(57)【要約】【課題】容易に製造、加工でき、低価格で、スムーズでざらつき感の低減された投写像を得られる投写レンズ、及びこの投写レンズを備えるプロジェクタを提供すること。【解決手段】プロジェクタ１００が備える投写レンズ１１４であって、投写レンズ１１４の瞳位置、瞳位置に共役な位置、瞳位置の近傍、又は共役な位置の近傍に設けられているローパスフィルタであるプリズム群２１０を有する。【選択図】        図２
2005258179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクタが備える投写レンズであって、
前記投写レンズの瞳位置、前記瞳位置に共役な位置、前記瞳位置の近傍、又は前記共役な位置の近傍に設けられているローパスフィルタを有することを特徴とする投写レンズ。
【請求項２】
照明光を供給する光源と、
前記照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
請求項１に記載の投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写レンズ及びこれを備えるプロジェクタ、特に、液晶空間光変調装置を用いるプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置として、液晶パネル（液晶表示装置）、ＣＲＴ表示装置、プラズマディスプレイ装置等のドットマトリックス画像表示装置が多く用いられている。ドットマトリックス画像表示装置においては、画素と画素との間の領域には、不要光を低減するためにブラックマトリックスと呼ばれる遮光部が設けられている。近年、画像表示装置の使用態様として、大画面を比較的近距離から観察する場合が多くなってきている。このため、観察者がブラックマトリックスの像を認識してしまう場合がある。このように、従来のドットマトリックス画像表示装置は、ブラックマトリックスの像のため、スムーズさの少ない画像、又はざらつきを有する画像等のように画質が劣化してしまう。
【０００３】
そして、画質を向上させるために、ドットマトリックス画像表示装置と、ローパスフィルタ機能を有する光学素子、例えば、回折格子、拡散板、水晶板等とを組み合わせる構成が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８０４６公報
【特許文献２】特開平８−１２２７０９号公報
【特許文献３】特開平１０−２８８９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１、特許文献２、特許文献３に提案された構成において、ローパスフィルタ機能を有する光学素子は、ダイクロイックミラーと投写レンズとの間、又は液晶パネルと投写レンズとの間に配置されている。
【０００６】
ダイクロイックミラーと投写レンズとの間に光学素子を配置する場合、光学素子の面積が大型化する。ローパスフィルタ機能を有する光学素子は、高い加工精度で、所定の表面粗さとなるように形成する必要がある。このため、光学素子が大型化してしまうと、製造、加工することが困難となってしまい問題である。また、液晶パネルと投写レンズとの間に光学素子を配置する場合、３板式のプロジェクタでは、３つの光学素子が必要となる。このため、製造コストが高くなってしまい問題である。さらに、上述したように、光学素子を容易に製造、加工することが困難になってしまうという問題も生ずる。
【０００７】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、容易に製造、加工でき、低価格で、スムーズでざらつき感の低減された投写像を得られる投写レンズ、及びこの投写レンズを備える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】
【０００８】
上記課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明によれば、プロジェクタが備える投写レンズであって、投写レンズの瞳位置、瞳位置に共役な位置、瞳位置の近傍、又は共役な位置の近傍に設けられているローパスフィルタを有することを特徴とする投写レンズを提供できる。ここで、ローパスフィルタとは、回折格子、拡散板、水晶板、屈折面を有するプリズム素子等の光学素子をいう。投写レンズの瞳位置とその近傍位置は、又はこれらの位置に共役な位置は、光線密度が最も大きくなる。換言すると、瞳位置では、光束径が最も小さくなる。従って、瞳位置に配置するローパスフィルタの寸法を小さくできる。このため、ローパスフィルタを高い加工精度で、容易に製造、加工できる。この結果、ローパスフィルタを備える投写レンズ自体も高い加工精度で、容易に製造、加工できる。また、瞳位置での光束径は、他の位置での光束径に比較して小さい。このため、小さなローパスフィルタによる小型な投写レンズを得られる。さらに、空間光変調装置の数量に関わり無く、投写レンズは一つのローパスフィルタを備えていればよい。このため、低価格な投写レンズを得られる。
【０００９】
また、上述したように、瞳位置では、光線の密度が最大となる。このため、瞳位置にローパスフィルタを配置すると、ローパスフィルタの機能を効率的に発揮できる。この結果、観察者は、例えば、ブラックマトリックスが低減された良好な投写像を認識できる。さらに、投写レンズの瞳位置又はその近傍位置にローパスフィルタを配置することで、ごみ等の異物による投写像の局所的な不均一性を低減できる。
【００１０】
また、第２の本発明によれば、照明光を供給する光源と、照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、上述の投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。上述したように、ブラックマトリックスの低減された高品質な投写像を得られる。また、投写レンズを低価格で、容易に高精度に加工できる。この結果、この投写レンズを備えるプロジェクタ本体を低価格で製造できる。本発明は、特に液晶型の空間光変調装置を有するプロジェクタに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
（プロジェクタ全体説明）
