(57)【要約】  【課題】  投射型映像表示技術において、偏光分離手段に起因する非点収差を補正し、投射映像の解像度を確保可能な技術を提供する。  【解決手段】  偏光分離手段としてワイヤグリッド型偏光分離素子など平板状構成のものを用い、該偏光分離手段と投射レンズユニットとの間に、シリンドリカルレンズ等の非点収差補正手段を設ける。【選択図】  図１０
2005189635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
平面を入射光軸に対し約４５°傾けて配され、上記ライトバルブで変調され上記光学像を形成した光を、透過または反射により偏光分離する平板状の偏光分離手段と、
上記偏光分離光による光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記偏光分離手段と上記投射レンズユニットとの間に配され、上記偏光分離手段による光学像の非点収差を補正する非点収差補正手段と、
上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備え、上記非点収差を補正した映像を表示可能とした構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
光源側からの光を映像表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
光源側からの光の偏光方向を揃えＰ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光変換された偏光光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に分離する分離手段と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調する反射型ライトバルブと、
平面を入射光軸に対し約４５°傾けて配され、上記分離手段で分離された上記各色光の偏光光を反射して上記反射型ライトバルブに照射するとともに、該反射型ライトバルブで変調され上記光学像を形成した反射光を、透過または反射により偏光分離する平板状の偏光分離手段と、
上記偏光分離された各色光の偏光光による光学像の非点収差を補正する非点収差補正手段と、
上記非点収差補正された各色光の偏光光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記反射型ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備え、上記偏光分離手段に起因する非点収差を補正した映像を表示可能とした構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項３】
上記非点収差補正手段は、レンズで構成され、上記偏光分離手段が上記投射レンズユニットに近い側では遠い側よりも該レンズ厚が薄くされた構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項４】
上記非点収差補正手段は、シリンドリカルレンズで構成され、該レンズの光軸が、上記偏光分離手段が上記投射レンズユニットから遠くされた側に偏心した構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項５】
上記非点収差補正手段は、倍率色収差補正用の凸レンズと一体で保持される請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項６】
光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
平面を入射光軸に対し約４５°傾けて配され、上記ライトバルブで変調され上記光学像を形成した光を、透過または反射により偏光分離する平板状の偏光分離手段と、
上記偏光分離光による光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記偏光分離手段と上記投射レンズユニットとの間に配され、上記偏光分離手段による光学像の非点収差を補正する非点収差補正手段と、
を備え、上記非点収差を補正した光学像を投射可能とした構成を特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
光源側からの光を映像表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
光源側からの光の偏光方向を揃えＰ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光変換された偏光光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に分離する分離手段と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調する反射型ライトバルブと、
