３５…リレー光学系、  ４０…光学装置、  ４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ…フィールドレンズ、  ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ…液晶パネル、  ４３…クロスダイクロイックプリズム、  ４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、  ５０…投射光学系、  ＩＸ…システム光軸
【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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