初めに図１を参照して、本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を説明する。次に、図２以降を参照して、本実施例の特徴的な構成を説明する。まず、図１において、光源部である超高圧水銀ランプ１０１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。インテグレータ１０４は、超高圧水銀ランプ１０１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子１０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒに入射する。以下、Ｒ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１０７に入射する。反射ミラー１０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、第１色光であるＲ光を画像信号に応じて変調する第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００１３】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、λ/２位相差板１２３Ｒ、ガラス板１２４Ｒ、第１偏光板１２１Ｒ、液晶パネル１２０Ｒ、及び第２偏光板１２２Ｒを有する。液晶パネル１２０Ｒの詳細な構成については後述する。λ/２位相差板１２３Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板１２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板１２１Ｒ及びλ/２位相差板１２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図１において、第２偏光板１２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル１２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム１１２の入射面に接する状態で配置しても良い。
【００１４】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板１２３Ｒによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、ガラス板１２４Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｒに入射する。液晶パネル１２０Ｒに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板１２２Ｒから射出される。このようにして、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００１５】
次に、Ｇ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇで反射されたＧ光は、第２色光であるＧ光を画像信号に応じて変調する第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。第２色光用空間光変調装置１１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１２０Ｇ、第１偏光板１２１Ｇ及び第２偏光板１２２Ｇを有する。液晶パネル１２０Ｇの詳細に関しては後述する。
【００１６】
第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板１２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｇに入射する。液晶パネル１２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板１２２Ｇから射出される。このようにして、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００１７】
次に、Ｂ光について説明する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０８と、２枚の反射ミラー１０７とを経由して、第３色光であるＢ光を画像信号に応じて変調する第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
【００１８】
なお、Ｂ光にリレーレンズ１０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに導くことができる。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、λ/２位相差板１２３Ｂ、ガラス板１２４Ｂ、第１偏光板１２１Ｂ、液晶パネル１２０Ｂ、及び第２偏光板１２２Ｂを有する。なお、第３色光用空間光変調装置１１０Ｂの構成は、上述した第１色光用空間光変調装置１１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００１９】
第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板１２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板１２４Ｂ及び第１偏光板１２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｂに入射する。液晶パネル１２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板１２２Ｂから射出される。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇとは、超高圧水銀ランプ１０１から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。
【００２０】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇ、及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１１４は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１１６に投写する。これにより、スクリーン１１６上でフルカラー画像を得ることができる。
