(57)【要約】【課題】複雑形状のレンズを用いることなく、照度ムラの発生を抑制できるプロジェクターを提供すること。【解決手段】光源から射出された光束の光軸に直交する面内に複数のシリンドリカルレンズを有する面を、前記光束の入射側と射出側の２面に備え、前記複数のシリンドリカルレンズにより前記光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、複数のレンズを有する第２レンズアレイと、光束の偏光方向を１種類に揃える偏光変換素子とを備え、前記各シリンドリカルレンズの前記第１方向における焦点位置は、前記シリンドリカルレンズから射出された光束の光軸方向の前記第２レンズアレイの近傍に設定され、前記各シリンドリカルレンズの前記第２方向における焦点位置は、前記シリンドリカルレンズから射出された光束の光軸方向の前記偏光変換素子近傍に設定されていることを特徴とするプロジェクター。【選択図】図２
2012145740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記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する光変調装置と、形成された前記光学像を投射する投射光学系とを備えたプロジェクターであって、
前記光源から射出された光束を均一化して、前記光変調装置の画像形成領域を均一に照明する均一照明光学系を備え、
前記均一照明光学系は、前記光束の入射側および射出側の面に複数のシリンドリカルレンズを有し、前記複数のシリンドリカルレンズにより前記光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイによって分割された部分光束に応じた複数のレンズを有する第２レンズアレイと、
前記第１レンズアレイの光束射出側に配置され、前記第１レンズアレイから射出された光束の偏光方向を１種類に揃える偏光変換素子と、を有し、
前記偏光変換素子は、前記光源から射出された光束の光軸に直交する面内における第１方向に長手方向を有し、入射光束における一方の偏光方向を有する偏光光を透過し、他方の偏光方向を有する偏光光を反射する偏光分離層と、
前記光源から射出された光束の光軸および前記第１方向に直交する第２方向に沿って前記偏光分離層と交互に配置され、前記偏光分離層で反射した偏光光を、前記偏光分離層を透過した偏光光と同じ方向に反射する反射層と、
前記偏光分離層または前記反射層に対応する位置に配置され、入射する偏光光の偏光方向を他の偏光方向に変換する位相差層と、を有し、
前記第１レンズアレイは前記第２レンズアレイから前記偏光変換素子までに焦点を結び、前記第１方向における焦点位置と前記第２方向における焦点位置が互いに異なることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記第１レンズアレイの前記光束の入射側面と前記射出側面のうち一方の面側の複数のシリンドリカルレンズは前記第１方向に並んで配置されており、前記第１レンズアレイの前記光束の入射側面と射出側面のうち他方の面側の複数のシリンドリカルレンズは前記第２の方向に並んでいることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記第１レンズアレイの前記第１方向における焦点位置は、前記偏光変換素子よりも前記第２レンズアレイに近く、
前記第１レンズアレイの前記第２方向における焦点位置は、前記偏光変換素子に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２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、光源と、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調し画像を形成し、形成された画像を投写する投写光学系とを備えたプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像情報に応じた光学像を形成して、その光学像をスクリーン等に拡大投射するプロジェクターが知られている。このようなプロジェクターとして、光源と、その光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された光学像としての光束を投射する投射レンズとを備えたプロジェクターが知られている。
【０００３】