平面を入射光軸に対し約４５°傾けて配され、上記分離手段で分離された上記各色光の偏光光を反射して上記反射型ライトバルブに照射するとともに、該反射型ライトバルブで変調され上記光学像を形成した反射光を、透過または反射により偏光分離する平板状の偏光分離手段と、
上記偏光分離された各色光の偏光光による光学像の非点収差を補正する非点収差補正手段と、
上記非点収差補正された各色光の偏光光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備え、非点収差を補正した光学像を投射可能とした構成を特徴とする光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源側からの光を液晶パネル等のライトバルブに照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置の非点収差補正技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術のうち、偏光分離技術としては、例えば、特開２００１−５６４４９号公報（特許文献１）や特開平１０−５５０３７号公報（特許文献２）に記載されたものがあり、また、非点収差補正技術としては、例えば、特開平５−３１３１１９号公報（特許文献３）、特開平９−１１４０２１号公報（特許文献４）及び特開２０００−１１１８６２号公報（特許文献５）に記載されたものがある。
【０００３】
特開２００１−５６４４９号公報や特開平１０−５５０３７号公報には、赤色（Ｒ）・緑色（Ｇ）・青色（Ｂ）光用の反射型ライトバルブと偏光分離手段が３組配置され、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光はクロスダイクロイックプリズムで色合成される構成が記載されている。偏光分離手段としては、例えば２つの直角プリズムの界面に誘電体多層膜である偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：以下、ＰＢＳと略す）が形成されたＰＢＳプリズムや、透光性基板上にワイヤグリッド構造の回折格子が形成されたワイヤグリッド型偏光分離素子等がある。
【０００４】
特開平５−３１３１１９号公報には、色合成を行う平板状ダイクロイックミラーを透過する際に生ずる非点収差を補正するために、ダイクロイックミラーを楔状にする技術が記載され、特開平９−１１４０２１号公報には、ダイクロイックミラーにより発生する非点収差を補正するために、液晶パネルの出射側に非点収差補正機能を有するフィールドレンズを配した構成が記載され、また、特開２０００−１１１８６２号公報には、パネル前面に配され偏光子・検光子として作用する各色光用の平板状ダイクロイックミラーで発生する非点収差を補正するために、該ダイクロイックミラーの厚さや傾きを設定することで対応するとした技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５６４４９号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平１０−５５０３７号公報
【特許文献３】特開平５−３１３１１９号公報
【特許文献４】特開平９−１１４０２１号公報
【特許文献５】特開２０００−１１１８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のＰＢＳプリズムは垂直（偏光分離面に対しては４５°入射）に入射した光線に対する偏光分離作用には優れている、すなわち、消光比が大きい。しかしながら、照明光学系のＦ値をＦ３とすると、テレセントリック化を図っても、ｔａｎ−１１／２Ｆ＝ｔａｎ−１１／６＝９．５°の光線が存在することになる。このため、偏光分離膜は、このような角度の光線に対する消光比が悪いため、装置のコントラスト性能が劣化する。
これに対して、ワイヤグリッド型偏光分離素子の場合は、上記と同じ４５°入射での消光比のピーク自体は悪いが、角度のついた光線に対する消光比の劣化は少ないため、光束全体としてのコントラスト性能が良くなる。しかし、ワイヤグリッド型偏光分離素子は下記の問題点を有する。すなわち、
反射型ライトバルブを反射した光束が投射レンズユニットに入射する光路上に、ワイヤグリッド型偏光分離素子を配置する方法としては２つの方法がある。図１２は該配置方法を示す。図１２（１）の配置方法では、照明光学系からのＳ偏光光の入射光束はワイヤグリッド型偏光分離素子１７で反射して、反射型ライトバルブ２１４に入射する。該反射型ライトバルブ２１４ではＰ偏光光に変換され、該反射型ライトバルブ２１４から出たＰ偏光光の出射光（反射光）は、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を透過して投射レンズユニット（図示なし）へ向かう。以下、この配置を、反射型ライトバルブからの反射光がワイヤグリッド型偏光分離素子を透過して投射レンズユニットへ向かうことから透過配置と称する。図１２（２）の配置方法では、照明光学系からのＰ偏光光の入射光束は、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を透過し、反射型ライトバルブ２１７に入射し、反射型ライトバルブ２１７でＳ偏光に変換された出射光（反射光）はワイヤグリッド型偏光分離素子１７を反射して投射レンズユニット（図示なし）へ向かう。以下、この配置を、反射型ライトバルブからの反射光がワイヤグリッド型偏光分離素子を反射して投射レンズユニットへ向かうことから反射配置と称する。