【００２１】
なお、上述のように、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム１１２において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。
【００２２】
（ローパスフィルタの構成）
次に、図２を用いて投写レンズ１１４の概略構成を説明する。投写レンズ１１４は、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの変調光を、スクリーン１１６へ拡大して投写する。そして、絞りの共役位置である瞳位置にローパスフィルタであるプリズム群２１０が配置されている。図３−１は、プリズム群２１０の斜視構成を示す。硝子又は透明樹脂からなる透明プレート２０６の射出側表面には複数のプリズム素子２１１からなるプリズム群２１０が形成されている。
【００２３】
図３−２は、例えばＲ色光用空間光変調装置１１０Ｒ内のブラックマトリックス形成層２０３と、投写レンズ１１４内のプリズム群２１０との関係を示す。ここで、理解を容易にするため、ブラックマトリックス形成層２０３と、プリズム群２１０とを除く他の構成部の図示を省略する。一の画素部に対応する開口部２３０を透過したＲ光は、円錐形状の発散光となって進行する。そして、このＲ光は、プリズム群２１０のうち、少なくとも一部のプリズム群２１０に入射する。プリズム群２１０は、少なくとも屈折面２１２と、平坦部２１３とを備えるプリズム素子２１１から構成されている。平坦部２１３は、画素部に対応する開口部２３０が形成されている面２３０ａに略平行な面である。複数のプリズム素子２１１が一定周期で規則的に配列されてプリズム群２１０を構成する。
【００２４】
これにより、平坦部２１３は、開口部２３０からのＲ光をそのまま透過させる。また、屈折面２１２は、開口部２３０からのＲ光を屈折させて透過させる。屈折面２１２は、屈折部であるプリズム群２１０から所定距離だけ離れた投写面であるスクリーン１１６において、画素部に対応する開口部２３０の開口部像を遮光部であるブラックマトリックス部２２０の投写像であるブラックマトリックス部像上へ導くような屈折面２１２の向き、及び傾斜角度を有する。この結果、スクリーン１１６において、ブラックマトリックス部像の領域に重畳的に開口部像が形成される。従って、観察者は、スクリーン１１６において、ブラックマトリックス部像を認識することを低減できる。これにより、観察者は、スムーズでざらつき感の低減された画像を観察できる。
【００２５】
図４は、ローパスフィルタが有する機能の概念を示す。ＣＣＤのような撮像装置では、撮像した画像信号に対してローパスフィルタによる電気的な処理を施している。これに対して、プロジェクタでは、投写像のブラックマトリックス像を低減するために、電気的な処理の代わりに、上述したように、空間光変調装置から射出した後の光を光学的に処理する。図４は、スクリーン１１６における投写画像の強度分布を示す。図４の横軸は任意の位置ｘ、縦軸は投写画像の強度Ｉ（単位：任意）をそれぞれ示す。例えば、階調の無い均一な白色画像を投写する場合を考える。図４において、ローパスフィルタを用いないときは、実線で示す波形ａのように、強度が強い開口部像と強度が弱いブラックマトリックス像とが矩形形状に繰り返される。波形ａの状態では、観察者はブラックマトリックス像を認識してしまう。
【００２６】
そして、上述したプリズム群２１０のようなローパスフィルタを、投写レンズ１１４の瞳位置に配置することで、投写像の強度分布が、破線で示す曲線ｂ、又は一点鎖線で示す曲線ｃのように変化する。曲線ｂ、又は曲線ｃは、共に正弦波形状であり、最大振幅値が異なっている。曲線ｃの最大振幅値は、曲線ｂの最大振幅値よりも小さい。このとき、曲線ｃのような強度分布のほうが、曲線ｂの強度分布に比較して、観察者はよりスムーズでシームレスな投写像を観察できる。そして、最も好ましくは、実線で示す直線ｄのように、開口部像の強度分布と、ブラックマトリックス像の強度分布とが、略同一となることが望ましい。
【００２７】
上記実施例では、プリズム群２１０を投写レンズ１１４の瞳位置に配置している。しかしながら、これに限られず、ローパスフィルタであるプリズム群２１０を配置する位置は、瞳位置に共役な位置、瞳位置の近傍、又は共役な位置の近傍でもよい。さらに、ローパスフィルタは、上述のプリズム群に限られない。例えば、ローパスフィルタとして、回折格子、拡散板、水晶板等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。
【図２】実施例１の投写レンズの概略構成図。
【図３−１】実施例１のプリズム群の斜視図。
【図３−２】実施例１のプリズム群の断面図。
【図４】ローパスフィルタの機能の説明図。
【符号の説明】
【００２９】
１００  プロジェクタ、１０１  超高圧水銀ランプ、１０４  インテグレータ、１０５  偏光変換素子、１０６Ｒ  Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０６Ｇ  Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１０７  反射ミラー、１０８  リレーレンズ、１１０Ｒ  第１色光用空間光変調装置、１１０Ｇ  第２色光用空間光変調装置、１１０Ｂ  第３色光用空間光変調装置、１１２  クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ、１１２ｂ  ダイクロイック膜、１１４  投写レンズ、１１６  スクリーン、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ  液晶パネル、１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂ  第１偏光板、１２３Ｒ、１２３Ｂ  λ／２位相差板、１２４Ｒ、１２４Ｂ  ガラス板、２１０  プリズム群、２１１  プリズム素子、２１２  屈折面、２１３  平坦部、２２０  ブラックマトリックス部、２３０  開口部
【図１】
2005258179.tif 000003
【図２】
2005258179.tif 000004
【図３−１】
2005258179.tif 000005
【図３−２】
2005258179.tif 000006
【図４】
2005258179.tif 000007