近年、形成画像の画質や色再現性を向上させた、いわゆる三板式プロジェクターが考案されている。このような三板式プロジェクターは、光源としてのランプから射出された光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する色分離光学系と、分離された色光ごとに設けられ、入射する色光を画像情報に応じて変調する光学変調装置としての複数の液晶パネルと、各液晶パネルで変調された色光を合成して光学像を形成する色合成光学装置とを備えて構成されている。
【０００４】
ここで、液晶パネル等の光変調装置の画像形成領域は、均一に照射される必要がある。このため、ランプから射出された光束を複数の部分光束に分割した後、部分光束を光変調装置の画像形成領域に重畳させて、画像形成領域を均一に照明するインテグレーター照明光学系を備えたプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のプロジェクターでは、インテグレーター照明光学系として、ランプから射出された光束の光軸に直交する面内に、複数の小レンズがマトリックス状に配列された第１レンズアレイと、複数の小レンズに対応する複数のレンズを有する第２レンズアレイと、第２レンズアレイの各小レンズから射出された光束の偏光方向を揃える偏光変換素子と、偏光変換素子から入射する光束を液晶パネルの画像形成領域に重畳させる重畳レンズとを備えている。そして、このインテグレーター照明光学系によって、ランプから射出された光束の照明領域における光量の均一化が図られ、液晶パネルの画像形成領域が均一に照明される。
【０００５】
また、このようなプロジェクターでは、プロジェクターを構成する各光学部品の位置決め固定後に、光源ランプの電極間の中心から発光部が移動した場合でも、液晶パネルの画像形成領域における照度ムラの発生を抑制する必要がある。
このため、光源ランプから射出された光束の光軸に略直交する面内における第１方向の焦点位置が第２レンズアレイ近傍になるように設定され、光源ランプから射出された光束の光軸および第１方向に略直交する第２方向の焦点位置は偏光変換素子近傍に設定された各小レンズを有する第１レンズアレイを備えたプロジェクターが知られている（例えば、特許文献２参照）。
このような第１レンズアレイを使用することにより、光源における発光部が移動した場合でも、発光部における、ある位置から射出された光により形成される部分光束の略全ての光が、光変調装置の画像形成領域に重畳されて入射することとなるため、一方の端部側の光を減じられた部分光束が、光変調装置の画像形成領域に重畳される場合と異なり、画像形成領域の一方の端部側と他方の端部側との照明強度（照度）に大きな差が生じることを抑制することができる。従って、光変調装置の画像形成領域における照度ムラの発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３４１２６号公報
【特許文献２】特開２００７−２１９４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなインテグレーター照明光学系では、第１方向と第２方向で焦点位置の異なる各小レンズからなる第１レンズアレイを使用する必要があるため、レンズ形状が複雑になるという問題があった。
このような問題から、第１方向と第２方向で焦点位置の異なるレンズからなる第１レンズアレイを使用しなくても、プロジェクターを構成する各光学部品の位置決め固定後に、光源の発光部が移動した場合に光変調装置の画像形成領域における照度ムラを抑制できるプロジェクターが要望されてきた。
【０００８】
本発明の目的の少なくとも一つは、第１方向と第２方向の焦点位置が異なるレンズからなる第１レンズアレイを使用しなくても、画像形成領域における照度ムラの発生を抑制することができるプロジェクターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［適用例１］本適用例に係るプロジェクターは、光源と、前記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する光変調装置と、形成された前記光学像を投射する投射光学系とを備えたプロジェクターであって、前記光源から射出された光束を均一化して、前記光変調装置の画像形成領域を均一に照明する均一照明光学系を備え、前記均一照明光学系は、前記光束の入射側および射出側の面に複数のシリンドリカルレンズを有し、前記複数のシリンドリカルレンズにより前記光