(57)【要約】【課題】第１段の光変調装置に対する照明光の入射角範囲を比較的簡単に小さくすることができ、結像レンズすなわちリレーレンズ系に対する要求精度を比較的低く設定することができるプロジェクタを提供すること。【解決手段】本プロジェクタ１０では、主反射鏡２２の外側に向けて放射された光を発光部１１に戻す副反射鏡１９を有する光源ランプユニット２０を用いるので、主反射鏡２２をあまり大きくすることなく光源ランプユニット２０から射出される光の角度範囲を絞り込むことができる。この結果、ロッドインテグレータ３３に入射する光の入射角範囲を小さくすることができ、第１光変調部４０に入射する光の入射角範囲を比較的簡単に小さくすることができる。【選択図】図１
2007206140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用の光を放射する発光部を有する発光管と、前記発光管から放射された光を反射し
て収束させる主反射鏡と、前記発光管から前記主反射鏡の外側に向けて放射された光を前
記発光管の前記発光部に戻す副反射鏡とを有する光源装置と、
前記光源装置から収束されつつ射出された光を通過させることによって均一化させるロ
ッドインテグレータを含む均一化光学系と、
前記均一化光学系からの光を画像情報に応じて変調する第１光変調装置と、
前記第１光変調装置で変調された変調光を一旦結像させるリレーレンズ系と、
前記リレーレンズ系によって結像された像光を画像情報に応じて変調する第２光変調装
置と、
前記第２光変調装置で変調された変調光を像光として投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。
【請求項２】
前記リレーレンズ系の入射側ＮＡは、０．２５以下である請求項１記載のプロジェクタ
。
【請求項３】
前記均一化光学系は、前記ロッドインテグレータから射出された光を収束させつつ結像
させる結像レンズを有し、当該結像レンズの射出側ＮＡは、前記リレーレンズ系の入射側
ＮＡに対応する値に設定されている請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記結像レンズは、前記ロッドインテグレータの射出端の像を前記第１光変調装置に拡
大投影する請求項３記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記発光部に対する前記主反射鏡の広がり範囲に対応する開き角は、１００°〜１４０
°の範囲内に設定されている請求項１から請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記光源装置からの光の偏光方向を所定方向に揃える偏光変換装置をさらに備え、前記
第１及び第２光変調装置の少なくとも一方は、液晶ライトバルブである請求項１から請求
項５のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記液晶ライトバルブは、マイクロレンズアレイを有しないタイプの装置である請求項
６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、液晶パネル等の光変調装置を用いてカラー画像を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、ＲＧＢの三色の光路上に配置された各色用液晶パネルの透
過率をそれぞれ変調するとともに、各色用液晶パネルを経た光を合成した後の光路上に設
けられている高精細液晶パネルの透過率を変調し、カラー画像表示時には、高精度液晶パ
ネルから射出させる各成分の光の透過率をＲ，Ｇ，Ｂの逆γ補正値に比例させるものが存
在する（特許文献１参照）。このプロジェクタでは、第１段の各色用液晶パネルの像を結
像レンズを介して高精度液晶パネル上に結像させる。
【特許文献１】特開平６−１６７６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようなプロジェクタでは、転写用の結像レンズを高精度に維持しつつ小型化する
こと、すなわち結像レンズのＮＡを小さくすることが望ましいので、第１段の各色用液晶
パネルに入射させる照明光の入射角範囲を小さくする必要があるが、通常のランプ光源か
らの光束について、十分な均一化を達成しつつ照明光の入射角範囲を小さくすることは容
易でない。
【０００４】
そこで、本発明は、２段で光変調を行うプロジェクタであって、第１段の光変調装置に
対する照明光の入射角範囲を比較的簡単に小さくすることができ、結像レンズすなわちリ
レーレンズ系に対する要求精度を比較的低く設定することができ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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）照明用の光を放射する
発光部を有する発光管と、発光管から放射された光を反射して収束させる主反射鏡と、発
光管から主反射鏡の外側に向けて放射された光を発光管の発光部に戻す副反射鏡とを有す
る光源装置と、（ｂ）光源装置から収束されつつ射出された光を通過させることによって
均一化させるロッドインテグレータを含む均一化光学系と、（ｃ）均一化光学系からの光