【０００８】
図１２（２）に示すワイヤグリッド型偏光分離素子を反射配置した場合は、ワイヤグリッド型偏光分離素子の配置ズレや、ワイヤグリッド型偏光分離素子の熱による膨張変形が起きると、投射性能に劣化が生じるおそれがある。一方、図１２（１）に示すワイヤグリッド型偏光分離素子を透過配置した場合は、平板状のワイヤグリッド型偏光分離素子を透過することで、非点収差が生じ、同様に、投射性能に劣化が生じるおそれがある。
【０００９】
図１１は、上記ワイヤグリッド型偏光分離素子を、例えば上記特許文献２におけるＰＢＳプリズムに替えて用いた構成である。ただし、本図１１においては、ロッドレンズ方式のインテグレータをマルチレンズアレイ方式のインテグレータに替え、色合成を行うクロスダイクロイックプリズムのＲ光とＢ光の入射面側には１／２波長板を備えて色合成の効率を向上させるようにしている。
図１１において、ワイヤグリッド型偏光分離素子により構成された偏光分離手段は、Ｓ偏光光の光束を反射し、Ｐ偏光光の光束を透過する。従って、反射型ライトバルブ２１（２１１、２１２、２１３）に入射したＳ偏光光の光束は、反射型ライトバルブ２１を構成する各画素（図示なし）がＯＮ状態の場合、Ｐ偏光光として反射する。このため、平板状のワイヤグリッド型偏光分離素子１７（１７１、１７２、１７３）を透過する際に非点収差が発生する。
上記平板状の偏光分離手段に起因して発生する非点収差を補正するためには、上記特許文献３〜５記載のダイクロイックミラー用の非点収差補正技術では十分な対応ができないことは明らかである。
【００１０】
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型映像表示技術において、平板状の偏光分離手段に起因する非点収差を十分補正できるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、解像度を確保した映像が得られる投射型映像表示技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題点を解決するために、本発明では、光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示技術として、少なくともライトバルブからの光学像を形成した光を偏光分離するために平板状の偏光分離手段を用い、該偏光分離手段と投射レンズユニットとの間に、上記偏光分離手段による光学像の非点収差を補正するシリンドリカルレンズ等の非点収差補正手段を設ける。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、投射型映像表示装置において、平板状の偏光分離手段を透過配置で用いた場合にも、該偏光分離手段に起因した非点収差を補正することができる。このため、高い解像度が実現可能となる。また、従来装置の基本構成を踏襲した対応が可能であり、このため、生産コストを抑えた状態で高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図１及び図２は、本発明の要部の構成とその作用についての説明図である。また、図１０は、本発明の投射型映像表示装置の実施形態として液晶プロジェクタ装置の構成例図である。なお、各図に共通な機能を有する部分には、同一符合を付す。
図１は、平板状の偏光分離手段としてのワイヤグリッド型偏光分離素子を斜めに配置した要部構成の模式図、図２は、図１の要部における光線を示し、同ワイヤグリッド型偏光分離素子を斜めに配置した斜視図（図２（１））、ＹＺ断面図（図２（２））及びＸＺ断面図（図２（３））である。
【００１４】
図２において、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、ＸＹ平面上に配置された反射型ライトバルブ２１に約４５°傾斜して配置されている。従って、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７のＹＺ断面は、図２（ｂ）に示されるように、光軸方向であるＺ軸に直交しており、そのＸＺ断面は、図２（ｃ）に示されるように、光軸であるＺ軸に傾斜（傾斜角は約４５°）している。
ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、上記のように配置されるため、ＸＺ断面ですなわちＸ軸方向で非点収差が発生し、ＹＺ断面ではすなわちＹ軸方向では非点収差は発生しない。