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイによって分割された部分光束に応じた複数のレンズを有する第２レンズアレイと、前記第１レンズアレイの光束射出側に配置され、前記第１レンズアレイから射出された光束の偏光方向を１種類に揃える偏光変換素子と、を有し、前記偏光変換素子は、前記光源から射出された光束の光軸に直交する面内における第１方向に長手方向を有し、入射光束における一方の偏光方向を有する偏光光を透過し、他方の偏光方向を有する偏光光を反射する偏光分離層と、前記光源から射出された光束の光軸および前記第１方向に直交する第２方向に沿って前記偏光分離層と交互に配置され、前記偏光分離層で反射した偏光光を、前記偏光分離層を透過した偏光光と同じ方向に反射する反射層と、前記偏光分離層または前記反射層に対応する位置に配置され、入射する偏光光の偏光方向を他の偏光方向に変換する位相差層と、を有し、前記第１レンズアレイは前記第２レンズアレイから前記偏光変換素子までに焦点を結び、前記第１方向における焦点位置と前記第２方向における焦点位置が互いに異なることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、インテグレーター照明光学系において、光源から射出された光束の光軸に直交する面内における第１方向の焦点位置が第２レンズアレイ近傍になるように設定され、光源から射出された光束の光軸および第１方向に直交する第２方向の焦点位置は偏光変換素子近傍に設定された各小レンズを有する第１レンズアレイを使用しなくても、光源において発光部が移動した場合に、画像形成領域における照度ムラの発生を抑制することができる。
すなわち、第１レンズアレイを構成する複数のシリンドリカルレンズの第１方向における焦点位置が、第１レンズアレイの光束入射面におけるシリンドリカルレンズによって第２レンズアレイ近傍になるように設定され、第２方向における焦点位置が、第１レンズアレイの光束射出面におけるシリンドリカルレンズによって偏光変換素子近傍に設定されることにより、第１方向における焦点位置が第２レンズアレイ近傍になるように設定され、第２方向における焦点位置が偏光変換素子近傍になるように設定されたレンズアレイと同様の設定が可能となり、画像形成領域における照度ムラの発生を抑制することが可能となる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に係るプロジェクターにおいて、前記第１レンズアレイの前記光束の入射側面と前記射出側面のうち一方の面側の複数のシリンドリカルレンズは前記第１方向に並んで配置されており、前記第１レンズアレイの前記光束の入射側面と射出側面のうち他方の面側の複数のシリンドリカルレンズは前記第２の方向に並んでいることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、第１レンズアレイの一方の面側の複数のシリンドリカルレンズが第１の方向に並び、第１レンズアレイの他方の面側の複数のシリンドリカルレンズが第２の方向に並ぶように配置されているため、一方の面のシリンドリカルレンズと他方の面のシリンドリカルレンズにより、それぞれ第１の方向の焦点位置と第２の方向の焦点位置を競っていることができるため、容易に第１方向の焦点位置と第２方向の焦点位置を異ならせることが可能となる。
【００１３】
［適用例３］上記適用例に係るプロジェクターにおいて、前記第１レンズアレイの前記第１方向における焦点位置は、前記偏光変換素子よりも前記第２レンズアレイに近く、前記第１レンズアレイの前記第２方向における焦点位置は、前記偏光変換素子に設定されていることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、第１レンズアレイを構成する複数のシリンドリカルレンズの第１方向における焦点位置が、第１レンズアレイの一方の面側のシリンドリカルレンズによって偏光変換素子よりも第２レンズアレイに近く設定され、第２方向における焦点位置が、第１レンズアレイの他方の面側のシリンドリカルレンズによって偏光変換素子に設定されることにより、容易に画像形成領域における照度ムラの発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図。
【図２】シリンドリカルレンズの第２方向の焦点位置を表す模式図。
【図３】シリンドリカルレンズの第１方向の焦点位置を表す模式図。
【図４】偏光変換素子の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔１．実施形態〕