を画像情報に応じて変調する第１光変調装置と、（ｄ）第１光変調装置で変調された変調
光を一旦結像させるリレーレンズ系と、（ｅ）リレーレンズ系によって結像された像光を
画像情報に応じて変調する第２光変調装置と、（ｆ）第２光変調装置で変調された変調光
を像光として投射する投射光学系とを備える。
【０００６】
上記プロジェクタでは、第１光変調装置と第２光変調装置とをリレーレンズ系を介して
２段で設置することによって、高いコントラストの画像を投射することができる。また、
上記プロジェクタでは、主反射鏡の外側に向けて放射された光を発光管の発光部に戻す副
反射鏡を有する光源装置を用いるので、主反射鏡をあまり大きくすることなく光源装置か
ら射出される光の角度範囲を絞り込むことができる。この結果、ロッドインテグレータに
入射する光の入射角範囲を小さくすることができ、第１光変調装置に入射する光の入射角
範囲を比較的簡単に小さくすることができる。つまり、第１光変調装置後段のリレーレン
ズ系のＦ値を小さくして小型化を図りつつ高精度の結像が可能なるので、高コントラスト
の画像を投射することができ小型で安価なプロジェクタを提供することができる。
【０００７】
本発明の具体的な態様では、上記プロジェクタにおいて、リレーレンズ系の入射側ＮＡ
は、０．２５以下である。この場合、リレーレンズ系を高い結像精度の割に小型で安価な
ものとできる。
【０００８】
本発明の別の態様では、均一化光学系が、ロッドインテグレータから射出された光を収
束させつつ結像させる結像レンズを有し、当該結像レンズの射出側ＮＡは、リレーレンズ
系の入射側ＮＡに対応する値に設定されている。この場合、ロッドインテグレータの射出
端の像を第１光変調装置に任意の倍率で結像することができ、第１光変調装置を少ないロ
スで効率的に照明することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の態様では、結像レンズが、ロッドインテグレータの射出端の像を第
１光変調装置に拡大投影する。この場合、リレーレンズ系の入射側ＮＡを、ロッドインテ
グレータへの入射角範囲に基づいて与えられる光源装置の射出側ＮＡよりも小さくするこ
とができる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様では、発光部に対する主反射鏡の広がり範囲に対応する開き角
が１００°〜１４０°の範囲内に設定されている。この場合、光源装置の射出側ＮＡを大
きくすることなく光源装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、光源装置からの光の偏光方向を所定方向に揃える偏光変
換装置をさらに備え、第１及び第２光変調装置の少なくとも一方が、液晶ライトバルブで
ある。この場合、安価で高品位の画像を投射することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、液晶ライトバルブが、マイクロレンズアレイを有しない
タイプの装置である。この場合、第１光変調装置の液晶ライトバルブからの射出光の射出
範囲を小さくする維持することができ、リレーレンズ系の大型化を簡単に抑えることがで
きる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
〔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１０の光学系を示す模式図である。
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光学像を
形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器であり、光源装置とし
ての光源ランプユニット２０、均一化光学系としての均一照明光学系３０、第１光変調部
４０、色分離投射装置５０、第２光変調部７０、クロスダイクロイックプリズム８０、及
び投射光学系９０を備えて構成される。
【００１４】
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
、均一照明光学系３０を介して第１光変調部４０を照明するためのものであり、詳しくは
後述するが、発光管であるランプ本体２１と、楕円リフレクタである主反射鏡２２と、球
面状リフレクタである副反射鏡１９とを備えている。ランプ本体２１から放射された光束
は、主反射鏡２２を介して或いは副反射鏡１９及び主反射鏡２２を介して、装置前方側に
収束される収束光として反射・射出され、均一照明光学系２０に入射する。
【００１５】
図２は、光源ランプユニット２０の側方断面図である。光源ランプユニット２０におい
て、ランプ本体２１は、主反射鏡２２に支持されてこの主反射鏡２２とともにランプ装置
を構成しており、主反射鏡２２は、不図示のホルダにアライメントされた状態で固定され
ている。
【００１６】
ランプ本体２１は、中央部が球状に膨出した石英ガラス管から構成され、中央部分が発
光部１１、この発光部１１の両側に延びる部分が第１及び第２封止部１３，１４となって
いる。このランプ本体２１には、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ラ
