(57)【要約】【課題】位置精度について許容性を高め、画像のコントラストを向上させ、さらに、投影される画像の画面内において明部と暗部との境界が目立たないように制御して例えばモアレの発生を抑制して良好な画像を提供できる可能なプロジェクターを提供すること。【解決手段】リレー光学系４０において、光偏向部材ＯＣを有することで、通過する光線束に対して、光を偏向させる作用を示し、これにより、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂでの結像位置において光線束断面が適度な大きさ（広がり）をもった状態になる、すなわち完全には結像していないボケのある状態となるように調整することができる。これにより、モアレを抑制して良好な画像を形成させることができる。【選択図】図１
2015118362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する照明光学系と、
前記照明光学系から射出した光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置で変調された光を投影する投写光学系と、
を備えるプロジェクターであって、
前記光変調装置は、前記照明光学系から射出された光の光路上に直列に配置される第１の画素マトリクス及び第２の画素マトリクスと、前記第１の画素マトリクスと前記第２の画素マトリクスとの間の光路上に配置されるリレー光学系とを含み、
前記リレー光学系は、瞳位置に配置されてボケを生じさせるように光の向きを変化させる光偏向部材を含む、プロジェクター。
【請求項２】
前記光偏向部材は、光拡散素子である、請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記光拡散素子は、２つ以上の異なる光透過性を有する材料を貼り合わせたものである、請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記光拡散素子において、２つ以上の異なる光透過性を有する材料の貼合せ面である内面が曲面形状であり、表面及び裏面である外面が平面形状である、請求項３に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記光拡散素子は、複数のレンズを２次元状に配列させた、レンズアレイである、請求項２から４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記光拡散素子において、前記複数のレンズの配列は、単純四方配列である、請求項５に記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記光拡散素子において、前記複数のレンズの配列は、六方配列である、請求項５に記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記光拡散素子は、前記複数のレンズの配列について、ランダム性を持たせている、請求項５から７までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項９】
前記光拡散素子は、ガウス散乱を生じる拡散板である、請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項１０】
前記光偏向部材は、位相板である、請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項１１】
前記位相板の表面は、光軸に対して垂直な任意の一方向と、前記任意の一方向と交差する他方向とにおいて３次関数形状を有する、請求項１０に記載のプロジェクター。
【請求項１２】
前記位相板の表面は、光軸に対して垂直な任意の一方向と、前記任意の一方向と交差する他方向とにおいて４次関数形状を有する、請求項１０に記載のプロジェクター。
【請求項１３】
前記リレー光学系は、前記位相板の位置を基準として光軸に沿って対称な等倍の光学系である、請求項１０から１２までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１４】
前記位相板の表面は、光軸に対して垂直な任意の一方向と、前記任意の一方向と交差する他方向とにおいて同一の形状を有する、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１５】
前記第１の画素マトリクスの画素ピッチをＬとし、前記リレー光学系の倍率をＭとし、前記光偏向部材の有無による前記第２の画素マトリクスの結像位置でのボケ量の差をｂとしたときに、
ＭＬ／２≦ｂ≦３ＭＬ
を満たす、請求項１０から１４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１６】
前記リレー光学系は、前記光偏向部材を光路上に沿って挟むように配置されるダブルガウスレンズを有する、請求項１から１５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１７】
前記リレー光学系は、前記ダブルガウスレンズを光路上に沿って挟むように配置されそれぞれ正のパワーを有する１対のメニスカスレンズを含む、請求項１６に記載のプロジェクター。
【請求項１８】
前記第１及び第２の画素マトリクスは、透過型の液晶画素マトリクスである、請求項１から１７までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１９】
前記照明光学系により射出された光を波長帯域の異なる複数の色光に分離して導光する色分離導光光学系と、
前記複数の色光に対応して前記第１の画素マトリクス及び前記第２の画素マトリクスと前記リレー光学系とをそれぞれ有する複数の光変調装置を有し、前記色分離導光光学系において分離された前記複数の色光をそれぞれ変調する変調光学系と、
前記変調光学系で変調された各色の変調光を合成し、前記投写光学系に向けて射出する合成光学系と、
をさらに備える、請求項１から１８までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項２０】
前記変調光学系は、前記複数の色光の光路に対応して互いに異なる変換特性を示す複数の前記光偏向部材を有する、請求項１９に記載のプロジェクター。
【請求項２１】
前記光変調装置において、前記第１の画素マトリクス及び前記第２の画素マトリクスのうち、光路上流側に配置される前記第１の画素マトリクスの１つの画素は、光路下流側に配置される前記第２の画素マトリクスの複数の画素に対応している、請求項１から２０までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路上に直列に配置される第１の空間変調素子と第２の空間変調素子とを有するプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターにおいて、空間変調素子を２つ直列に並べて、画像のコントラストを高くするものが知られている（例えば特許文献１参照。）。この場合、２つの空間変調素子の間にリレーレンズを配置して、２つの空間変調素子のうち一方の像を他方に重ね合せるように結像させている。
【０００３】
特許文献１では、２つ以上の空間変調素子を直列に配置させ、リレー光学系で両空間変調素子をほぼ結像関係（ここで、結像関係とは、互いに結像し合う配置関係になっていることを意味する。）にすることで画像のコントラストを向上させるに際して、リレー光学系は２つの空間変調素子の一方を他方に完全には結像させないようにしている。これにより、空間変調素子の画素間のブラックマトリックスによるモアレを抑制させている。なお、プロジェクターにおいて、空間変調素子を２つ直列に並べて、画像のコントラストを高くするものについては、ほかにも知られている（特許文献２〜４参照）。例えば、特許文献２では、２つの空間変調素子の一方を他方に結像させるに際して、リレーレンズとしてダブルガウスレンズを利用している。
【０００４】
しかしながら、例えば、特許文献１において、所望のデフォーカス状態に維持しようとする、すなわち２つの空間変調素子をほぼ結像関係にしつつも一方を他方に完全には結像させないような位置関係を保とうとすると、位置精度（すなわち製造公差）が厳しくなり、位置調整が困難なものとなる可能性がある。また、デフォーカスさせた像（ボケ像）の分布が光源からの配光分布の変化に応じて変化するため、配光分布の影響により映像に乱れが生じる可能性がある。これらのことは、特許文献１以外の文献においても同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１８９４６号公報
【特許文献２】特表２００６−５０９２４４号公報
【特許文献３】特開２００５−１８９２８２号公報
【特許文献４】特開２００５−２０８５７３号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、２つの空間変調素子を直列配置するタイプのプロジェクターであって、配光分布による影響を抑制する、あるいは位置精度について許容性を高めることで、投影される画像の画面内において明部と暗部との境界が目立たないように制御して例えばモアレの発生を抑制して良好な画像を提供できるプロジェクターを提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るプロジェクターは、光を射出する照明光学系と、照明光学系から射出した光を変調する光変調装置と、光変調装置で変調された光を投影する投写光学系と、を備えるプロジェクターであって、光変調装置は、照明光学系から射出された光の光路上に直列に配置される第１の画素マトリクス及び第２の画素マトリクスと、第１の画素マトリクスと第２の画素マトリクスとの間の光路上に配置されるリレー光学系とを含み、リレー光学系は、瞳位置に配置されてボケを生じさせるように光の向きを変化させる光偏向部材を含む。ここで、２つの画素マトリクスが光路上に直列に配置されるとは、１つの光路を辿った場合において、一の画素マトリクス（例えば第１の画素マトリクス）が他の画素マトリクス（例えば第２の画素マトリクス）よりも光路上流側にあるように配置された関係にあることを言う。すなわち、第１の画素マトリクスと第２の画素マトリクスとの配置が相対的に光路上流側と光路下流側とにあることを言う。なお、瞳位置については、開口絞りが配置されるべき位置（すなわちリレー光学系における瞳位置に相当する位置）を意味するが、実際には瞳位置において開口絞りを配置しない構成の場合であっても当該位置を瞳位置と呼ぶものとする。
【０００８】
上記プロジェクターによれば、例えば光偏向部材が２つの空間変調素子である第１の画素マトリクス（光路上流側）と第２の画素マトリクス（光路下流側）との間において瞳位置に配置されていることにより、画像光となるべき光線束の第２の画素マトリクス（被投影側）での結像位置において光線束断面を適度な大きさ（広がり）をもった状態にできる、すなわち完全には結像していないボケのある状態となるように調整することができる。なお、この場合において、光偏向部材の通過に起因するボケ量は一定のものであり、このボケ量の分を補償するように２つの空間変調素子での画像処理を行うことで、所望の画像形成を行うことが可能になる。以上の場合、例えば、適度なボケを発生させることで、空間変調素子の画素間のブラックマトリックスに起因するモアレの発生を抑制することができ、良好な画像を提供できる。また、光偏向部材によって光を細かく分割する（拡散する）ことによって配光分布による影響が抑制されたボケ像、さらには配光分布に依存しないボケ像の形成が可能となる。