そこで、本発明では、ＸＺ断面（すなわちＸ軸方向）で発生する非点収差を補正する非点収差補正手段１８（後述）をワイヤグリッド型偏光分離素子１７の後に配設して、非点収差が補正された映像光を投射レンズユニット２２でスクリーン（図示なし）上に投射する。なお、図２においては、説明や計算の簡略化のために、色合成手段や該色合成手段に付随する偏光方向変換用の１／２波長板等は図示を省略してある。
【００１５】
先ず、図１を用いて、非点収差の発生メカニズムと、非点収差補正の原理について説明する。図１（１）は非点収差補正手段がない場合を示し、図１（２）は非点収差補正手段がある場合を示す。
図１で反射型ライトバルブ２１の光軸上の点をＡ点とすると、ＸＺ断面において、Ａ点から出射した光軸上の光線はワイヤグリッド型偏光分離素子１７で屈折作用を受け、Ｘ軸の負側（図１紙面で下側）にずれた出射光線となる。この出射光線は投射レンズユニットにとっては、Ｂ点から出射したように見える光線となる。すなわち、Ａ点から出射した光束の像が、Ｂ点に対応した像位置に結像される。一方、ＹＺ断面においては、図２（ｂ）で示すように、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７の断面は光軸であるＺ軸に直交（垂直）するため、図１で説明した光線にずれは生じない。このため、Ａ点から出射した光束の像が、Ａ点に対応した像位置に結像される。これは、ＸＺ断面（Ｘ軸方向）の像位置と、ＹＺ断面（Ｙ軸方向）の像位置がずれるという現象であり、これを非点収差（非点隔差）という。
【００１６】
次に、非点収差の補正原理について説明する。図１（２）は、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７によって生じた非点収差を補正するために、非点収差補正手段１８をＣ点に配置した要部構成図である。反射型ライトバルブ２１のＡ点から出射した光線が、Ｘ軸の負側（図紙面で下側）へずれるため、非点収差補正手段１８は、Ｘ軸の正側で薄く、Ｘ軸の負側で厚くされている。例えば、プリズムなどの場合は、光線の方向を時計回り方向（図の右下向き方向）に曲げることができる。この角度を、Ａ点とＣ点を結んだ角度に合わせることで、Ａ点から出射した光線が、投射レンズユニットにとっても、Ａ点から出射した光線となる。以上のようにして、Ｘ軸方向の移動量の補正がなされる。
【００１７】
次に、図１３を用いて、スネルの法則に基づく説明を行う。図１３は、像面を反射型ライトバルブ側とした縮小系の結像系モデル図である。
図１３において、投射レンズユニット２２からワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射した光線は、スネルの法則によって入出射面で屈折し、その結果、入射光線と平行な出射光線が得られる。これが、非点収差によるＸ軸方向の移動である。このＸ軸方向の移動量は、スネルの法則によるため、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７への入射角度によって異なる。例えば、図１３において、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射する入射角度は、光線１、光線２、光線３の順に大きいため、Ｚ軸方向の移動量も、光線１、光線２、光線３の順に大きくなる。従って、光線１と光線２の交点よりも、光線２と光線３の交点の方が、Ｚ軸方向の＋側（図で右側）になる。これが、非点収差による結像位置のＺ軸方向の移動である。このＺ軸方向の移動量を補正するためには、光線１よりも光線２、さらに、光線２よりも光線３に収束作用を付加する光学素子を配置すればよいことになる。具体的には、図１３における構成のＸＺ断面において、光線１側に偏心した凸レンズ作用を有するシリンドリカルレンズ１８Ａ（点線で表示）を配置すればよい。
【００１８】
この、シリンドリカルレンズでの実光線の屈折作用も、シリンドリカルレンズの光軸から離れた光線１、光線２、光線３の順に屈折作用が大きくなるため、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７で発生するＺ軸方向の非点収差の補正に好適である。なお、球面レンズの球面収差が、レンズ玉の光軸から離れた光線の方が大きいことが知られているが、これも、レンズ玉の光軸から離れた軸上光線の方が入射角度が大きくなり、スネルの法則による屈折作用が大きいことと同じ理由である。
【００１９】
以上のように、Ｘ軸方向の補正のための光学素子と、Ｚ軸方向の補正のための光学素子の形状は互いに整合がとれているため、偏心させたシリンドリカルレンズを配置すればよいことになる。