ンプ等の放電発光型ランプが採用されている。
【００１７】
発光部１１の内部には、所定距離で離間配置される一対のタングステン製の電極１５，
１６と、水銀、希ガス、ハロゲン等を含むガスとが封入されている。一方、各封止部１３
，１４の内部には、発光部１１に設けた電極１５，１６と電気的に接続されるモリブデン
製の金属箔１７ａ，１７ｂが挿入され、両封止部１３、１４の先端部は、ガラス材料等で
封止されている。そして、この金属箔１７ａ，１７ｂに接続されたリード線１８ａ，１８
ｂに電圧を印加すると、一対の電極１５，１６間でアーク放電が生じ、発光部１１が高輝
度で発光する。
【００１８】
ランプ本体２１の発光部１１のうち光束射出前方側の略半分は、副反射鏡１９によって
覆われている。この副反射鏡１９は、ランプ本体２１の発光部１１から前方に放射された
光束を発光部１１に戻す副反射部１９ａと、この副反射部１９ａの根元部を支持した状態
で第２封止部１４の周囲に固定される支持部１９ｂとを備える。ここで、副反射部１９ａ
の内側ガラス面は、発光部１１の表面に倣う略球面の凹曲面状に加工され、その表面上に
反射面ＳＭが形成されている。また、支持部１９ｂは、第２封止部１４を挿通させるとと
もに、第２封止部１４との隙間に無機系接着剤ＭＢを充填することによって副反射部１９
ａを発光部１１に対してアライメントした状態で固定可能にしている。
【００１９】
主反射鏡２２は、ランプ本体２１の第１封止部１３が挿通される首状部２２ａと、この
首状部２２ａから拡がる楕円曲面状の主反射部２２ｂとを備えた石英ガラス製の一体成形
品である。首状部２２ａは、第１封止部１３を挿通させるとともに、第１封止部１３との
隙間に無機系接着剤ＭＢを充填することによって主反射部２２ｂを発光部１１に対してア
ライメントした状態で固定可能にしている。また、主反射部２２ｂの内側ガラス面は、楕
円曲面状に加工され、その表面上に反射面ＭＭが形成されている。
【００２０】
ランプ本体２１は、主反射部２２ｂのシステム光軸ＯＡ’に沿って配置されるとともに
、発光部１１内の電極１５，１６間の発光中心Ｏが主反射部２２ｂの楕円曲面の第１焦点
Ｆ１位置となるように配置される。ランプ本体２１を点灯した場合、発光部１１から放射
された光束は主反射部２２ｂで反射され、或いは副反射部１９ａを経て主反射部２２ｂで
反射され、楕円曲面の第２焦点Ｆ２位置に収束する光束となる。
【００２１】
以上の光源ランプユニット２０において、発光中心Ｏに対する主反射部２２ｂの広がり
範囲に対応する開き角αは、１００°〜１４０°の範囲内に設定されている。一方、副反
射部１９ａは、主反射部２２ｂがカバーしていない装置前方側を隙間が形成されないよう
にカバーしており、副反射部１９ａの広がり範囲に対応する開き角βは、１８０°−α＝
４０°〜８０°の範囲内に設定されている。結果的に、主反射部２２ｂでの反射光が第２
焦点Ｆ２に収束する際の最大の角度である最大射出角θ１は、２０°〜４０°（但し、第
１焦点距離と第２焦点距離の比が１：７のリフレクターを用いた場合。どんなリフレクタ
ーを用いるかによって異なってくる。）程度の値となる。ここで、開き角αを１００°以
上とするのは、発光中心Ｏからの光束はシステム光軸ＯＡ’に対して９０°の方向が最も
強いので、このように強力な光束を主反射部２２ｂによる１回の反射で外部に取り出すこ
とが装置の安定した動作や信頼性を高める観点で望ましいからである。また、開き角αを
１４０°以下とするのは、発光中心Ｏからの光束がシステム光軸ＯＡ’に対して１４０°
を超える方向に殆ど射出されないので、このような角度を超えた強度の低い光束を主反射
部２２ｂによる１回の反射で取り出す意味がなく、また、開き角αを大きくすると結果的
に光源装置が大型化してしまうからである。
【００２２】
なお、主反射部２２ｂの開き角αについては、より好ましくは、１０５°〜１２５°の
範囲とする。このように開き角αを１０５°〜１２５°とした場合、小型で光量ロスが少
ないだけでなく、製造が容易で最大射出角θ１がより小さな光源ランプユニット２０を提
供することができる。
【００２３】
図１に戻って、均一照明光学系３０は、均一化光学系として、光源ランプユニット２０
から射出された光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃えるとともに、偏光後の光束を複
数の部分光束に分割し、これらを対象とする照明領域に重畳して入射させる役割を有する
。このため、均一照明光学系３０は、偏光変換装置３１、ロッドインテグレータ３３、及
び結像レンズ３５を備える。このうち、ロッドインテグレータ３３及び結像レンズ３５は
、均一化光学系を構成する。
【００２４】
偏光変換装置３１は、光源ランプユニット２０の射出側に対向してロッドインテグレー
タ３３の入射端３３ａに取り付けられており、入射した照明光の偏光方向を揃える。この
偏光変換装置３１は、２つの直角三角形プリズムＰ１，Ｐ２と平行四辺形プリズムＰ３と
を貼り合わせることにより形成されており、一方の直角三角形プリズムＰ１と平行四辺形
プリズムＰ３との間に挟まれた偏光分離膜３１ａと、他方の直角三角形プリズムＰ２と平
行四辺形プリズムＰ３との間に挟まれた反射膜３１ｂと、プリズムＰ１，Ｐ３のいずれか