【０００９】
本発明の具体的な側面では、光偏向部材は、光拡散素子である。この場合、光拡散によって配光分布による影響が抑制されたボケ像の形成が可能となる。
【００１０】
本発明の別の側面では、光拡散素子は、２つ以上の異なる光透過性を有する材料を貼り合わせたものである。この場合、例えば材料の違いによる屈折率差を利用して所望の拡散状態（例えば拡散の度合いを小さくした状態）を形成させることが可能になる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、光拡散素子において、２つ以上の異なる光透過性を有する材料の貼合せ面である内面が曲面形状であり、表面及び裏面である外面が平面形状である。この場合、加工や設置において利便性が増し、例えば外面にＡＲコートを施しやすくなる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、光拡散素子は、複数のレンズを２次元状に配列させた、レンズアレイである。この場合、レンズアレイによる光の分割によって拡散作用を生じさせることができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、光拡散素子において、前記複数のレンズの配列は、単純四方配列である。この場合、比較的容易に複数のレンズを配置させた光学素子を作製できる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、光拡散素子において、前記複数のレンズの配列は、六方配列である。この場合、レンズを密にかつ円形に近い状態で配置させることができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、光拡散素子は、前記複数のレンズの配列について、ランダム性を持たせている。この場合、拡散作用にランダム性を持たせることができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、光拡散素子は、ガウス散乱を生じる拡散板である。この場合、一様な拡散作用を持たせることができる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、光偏向部材は、位相板である。ここで、位相板とは、パワーを有さず（すなわち焦点距離が無限遠であり）、波面の位相を変化させる形状を有する光透過性の板状部材を意味する。
【００１８】
上記プロジェクターによれば、例えば位相板が２つの空間変調素子である第１の画素マトリクス（光路上流側）と第２の画素マトリクス（光路下流側）との間において瞳位置に配置されていることにより、画像光となるべき光線束の状態を調整することができる。具体的には、位相板は、通過する光線束に対して波面の位相を変化させる作用を示し、これにより、当該光線束の第２の画素マトリクス（被投影側）での結像位置において光線束断面を適度な大きさ（広がり）をもった状態にできる、すなわち完全には結像していないボケのある状態となるように調整することができる。なお、位相板は、瞳位置に配置されているため、画像光となるべき光線束の全体に対して上記のような作用を示す。また、この場合において、各光線束は、光軸方向についての位置精度に多少の誤差が生じても当該誤差に伴う被投影側の第２の画素マトリクスの位置で断面状態（大きさ）の変化が抑制されたものとなっている。つまり、位相板を通過させることによって結像位置の誤差についての許容性が増大するものとなる。言い換えると焦点深度が広く又は深くなり、製造公差を緩めることが可能になる。なお、この場合において、位相板の通過に起因するボケ量は一定のものであり、このボケ量の分を補償するように２つの空間変調素子での画像処理を行うことで、所望の画像形成を行うことが可能になる。以上の場合、例えば、適度なボケを発生させることで、空間変調素子の画素間のブラックマトリックスに起因するモアレの発生を抑制することができ、良好な画像を提供できる。また、例えば、第１の画素マトリクスと第２の画素マトリクスのうち一方で輝度調整のための調光を行い、他方で画像形成のための色変調を行うという場合において、両者の間に解像度に差があっても、適度なボケを発生させることで、輝度調整側での明部と暗部との境界に対応する箇所が画像投影の際に目立ないようにすることができる。
【００１９】
本発明の具体的な側面では、位相板の表面は、光軸に対して垂直な任意の一方向と、任意の一方向と交差する他方向とにおいて３次関数形状を有する。ここで、一方向と他方向とが交差する場合については、両者が直交している場合を含む。位相板の表面が特に３次関数形状であることによって、光軸方向に関して結像位置の付近において光軸に沿って光線束の状態の変化が少なくなるようにすることができる。
【００２０】
本発明の別の側面では、位相板の表面は、光軸に対して垂直な任意の一方向と、任意の一方向と交差する他方向とにおいて４次関数形状を有する。この場合、光軸方向に関して結像位置の付近において光線束の状態の変化を抑えつつ、任意の一方向と他方向とに関して対称性をもたせて光線束の状態を制御することができる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面では、リレー光学系は、位相板の位置を基準として光軸に沿って対称な等倍の光学系である。この場合、絞りの位置を基準として対称となっていることで、例えば両画素マトリクスとして略同一規格のものを適用し、かつ、これらを等価的に配置することで、コマ収差及び歪曲収差を抑えて高性能のリレー光学系とすることができる。
【００２２】
本発明のさらに別の側面では、位相板の表面は、光軸に対して垂直な任意の一方向と、任意の一方向と交差する他方向とにおいて同一の形状を有する。この場合、任意の一方向に関する光線束断面の広がり具合と、他方向に関する光線束断面の広がり具合とを揃えることができる。
【００２３】
本発明のさらに別の側面では、第１の画素マトリクスの画素ピッチをＬとし、リレー光学系の倍率をＭとし、光偏向部材の有無による第２の画素マトリクスの結像位置でのボケ量の差をｂとしたときに、
ＭＬ／２≦ｂ≦３ＭＬ
を満たす。この場合、位相板があることによって、第２の画素マトリクスの結像位置において、位相板がない場合と比較して必要かつ十分な程度に光線束断面に大きさ（広がり）をもたせた状態にすることができる。
【００２４】
本発明のさらに別の側面では、リレー光学系は、位相板を光路上に沿って挟むように配置されるダブルガウスレンズを有する。この場合、ダブルガウスレンズによって、適度に収差を抑えることができる。
【００２５】
本発明のさらに別の側面では、リレー光学系は、上記ダブルガウスレンズを光路上に沿って挟むように配置されそれぞれ正のパワーを有する１対のメニスカスレンズを含む。この場合、１対のメニスカスレンズがダブルガウスレンズ側に凸となるように配置されていることにより、さらに収差の補正を高めるとともにテレセントリック性を良いものとすることができる。
【００２６】
本発明の別の側面では、第１及び第２の画素マトリクスは、透過型の液晶画素マトリクスである。この場合、簡素な構造で明るい画像を形成させることが可能となる。また、一対のメニスカスレンズを第１及び第２の画素マトリクスに近づけた配置とすることができ、メニスカスレンズによる収差の補正の機能を高めることができる。
【００２７】
本発明のさらに別の側面では、照明光学系により射出された光を波長帯域の異なる複数の色光に分離して導光する色分離導光光学系と、複数の色光に対応して第１の画素マトリクス及び第２の画素マトリクスとリレー光学系とをそれぞれ有する複数の光変調装置を有し、色分離導光光学系において分離された複数の色光をそれぞれ変調する変調光学系と、変調光学系で変調された各色の変調光を合成し、投写光学系に向けて射出する合成光学系と、をさらに備える。この場合、複数の色光を個々に変調し合成したカラー画像を形成することができる。
【００２８】
本発明のさらに別の側面では、変調光学系は、複数の色光の光路に対応して互いに異なる形状の複数の光偏向部材を有する。この場合、例えば、各色光ごとに最適な調整を行うことができる。また、例えば各色光ごとの誤差を調整して最適な状態で光合成を行うようにすることも可能となる。
【００２９】
本発明のさらに別の側面では、光変調装置において、第１の画素マトリクス及び第２の画素マトリクスのうち、光路上流側に配置される第１の画素マトリクスの１つの画素は、光路下流側に配置される第２の画素マトリクスの複数の画素に対応している。この場合、第１の画素マトリクスにおいて、エリア（第２の画素マトリクスにおける複数の画素に相当）ごとに輝度を調整し、第２の画素マトリクスでは１画素ごとに輝度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態又は実施例１に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は、プロジェクターへの入力画像の一例について示す図であり、（Ｂ）は、第１の画素マトリクスでの表示の様子を示す図であり、（Ｃ）は、第２の画素マトリクスへの照明の様子を示す図であり、（Ｄ）は、第２の画素マトリクスへの入力画像の様子を示す図であり、（Ｅ）は、プロジェクターによる投写画像の様子を示す図であり、（Ｆ）は、デフォーカスによる課題の説明図である。
【図３】図１のプロジェクターにおける第１の画素マトリクスから第２の画素マトリクスまでの光路について展開した図である。
【図４】（Ａ）は、実施形態での第２の画素マトリクスの結像位置付近における光の集光の様子について示す図であり、（Ｂ）は、比較例での第２の画素マトリクスの結像位置付近における光の集光の様子について示す図である。
【図５】（Ａ）は、実施形態での第２の画素マトリクスの結像位置における光線束の断面の様子を概念的に示す図であり、（Ｂ）は、比較例での第２の画素マトリクスの結像位置における光線束の断面の様子を概念的に示す図である。
【図６】（Ａ）は、実施例１での第２の画素マトリクスの結像位置付近における光の集光度合いの変化について示す図であり、（Ｂ）は、比較例での第２の画素マトリクスの結像位置付近における光の集光度合いの変化について示す図である。
【図７】（Ａ）は、実施例２での第２の画素マトリクスの結像位置付近における光の集光度合いの変化について示す図であり、（Ｂ）は、比較例での第２の画素マトリクスの結像位置付近における光の集光度合いの変化について示す図である。
【図８】第２実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図９】図８のプロジェクターにおける第１の画素マトリクスから第２の画素マトリクスまでの光路について展開した図の一例である。
【図１０】（Ａ）は、拡散板の一例を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す拡散板を構成するレンズの配列について説明する図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）において各小レンズとそのレンズ中心との様子について示す図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は、拡散板による光偏向の作用について説明するための図であり、（Ｃ）は、比較例の図である。
【図１２】（Ａ）及び（Ｂ）は、調光パネル面内のうち光軸付近での配光分布について示す図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、調光パネル面内のうち周辺側での配光分布について示す図である。