なお、Ｘ軸方向の非点収差に関しては、反射型ライトバルブと投射レンズユニットのＸ軸方向の相対的な位置関係をずらすことで補正ができるが、Ｚ軸方向の非点収差は反射型ライトバルブと投射レンズユニットのＺ軸方向の相対的な位置関係をずらしても補正できない。従って、偏心させたシリンドリカルレンズの作用で、Ｚ軸方向の非点収差を主に補正して、Ｘ軸方向の非点収差は反射型ライトバルブと投射レンズユニットのＸ軸方向の相対的な位置関係をずらして補正する。
以上のようにして、非点収差の補正がなされる。実際の光学設計においては、反射型ライトバルブと投射レンズユニットのＸ軸方向の相対的な位置関係も最初から設計パラメータに入れた最適化手法を用いることも可能である。
【００２０】
次に、非点収差補正手段の具体例につき説明する。
以下、非点収差補正手段がシリンドリカルレンズである第１の例につき説明する。
図３は、反射型ライトバルブを物体面とした光線図であって、非点収差補正手段を適用しない場合と適用した場合の光線図、図４は、非点収差補正手段としてのシリンドリカルレンズの模式図、図５は第１の実施例である非点収差補正手段の適用前後でのスポット図、図６は非点収差補正手段のシリンドリカルレンズを適用する前後での収差図である。また、図３（１）はワイヤグリッド型偏光分離素子のダミーとして平板１７'を、非点収差補正手段のダミーとして平板１８'を反射型ライトバルブ２１に平行に配置した場合であり、図３（２）は、図３（１）で平板１７'をワイヤグリッド型偏光分離素子１７に置き替えたものであり、図３（３）は、図３（２）で平板１８'を非点収差補正手段１８に置き替えたものである。図５、図６の各（１）、（２）、（３）は、図３の各（１）、（２）、（３）の場合にそれぞれ対応している。表１は、図３（１）に対応する非点収差補正手段を用いる前の投射レンズユニット２２のデータであり、表２は、図３（３）に対応する図４の非点収差補正手段としてのシリンドリカルレンズ１８Ａを表すレンズデータ（変更箇所のみ示す）である。
【００２１】
【表１】
2005189635.tif 000003
【００２２】
以下、本発明の実施形態として、Ｆ２．７５、半画角３８°の広角レンズの数値例を表１、表２に示す。本数値例において、曲率半径Ｒは、その球面の中心位置が各レンズ面の光出射側（光線図で光進行方向）にある場合を正の値、逆の場合を負の値で示している。面間距離は、各レンズ面から次のレンズ面までの間の光軸上の距離である。また、硝材で空欄の個所は空気（屈折率＝１）であり、アパチャ（開口）は各レンズ面の有効径を半径表示で示した値である。また、非球面形状は、光軸方向のサグ量Ｚで表される。該サグ量Ｚは、光軸からの高さをｙ、近軸の曲率半径をＲ、円錐定数をＫ、４次、６次、８次、１０次の非球面項の係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、次の数１で定義される。
Ｚ＝（ｙ2／Ｒ）／｛１＋｛１−（Ｋ＋１）ｙ2／Ｒ2｝１／２
＋Ａ・ｙ4＋Ｂ・ｙ6＋Ｃ・ｙ8＋Ｄ・ｙ10          …（数１）
反射型ライトバルブ２１を物体面として、この投射レンズユニット２２の光線図を図３（１）に、これに対応するスポット図を図５（１）に、その収差図を図６（１）に示す。図３（１）では、非点収差の発生、及び、非点収差の補正を明確に説明するために、予め、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７と非点収差補正手段１８に相当する同じ厚さの平板１７'、１８’を設けている。なお、図５において、左右端とはＸ軸の正方向の端と負方向の端のどちらか一方を指す。
【００２３】
ワイヤグリッド型偏光分離素子１７（厚さ２×１０−３ｍ（２ｍｍ））をＸＺ断面内で斜め４５°に配置した場合の光線図を図３（２）に、これに対応するスポット図を図５（２）に、収差図を図６（２）に示す。図３（２）でワイヤグリッド型偏光分離素子１７はＸＺ断面内で斜め４５°に配置したため、図５（２）のスポット図はＸ方向に拡がっており、図６（２）の収差図ではＸＺ断面内の収差（Ｘ軸方向の横収差）である「Ｘ−ＦＡＮ」の収差量が大きくなっている。なお、「Ｙ−ＦＡＮ」とは、ＹＺ断面内の収差（Ｙ軸方向の横収差）をいう。
【００２４】
図４は、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７と投射レンズユニット２２の間に配置した非点収差補正手段としてのシリンドリカルレンズ１８Ａの模式図である。シリンドリカルレンズ１８Ａの具体的な形状は、表２から明らかなように、図４のＸＺ断面内で曲率半径が９５１．０１×１０−３ｍ（９５１．０１ｍｍ）であり、シリンドリカルレンズの光軸は、Ｘ軸の負側（図４紙面で下側）約９．０６×１０−３ｍ（９．０６ｍｍ）の位置にある。ここで、シリンドリカルレンズ１８Ａを用いた非点収差補正手段につき説明する。なお、表２において、Ｓ５面で光軸がずれるため、Ｓ６面の直後に光軸を元に戻すために「挿入面」を挿入している。
【００２５】
【表２】
2005189635.tif 000004
【００２６】