一方の射出側に配置された波長板３１ｄとを備える。偏光分離膜３１ａと反射膜３１ｂと
は、各プリズムの斜面上に蒸着によって形成された誘電体多層膜であり、システム光軸Ｏ
Ａに対して４５°傾斜した状態で配置されている。これらのうち、前者の偏光分離膜３１
ａは、光源ランプユニット２０からのランダム偏光のうち特定方向の直線偏光成分（例え
ばＰ偏光）を透過させるとともにこれに直交する方向の直線偏光成分（例えばＳ偏光）を
反射させ、結果的に直交する２つの直線偏光成分を効率よく分離する。また、後者の反射
膜３１ｂは、偏光分離膜３１ａで反射された一方の直線偏光成分（例えばＳ偏光）を略完
全に反射して光路を折り曲げる。この反射膜３１ｂは、金属膜の蒸着ミラーに置き換える
こともできる。波長板３１ｄは、１／２波長板で形成された位相素子であり、例えば反射
膜３１ｂで反射され直角三角形プリズムＰ１からシステム光軸ＯＡ方向に射出された直線
偏光成分（例えばＳ偏光）を、これに直交する成分の直線偏光成分（例えばＰ偏光）に変
換する。このような偏光変換装置３１を用いることにより、光源ランプユニット２０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、第１光変調部４０の液
晶パネル（液晶表示パネル）４２ａで利用する照明光の利用率を向上させることができる
。
【００２５】
ロッドインテグレータ３３は、システム光軸ＯＡに沿って延びる四角柱状の透明部材か
らなる光学系であり、システム光軸ＯＡに垂直な矩形断面を有し、入射端３３ａにおいて
、偏光変換装置３１に対向する入射ポートＩＰを有する。入射ポートＩＰから入射した光
源ランプユニット２０からの光束は、ロッドインテグレータ３３を経てその射出端３３ｂ
に設けた射出ポートＯＰから射出される。ロッドインテグレータ３３は、入射ポートＩＰ
からの光束を複数の部分光束に分割するとともに、かかる部分光束を重畳して射出ポート
ＯＰに入射させる均一化機能を有する。なお、ロッドインテグレータ３３は、光源ランプ
ユニット２０からの照明光を均一化する際に、入射ポートＩＰに入射する照明光の入射角
度範囲と射出ポートＯＰから射出させる照明光の射出角度範囲とを一致（保存）させる機
能を有する。つまり、光源ランプユニット２０の最大射出角θ１と入射ポートＩＰへの最
大入射角とは一致し、光源ランプユニット２０の最大射出角θ１と射出ポートＯＰの最大
射出角θ２とも一致する。
【００２６】
結像レンズ３５は、ロッドインテグレータ３３の射出ポートＯＰの像を第１光変調部４
０の液晶パネル４２ａの被照射領域（画像情報が形成される有効画素領域）に投影する。
つまり、射出ポートＯＰと液晶パネル４２ａとは共役な位置に配置されており、射出ポー
トＯＰの拡大像が液晶パネル４２ａの被照射領域に拡大投影され、この被照射領域全体が
均一に照明される。この際、射出ポートＯＰの最大射出角θ２すなわち結像レンズ３５の
最大入射角θ２は、結像レンズ３５の最大射出角θ３に比較して大きくなっている。開口
数について考えてみると、光源ランプユニット２０からの射出光の開口数ＮＡ１は、ＮＡ
１＝ｓｉｎθ１で与えられる。また、結像レンズ３５の入射側ＮＡすなわち結像レンズ３
５への入射光の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＝ｓｉｎθ２で与えられ、結像レンズ３５の射出
側ＮＡすなわち結像レンズ３５からの射出光の開口数ＮＡ３は、ＮＡ３＝ｓｉｎθ３で与
えられる。この際、光源ランプユニット２０からの射出開口数ＮＡ１は、副反射鏡１９の
存在によって小さくなっており、さらに、結像レンズ３５によって液晶パネル４２ａへの
入射開口数ＮＡ３を小さくすることができるので、液晶パネル４２ａに入射する光の入射
角範囲を比較的簡単に小さくすることができる。結果的に、液晶パネル４２ａから射出さ
れる変調光の射出角度範囲を小さくすることができ、後に詳述するように、液晶パネル４
２ａの透過像を液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂに結像するためのリレーレンズ６１，
６２を比較的簡単で小型のものとできる。
【００２７】
第１光変調部４０は、均一照明光学系３０を経て均一化された照明光をシステム光軸Ｏ
Ａに垂直な面内で空間的に輝度変調するためのものである。この第１光変調部４０は、入
射レンズ４１、液晶パネル（液晶表示パネル）４２ａ、偏光フィルタ４３ｂ，４３ｂ、及
び射出レンズ４４を備え、第１光変調装置として機能する。ここで、液晶パネル４２ａと
、これを挟む一対の偏光フィルタ４３ｂ，４３ｂ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液晶ライトバルブを構成する。なお、液晶パネル４２ａは、画
素ごとに集光を調節するためのマイクロレンズアレイを設けていない単純透過型の液晶表
示素子からなり、入射した光束が略そのままの角度で射出される。つまり、液晶パネル４
２ａに入射する照明光の入射角度範囲と略一致する射出角度範囲で像光が射出される。
【００２８】
この第１光変調部４０において、均一照明光学系３０側から入射した照明光は、入射レ
ンズ４１を介して輝度変調用の液晶パネル４２ａ内の画像形成領域を照明する。液晶パネ