【図１３】（Ａ）は、画像パネル面上の点像強度分布を示す図であり、（Ｂ）は、調光パネル面内の中心からの光に対する画像パネル面上のボケ像の分布を示す図であり、（Ｃ）は、調光パネル面内の端からの光に対する画像パネル面上のボケ像の分布を示す図であり、（Ｄ）は、光源でのアークがずれた場合のボケ像の分布を示す図であり、（Ｅ）〜（Ｈ）は、（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ対応する比較例を示す図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）は、分布形状に関する原理について説明するための図である。
【図１５】（Ａ）は、変形例の拡散板の一例を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す拡散板を構成するレンズの配列について説明する図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す拡散板での点像強度分布を示す図であり、（Ｄ）は、（Ａ）に示す拡散板でのボケ像での光の分布を示す図である。
【図１６】（Ａ）は、別の変形例の拡散板の一例を示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ）に示す拡散板を構成するレンズの配列について説明する図であり、（Ｄ）は、（Ａ）に示す拡散板での点像強度分布を示す図であり、（Ｅ）は、（Ａ）に示す拡散板でのボケ像での光の分布を示す図である。
【図１７】（Ａ）は、ガウス散乱する拡散板の一例を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す拡散板での散乱分布を示す図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す拡散板での点像強度分布を示す図であり、（Ｄ）は、（Ａ）に示す拡散板でのボケ像での光の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態に係るプロジェクターについて、詳細に説明をする。
【００３２】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１００は、照明光を射出する照明光学系１０と、照明光を各色の色光に分離するとともに導光する色分離導光光学系２０と、照明光学系１０から射出され色分離導光光学系２０で分離された各色光を空間的に変調する変調光学系９０と、分離され変調された色光（変調光）を合成する合成光学系６０と、合成された合成光を投影する投写光学系７０と、プロジェクター制御部８０とを備える。これらのうち、特に、変調光学系９０は、第１の画素マトリクスを含む調光系３０と、第１の画素マトリクスから第２の画素マトリクスまでのリレーの役割を担うリレー光学系４０と、第２の画素マトリクスを含む画像表示系５０とを備える。なお、プロジェクター制御部８０は、各光学系の動作を制御する。また、プロジェクター１００の光学系全体についての光軸を光軸ＡＸとし、図１では、光軸ＡＸを含む面がＸＺ面に平行であるものとし、画像光の射出軸となる方向が＋Ｚ方向であるものとする。
【００３３】
照明光学系１０は、光源１０ａと、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する第１レンズアレイ（第１インテグレーターレンズ）１１と、第２レンズアレイ（第２インテグレーターレンズ）１２と、第２レンズアレイ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる偏光変換素子１３と、重畳レンズ１４とを備え、画像形成の必要に足る光量の照明光を射出する。なお、光源１０ａは、例えば超高圧水銀ランプであって、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光を含む光を射出する。光源１０ａは、超高圧水銀ランプ以外の放電光源であってもよいし、ＬＥＤやレーザーのような固体光源であってもよい。レンズアレイ１１，１２は、光源１０ａからの光線束を複数に分割・集光させ、偏光変換素子１３は、重畳レンズ１４及び後述のコンデンサレンズ２４ａ，２４ｂ、２５ｇ，２５ｒ，２５ｂと協働して、調光系３０を構成する調光ライトバルブの被照明領域上で重畳させるための照明光を形成する。
【００３４】
色分離導光光学系２０は、クロスダイクロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２２と、折曲ミラー２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅと、第１レンズ（コンデンサレンズ）２４ａ，２４ｂと、第２レンズ（コンデンサレンズ）２５ｇ，２５ｒ，２５ｂとを備える。ここで、クロスダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー２１ａと、第２ダイクロイックミラー２１ｂとを備える。第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂは互いに直交しており、それらの交差軸２１ｃはＹ方向に延びている。色分離導光光学系２０は、照明光学系１０からの照明光を緑赤青の３つの色光に分離するとともに各色光を導光する。
【００３５】
変調光学系９０は、分離された３つの色光にそれぞれ対応する複数の光変調装置で構成されている。特に、本実施形態では、変調光学系９０は、相対的に光路上流側に位置する調光系３０と、相対的に光路下流側に位置する画像表示系５０と、これらの間に配置されるリレー光学系４０とを有するものとなっている。
【００３６】
変調光学系９０のうち、調光系３０は、色分離導光光学系２０によって分離された３色（赤、緑、青）の色光にそれぞれ対応する３つの色光の強度をそれぞれ調整する非発光型の調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂを備える。各調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂは、第１の画素マトリクスを備える。具体的には、調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂは、第１の画素マトリクスの本体部分である透過型の液晶画素マトリクス（液晶パネル）と、第１の画素マトリクスの光入射側に設けられた入射側偏光板と、第１の画素マトリクスの光射出側に設けられた射出側偏光板とをそれぞれ備える。なお、入射側偏光板と射出側偏光板とはクロスニコル配置となっている。以下、各調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂの制御動作について簡単に説明する。まず、プロジェクター制御部８０により入力された画像信号から明るさ制御信号が決定される。次に、決定された明るさ制御信号により図示しない調光用ドライバーが制御される。制御された調光用ドライバーにより調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂが駆動され、３色（赤、緑、青）の色光の強度がそれぞれ調整される。ここで、例えば調光系３０の解像度は、横方向が２５０画素、縦方向が１４５画素である。
【００３７】
変調光学系９０のうち、リレー光学系４０は、調光系３０を構成する３つの調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂにそれぞれ対応して、３つの光学系４０ｇ，４０ｒ，４０ｂで構成される。例えば光学系４０ｇは、ダブルガウスレンズ４１ｇと、１対のメニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇと、光偏向部材ＯＣとしての位相板４４ｇとを有する。なお、詳細については後述するが、位相板４４ｇは、３次関数形状の面を含んでおり、通過する光の波面の位相を変化させることで、光の結像状態を調整するものとして機能する光透過性の板状部材であり、ダブルガウスレンズ４１ｇの中心位置に配置されている。結果的にダブルガウスレンズ４１ｇは、光偏向部材ＯＣとしての位相板４４ｇを光路上において挟むような配置となっている。１対のメニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇは、正のレンズであり、ダブルガウスレンズ４１ｇをそれぞれ光路上において挟むような配置となっており、各メニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇは、ダブルガウスレンズ４１ｇ側にそれぞれ凸であるように配置されている。すなわち、凸面がダブルガウスレンズ４１ｇ側に向かっている。なお、他の光学系４０ｒ，４０ｂについても、同様の構造を有するダブルガウスレンズ４１ｒ，４１ｂと、１対のメニスカスレンズ４２ｒ，４３ｒ，４２ｂ，４３ｂと、光偏向部材ＯＣとしての位相板４４ｒ，４４ｂとをそれぞれ有している。
【００３８】
変調光学系９０のうち、画像表示系５０は、リレー光学系４０を経た３色（赤、緑、青）の色光にそれぞれ対応する３つの入射した照明光である各色光の強度の空間分布を変調する非発光型の色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂを備える。各色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂは、透過型液晶画素マトリクスである第２の画素マトリクスをそれぞれ備える。具体的には、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂは、第２の画素マトリクスである液晶画素マトリクス（液晶パネル）と、第２の画素マトリクスの光入射側に設けられた入射側偏光板と、第２の画素マトリクスの光射出側に設けられた射出側偏光板とをそれぞれ備える。以下、各色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの制御動作について簡単に説明する。まず、プロジェクター制御部８０が、入力された画像信号から画像ライトバルブ制御信号に変換する。次に、変換された画像ライトバルブ制御信号により図示しないパネルドライバーが制御される。制御されたパネルドライバーにより駆動された３枚の色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂは、３色の色光をそれぞれ変調して、入力された画像情報（画像信号）に応じた画像を形成する。ここで、例えば画像表示系５０の解像度はフルＨＤである。
【００３９】
なお、以上の変調光学系９０は、３つの光変調装置９０ｇ，９０ｒ，９０ｂで構成されており、光変調装置９０ｇは、緑色光に対応して配置され、調光ライトバルブ３０ｇと、光学系４０ｇと、色変調ライトバルブ５０ｇとを有する。同様に、光変調装置９０ｒは、赤色光に対応して配置され、調光ライトバルブ３０ｒと、光学系４０ｒと、色変調ライトバルブ５０ｒとを有する。また、光変調装置９０ｂは、青色光に対応して配置され、調光ライトバルブ３０ｂと、光学系４０ｂと、色変調ライトバルブ５０ｂとを有する。このように３つの光変調装置９０ｇ，９０ｒ，９０ｂとして変調光学系９０を見た場合、１つの光変調装置（例えば光変調装置９０ｇ）は、光路に沿って、第１の画素マトリクスを有する調光ライトバルブ（調光ライトバルブ３０ｇ）、リレー光学系（光学系４０ｇ）、第２の画素マトリクスを有する色変調ライトバルブ（色変調ライトバルブ５０ｇ）の順で配置されていることになる。すなわち、対応関係にある調光ライトバルブと色変調ライトバルブとは、直列に配置されている。