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（１）プロジェクター１の構成
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を模式的に示す図である。
本実施形態に係るプロジェクター１は、光源から射出される光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像をスクリーン（図示略）上に拡大投射するものである。
【００１７】
プロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２と、投射光学装置としての投射レンズ３と、光学ユニット４等を備える。
なお、図示は省略するが、外装筐体２内において、投射レンズ３および光学ユニット４以外の空間には、プロジェクター１内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却ユニット、プロジェクター１内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット、およびプロジェクター１全体を制御する制御装置が配置されているものとする。
【００１８】
外装筐体２は合成樹脂から構成され、投射レンズ３および光学ユニット４を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装筐体２は、図示は省略するが、プロジェクター１の天面、前面、背面、および左右両側をそれぞれ構成するアッパーケースと、プロジェクター１の底面、前面、および背面をそれぞれ構成するロアーケースとで構成され、アッパーケース、およびロアーケースは互いにねじ等で固定されている。
なお、外装筐体２は合成樹脂に限らず、その他の材料にて形成してもよく、例えば、アルミニウム、マグネシウム等を含む金属で形成してもよい。
【００１９】
光学ユニット４は制御装置による制御下で、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像（カラー画像）を形成するユニットである。この光学ユニット４は、外装筐体２の背面に沿って延出するとともに、外装筐体２の側面に沿って延出する平面視略L字形状を有している。
投射レンズ３は、光学ユニット４にて形成された光学像（カラー画像）を図示しないスクリーン上に拡大投射する投射光学系である。この投射レンズ３は筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。
【００２０】
（２）光学ユニット４の構成
光学ユニット４は、図１に示すように、照明光学装置４１と、色分離装置４２と、リレー光学装置４３と、電気光学装置４４と、これらの光学部品（照明光学装置４１〜電気光学装置４４）を内部に収納配置するとともに、投射レンズ３を所定位置で支持固定する光学部品用筐体４５とを備える。
【００２１】
図２は照明光学装置４１を上方から見た模式図である。また、図３は、照明光学装置４１を水平方向から見た模式図である。
照明光学装置４１は電気光学装置４４を構成する後述する液晶パネル４４１の画像形成領域をほぼ均一に照明するための均一照明光学系である。この照明光学装置４１は、図１から図３に示すように、光源装置４１１と、第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３と、偏光変換素子４１４と、重畳レンズ４１５とを備えて構成されている。
【００２２】
光源装置４１１は、放射状の光線を射出する光源ランプ４１６と、光源ランプ４１６から射出された放射光を反射して、所定位置に収束させるリフレクター４１７と、リフレクター４１７にて収束される光束を照明光軸Ａに対して平行化する平行化レンズ４１８とを備えている。
【００２３】
このうち、光源ランプ４１６は石英ガラス管を備えて構成され、光源ランプ４１６には、図２および図３（図３においては構成の一部のみ符号を付す）に示すように、中央部分が略球状に膨張する管球部４１６１と、管球部４１６１の両側から互いに離間する方向に延出する一対の封止部４１６２、４１６３とが形成されている。
この管球部４１６１内には、放電空間Ｓが形成され、放電空間Ｓ内に一対の電極４１６４、４１６５と、水銀、希ガスおよび少量のハロゲンが封入されている。