ル４２ａ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、入射した偏光光束の偏光方向を変調する。つまり、液晶パネル４２ａは、入射した
照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、
液晶パネル４２ａに入射した照明光は、この液晶パネル４２ａ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４３ｂ，４３ｂによって、液晶パネル４２ａに入射する照明光の偏光方向が調整
されるとともに、液晶パネル４２ａ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。つまり、第１光変調部４０によって、均一な照明光が画素単位で減光され、画
像情報に対応する２次元的分布で輝度変調が達成される。
【００２９】
なお、入射レンズ４１は、均一照明光学系３０からの部分光束が液晶パネル４２ａに入
射する角度を調整するためのものであり、射出レンズ４４は、液晶パネル４２ａ等からの
変調光の射出角度を調整するためのものである。入射レンズ４１と射出レンズ４４は、ど
ちらか一方または両方とも省略することも可能であるが、その場合、光束が拡散し易くな
り後続のリレーレンズ６１，６２の開口数を大きくする必要が生じるため、少なくとも何
れ一方を備えるのが好ましい。
【００３０】
色分離投射装置５０は、第１光変調部４０を経て輝度変調された像光を各色光に分離し
て第２光変調部７０に投影するためのものであり、第１及び第２ダイクロイックミラー５
１ａ，５１ｂ、反射ミラー５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ、両面ミラー５４，フィール
ドレンズ５５ｒ，５５ｂ，５５ｇ、及びリレーレンズ６１，６２を備える。
【００３１】
これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー５１ａ，５１ｂを含んで構成される
色分離光学系は、第１光変調部４０によって輝度変調された像光を、色光赤（Ｒ）、緑（
Ｇ）色光、及び青色光（Ｂ）の３つの像光に分離する。各ダイクロイックミラー５１ａ，
５１ｂ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５１ａ
は、モノクロの像光から青色成分である青色光ＬＢを反射分岐し、残った緑色光ＬＧと赤
色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー５１ｂは、第１ダイクロイッ
クミラー５１ａを通過して反射ミラー５３ａ及びリレーレンズ６１を経た像光のうち緑色
成分である緑色光ＬＧを反射し、赤色成分である赤色光ＬＲを透過させる。
【００３２】
この色分離投射装置５０において、均一照明光学系３０から第１光変調部４０を経て入
射した輝度変調後の像光は、まず第１ダイクロイックミラー５１ａに入射する。像光のう
ち赤色光ＬＲは、第１光路ＯＰ１に導かれるべきものであり、第１ダイクロイックミラー
５１ａを透過し、反射ミラー５３ａ及びリレーレンズ６１を経て第２ダイクロイックミラ
ー５１ｂを透過し、反射ミラー５３ｂを経て最終段のフィールドレンズ５５ｒに入射する
。また、輝度変調後の像光のうち緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２に導かれるべきものであ
り、第１ダイクロイックミラー５１ａを透過し、反射ミラー５３ａ及びリレーレンズ６１
を経て第２ダイクロイックミラー５１ｂで反射され、両面ミラー５４を経て最終段のフィ
ールドレンズ５５ｇに入射する。さらに、輝度変調後の像光のうち青色光ＬＢは、第３光
路ＯＰ３に導かれるべきものであり、第１ダイクロイックミラー５１ａで反射され、両面
ミラー５４、リレーレンズ６２及び反射ミラー５３ｃ，５３ｄを経て最終段のフィールド
レンズ５５ｂに入射する。
【００３３】
ここで、赤色用の第１光路ＯＰ１と、緑色用の第２光路ＯＰ２と、青色用の第３光路Ｏ
Ｐ３とは、互いに光路の実効長さが等しい等価系となっている。具体的に説明すると、第
１光変調部４０で輝度変調された像光のうち赤色成分は、第１光路ＯＰ１において、リレ
ーレンズ系であるリレーレンズ６１によって例えば等倍率で後述する第２光変調部７０に
設けた画像情報変調用の液晶パネル７２ｒ内の画像形成領域に投影される。同様に、第１
光変調部４０で輝度変調された像光のうち緑色成分は、第２光路ＯＰ２において、リレー
レンズ６１によって赤色と同じ倍率（例えば等倍率）で、上記第２光変調部７０に設けた
画像情報変調用の液晶パネル７２ｇ内の画像形成領域に投影される。また、第１光変調部
４０で輝度変調された像光のうち青色成分は、第３光路ＯＰ３において、リレーレンズ系
であるリレーレンズ６２によって赤色及び緑色と同じ倍率（例えば等倍率）で、上記第２
光変調部７０に設けた画像情報変調用の液晶パネル７２ｂ内の画像形成領域に投影される
。
【００３４】
以上において、リレーレンズ６１，６２は、レンズアレイを有しないタイプの液晶パネ
ル４２ａを通過した小さな射出角度範囲の像光を液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂに投