【００４０】
合成光学系６０は、４つの直角プリズムを貼り合わせたクロスダイクロイックプリズムである。合成光学系６０は、画像表示系５０を構成する色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂで変調された各色の変調光を合成し、投写光学系７０に向けて射出する。
【００４１】
投写光学系７０は、光変調装置である色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂで変調され、さらに合成光学系６０された合成光をスクリーン等の被写体（不図示）に向けて投影する。
【００４２】
以下、画像光の形成の詳細について説明する。まず、照明光学系１０からの照明光としての照明光線束ＩＬが射出される。次に、色分離導光光学系２０において、クロスダイクロイックミラー２１のうち、第１ダイクロイックミラー２１ａは、照明光線束ＩＬに含まれる緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色を反射し、残りの青（Ｂ）色を透過させる。一方、クロスダイクロイックミラー２１のうち、第２ダイクロイックミラー２１ｂは、青（Ｂ）色を反射し、緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色を透過させる。ダイクロイックミラー２２は、入射した緑赤（ＧＲ）色のうちの緑（Ｇ）色を反射し、残りの赤（Ｒ）色を透過させる。色分離導光光学系２０によって照明光線束ＩＬから分離される各色光Ｇｐ，Ｒｐ，Ｂｐを、各色の光路ＯＰ１〜ＯＰ３に沿ってより詳細に説明すると、まず、照明光学系１０からの照明光線束ＩＬは、クロスダイクロイックミラー２１に入射し、分離される。照明光線束ＩＬの成分のうち、緑色光Ｇｐ（光路ＯＰ１）は、クロスダイクロイックミラー２１の第１ダイクロイックミラー２１ａで反射・分岐され、折曲ミラー２３ａを経て、ダイクロイックミラー２２でさらに反射されることで分岐され、調光系３０の３つの調光ライトバルブのうち緑色光Ｇｐに対応する調光ライトバルブ３０ｇに入射する。また、照明光線束ＩＬの成分のうち、赤色光Ｒｐ（光路ＯＰ２）は、クロスダイクロイックミラー２１の第１ダイクロイックミラー２１ａで反射・分岐され、折曲ミラー２３ａを経て、ダイクロイックミラー２２を通過することによって分岐され、調光系３０の３つの調光ライトバルブのうち赤色光Ｒｐに対応する調光ライトバルブ３０ｒに入射する。また、照明光線束ＩＬの成分のうち、青色光Ｂｐ（光路ＯＰ３）は、クロスダイクロイックミラー２１の第２ダイクロイックミラー２１ｂで反射・分岐され、折曲ミラー２３ｄを経て、調光系３０の３つの調光ライトバルブのうち青色光Ｂｐに対応する調光ライトバルブ３０ｂに入射する。調光系３０を構成する調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂは、既述のように、プロジェクター制御部８０の制御化で、３色（赤、緑、青）の色光Ｇｐ，Ｒｐ，Ｂｐの強度をそれぞれ調整する。なお、光路ＯＰ１〜ＯＰ３上に配された第１レンズ２４ａ，２４ｂと第２レンズ２５ｇ，２５ｒ，２５ｂとは、対応する調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｂ，３０ｒに入射する色光Ｇｐ，Ｒｐ，Ｂｐの角度状態を調整するためにそれぞれ設けられている。
【００４３】
調光系３０を経て輝度を調整された各色光Ｇｐ，Ｒｐ，Ｂｐは、各色に対応して配置されてリレー光学系４０を構成する光学系４０ｇ，４０ｒ，４０ｂをそれぞれ経て、画像表示系５０を構成する３つの色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂにそれぞれ入射する。すなわち、調光ライトバルブ３０ｇから射出された緑色光Ｇｐは、光学系４０ｇ及び折曲ミラー２３ｂを経て、色変調ライトバルブ５０ｇに入射する。調光ライトバルブ３０ｒから射出された赤色光Ｒｐは、光学系４０ｒ及び折曲ミラー２３ｃを経て、色変調ライトバルブ５０ｒに入射する。調光ライトバルブ３０ｂから射出された青色光Ｂｐは、光学系４０ｂ及び折曲ミラー２３ｅを経て、色変調ライトバルブ５０ｂに入射する。画像表示系５０を構成する色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂは、既述のように、プロジェクター制御部８０の制御化で３色の色光をそれぞれ変調して、各色の画像を形成する。各色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂで変調された各色の変調光は、合成光学系６０において合成され、投写光学系７０によって投影される。
【００４４】
なお、上記の場合、各色光の光路ＯＰ１〜ＯＰ３の長さは、互いに等しい、すなわち等光路長となっている。
【００４５】
以上のように、プロジェクター１００において、対応する第１の画素マトリクスと第２の画素マトリクスと（例えば調光ライトバルブ３０ｇの画素マトリクスと色変調ライトバルブ５０ｇの画素マトリクスと）は、略結像関係となるようにする必要がある。しかしながら、結像状態によっては、例えば各画素マトリクスを構成する境界（例えば、ブラックマトリクス）に起因してモアレが発生する可能性がある。本実施形態の場合、図２（Ａ）の入力画像に対して図２（Ｂ）に一例を示すように、第１の画素マトリクス（例えば調光ライトバルブ３０ｇの画素マトリクス）での明部と暗部との境界部がはっきりしたボケのない表示であるものとした場合に対して、光偏向部材ＯＣ（位相板４４ｇ）によって、図２（Ｃ）のように、第２の画素マトリクス（例えば色変調ライトバルブ５０ｇの画素マトリクス）での境界部を適切なぼかし具合とすることによって、モアレの抑制が可能となる。このぼかし具合は光偏向部材ＯＣによる光線の偏向特性を変えることによって調整することができる。なお、上記のような状態の照明がなされる第２の画素マトリクス（例えば色変調ライトバルブ５０ｇの画素マトリクス）を有する色変調ライトバルブへの入力画像は、図２（Ａ）に示す入力画像に基づいて例えば図２（Ｄ）のような状態となっている。すなわち、図２（Ｄ）の表示をしている色変調ライトバルブ５０ｇ等の第２の画素マトリクスに対して図２（Ｃ）に示す状態の照明が入る（すなわち図２（Ｃ）と図２（Ｄ）を掛け合わせる）ことで図２（Ｅ）に示すような投写画像が投影される。本実施形態では、位相板４４ｇ，４４ｒ，４４ｂによって色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの各第２の画素マトリクスでの各色光の光線束を適度な広がりのある状態にしている。ここで、例えば、デフォーカスによって完全には結像させず適度にぼけた状態を維持しようとすると、一般には、位置精度が厳しくなり、位置調整が困難なものとなる可能性がある。これに対して、本実施形態では、位相板４４ｇ，４４ｒ，４４ｂが、３次関数に基づく表面形状の面を光の通過面として有していることで、第１の画素マトリクスからの像を第２の画素マトリクスにおいて完全には結像させない状態となるようにしているので、位置精度についての許容性を高めるものとなっている。さらに、第１の画素マトリクスからの像を第２の画素マトリクスにおいて完全には結像させない状態となるように、位相板４４ｇ，４４ｒ，４４ｂの波面の位相を変化させる作用によってボケ像を形成しているので、ボケ像の光源側での配光分布による影響を抑制している。比較例として図２（Ｆ）に示すデフォーカスによるものの場合、入力画像にはない境界線が現れてしまう可能性がある。これに対して、本実施形態のプロジェクター１００による投写画像は、図２（Ｆ）に示すような現象が発生することを抑えた、均一な照度分布を有するものとなっている。
【００４６】
図３は、第１の画素マトリクスから第２の画素マトリクスまでの光路の一例（例えば光路ＯＰ１）について展開した図である。なお、ここでは、展開した状態での光の進行方向を＋Ｚ方向をとしてＸＹＺの各方向を示している。また、図３では、色分離により分岐された３つの光路のうちの一の光路（例えば光路ＯＰ１）における変調光学系９０である光変調装置（光路ＯＰ１の場合、光変調装置９０ｇ）を構成する調光系３０（調光ライトバルブ３０ｇ）、リレー光学系４０（光学系４０ｇ）、及び画像表示系５０（色変調ライトバルブ５０ｇ）に関して、特に、リレー光学系４０を構成する光学系４０ｇを中心として、照明光（緑色光Ｇｐ）の結像状態を示すものとなっている。なお、既述のように、本実施形態では、各色光の光路は互いに等光路長となっており、他の光路（例えば光路ＯＰ２，ＯＰ３）についても展開した図は、同様であるので図示及び説明を省略する。
【００４７】
光学系４０ｇは、既述のように、ダブルガウスレンズ４１ｇと、一対のメニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇと、位相板４４ｇとを有している。光学系４０ｇの各部について図３を参照してより具体的に説明すると、まず、ダブルガウスレンズ４１ｇは、光路の順に、第１レンズＬＬ１と、第１色消しレンズＡＬ１と、絞りＳＴと、第２色消しレンズＡＬ２と、第２レンズＬＬ２とを有して構成されている。なお、第１色消しレンズＡＬ１及び第２色消しレンズＡＬ２は、２枚のレンズをそれぞれ組み合わせた構成となっている。すなわち、第１色消しレンズＡＬ１は、レンズＡＬ１ａとレンズＡＬ１ｂとを貼り合せて構成され、第２色消しレンズＡＬ２は、レンズＡＬ２ａとレンズＡＬ２ｂとを貼り合せて構成されている。従って、第１色消しレンズＡＬ１及び第２色消しレンズＡＬ２は、表面及び裏面と貼り合せ面との合計３つのレンズ面をそれぞれ有していることになる。
【００４８】
また、一対のメニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇは、正の屈折力を有するレンズであり、同一の形状を有し、ダブルガウスレンズ４１ｇを挟むようにしてダブルガウスレンズ４１ｇを基準に対称に配置されており、特にダブルガウスレンズ４１ｇ側においてそれぞれ凸となるような配置となっている。すなわち、調光ライトバルブ３０ｇの後段に配置される第１メニスカスレンズであるメニスカスレンズ４２ｇは、光路下流側に向かって凸となっており、色変調ライトバルブ５０ｇの前段に配置される第２メニスカスレンズであるメニスカスレンズ４３ｇは、光路上流側に向かって凸となっている。
【００４９】
位相板４４ｇは、絞りＳＴの光路上の位置すなわち瞳位置に配置されている。位相板４４ｇは、平板状の光透過性部材であるが、より正確には、一方の表面が３次関数形状を有し、他方の面が平面を有するものとなっている（例えば図４（Ａ）参照。）。ここでは、３次関数形状の一例として、位相板４４ｇは、光軸ＡＸの方向（Ｚ方向）に直交するＸ方向（任意の一方向の一例）についての断面とＹ方向（一の方向と交差（直交）する他の方向）についての断面とにおいて、表面にあたる部分が３次関数に沿った形状となっているものとする。位相板４４ｇは、以上のような形状を有していることにより、通過する光線束に対して、波面の位相を変化させるような作用を示す。この際、特に、位相板４４ｇの表面が３次関数形状を有することで、光軸方向（Ｚ方向）に関して色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置の付近において光線束断面に適度な大きさ（広がり）をもたせ、かつ、結像位置の付近において光軸に沿った方向に関して光線束の状態の変化が少なくなるものとすることができる。