このような光源ランプ４１６としては、高輝度発光する種々の光源ランプを採用することができ、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプおよび超高圧水銀ランプ等を採用することができる。
【００２４】
一対の封止部４１６２、４１６３の内部には、一対の電極４１６４、４１６５の他に、一対の電極４１６４、４１６５と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔４１６６、４１６７がそれぞれ挿入され、一対の封止部４１６２、４１６３は、ガラス材料等で封止されている。
これら各金属箔４１６６、４１６７には、さらに電極引出線としてのリード線４１６８、４１６９がそれぞれ接続され、リード線４１６８、４１６９は、光源装置４１１の外部まで延出している。そして、これらリード線４１６８、４１６９に対して電圧を印加すると、金属箔４１６６、４１６７を介して電極４１６４、４１６５間に電位差が生じて放電が発生し、図２および図３に示すように、発光部Ｄが形成されて管球部４１６１内部が発光する。
【００２５】
リフレクター４１７は、図２に示すように、光源ランプ４１６の一方の封止部４１６３（光束射出方向の基端側に位置する封止部４１６３）に装着され、凹面形状の反射部４１７１を備えた透過性を有するガラス製の成形品である。この反射部４１７１における光源ランプ４１６に対向する側には、回転楕円面形状のガラス面に、金属薄膜が蒸着された反射面４１７２が形成されている。
なお、本実施形態では、リフレクター４１７は、回転楕円面を有する楕円面リフレクターで構成されているが、回転放物面を有する放物面リフレクター、もしくは回転自由曲面を有する自由曲面リフレクター等で構成してもよく、放物面リフレクターを使用する場合には、平行化レンズ４１８を省略した構成とする。
【００２６】
このようなリフレクター４１７の反射部４１７１内部に配置されたランプ４１６は、通常状態での発光部Ｄの中心Ｏがリフレクター４１７の反射面４１７２の回転楕円面形状の第１焦点位置の近傍となるように配置されている。そして、光源ランプ４１６を点灯すると、発光部Ｄからの放射された光束のうち、リフレクター４１７に向かった光束は、リフレクター４１７の反射面４１７２で反射されて、回転楕円面の第２焦点位置に収束する収束光となる。
【００２７】
ここで、光源ランプ４１６には、図２に示すように、副反射鏡４１６Ａが設けられている。この副反射鏡４１６Ａは、光源ランプ４１６の他方の封止部４１６２（リフレクター４１７が装着される側とは反対側の封止部４１６２）に装着され、副反射鏡４１６Ａには、略半球面状の反射部４１６Ａ１が形成されている。
この反射部４１６Ａ１は光源ランプ４１６の管球部４１６１の前方側（光束射出方向の先端側）の略半分を覆うように形成されており、略椀形状に形成されている。そして、反射部４１６Ａ１には、反射部４１６Ａ１の内面が光源ランプ４１６の管球部４１６１の球面に倣う、半球面状の反射面４１６Ａ２が形成されている。
【００２８】
このような副反射鏡４１６Ａを光源ランプ４１６に装着することにより、光源ランプ４１６の発光部Ｄから放射された光束のうち、前方側に放射される光束が、副反射鏡４１６Ａにより発光部Ｄに向けて反射され、光源ランプ４１６からリフレクター４１７の反射面４１７２に直接入射する光束と同様に、リフレクター４１７へと入射し、第２焦点位置に向かって収束する。
そして、リフレクター４１７にて収束された光束は、平行化レンズ４１８によって照明光軸Ａに対して略平行な平行光に変換される。これにより、光源装置４１１から射出される照明光束の中心軸は、照明光軸Ａに一致する。
【００２９】
第１レンズアレイ４１２は、図２および図３に示すように、照明光軸Ａに略直交する面内に、複数のシリンドリカルレンズ４１２１を有する面（光束入射側）と、複数のシリンドリカルレンズ４１２２を有する面（光束射出側）の２面を備えた構成を有している。これらのシリンドリカルレンズ４１２１、４１２２は、照明光軸Ａ方向から見て略直方体状の輪郭を有している。各シリンドリカルレンズ４１２１、４１２２は、光源装置４１１から射出される光束を、複数の部分光束に分割する。なお、第１レンズアレイ４１２の各シリンドリカルレンズ４１２１、４１２２の焦点位置については、後に後述する。
【００３０】
第２レンズアレイ４１３は、第１レンズアレイ４１２によって分割された各光束に対応する小レンズである第２レンズ４１３１（図２から図４参照）が、照明光軸Ａに略直交する面内にマトッリクス状に配置された構成を有している。この第２レンズアレイ４１３は重畳レンズ４１５とともに、第１レンズアレイ４１２の像を電気光学装置４４の後述する液晶パネル４４１の画像形成領域に結像させる機能を有している。