ワイヤグリッド型偏光分離素子１７の４５度配置は、図４では右回りに回転させた状態に相当する。すなわち、Ｘ軸の負側で反射型ライトバルブとワイヤグリッド型偏光分離素子の距離が短くなり、逆に、Ｘ軸の正側で投射レンズユニットとワイヤグリッド型偏光分離素子の距離が短くなる位置関係にある。
【００２７】
反射型ライトバルブ２１の各点から出射した光束は、斜めに配置したワイヤグリッド型偏光分離素子１７を透過して、Ｘ軸の負側へ光線がずれる。この光線のずれを補正するために、Ｘ軸の正側が薄く、逆に、Ｘ軸の負側が厚い非点収差補正手段としての偏心したシリンドリカルレンズ１８Ａを配する。シリンドリカルレンズ１８Ａの面の傾きは、投射レンズユニットの光軸上の点で、シリンドリカルレンズ面の光軸からの距離をシリンドリカルレンズの曲率半径で割った値の逆正弦をとり、ｓｉｎ−１（９．０６／９５１．０１）＝０．５５°となる。反射型ライトバルブ２１の左右端Ｘ＝±８．８３２×１０−３ｍ（±８．８３２ｍｍ）のＸ座標でのシリンドリカルレンズ面の傾きは、同様に、９．０６±８．８３２×１０−３ｍ（９．０６±８．８３２ｍｍ）を９５１．０１×１０−３ｍ（９５１．０１ｍｍ）で割った値の逆正弦をとり、1．０８°と０．０１°が求まる。すなわち、反射型ライトバルブの中央と左右端に対応したＸ座標での、シリンドリカルレンズ面の傾きは、１．０８°、０．５５°、０．０１°となる。
【００２８】
この実施形態において、非点収差補正手段として、偏心したシリンドリカルレンズ１８Ａを用いた理由は、基準とした投射レンズユニット２２の反射型ライトバルブ側の瞳距離が約２０８８×１０−３ｍ（約２０８８ｍｍ）であるため、反射型ライトバルブ２１の左右端±８．８３２×１０−３ｍ（±８．８３２ｍｍ）から出射した主光線の角度が、ｔａｎ−１（±８．８３２／２０８８）＝±０．２４°の角度を有しているためである。この角度のため、反射型ライトバルブからワイヤグリッド型偏光分離素子に入射する光線は、反射型ライトバルブに近い側に入射した場合と遠い側に入射した場合とでは、入射角が異なるすなわちＸＺ断面で非対称となり、非点収差補正手段であるシリンドリカルレンズは偏心することになる。また、シリンドリカルレンズが偏心しているため、投射レンズユニット２２の光軸との交点でのサグ量は０．０４３×１０−３ｍ（０．０４３ｍｍ）となる。
【００２９】
このシリンドリカルレンズ１８Ａによる非点収差の補正結果として、光線図を図３（３）に、スポット図を図５（３）に、収差図を図６（３）に示す。ワイヤグリッド型偏光分離素子を傾ける前、すなわち、非点収差の発生前の状態に対応するスポット図性能を達成している。同様に、ワイヤグリッド型偏光分離素子を傾ける前、すなわち、非点収差の発生前の状態に匹敵する収差図性能を達成している。このスポット図と収差図によって、Ｚ軸方向の非点収差が補正されていることが確認できる。
【００３０】
なお、Ｘ軸方向の位置ずれ量を計算した結果、非点収差の補正前の状態である図３（２）ではスクリーン側で４２×１０−３ｍ（４２ｍｍ）、非点収差の補正後の状態である図３（３）ではスクリーン側で３４×１０−３ｍ（３４ｍｍ）となった。この量は、反射型ライトバルブ側に換算すると、Ｘ軸方向のずれ量０．６７×１０−３ｍ（０．６７ｍｍ）と０．５３×１０−３ｍ（０．５３ｍｍ）となる。以上より、偏心したシリンドリカルレンズにより、Ｚ軸方向の非点収差が補正されるとともに、Ｘ軸方向の非点収差も０．６７×１０−３ｍ（０．６７ｍｍ）が０．５３×１０−３ｍ（０．５３ｍｍ）に改善される。
【００３１】
反射型ライトバルブが１枚である単板方式の場合は、スクリーン位置を基準とした投射レンズユニットまたは液晶プロジェクタ装置の位置調整を行えばよいが、反射型ライトバルブとして、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）用のものの計３枚を用いる３板式の場合は、調整方向が規定されるため、各反射型ライトバルブをＸ軸方向に０．５３×１０−３ｍ（０．５３ｍｍ）移動させて調整を行う。
【００３２】
次に、非点収差補正手段がシリンドリカルレンズである第２の例につき説明する。
図７は、非点収差補正手段としての第２の実施例であるシリンドリカルレンズの模式図である。投射レンズユニット２２は上記第１の例の場合と同じ（表１）である。表３に、図７に示す非点収差補正手段であるシリンドリカルレンズ１８Ｂを表すレンズデータ（変更箇所のみ示す）を示す。
【００３３】
【表３】
2005189635.tif 000005
【００３４】
上記第１の例では、シリンドリカルレンズ１８Ａは、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に面した側にシリンドリカルレンズ面を設けたが、本第２の例では、シリンドリカルレンズ面を、逆に、投射レンズユニット側に設ける。
第２の例におけるスポット図を図８に、収差図を図９に示す。なお、非点収差の発生前後のスポット図と収差図は、上記第１の例におけると同様である。図５と図８、また、図６と図９で異なるのは、非点収差補正後のスポット図（３）及び収差図（３）である。