射するだけである。つまり、各リレーレンズ６１，６２のＦ値は、
Ｆ値＝１／（２・ＮＡ３）
＝１／（２・ｓｉｎθ３）
＞１／（２・ｓｉｎθ１）
で与えられるので、各リレーレンズ６１，６２のＦ値を大きくすることができ、これらに
よる結像精度を簡易に高めることができる。なお、各リレーレンズ６１，６２のＦ値は、
実用上２以上であることが望ましく、つまり、各リレーレンズ６１，６２の入射側ＮＡを
０．２５以下とすることが望ましい。
【００３５】
第２光変調部７０は、３色の像光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶パネ
ル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂと、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂを挟むように配置さ
れる３組の偏光フィルタ７３ｒ，７３ｇ，７３ｂとを備え、第２光変調装置として機能す
る。ここで、赤色光ＬＲ用の液晶パネル７２ｒと、これを挟む一対の偏光フィルタ７３ｒ
，７３ｒとは、輝度変調後の像光のうち赤色光ＬＲを画像情報に基づいて２次元的に輝度
変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶パネル７２ｇ
と、対応する偏光フィルタ７３ｇ，７３ｇも、緑色用の液晶ライトバルブを構成し、青色
光ＬＢ用の液晶パネル７２ｂと、偏光フィルタ７３ｂ，７３ｂも、青色用の液晶ライトバ
ルブを構成する。
【００３６】
各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ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
。つまり、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂは、入射した光束の偏光方向の空間的分
布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ
，７２ｂにそれぞれ入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，
７２ｂ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７３ｒ，７３ｇ，７３ｂによって、各液晶パネ
ル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂに入射する輝度変調後の像光の偏光方向が調整されるとともに
、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ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。
【００３７】
なお、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂの画像形成領域（有効領域）の輪郭は、第
１光変調部４０に設けた液晶パネル４２ａの画像形成領域（有効領域）の輪郭と同一形状
となっている。輝度変調用の液晶パネル４２ａで形成された像光は、既に説明したように
画像サイズを一致させて、画像情報変調用の各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ上に、
それぞれ例えば等倍率で投影される。この際、液晶パネル４２ａを構成する縦横画素数は
、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂを構成する縦横画素数と一致しており、画素同士
が１対１対応した投影が実現されている。
【００３８】
以上の説明から明らかなように、画像情報変調用の第２光変調部７０は、第１光変調部
４０で輝度変調されたモノクロの像光を表示画像データに基づいて再度光変調する。つま
り、第２光変調部７０を経た各色の像光は、２段階の変調によって極めてコントラストの
高いものとなっている。
【００３９】
クロスダイクロイックプリズム８０は、偏光フィルタ７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ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合成光学系である
。このクロスダイクロイックプリズム８０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８１，８２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜８１は青色光を反射
し、他方の第２誘電体多層膜８２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズ
ム８０は、液晶パネル７２ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜８２で反射して進行方
向右側に射出させ、液晶パネル７２ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜８１