【００５０】
また、位相板４４ｇ及びダブルガウスレンズ４１ｇを含む光学系４０ｇは、ダブルガウスレンズ４１ｇの絞りＳＴの位置を基準として、光軸ＡＸに沿って略対称な等倍の光学系となっている。すなわち、光学系４０ｇは、絞りＳＴ及び位相板４４ｇの配置される面を対称面として対称な配置のレンズ構成となっている。さらに言い換えると、光学系４０ｇは、絞りＳＴを中心にして、光路上流側に配置される光学系と、光路下流側に配置される光学系とが、形状、材質、配置において、略同一のものが鏡合せのように配置された状態となっている。
【００５１】
光学系４０ｇのうち、絞りＳＴの光路上流側に配置されるメニスカスレンズ４２ｇは、レンズ面Ｌ１とレンズ面Ｌ２とを有し、第１レンズＬＬ１は、レンズ面Ｌ３とレンズ面Ｌ４とを有し、第１色消しレンズＡＬ１は、レンズ面Ｌ５とレンズ面Ｌ６とレンズ面Ｌ７とを有する。絞りＳＴの位置にある位相板４４ｇは、レンズ面Ｌ８とレンズ面Ｌ９とを有する。また、光学系４０ｇのうち、絞りＳＴの光路下流側に配置される第２色消しレンズＡＬ２は、レンズ面Ｌ１０とレンズ面Ｌ１１とレンズ面Ｌ１２とを有し、第２レンズＬＬ２は、レンズ面Ｌ１３とレンズ面Ｌ１４とを有し、メニスカスレンズ４３ｇは、レンズ面Ｌ１５とレンズ面Ｌ１６とを有する。
【００５２】
図示のように、調光ライトバルブ３０ｇから射出された緑色光Ｇｐは、上記の各レンズ面Ｌ１〜Ｌ１６を経て、色変調ライトバルブ５０ｇにおいて結像される。
【００５３】
図４（Ａ）は、本実施形態における色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置付近における光の集光の様子について概念的に示す図である。これに対して、図４（Ｂ）は、比較例の図であり、位相板４４ｇを有しない構成とした場合の色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置付近における光の集光の様子について概念的に示す図である。つまり、光軸上での集光度合いの通常の光学系を示す。ここで、図中において、基準位置ＰＸは、結像位置付近のうち最も集光度の高くなる位置すなわち光線束の断面が最も狭くなる位置（焦点位置）を示している。これに対して、第１位置ＰＸ１は、光軸ＡＸの方向について、基準位置ＰＸから距離ｄ１だけ光路上流側にシフトした位置を示し、第２位置ＰＸ２は、光軸ＡＸの方向について、基準位置ＰＸから距離ｄ２だけ光路下流側にシフトした位置を示している。また、各位置における光線束の断面形状を断面ＤＸ，ＤＸ１，ＤＸ２でそれぞれ示すものとする。なお、図示の例では、例えば図４（Ａ）では、各断面ＤＸ，ＤＸ１，ＤＸ２が三角形状となっているが、当該形状は、位相板４４ｇの形状等によって種々異なる。図４（Ａ）の場合、基準位置ＰＸにおいても完全には結像せず、断面ＤＸがある程度の広がり（大きさ）すなわちボケ量がある状態となっており、かつ、基準位置ＰＸから距離ｄ１，ｄ２離れた位置ＰＸ１，ＰＸ２においても、断面ＤＸ１，ＤＸ２がほとんど変化しないものとなっている。すなわち、光軸ＡＸの方向について、ｄ１＋ｄ２の幅に亘って略光線束断面が変化しない状態に維持されている。これに対して図４（Ｂ）に示す比較例の場合、基準位置ＰＸにおいては結像度が高く、断面ＤＸが非常に小さいすなわちボケ量がほとんどない状態となっている一方、基準位置ＰＸから距離ｄ１だけ離れた位置ＰＸ１や距離ｄ２だけ離れた位置ＰＸ２において、断面ＤＸ１や断面ＤＸ２が断面ＤＸに比べて大きくなっている。すなわち点像強度分布が焦点位置である基準位置ＰＸから光軸ＡＸの方向についてずれるにしたがって広がっていき、その変化が激しいことを意味している。図４（Ａ）に示すように、本実施形態の場合、光軸ＡＸの方向について焦点位置の近傍の貼る程度の範囲において、光束の集まり具合がほとんど変化しないものとなっている。すなわち、ボケ量が一定のまま保たれている。これにより、この範囲内に色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置を配置できれば当該ボケ量を加味してこれを補償するような画像処理が可能となり、所望の画像形成が行える。見方を変えると、本実施形態では、位相板４４ｇを挿入することで、光軸方向における焦点深度が深くなり、位置精度の緩和すなわち製造公差の緩和ができるものとなっている。
【００５４】
図５（Ａ）は、色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置における光線束の断面の様子を概念的に示す図であり、図５（Ｂ）は、比較例（図４（Ｂ）参照）すなわち位相板４４ｇがない場合での色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置における光線束の断面の様子とを概念的に示す図である。ここでは、説明の簡略化のため、光線束の断面形状を円形状で示し、断面のサイズを円の半径や直径で示すものとする。また、ここで、調光ライトバルブ３０ｇの液晶パネルを構成する画素の画素ピッチをＬとし、リレー光学系４０（光学系４０ｇ）の倍率をＭとし、位相板４４ｇの有無による色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置でのボケ量の差をｂとする。ボケ量の差ｂは、図５（Ａ）に示す光線束の断面ＤＤ１の半径と図５（Ｂ）に示す光線束の断面ＤＤ２の半径との差である。すなわち、断面ＤＤ１のサイズ（直径）を長さａとし、断面ＤＤ２のサイズ（直径）を長さｃとした場合に、
ａ＝２ｂ＋ｃすなわちｂ＝（ａ−ｃ）／２
となる。この場合に、画素ピッチＬと倍率Ｍとボケ量の差ｂとについて、
ＭＬ／２≦ｂ≦３ＭＬ
が満たされているものとする。この場合、位相板４４ｇがあることによって、色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置において、位相板４４ｇがない場合と比較して、上述したようなに光線束断面に大きさ（広がり）を必要かつ十分な程度にもたせた状態にすることができる。
【００５５】
なお、上記の位相板４４ｇを含む光学系４０ｇに関する事項は、リレー光学系４０を構成し位相板４４ｒ，４４ｂをそれぞれ含む他の光学系４０ｒ，４０ｂ（図１参照）についても同様のことが言える。この場合において、各光学系４０ｇ，４０ｒ，４０ｂを通過する色光の波長帯域等の特性に応じて、対応する光路上にそれぞれ配置される位相板４４ｇ，４４ｒ，４４ｂの形状等を互いに異なるものとしてもよい。この場合、例えば、各色光ごとに最適な調整を行うことができる。また、例えば各色光ごとの誤差を調整して最適な状態で光合成を行うようにすることも可能となる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係るプロジェクター１００では、リレー光学系４０（光学系４０ｇ，４０ｒ，４０ｂ）において、３次関数形状の表面を有する位相板４４ｇ，４４ｒ，４４ｂを有することで、通過する光線束に対して、波面の位相のみを変化させる作用を示し、これにより、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂでの結像位置において光線束断面が適度な大きさ（広がり）をもった状態になる、すなわち完全には結像していないボケのある状態となるように調整することができる。これにより、モアレを抑制して良好な画像を形成させることができる。
【００５７】
なお、上記の例では、調光系３０を構成する調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂの解像度は、画像表示系５０を構成する色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの解像度よりも低くなっているが、調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂの解像度と、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの解像度とは、１対１に対応するものとすることもできる。つまり、例えば調光系３０の調光ライトバルブ３０ｇの解像度と、画像表示系５０のうち調光ライトバルブ３０ｇに対応する色変調ライトバルブ５０ｇの解像度とは一致しているものとすることができる。また、上記の例では、階調数（例えば、２５６階調）についても、調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂと色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂとで同一であるものとするが、階調数を異ならせることもできる。上記のように、調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂの解像度と色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの解像度とに差があっても、位相板４４ｇ，４４ｒ，４４ｂにおいて適度なボケを発生させるように調整することで、輝度調整側での明部と暗部との境界に対応する箇所が画像投影の際に目立ないようにすることができる。
【００５８】
〔実施例〕
以下、本発明に係るプロジェクターのリレー光学系の実施例について説明する。各実施例で使用する記号を以下にまとめた。
Ｒ        ：レンズ面の曲率半径 
Ｄ        ：レンズ面間の距離 
Ｎｄ      ：光学材料のｄ線に対する屈折率
Ｖｄ      ：光学材料のｄ線に関するアッベ数
【００５９】
（実施例１）
実施例１のリレー光学系を構成する光学面のデータを以下の表１に示す。なお、図１及び図３は、実施例１のレンズを示すものともなっている。また、表１の上欄において、「面番号」は、像面側から順に各レンズ面等に付した番号である。なお、面番号の後に付したＬＰは、液晶パネルの位置を示し、ＰＰは、偏光板の位置を示し、Ｐは、位相板の位置（絞りの位置でもある）を示す。また、表１の下欄は、レンズ面Ｌ９すなわち位相板４４ｇ（４４ｒ，４４ｂ）の形状を特定するものである。表に示すように、ここでは、レンズ面Ｌ９が３次関数形状となっている。また、表１の右欄から明らかなように、ここでは、任意の一方向としてのＸ方向とこれに交差（直交）する他方向であるＹ方向とに関して同一の形状を有するものとなっている。
〔表１〕
面番号 面タイプ    曲率半径(R)  面間隔(D)   Nd      νd
1(LP) 球            ∞            2.3    1.51680  64.17
2     球            ∞            3.5        
3(PP) 球            ∞            0.7    1.51680  64.17
4     球            ∞           10        
5     球          -50            10      1.84666  23.8
6     球          -39.90464771   80        
7     球           88.4492419     7.5    1.83481  42.7
8     球         -172.26033       0.5        