【００３５】
図７において、反射型ライトバルブ２１の各点から出射した光束は、平面を光軸に傾けて配したワイヤグリッド型偏光分離素子１７を透過して、Ｘ軸の負側へ光線がずれる。この光線のずれを補正するために、厚さ寸法が、Ｘ軸の正側で薄く、Ｘ軸の負側で厚くされた非点収差補正手段としての偏心したシリンドリカルレンズ１８Ｂを配する。シリンドリカルレンズ１８Ｂの面の傾きは、投射レンズユニットの光軸上の点で、シリンドリカルレンズ面の光軸からの距離をシリンドリカルレンズの曲率半径で割った値の逆正弦をとり、ｓｉｎ−１（９．７７６／１０１６．２８）＝０．５５°となる。反射型ライトバルブ２１の左右端Ｘ＝±８．８３２×１０−３ｍ（±８．８３２ｍｍ）のＸ座標でのシリンドリカルレンズ面の傾きは、同様に、９．７７６±８．８３２×１０−３ｍ（９．７７６±８．８３２ｍｍ）を１０１６．２８×１０−３ｍ（１０１６．２８ｍｍ）で割った値の逆正弦を取って、1．０５°と０．０５°が求まる。すなわち、反射型ライトバルブの中央と左右端に対応したＸ座標での、シリンドリカルレンズ面の傾きは、１．０５°、０．５５°、０．０５°となる。
【００３６】
また、シリンドリカルレンズ１８Ｂが偏心しているため、投射レンズユニット２２の光軸との交点でのサグ量は０．０４７×１０−３ｍ（０．０４７ｍｍ）となる。
このシリンドリカルレンズ１８Ｂによる非点収差の補正結果として、スポット図を図８（３）に、収差図を図９（３）に示す。ワイヤグリッド型偏光分離素子を傾ける前、すなわち、非点収差の発生前の状態に匹敵するスポット図性能を達成している。同様に、ワイヤグリッド型偏光分離素子を傾ける前、すなわち、非点収差の発生前の状態に匹敵する収差図性能を達成している。
【００３７】
次に、図４及び図７で説明した非点収差補正手段としてのシリンドリカルレンズを用いた液晶プロジェクタ装置につき、図１０を用いて説明する。
図１０で、１１は光源、１２はリフレクタ、１３１と１３２はインテグレータとしての第１マルチレンズアレイと第２マルチレンズアレイ、１４はプリズムアレイからなる平板型偏光変換手段、１５１は集光レンズ、１５２と１５４はフィールドレンズ、１５３はリレーレンズ、１６１と１６２はダイクロイックミラー、１６３は全反射ミラー、１７１と１７２と１７３はＰ偏光を透過しＳ偏光を反射するワイヤグリッド型偏光分離素子、１８１と１８２と１８３はシリンドリカルレンズ、１９１と１９３はＰ偏光光とＳ偏光光を変換する１／２波長板、２０は、色合成を行う色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム、２１１、２１２及び２１３は反射型ライトバルブである。反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３は、駆動回路（図示なし）により、映像信号に基づいて駆動される。
【００３８】
光源１１から出射した光束は、放物面形状を有するリフレクタ１２で反射し光軸に平行な光束となる。第１マルチレンズアレイ１３１の各レンズのセル面での光量は、第２マルチレンズアレイ１３２及び集光レンズ１５１の作用により反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３の有効面上に重畳され、光量分布の一様性が改善される。フィールドレンズ１５２、１５４は、主光線を平行に、すなわち、テレセントリック化の作用を行う。また、反射型ライトバルブ２１３の光路長が他の２つの光路に比べて長いため、リレーレンズ１５３は、他の２つの光路長より長い反射型ライトバルブ２１３に照明光束を導く。なお、第２マルチレンズアレイ１３２の後段に配した平板型偏光変換手段１４により、自然光は、その偏光方向をＳ偏光光に揃えられる。
【００３９】
次に、色分離作用について説明する。ダイクロイックミラー１６１では、青色光を反射し、残りの緑色光と赤色光を透過する。さらに、ダイクロイックミラー１６２で、緑色光を反射し、残りの赤色光を透過する。このようにして光源１１からの自然光は色分離される。
色分離した赤、緑、青の各色光は、それぞれの各色光に対応したワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３に入射する。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３は各色光の光軸に４５度傾斜して配置されており、Ｓ偏光光の各色光は反射して９０°方向を変え、反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３に照射する。
【００４０】