，８２を介して直進・射出させ、液晶パネル７２ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜
８１で反射して進行方向左側に射出させる。
【００４０】
このようにクロスダイクロイックプリズム８０で合成された像光は、拡大投影レンズと
しての投射光学系９０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として
投射される。
【００４１】
以下、具体的なシミュレーション結果について簡単に説明する。主反射部２２ｂの最大
射出角θ１は、３５°であるものとし、ロッドインテグレータ３３は、縦横寸法が３．６
ｍｍ×６．４ｍｍで長さが４０ｍｍのものであるとした。また、結像レンズ３５の結像倍
率は１．８４４（＝１１．８／６．４）とした。各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂの
サイズは、０．９インチで１０．８ｍｍ×１９．２ｍｍのものとし、０．５ｍｍのマージ
ンで１１．８ｍｍ×２１ｍｍの照明エリアを照明することとした。結果的に、結像レンズ
３５の最大射出角θ３に対応する液晶パネル４２ａへの照明光の入射角範囲を１８°にす
ることができた。つまり、リレーレンズ６１，６２の入射側の開口数は０．３１１となり
、Ｆ／１．６となるので、比較的安価なリレーレンズ６１，６２によって液晶パネル４２
ａの像を各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂに精密に投影することができる。
【００４２】
図３は、図１に示す均一照明光学系３０の変形例を説明する図である。この均一照明光
学系１３０の場合、光源ランプユニット２０から射出される光源光は、第２焦点Ｆ２（図
２参照）に集光されて、この第２焦点Ｆ２と一致するように配置された光入射孔１３７ａ
を有するロッドインテグレータ３３内部に導入される。ロッドインテグレータ３３の入射
端３３ａの端面には、戻り光を反射するミラー１３７が設けられており、ロッドインテグ
レータ３３の射出端３３ｂの端面には、（λ／４）板１３８と偏光板１３９とが順次設け
られている。ミラー１３７に設けた開口である光入射孔１３７ａから入射した光源光は、
内部で反射を繰り返すことによって分割され（λ／４）板１３８及び偏光板１３９を経て
射出ポートＯＰから均一化された照明光として射出される。偏光板１３９は、反射型の偏
光板であり、例えばＰ偏光を透過させるがＳ偏光を反射する。よって、偏光板１３９で反
射されたＳ偏光は、（λ／４）板１３８を逆行する際に円偏光に変換され、ミラー１３７
で反射されて再度（λ／４）板１３８を通過する際にＰ偏光になる。よって、戻り光がロ
ッドインテグレータ３３及び（λ／４）板１３８を往復することによって偏光板１３９を
を通過し、ロッドインテグレータ３３に取り込まれた光源光が効率よく特定方向の偏光光
に変換されて射出ポートＯＰから射出される。偏光板１３９から射出された照明光は、結
像レンズ３５を介して第１光変調部４０の液晶パネル４２ａに投影される。
【００４３】
なお、以上の説明では、輝度変調用の第１光変調部４０を前段に配置し、画像情報変調
用の第２光変調部７０等を後段に配置しているが、画像情報変調用の第２光変調部７０等
を前段（すなわち照明光学系３０の射出側）に配置し、輝度変調用の第１光変調部４０を
後段に配置する構成も可能である。また、ロッドインテグレータ３３は、断面積が変化し
ない角柱としたが、ロッドの一端から他端に向かって断面積が増加或いは減少するテーパ
状とすることもできる。
【００４４】
以上説明した第１実施形態のプロジェクタ１０によれば、第１光変調部４０と第２光変
調部７０とをリレーレンズ６１，６２を介して２段で設置するので、高いコントラストの
画像を投射することができる。また、本プロジェクタ１０では、主反射鏡２２の外側に向
けて放射された光を発光部１１に戻す副反射鏡１９を有する光源ランプユニット２０を用
いるので、主反射鏡２２をあまり大きくすることなく光源ランプユニット２０から射出さ
れる光の角度範囲を絞り込むことができる。この結果、ロッドインテグレータ３３に入射
する光の入射角範囲を小さくすることができ、第１光変調部４０に入射する光の入射角範
囲すなわち結像レンズ３５の最大射出角θ３を比較的簡単に小さくすることができる。つ
まり、リレーレンズ６１，６２のＦ値を小さくして小型化を図りつつ高精度の結像が可能
なるので、高コントラストの画像を高精度で投射することができ小型で安価なプロジェク
タを提供することができる。
【００４５】
〔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。図４は、第２実施
形態のプロジェクタの全体構造を説明する図である。このプロジェクタ２１０は、光源ラ
ンプユニット２０、均一照明光学系２３０、第２光変調部２７０、リレーレンズ２６３、
第３光変調部２４０、及び投射光学系９０を、システム光軸ＯＡに沿って順に配置して構
成されている。
【００４６】
光源ランプユニット２０については、第１実施形態と同様のものであるので説明を省略
する。また、均一照明光学系２３０については、図３で説明した均一照明光学系１３０と