【００３１】
図４は、偏光変換素子４１４を部分的に拡大した断面図である。
偏光変換素子４１４は、図１に示すように、第２レンズアレイ４１３と重畳レンズ４１５との間に配置され、第１レンズアレイ４１２で分割された複数の部分光束の偏光方向を揃えるものである。
【００３２】
この偏光変換素子４１４は、図４に示すように、照明光軸Ａに対して略４５°に傾斜し交互に配置された偏光分離層４１４１および反射層４１４２と、これら偏光分離層４１４１および反射層４１４２が形成されるガラス部材４１４３と、入射光束の偏光方向を変換する位相差層４１４４と、入射光束を遮光する遮光板４１４５とを備えている。
なお、偏光分離層４１４１および反射層４１４２は、図４に示すように、照明光軸Ａに直交する面内における第１方向（垂直方向、図３中矢印Ｃ方向）に長手方向を有し、照明光軸Ａおよび第１方向に直交する第２方向（水平方向、図２および図４中矢印Ｂ方向）に交互に配列されている。
【００３３】
ここで、第１レンズアレイ４１２で分割された各部分光束は、対応する偏光分離層４１４１に応じた光束入射面４１４Ａから偏光分離層４１４１にそれぞれ入射する。そして、偏光変換素子４１４は、光束入射層４１４Ａの第１方向に沿ったそれぞれの幅が、偏光分離層４１４１の第１方向に沿ったそれぞれの幅（偏光分離層４１４１の長手方向の幅）に等しく、光束入射面４１４Ａの第２方向に沿ったそれぞれの幅が、偏光分離層４１４１の第２方向に沿ったそれぞれの幅に等しくなるように構成されている。
【００３４】
偏光分離層４１４１は、ランダムな偏光光束を２種類の直線偏光に分離する層であり、入射光束のうち一方の偏光光を透過して、他方の偏光光を反射する誘電体多層膜により構成されている。
反射層４１４２は、偏光分離層４１４１で反射された偏光光を、偏光分離層４１４１を透過した偏光光と同じ方向、すなわち、偏光変換素子４１４の光束射出側に向かって反射する層であり、単一金属材料または合成金属等で形成された反射膜により構成されている。
ガラス部材４１４３は、内部を光束が透過するものであり、本実施形態では、白板ガラス等を加工して形成されている。
【００３５】
位相差層４１４４は、ガラス部材４１４３の光束射出側に設けられ、ガラス部材４１４３から射出された光束の偏光方向を９０°回転させて他方の直線偏光の偏光方向と同一にするものである。
具体的に、位相差層４１４４は、ガラス部材４１４３の光束射出端面のうち、偏光分離層４１４１を透過した直線偏光が射出される部分に貼り付けられ、偏光分離層４１４１を透過した直線偏光の偏光方向を９０°回転させる。
なお、位相差層４１４４をガラス部材４１４３の光束射出端面のうち、反射層４１４２で反射された直線偏光が射出される部分に貼り付け、反射層４１４２で反射された直線偏光の偏光方向を９０°回転させる構成とすることも可能である。
【００３６】
遮光板４１４５はガラス部材４１４３の光束入射側に配置されている。この遮光板４１４５は、ステンレスまたはアルミニウム合金等で形成され、反射層４１４２に対応する位置に設けられている。このため、偏光変換素子４１４は、第１レンズアレイ４１２および第２レンズアレイ４１３から射出された部分光束が、反射層４１４２に対して直接入射しないように構成されている。
すなわち、遮光板４１４５は、第１レンズアレイ４１２および第２レンズアレイ４１３から射出された部分光束を、偏光分離層４１４１のみに入射させるように構成されており、反射層４１４２に入射しようとする不要光は、遮光板４１４５によって遮光される。したがって、第２レンズアレイ４１３から射出された部分光束のほとんどは、遮光板４１４５で覆われていないガラス部材４１４３の光束入射側の面である光束入射面４１４Ａに入射し、ガラス部材４１４３を介して、偏光分離層４１４１に入射する。
【００３７】
以上説明した偏光変換素子４１４の偏光分離層４１４１が、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する場合について、図４を用いて説明する。
第２レンズアレイ４１３の第２レンズ４１３１から射出された部分光束は、遮光板４１４５間を透過して、偏光変換素子４１４の光束入射面４１４Ａに入射した後、ガラス部材４１４３を介して偏光分離層４１４１に入射する。この偏光分離層４１４１は、部分光束に含まれるＰ偏光を透過し、光路を９０°変換するようにしてＳ偏光を反射層４１４２に向かって反射する。