9     球           38.48404623   18      1.74320  49.3
10     球          -88.8156908     5      1.74000  28.3
11     球           20.56405969    8.7        
12(P)  球            ∞            0.1    1.51680  64.17
13     XY多項式面    ∞            8.7        
14     球          -20.56917397    5      1.74000  28.3
15     球           89.5946754    18      1.74320  49.3
16     球          -38.48404623    0.5        
17     球          172.26033       7.5    1.83481  42.7
18     球          -88.4492419    80        
19     球           39.90464771   10      1.84666  23.8
20     球           50            10        
21(PP) 球            ∞            0.7    1.51680  64.17
22     球            ∞            3.5        
23(LP) 球            ∞            2.3    1.51680  64.17
24     球            ∞            0        
X,Y曲率半径       1.00E+18
正規化半径        0
コーニック定数    0
X                 0
Y                 0
X**2              0
X * Y             0
Y**2              0
X**3              1.00E-05
X**2 * Y          0
X Y**2            0
Y**3              1.00E-05
X**4              0
X**3 * Y          0
X**2 * Y**2       0
X * Y**3          0
Y**4              0
【００６０】
図６（Ａ）は、本実施例におけるリレー光学系（光学系４０ｇ）が作るスポットダイアグラムを示す。すなわち、図６（Ａ）は、集光度合いの変化を示すものである。横軸はデフォーカス量を示し、縦軸は像高を表し、光軸からの距離を示すものとなっている。なお、縦軸横軸ともに単位は、ｍｍである。また、横軸について中央（３番目）にあるものが、図４（Ａ）の基準位置ＰＸに相当する。また、縦軸について最下段が像高ゼロすなわち光軸上の位置に相当する。なお、図６（Ｂ）は、比較例すなわち位相板４４ｇを挿入してない構成とした場合におけるリレー光学系（光学系４０ｇ）が作るスポットダイアグラムを示す。図６を比較して分かるように、本実施例の場合、比較例よりも、スポットダイアグラムが、像高、デフォーカス量によらずほぼ均一の形をしている。すなわち位相板４４ｇを挿入することで、焦点深度が深くなり、画像パネルと調光パネルの光軸方向における位置精度の緩和ができていることがわかる。
【００６１】
（実施例２）
実施例２のリレー光学系を構成する光学面のデータを以下の表２に示す。なお、表２の上欄における各記号については、実施例１の場合と同様である。本実施例では、表２の下欄に示すように、レンズ面Ｌ９すなわち位相板４４ｇ（４４ｒ，４４ｂ）が４次関数形状となっている点において、実施例１と異なっている。また、実施例２では、位相板４４ｇ（４４ｒ，４４ｂ）が回転対称な形状となっている。
〔表２〕
面番号 面タイプ    曲率半径(R)  面間隔(D)   Nd      νd
1(LP) 球            ∞            2.3    1.51680  64.17
2     球            ∞            3.5        
3(PP) 球            ∞            0.7    1.51680  64.17
4     球            ∞           10        
5     球          -50            10      1.84666  23.8
6     球          -39.90464771   80        
7     球           88.4492419     7.5    1.83481  42.7
8     球         -172.26033       0.5        
9     球           38.48404623   18      1.74320  49.3
10     球          -88.8156908     5      1.74000  28.3
11     球           20.56405969    8.7        
12(P)  球            ∞            0.1    1.51680  64.17
13     非球面        ∞            8.7        
14     球          -20.56917397    5      1.74000  28.3
15     球           89.5946754    18      1.74320  49.3
16     球          -38.48404623    0.5        
17     球          172.26033       7.5    1.83481  42.7
18     球          -88.4492419    80        
19     球           39.90464771   10      1.84666  23.8
20     球           50            10        
21(PP) 球            ∞            0.7    1.51680  64.17
22     球            ∞            3.5        
23(LP) 球            ∞            2.3    1.51680  64.17
24     球            ∞            0        
X,Y曲率半径       1.00E+18
コーニック定数(K) 0
4次の係数(A)      1.00E-06
6次の係数(B)      0
8次の係数(C)      0
10次の係数(D)     0
12次の係数(E)     0
14次の係数(F)     0
16次の係数(G)     0
18次の係数(H)     0
20次の係数(J)     0
【００６２】
図７（Ａ）は、本実施例におけるリレー光学系（光学系４０ｇ）が作るスポットダイアグラムを示す。なお、図７（Ｂ）は、比較例すなわち位相板４４ｇを挿入してない構成とした場合におけるリレー光学系（光学系４０ｇ）が作るスポットダイアグラムを示す。図７を比較して分かるように、本実施例の場合においても、比較例よりも、スポットダイアグラムが、像高、デフォーカス量によらずほぼ均一の形をしている。すなわち位相板４４ｇを挿入することで、焦点深度が深くなり、画像パネルと調光パネルの光軸方向における位置精度の緩和ができていることがわかる。なお、本実施例の場合、スポットダイアグラムの形状すなわち光線束の断面が丸形状となっている。
【００６３】
〔第２実施形態〕
図８等を参照して、本発明の第２実施形態に係るプロジェクターについて、詳細に説明をする。なお、図８に示すプロジェクターは、第１実施形態に示すものに対して光偏向部材ＯＣの構造が異なること以外については、図１に示す場合と同様であるため、上記以外の部分については、説明を省略する。
【００６４】
図８に示すプロジェクター１００では、例えば光学系４０ｇは、ダブルガウスレンズ４１ｇのほか、１対のメニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇと、光偏向部材ＯＣとしての光拡散素子１４４ｇとを有する。なお、詳細については後述するが、光拡散素子１４４ｇは、光に拡散作用を及ぼすことで、光の結像状態を調整するものとして機能する光透過性の板状部材であり、ダブルガウスレンズ４１ｇの中心位置に配置されている。結果的にダブルガウスレンズ４１ｇは、光拡散素子１４４ｇを光路上において挟むような配置となっている。１対のメニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇは、正のレンズであり、ダブルガウスレンズ４１ｇをそれぞれ光路上において挟むような配置となっており、各メニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇは、ダブルガウスレンズ４１ｇ側にそれぞれ凸であるように配置されている。すなわち、凸面がダブルガウスレンズ４１ｇ側に向かっている。なお、他の光学系４０ｒ，４０ｂについても、同様の構造を有するダブルガウスレンズ４１ｒ，４１ｂと、１対のメニスカスレンズ４２ｒ，４３ｒ，４２ｂ，４３ｂと、光拡散素子１４４ｒ，１４４ｂとをそれぞれ有している。
【００６５】
ここで、例えば、色変調ライトバルブ５０ｇ等での結像状態については、完全には結像させず適度にぼけた状態を維持しようとすると、一般には、位置精度が厳しくなり、位置調整が困難なものとなる可能性がある。これに対して、本実施形態では、光拡散素子１４４ｇ，１４４ｒ，１４４ｂが、光拡散特性を有していることで、第１の画素マトリクスからの像を第２の画素マトリクスにおいて完全には結像させない状態となるようにするに際して、位置精度についての許容性を高めるものとなっている。
【００６６】
図９は、第１の画素マトリクスから第２の画素マトリクスまでの光路の一例（例えば光路ＯＰ１）について展開した図である。なお、ここでは、展開した状態での光の進行方向を＋Ｚ方向をとしてＸＹＺの各方向を示している。また、図９では、色分離により分岐された３つの光路のうちの一の光路（例えば光路ＯＰ１）における変調光学系９０である光変調装置（光路ＯＰ１の場合、光変調装置９０ｇ）を構成する調光系３０（調光ライトバルブ３０ｇ）、リレー光学系４０（光学系４０ｇ）、及び画像表示系５０（色変調ライトバルブ５０ｇ）に関して、特に、リレー光学系４０を構成する光学系４０ｇを中心として、照明光（緑色光Ｇｐ）の結像状態を示すものとなっている。なお、既述のように、本実施形態では、各色光の光路は互いに等光路長となっており、他の光路（例えば光路ＯＰ２，ＯＰ３）についても展開した図は、同様であるので図示及び説明を省略する。
【００６７】
光学系４０ｇは、既述のように、ダブルガウスレンズ４１ｇと、光拡散素子１４４ｇとを有している。また、ここでは、光学系４０ｇは、上記のほか、一対の第１及び第２レンズ群ＬＳ１，ＬＳ２を有する。
【００６８】