照明光学系の各色の光軸上の光線は、反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３の各画素がＯＮの状態では、光線の偏光状態がＰ偏光光に変換されるので、今度は、各色光用のワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３を透過する。赤色の光束は、光路上に配置した１／２波長板１９１を通過しＳ偏光光に変換され、同様に、青色の光束は、光路上に配置した１／２波長板１９３を通過しＳ偏光に変換される。赤色と青色の光束がＳ偏光光で、緑色の光束がＰ偏光光で、それぞれ、クロスダイクロイックプリズム２０に入射し、３色光が色合成され投射レンズユニット２２（図示なし）に入射する。投射レンズユニット２２（図示なし）はクロスダイクロイックプリズム２０で色合成されたカラー映像光を拡大してスクリーン（図示なし）に投射する。なお、１／２波長板１９１、１９３を配置せずに、全色光をＰ偏光光のままで、クロスダイクロイックプリズム２０で色合成することは可能であるが、クロスダイクロイックプリズム２０での色合成の効率が悪くなる。このため、本図のような偏光状態が望ましい。
【００４１】
以上述べたように、反射型ライトバルブから出射した光速が投射レンズユニットに向かう光路上に配置されたワイヤグリッド型偏光分離素子を、照明光学系からの入射光を反射させ９０°方向を変えて反射型ライトバルブに入射させ、反射型ライトバルブからの出射光を透過させるように配した場合、ワイヤグリッド型偏光分離素子を透過する際に生じる非点収差をワイヤグリッド型偏光分離素子と投射レンズユニットとの間に設けられた非点収差補正手段で良好に補正することができるため、解像度性能に優れ、かつ、従来の基本構成を踏襲した液晶プロジェクタ装置を提供することができる。
【００４２】
なお、図１０において、反射型ライトバルブ２１３へ導く照明光学系を、図示とは反対側（図の下方側）から入射させる構成とすれば、青色用のシリンドリカルレンズ１８３の向きを逆にすることができる。これによって、３色のシリンドリカルレンズの光学的な向きを同じにできるため、非点収差補正手段としてのシリンドリカルレンズを３色で共通化し、クロスダイクロイックプリズム２０と投射レンズユニット２２の間に配置することも可能となる。
また、一般に、倍率色収差の仕様が厳しい液晶プロジェクタ装置では、反射型ライトバルブ２１とダイクロイックスロスプリズム２０の間に、倍率色収差補正用の色補正レンズを配置しているため、非点収差補正手段と倍率の色補正レンズを一体で保持したり、または、一体で形成したりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態における要部構成図である。
【図２】本発明の実施形態おける要部の光線図である。
【図３】非点収差補正手段の適用前後の光線図である。
【図４】非点収差手段としてのシリンドリカルレンズの模式図である。
【図５】図４のシリンドリカルレンズ適用前後のスポット図である。
【図６】図４のシリンドリカルレンズ適用前後の収差図である。
【図７】非点収差手段としてのシリンドリカルレンズの模式図である。
【図８】図７のシリンドリカルレンズ適用前後のスポット図である。
【図９】図７のシリンドリカルレンズ適用前後の収差図である。
【図１０】本発明の実施形態としての液晶プロジェクタ装置の構成例図である。
【図１１】偏光分離手段を用いた液晶プロジェクタ装置の構成例図である。
【図１２】偏光分離手段の配置例を示す図である。
【図１３】像面を反射型ライトバルブ側とした縮小系の結像系モデルを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１…光源、
１２…リフレクタ、
１３１…第１マルチレンズアレイ、
１３２…第２マルチレンズアレイ、
１４…平板型偏光変換手段、
１５１…集光レンズ、
１５２…フィールドレンズ、
１５３…リレーレンズ、
１５４…フィールドレンズ、
１６１、１６２…ダイクロイックミラー、
１６３…全反射ミラー、
１７…ワイヤグリッド型偏光分離素子、
１７１、１７２、１７３…ワイヤグリッド型偏光分離素子、
１８…非点収差補正手段、
１８１、１８２、１８３…非点収差補正手段、
１９１、１９３…１／２波長板、
２０…クロスダイクロイックプリズム、
２１…反射型ライトバルブ、
２１１、２１２、２１３…反射型ライトバルブ、
２２…投射レンズユニット、
２１４、２１７…反射型ライトバルブ。
【図１】
2005189635.tif 000006
【図２】
2005189635.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005189635.tif 000010
【図６】
2005189635.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005189635.tif 000015
【図１１】
2005189635.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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