反射層４１４２に入射したＳ偏光は、反射層４１４２で反射されることによって光路が光束射出側に向かって９０°変換され、照明光軸Ａと略同一方向に進む。
一方、偏光分離層４１４１を透過したＰ偏光は、位相差層４１４４に入射し、位相差層４１４４によって偏光方向が９０°回転されることにより、Ｓ偏光として射出される。これにより、偏光変換素子４１４からは、略１種類のＳ偏光が射出される。
【００３８】
ここで、直線偏光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクターでは、１種類の直線偏光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源装置４１１から射出される光の略半分を利用できない。このため、本実施形態では、偏光変換素子４１４を用いることで、光源装置４１１からの射出光を略１種類の直線偏光に変換し、電気光学装置４４での光の利用効率を高めている。
このようにして、偏光変換素子４１４によって略１種類の直線偏光に変換された各部分光束は、重畳レンズ４１５によって、電気光学装置４４の後述する液晶パネル４４１の画像形成領域（光変調面）上にほぼ重畳される。
【００３９】
色分離光学装置４２は、図１に示すように、２枚のダイクロイックミラー４２１、４２２と、反射ミラー４２３とを備え、ダイクロイックミラー４２１、４２２により照明光学装置４１から射出された複数の分光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する色分離光学系である。
リレー光学装置４３は、入射レンズ４３１、リレーレンズ４３３、および反射ミラー４３２、４３４を備え、色分離光学装置４２で分離された赤色光を赤色光用の液晶パネル４４１Ｒまで導く機能を有している。
【００４０】
この際、色分離光学装置４２のダイクロイックミラー４２１では、照明光学装置４１から射出された光束の赤色光成分と緑色光成分とが透過するとともに、青色光成分が反射する。ダイクロイックミラー４２１によって反射した青色光は、反射ミラー４２３で反射し、フィールドレンズ４１９を通って青色光用の液晶パネル４４１Ｂに達する。
このフィールドレンズ４１９は、第２レンズアレイ４１３から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の緑色光および赤色光用の液晶パネル４４１Ｇ、４４１Ｒの光入射側に設けられたフィールドレンズ４１９も同様である。
【００４１】
ダイクロイックミラー４２１を透過した赤色光と緑色光のうち、緑色光はダイクロイックミラー４２２によって反射し、フィールドレンズ４１９を通って緑色光の液晶パネル４４１Ｇに達する。一方赤色光はダイクロイックミラー４２２を透過してリレー光学装置４３を通り、さらにフィールドレンズ４１９を通って赤色光用の液晶パネル４４１Ｒに達する。
なお、赤色光にリレー光学装置４３が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射レンズ４３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４１９に伝えるためである。なお、リレー光学装置４３には、３つの色光のうち赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば青色光を通す構成としてもよい。
【００４２】
電気光学装置４４は、色分離光学装置４２から射出される３つの色光を画像情報に応じてそれぞれ変調し、変調した各色光を合成して光学像（カラー画像）を形成する。
この電気光学装置４４は、光変調装置としての液晶パネル４４１（赤色光用の液晶パネルを４４１Ｒ、緑色光用の液晶パネルを４４１Ｇ、および青色光用の液晶パネルを４４１Ｂとする）と、これら各液晶パネル４４１の光束入射側にそれぞれ配置される３つの入射側偏光板４４２と、各液晶パネル４４１の光束射出側にそれぞれ配置される３つの視野角補償板４４３と、各視野角補償板４４３の光束射出側にそれぞれ配置される３つの射出側偏光板４４４と、射出側偏光板４４４の光束射出側に配置される色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム４４５とを備えて構成されている。
【００４３】