光学系４０ｇの各部について図９を参照してより具体的に説明すると、まず、ダブルガウスレンズ４１ｇは、光路の順に、第１レンズＬＬ１と、第１色消しレンズＡＬ１と、絞りＳＴと、第２色消しレンズＡＬ２と、第２レンズＬＬ２とを有して構成されている。なお、第１色消しレンズＡＬ１及び第２色消しレンズＡＬ２は、２枚のレンズをそれぞれ組み合わせた構成となっている。すなわち、第１色消しレンズＡＬ１は、レンズＡＬ１ａとレンズＡＬ１ｂとを貼り合せて構成され、第２色消しレンズＡＬ２は、レンズＡＬ２ａとレンズＡＬ２ｂとを貼り合せて構成されている。従って、第１色消しレンズＡＬ１及び第２色消しレンズＡＬ２は、表面及び裏面と貼り合せ面との合計３つのレンズ面をそれぞれ有していることになる。
【００６９】
また、一対の第１及び第２レンズ群ＬＳ１，ＬＳ２は、全体として正の屈折力を有するレンズであり、同一の形状を有し、ダブルガウスレンズ４１ｇを挟むようにしてダブルガウスレンズ４１ｇを基準に対称に配置されている。第１レンズ群ＬＳ１は、凸レンズＬＳ１ａとメニスカスレンズＬＳ１ｂとで構成されており、第２レンズ群ＬＳ２も同様に、凸レンズＬＳ２ａとメニスカスレンズＬＳ２ｂとで構成されている。なお、一対のレンズ群ＬＳ１，ＬＳ２は、一対のメニスカスレンズとして機能するものと捉えることもでき、特に、メニスカスレンズとしてみた場合、ダブルガウスレンズ４１ｇ側においてそれぞれ凸となるような配置となっている。すなわち、調光ライトバルブ３０ｇの後段に配置される第１メニスカスレンズである第１レンズ群ＬＳ１は、光路下流側に向かって凸となっており、色変調ライトバルブ５０ｇの前段に配置される第２メニスカスレンズである第２レンズ群ＬＳ２は、光路上流側に向かって凸となっている。以上のように、１対のレンズ群ＬＳ１，ＬＳ２、あるいは、その要素は、１対のメニスカスレンズ４２ｇ，４３ｇとして機能している。
【００７０】
光拡散素子１４４ｇは、絞りＳＴの光路上の位置すなわち瞳位置に配置されている。光拡散素子１４４ｇは、平板状の光透過性部材であるが、より具体的には、２つの異なる光透過性を有する材料を貼り合わせたものであり、これらの貼合せ面である内面が曲面形状であり、表面及び裏面である外面が平面形状となっている（図１０（Ａ）参照。）。
【００７１】
以下、図１０を参照して光拡散素子１４４ｇの形状および構造についてより具体的に説明する。まず、図１０（Ａ）に示すように、光拡散素子１４４ｇは、互いに異なる樹脂材料で形成される第１基材ＰＡ１と、第２基材ＰＡ２とを貼り合わせて外観上平板形状の部材となっている。より具体的には、第１基材ＰＡ１は、例えばガラス材料で形成され、図示のように、一方の面に複数のレンズを配列した構造すなわちマルチレンズアレイ構造を形成し、他方の面が平面形状となっている。一方、第２基材ＰＡ２は、例えばアクリル樹脂等の樹脂材料で形成され、図示のように、第１基材ＰＡ１の形状に合わせてマルチレンズアレイ構造の部分を埋めるように形成されている。結果として光拡散素子１４４ｇ全体としては、内面に曲面上の貼合せ面ＰＳを有して、外面を形成する表面ＳＦ１と裏面ＳＦ２とが平面である平板形状となっている。なお、表面ＳＦ１及び裏面ＳＦ２には、反射防止用のＡＲコートが施されるものとしてもよい。第１基材ＰＡ１と第２基材ＰＡ２との屈折率差を利用して例えば拡散の度合いを小さくした状態とすることで、色変調ライトバルブ５０ｇの面内おいて所望の拡散状態とするようにできる。
【００７２】
ここで、上記光拡散素子１４４ｇでは、マルチレンズアレイの配列の一例として、図１０（Ｂ）及び１０（Ｃ）に示すように、単純四方配列となっているものとする。すなわち、図１０（Ｂ）及び１０（Ｃ）に示すように、マルチレンズアレイを構成する各小レンズＳＳのレンズ中心ＣＬについて、レンズ中心間の距離ｄｄ１が縦横方向ともに等しく（例えばｄｄ１＝１ｍｍ）一定の間隔となっており、一辺の長さＬＰが１ｍｍの平面視正方形状の小レンズＳＳが格子状に配列された形状となっているものとする。なお、各小レンズＳＳのレンズ半径は、例えば８ｍｍとなっているものとする。光拡散素子１４４ｇは、以上のような構造を有していることにより、通過する光線束に対して、光を分割（拡散）させる作用を示す。これにより、光軸方向（Ｚ方向）に関して色変調ライトバルブ５０ｇの結像位置の付近において光線束断面に適度な大きさ（広がり）をもたせ、かつ、広がりを持たせた光の照度分布の均一性を照明光側の配光分布によらずに均一（一様）なものとすることができる。
【００７３】
図９に戻って、光拡散素子１４４ｇ及びダブルガウスレンズ４１ｇを含む光学系４０ｇは、ダブルガウスレンズ４１ｇの絞りＳＴの位置を基準として、光軸ＡＸに沿って略対称な等倍の光学系となっている。すなわち、光学系４０ｇは、絞りＳＴ及び光拡散素子１４４ｇの配置される面を対称面として対称な配置のレンズ構成となっている。さらに言い換えると、光学系４０ｇは、絞りＳＴを中心にして、光路上流側に配置される光学系と、光路下流側に配置される光学系とが、形状、材質、配置において、略同一のものが鏡合せのように配置された状態となっている。
【００７４】
光学系４０ｇのうち、絞りＳＴの光路上流側に配置される第１レンズ群ＬＳ１は、レンズ面Ｌ１とレンズ面Ｌ２とレンズ面Ｌ３とレンズ面Ｌ４とを有し、第１レンズＬＬ１は、レンズ面Ｌ５とレンズ面Ｌ６とを有し、第１色消しレンズＡＬ１は、レンズ面Ｌ７とレンズ面Ｌ８とレンズ面Ｌ９とを有する。絞りＳＴの位置にある光拡散素子１４４ｇは、レンズ面Ｌ１０とレンズ面Ｌ１１とを有する。また、光学系４０ｇのうち、絞りＳＴの光路下流側に配置される第２色消しレンズＡＬ２は、レンズ面Ｌ１２とレンズ面Ｌ１３とレンズ面Ｌ１４とを有し、第２レンズＬＬ２は、レンズ面Ｌ１５とレンズ面Ｌ１６とを有し、第２レンズ群ＬＳ２は、レンズ面Ｌ１７とレンズ面Ｌ１８とレンズ面Ｌ１９とレンズ面Ｌ２０とを有する。
【００７５】
図示のように、調光ライトバルブ３０ｇから射出された緑色光Ｇｐは、上記の各レンズ面Ｌ１〜Ｌ１６を経て、色変調ライトバルブ５０ｇにおいて結像される。
【００７６】
以下、図１１等を参照して、上記光拡散素子１４４ｇにより通過する光を分割（拡散）させる作用によって、照明光側の配光分布に依存しない（または影響を抑制される）ものとなることの原理について説明する。なお、図１１の各図は、光路を概念的に示しており、例えば両方向で示すレンズ群ＡＡ１、ＡＡ２については、レンズ群ＡＡ１が絞りＳＴよりも光源側（前段側）のレンズ群を示し、レンズ群ＡＡ２が絞りＳＴよりもスクリーン側（後段側）のレンズ群を示している。まず、図１１（Ａ）に概念的に示すように、仮に、絞りＳＴの位置（瞳位置）に図中２枚（面全体としては例えば４枚）のレンズＬＸ（ここでは凹レンズ）を配置した場合、瞳面上でレンズＬＸが通過する光を屈折させ、色変調ライトバルブ５０ｇの画像パネル面ＰＦ上に照射させている。この際、図示のように、照明側である調光ライトバルブ３０側の調光パネル面ＡＦ上の中心の１点から射出される光の成分のうち実線で示す図中上側を通過する成分ＩＬ１と破線で示す図中下側を通過する成分ＩＬ２とが、各レンズＬＸでの作用により、混ざり合った状態で画像パネル面ＰＦ上に照射されるものとなる。これは、調光パネル面ＡＦからの光について、例えば成分ＩＬ１の光が相対的に弱く、成分ＩＬ１の光が相対的に強いといった配光分布に偏りの影響があるものとなっている場合であっても、これらの強弱が画像パネル面ＰＦ上において混ざり合い平均化（均一化）されることを意味している。
【００７７】
さらに、図１１（Ｂ）に示すように、ＳＴの位置（瞳位置）に配置するレンズＬＸの枚数を増やした場合、調光パネル面ＡＦ上の中心の１点から射出される光の成分は、さらに細かく分割されて混ざり合った状態で画像パネル面ＰＦ上に照射されるものとなる。以上のことから、本実施形態の場合のように、ＳＴの位置（瞳位置）に拡散作用を示す光拡散素子１４４ｇを挿入することで、調光パネル面ＡＦの各点から射出された光が光拡散素子１４４ｇにおいてそれぞれ細かく分割（拡散）されて適度に混ざり合った状態で照度の均一化されたボケ像を画像パネル面ＰＦに形成させるものとなる。したがって、射出側である調光ライトバルブ３０ｇ側さらには、光源側において、配光分布に偏りがあるような場合であっても、光拡散素子１４４ｇでの作用によって、色変調ライトバルブ５０ｇの画像パネル面ＰＦ上においては、その配光分布の影響を生じさせないようにするあるいは低減することが可能になる。なお、図１１（Ｃ）に比較例として示すように、仮に、上記のような拡散作用を示す部材を瞳位置に設置しない場合には、実線で示す図中上側を通過する成分ＩＬ１と破線で示す図中下側を通過する成分ＩＬ２とが、混ざり合うことなく画像パネル面ＰＦ上に照射されるものとなる。この場合、図示のように、光軸方向（Ｚ方向）に関して画像パネル面ＰＦの位置を結像位置ＩＦから光軸方向についてずらしてデフォーカスを行うことでボケ像を形成させるものとしても、ボケ像において成分ＩＬ１と成分ＩＬ２との強度さがそのまま影響することになってしまう。本実施形態では、かかる事態を回避することが可能となっている。
【００７８】
なお、図１２（Ａ）〜１２（Ｄ）に例示するように、例えば光源光から調光ライトバルブ３０ｇへの照明において、調光パネル面ＡＦの面内において、光軸付近と周辺側とで配光分布が異なることで、調光パネル面ＡＦから画像パネル面ＰＦへ向けて射出される光の成分において配光分布に偏りが生じるものとなる。
【００７９】
以下、図１３等を参照して、本実施形態における画像パネル面上の照度分布に関して説明する。まず、図１３（Ａ）〜１３（Ｄ）は、例えば図１３（Ａ）は、色変調ライトバルブ５０ｇの画像パネル面ＰＦ上の点像強度分布を示す図であり、左側が照度分布を示し、右側は、分布をグラフ化したものである。なお、図１３に関しては、他図も同様であり、左側に示す照度分布を右側においてグラフ化して示している。本実施形態では、既述のように、光拡散素子１４４ｇでの作用によって、画像パネル面ＰＦに対する点光源からの強度分布を示す点像強度分布は図示のように一様な広がりを持った状態となる。なお、図１０に示したようにここでは単純四方配列となっているため、点像強度分布の形状は正方形となる。また、図１３（Ｂ）に示すように、調光パネル面ＡＦ内の中心にある１画素からの光に対する画像パネル面上のボケ像の分布は、いわば図１３（Ａ）の状態を足し合わせたような形状となる。同様に、図１３（Ｃ）に示すように、調光パネル面ＡＦ内の端（周辺側）にある１画素からの光に対する画像パネル面上のボケ像の分布も、図１３（Ｂ）に示す場合とほぼ変わらない状態となる。これは、図１３（Ｂ）や図１３（Ｃ）に例示する場合以外の他の位置においても同様である。つまり、画像パネル面ＰＦ上の位置によって分布形状が変化しないものとなっている。なお、図１３（Ｂ）の場合と１３（Ｃ）の場合とのように位置によって差が生じないことに関しては、図１４を参照して後述する。
【００８０】
さらに、図１３（Ｄ）に示すように、本実施形態の場合、例えば製造公差やランプの使用経過に伴う劣化等により光源でアーク位置がずれた場合であっても、分布形状が変化しないものとなっている。
【００８１】