同様のものであるが、ロッドインテグレータ３３の射出ポートＯＰと結像レンズ３５との
間にカラーホイール２３６を設けた構造となっており、さらに、結像レンズ３５の後段に
結像レンズ３５によって投影される照明光の光路を折り曲げるためのミラー２３５ａを配
置している。
【００４７】
光源ランプユニット２０から射出される光源光は、光入射孔１３７ａを介してロッドイ
ンテグレータ３３内部に導入される。ロッドインテグレータ３３を通過して射出ポートＯ
Ｐから射出された照明光は、カラーホイール２３６に入射する。カラーホイール２３６は
、図示を省略するモータによって回転可能になっており、ロッドインテグレータ３３の射
出ポートＯＰに対向配置されるフィルタ面２３６ａには、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色もしくは透明
部（白色）を含めた４色のフィルタが扇状に形成されている。フィルタ面２３６ａは、ロ
ッドインテグレータ３３から射出された照明光をＲＧＢの３色に時系列的に色分割して射
出する。カラーホイール２３６の後段に設けた結像レンズ３５は、ロッドインテグレータ
３３の射出ポートＯＰの像を第２光変調部２７０上に形成し、第２光変調部２７０の均一
な照明が達成される。第２光変調部２７０は、フィールドレンズ２７１とデジタル・マイ
クロミラー・デバイス２７２とを備える。デジタル・マイクロミラー・デバイス２７２は
、これに入射する照明光を与えられた画像信号に応じて各画素に対応するマイクロミラー
で反射することにより、画像を表す像光をリレーレンズ系であるリレーレンズ２６３の方
向に射出する機能を有する反射方向制御型の光変調装置である。デジタル・マイクロミラ
ー・デバイス２７２から射出される像光は、フィールドレンズ２７１及びリレーレンズ２
６３を介して、輝度変調用の第３光変調部２４０において再結像され、第３光変調部２４
０で輝度変調された像光は、投射光学系９０によってプロジェクタ２１０の前方に配置さ
れたスクリーン（不図示）に投射される。
【００４８】
ここで、第３光変調部２４０は、入射レンズ２４１、液晶パネル２４２ａ、及び偏光フ
ィルタ２４３ｂ，２４３ｂを備える。これらの液晶パネル２４２ａや偏光フィルタ２４３
ｂ，２４３ｂは、第１実施形態に係るプロジェクタ１０の第１光変調部４０に設けた液晶
パネル４２ａや偏光フィルタ４３ｂ，４３ｂと同一の形状及びサイズを有する。このため
、リレーレンズ２６３は、前段の各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂの画像形成領域に
形成された画像を、液晶パネル２４２ａの画像形成領域に等倍率で投影する。
【００４９】
なお、以上の説明では、画像情報変調用の第２光変調部２７０を前段に配置し、輝度変
調用の第３光変調部２４０を後段に配置しているが、前段の第２光変調部２７０を輝度変
調用とし、後段の第３光変調部２４０を画像情報変調用とすることもできる。この場合、
カラーホイール２３６を省略して第２光変調部２７０を白色光で照明するとともに、リレ
ーレンズ２６３や第３光変調部２４０を、図１に示すリレーレンズ６１，６２や第２光変
調部７０に置き換えればよい。
【００５０】
なお、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。
【００５１】
すなわち、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、４等に示すプロジェクタ１０，２１０の構成は、いずれにも適用可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【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のプロジェクタに組み込まれる光源ランプユニットの側方断面図である。
【図３】図１に示す均一照明光学系３０の変形例を説明する図である。
【図４】第２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。
【符号の説明】
【００５３】
１０，２１０…プロジェクタ、  １１…発光部、  １９…副反射鏡、  ２０…均一照明
光学系、  ２０…光源ランプユニット、  ２１…ランプ本体、  ２２…主反射鏡、  ３０
…均一照明光学系、  ３１…偏光変換装置、  ３１ａ…偏光分離膜、  ３１ｄ…波長板、
３３…ロッドインテグレータ、  ３５…結像レンズ、  ４０…第１光変調部、  ４２ａ
…液晶パネル、  ５０…色分離投射装置、  ５１ａ，５１ｂ…ダイクロイックミラー、  
５５ｒ，５５ｂ，５５ｇ、…フィールドレンズ、  ６１，６２…リレーレンズ、  ７０…
第２光変調部、  ７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ…液晶パネル、  ８０…クロスダイクロイック
プリズム、  ８１，８２…誘電体多層膜、  ９０…投射光学系
【図１】
2007206140.tif 000003
【図２】
2007206140.tif 000004
【図３】
2007206140.tif 000005
【図４】
2007206140.tif 000006