以下、図１３（Ｅ）〜１３（Ｈ）に示す比較例について説明する。図１３（Ｅ）〜１３（Ｈ）は、本実施形態のような光拡散素子１４４ｇを設けず、光軸方向（Ｚ方向）に位置をずらしてデフォーカスを行うことで調整を図った場合について示す図であり、図１３（Ａ）〜１３（Ｄ）にそれぞれ対応するものである。例えば、図１３（Ｅ）は、画像パネル面上の点像強度分布を示す図である。この場合、光拡散素子による拡散作用がないことになるので、点像強度分布の形状は、本実施形態の図１３（Ａ）に示すグラフのようなトップハット形状とならず、マルチレンズからの配光分布の形状となる。また、図１３（Ｆ）に示す画像パネル面のうち中心にある１画素のボケ像の分布では、ボケ像内にスジが入っていることがわかる。これは、図１３（Ｆ）のボケ像の分布形状は、図１３（Ｅ）に示す点像強度分布を調光画素の画素ピッチ分畳み込みした形状となるが、そもそも図１３（Ｅ）の点像強度分布が図示のように離散的であることに起因する。さらに、図１３（Ｇ）に示す画像パネル面のうち端にある１画素のボケ像の分布では、図１３（Ｆ）に示す中心画素がつくる照度分布と比較すると、分布の形状が変わっていることがわかる。これは、光軸方向（Ｚ方向）に位置をずらしてデフォーカスを行った場合には、パネルの中心側と端側とで配光分布が異なるためである。以上に対して、本実施形態では、各点像強度分布が一様なものとなっており、かつ、画像パネル面ＰＦ上の位置によって分布形状が変化しないものとなっている。また、例えば、図１３（Ｈ）に示すように、光軸方向（Ｚ方向）に位置をずらしてデフォーカスを行ってぼけ像を作る場合において、アーク位置のずれが大きいと、画像パネル上のぼけ像の分布が大きくずれて分布形状が変わってしまう。これは、上記した光源側での配光分布に偏りが、アーク位置のずれに伴って発生することに起因する。なお、図１３（Ｈ）のようにアーク位置のずれが大きい場合に、図２（Ｆ）に示した入力画像にはない境界線が現れてしまう現象が生じる。本実施形態では、既述のように光源側での配光分布に偏りが発生しても画像パネル上のぼけ像の形成に際して影響を及ぼさないような構成となっているため、図１３（Ｄ）に示すようにアーク位置がずれた場合であっても、分布形状が変化しないものとなる。
【００８２】
以下、図１４を参照して、収差の発生に関して説明することで、図１３（Ｂ）の場合と１３（Ｃ）の場合とで分布形状に差が生じない、すなわち分布形状が位置によらないものとなることについて説明する。まず、図１４（Ａ）は、収差がよく補正された状態のモデルを概念的に示すものである。図中の成分ＬＢ１は、調光パネル面ＡＦの中心から射出される光線束の成分を示し、成分ＬＢ２は、周辺側からの射出される成分を示す。すなわち、成分ＬＢ１は像高ゼロの位置のものに相当し、成分ＬＢ２は像高が大きい位置のものに相当する。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の条件下で絞りＳＴの位置（瞳位置）において収差を発生させるような要因がある場合を例示している。ここでは、わかりやすく説明するため、図中絞りＳＴの端の部分ＴＰにおいて光が曲げられるような成分ＰＱがある場合を設定する。この場合、絞りＳＴの位置（瞳位置）においては、成分ＬＢ１や成分ＬＢ２を含む全ての光のマージナル光が交差するように通過するため、成分ＬＢ１であっても成分ＬＢ２であっても同様に光が曲げられるような作用を受け、同様の収差が発生することになる。すなわち、全ての像高に対して同程度に収差の影響が及ぶ。このために、図１３（Ｂ）の場合と１３（Ｃ）の場合とを比較したときに限らず全ての画像パネル上の位置において、分布形状に差が生じないものとなる。
【００８３】
以上のように、本実施形態に係るプロジェクター１００では、リレー光学系４０（光学系４０ｇ，４０ｒ，４０ｂ）において、拡散作用を示す光偏向部材ＯＣとしての光拡散素子１４４ｇ，１４４ｒ，１４４ｂを有することで、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂでの結像位置において光線束断面が適度な大きさ（広がり）をもった状態になる、すなわち完全には結像していないボケのある状態となるように調整することができる。これにより、モアレを抑制して良好な画像を形成させることができる。
【００８４】
以下、図１５を参照して、本実施形態の一変形例について説明する。本変形例では、光拡散素子１４４ｇ等として、図１５（Ａ）及び１５（Ｂ）に示すように、図１０（Ａ）の場合と同様に、複数のレンズを配列したマルチレンズアレイ構造の光拡散素子を種類の異なる第１基材ＰＡ１と第２基材ＰＡ２とで構成しているが、図１０の場合と異なり、六方配列となっている。なお、各小レンズＳＳのレンズ中心ＣＬについて、レンズ中心間の距離ｄｄ１や各小レンズＳＳの曲率半径については、図１０の場合と同様とする。この場合、図１５（Ｃ）に示すように点像強度分布の形状は正六角形となる。なお、図１５（Ｄ）に示すように、ボケ像の分布形状は、図１５（Ｃ）を重畳した形状となることで、円形に近いものとなる。これにより、光拡散素子１４４ｇの光軸方向の回転誤差の影響を低減することができる。
【００８５】
以下、図１６を参照して、本実施形態の別の一変形例について説明する。本変形例では、光拡散素子１４４ｇ等として、図１６（Ａ）に示すように、図１０（Ａ）等の場合と同様に、複数のレンズを配列したマルチレンズアレイ構造の光拡散素子を種類の異なる第１基材ＰＡ１と第２基材ＰＡ２とで構成しているが、図４の場合と異なり、図１６（Ｂ）及び１６（Ｃ）に示すようにランダム性を持たせている。すなわち、図１６（Ｂ）においてレンズ中心ＣＬについて示す六方配列の状態から図１６（Ｃ）に示すようなランダム性を持たせた状態にしたものによってマルチレンズアレイ構造を形成する。この場合、図１６（Ｄ）に示すように点像強度分布の形状は正六角形を変形したような形状となる。なお、図１６（Ｅ）に示すように、ボケ像の分布形状は、図１６（Ｄ）を重畳した形状となることで、円形に近いものとなる。これにより、光拡散素子１４４ｇの光軸方向の回転誤差の影響を低減することができる。
【００８６】
以下、図１７を参照して、本実施形態のさらに別の一変形例について説明する。本変形例では、光拡散素子１４４ｇ等として、図１７（Ａ）及び１７（Ｂ）に示すように、光拡散素子１４４ｇがガウス散乱を生じる拡散板であるものとする。すなわち、光拡散素子１４４ｇは、図１７（Ａ）に示すように、入射する照明光線束ＩＬを、図１７（Ｂ）のグラフに示すガウス曲線の強度分布に従った散乱すなわちガウス拡散した拡散光ＤＬとして射出するものとなっている。ここでは、一例として、半値全幅ＨＨが０．３とする。この場合、図１７（Ｃ）に示すように点像強度分布の形状は円形に近いものとなるので、図１７（Ｄ）に示すように、ボケ像の分布形状も、円形に近いものとなる。
【００８７】
〔その他〕
この発明は、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で実施することが可能である。
【００８８】
各調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂや、各色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂは、透過型であるものとしているが、ＴＮ方式やＶＡ方式、ＩＰＳ方式といった種々のタイプの液晶パネルを適用できる。また、透過型に限らず、反射型とすることもできる。ここで、「透過型」とは、液晶パネルが変調光を透過させるタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶パネルが変調光を反射するタイプであることを意味している。
【００８９】
また、上記では、調光系３０を構成する３つの調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂと、画像表示系５０を構成する３つの色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂとを有し、合せて６つのライトバルブを用いるものとしているが、これ以外の構成も可能である。例えば調光系３０として１つの調光ライトバルブを色分離導光光学系２０の前段に配置する構成とすることも可能である。また、調光系３０として１つの調光ライトバルブを合成光学系６０の後段に配置する構成とすることも可能である。
【００９０】
また、上記では、リレー光学系がダブルガウスレンズ及び一対の正のパワーを有するメニスカスレンズを有するものとしているが、これらを必須の構成とせず、例えばメニスカスレンズがない構成や、ダブルガウスレンズ及びメニスカスレンズがない構成とすることも可能である。
【００９１】
また、上記では、複数の色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂで形成された各色の画像を合成しているが、複数の色変調ライトバルブすなわち色変調素子に代えて単一の光変調素子（色変調素子）であるカラー又はモノクロの色変調ライトバルブで形成された画像を投写光学系７０で拡大投写することもできる。なお、この場合、調光ライトバルブも単一の光変調素子（輝度変調素子）となり、色変調ライトバルブの前段又は後段に配置できる。
【００９２】
また、上記実施形態では、分離された各色光の光路が等光路長となっているが、等光路でない構成とすることも可能である。
【００９３】
また、上記では、瞳位置において位相板とともに絞りを配置しているが、絞りを有しない構成とすることも可能である。また、例えば位相板と絞りとを一体化した構成等とすることも可能である。
【００９４】
色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂに代えて、マイクロミラーを画素とするデジタル・マイクロミラー・デバイス等を、光変調素子として用いることもできる。
【符号の説明】
【００９５】
１０…照明光学系  、１０ａ…光源  、１１，１２…レンズアレイ  、１３…偏光変換素子  、１４…重畳レンズ  、２０…色分離導光光学系  、２１…クロスダイクロイックミラー  、２１ａ，２１ｂ…ダイクロイックミラー  、２１ｃ…交差軸  、２２…ダイクロイックミラー  、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ…折曲ミラー  、２４ａ，２４ｂ…レンズ（コンデンサレンズ）  、２５ｇ，２５ｒ，２５ｂ…レンズ（コンデンサレンズ）  、３０…調光系  、３０ｇ，３０ｂ，３０ｒ…調光ライトバルブ  、４０…リレー光学系  、４０ｇ，４０ｒ，４０ｂ…光学系  、４１ｇ，４１ｒ，４１ｂ…ダブルガウスレンズ  、４２ｇ，４３ｇ，４２ｒ，４３ｒ，４２ｂ，４３ｂ…メニスカスレンズ  、４４ｇ，４４ｒ，４４ｂ…位相板  、５０…画像表示系  、５０ｇ，５０ｒ，５０ｂ…色変調ライトバルブ  、６０…合成光学系  、７０…投写光学系  、８０…プロジェクター制御部  、９０…変調光学系  、９０ｇ，９０ｒ，９０ｂ…光変調装置  、１００…プロジェクター  、ＡＬ１…レンズ  、ＡＬ１ａ…レンズ  、ＡＬ１ｂ…レンズ  、ＡＬ２…レンズ  、ＡＬ２ａ…レンズ  、ＡＬ２ｂ…レンズ  、ＡＸ…光軸  、ｂ…差  、ｄ１，ｄ２…距離  、ＤＤ１…断面  、ＤＤ２…断面  、ＤＸ，ＤＸ１，ＤＸ２…断面  、Ｇｐ，Ｒｐ，Ｂｐ…色光  、ＩＬ…照明光線束  、Ｌ…画素ピッチ  、Ｌ１-Ｌ２０…レンズ面  、ＬＬ１…レンズ  、ＬＬ２…レンズ  、Ｍ…倍率  、ＯＰ１-ＯＰ３…光路  、ＰＸ…基準位置  、ＰＸ１，ＰＸ２…位置  、ＯＣ…光偏向部材  、１４４ｇ，１４４ｒ，１４４ｂ…光拡散素子  、ＡＦ…調光パネル面  、ＣＬ…レンズ中心  、ＤＬ…拡散光  、ＬＸ…レンズ  、ＰＡ１…第１基材  、ＰＡ２…第２基材  、ＰＦ…画像パネル面  、ＳＳ…小レンズ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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