入射側偏光板４４２には、偏光変換素子４１４で偏光方向が略一方向に揃えられた各色光が入射し、入射側偏光板４４２は、入射した光束のうち、偏光変換素子４１４で揃えられた光束の偏光方向と略同一方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。この入射側偏光板４４２は、例えば、サファイアガラスまたは水晶等の透過性基板上に偏光層が貼付された構成を有している。
光変調装置としての液晶パネル４４１は、詳しい図示を省略するが、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶素子が密閉封入された構成を有し、制御装置からの駆動信号に応じて、液晶素子の配向状態が制御され、入射側偏光板４４２から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。
【００４４】
視野角補償板４４３は、フィルム状に形成され、液晶パネル４４１に光束が斜方入射した場合（パネル面の法線方向に対して傾斜して入射した場合）の液晶パネル４４１で生じる複屈折による位相差を補償する。この視野角補償板４４３は、負の一軸性を有する光学異方体であり、その光学軸がフィルムの面内の所定方向に向きかつ、フィルム面から面外方向に所定角度傾斜するように配向している。
この視野角補償板４４３としては、例えば、トリアセチルセロース（ＴＡＣ）等の透明支持体上に配向層を介してディスコティック（円盤状）化合物層を形成したもので構成でき、WVフィルム（富士写真フィルム製）を採用できる。
【００４５】
射出側偏光板４４４は、入射側偏光板４４２の透過軸と直交する方向に透過軸を有する。いわゆる、クロスニコルに配置されている。
クロスダイクロイックプリズム４４５は、射出側偏光板４４４から射出された色光を合成して光学像（カラー画像）を形成する。このクロスダイクロイックプリズム４４５は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は投射レンズ３と対面する側（Ｇ色光側）に配置された射出側偏光板４４４を介した光を透過し、残りの２つの射出側偏光板４４４（Ｒ色光側およびＢ色光側）を介した色光を反射する。このようにして、各入射側偏光板４４２、各液晶パネル４４１、各視野角補償板４４３、および各射出側偏光板４４４にて変調された各色光が合成されてカラー画像が形成される。
【００４６】
（３）シリンドリカルレンズ４１２１、４１２２の焦点位置
第１レンズアレイ４１２を構成する複数のシリンドリカルレンズ４１２１、４１２２は、前述のように、光源装置４１１から射出された光束を複数の部分光束に分割して、対応する第２レンズアレイ４１３の第２レンズ４１３１に射出する。これらシリンドリカルレンズ４１２１、４１２２の焦点位置は、それぞれ異なるように構成されている。
【００４７】
このうち、シリンドリカルレンズ４１２２の第２方向（偏光変換素子４１４の偏光分離層４１４１および反射層４１４２の配列方向である水平方向、図２中矢印Ｂ方向）の焦点位置は、図２に示すように、シリンドリカルレンズ４１２２から射出される光束の光軸方向にける偏光変換素子４１４近傍、具体的には、対応する第２レンズ４１３１を介して入射する偏光変換素子４１４の偏光分離層４１４１の略中央に設定されている。
また、シリンドリカルレンズ４１２１の第１方向（偏光変換素子４１４の偏光分離層４１４１および反射層４１４２の長手方向である垂直方向、図３中矢印Ｃ方向）の焦点位置は、図３に示すように、シリンドリカルレンズ４１２１から射出される光束の光軸方向における第２レンズアレイ４１３近傍、具体的には、対応する第２レンズ４１３１の略中央に設定されている。
【００４８】
（４）光源ランプから射出された光の光路
また、シリンドリカルレンズ４１２１の第１方向における焦点位置は、シリンドリカルレンズ４１２１から射出された光束の光軸において対応する第２レンズ４１３１近傍に設定されている。
【００４９】
これによれば、光源ランプ４１６の発光部Ｄが第１方向に移動した場合に、発光部Ｄにおける光の射出位置に応じて、光がシリンドリカルレンズ４１２１を介することで形成される部分光束が、シリンドリカルレンズ４１２１に対応する第２レンズ４１３１に入射するか否かが決定される。すなわち、発光部Ｄにおけるある位置から射出された光により形成される部分光束が対応する第２レンズ４１３１に入射する場合には、部分光束の略全ての光が対応する第２レンズ４１３１に入射する。
【００５０】
一方、発光部Ｄにおけるある位置から射出された光により形成される部分光束が対応する第２レンズ４１３１に隣接する他の第２レンズ４１３１に入射する場合には、部分光束の略全ての光が、隣接する第２レンズ４１３１に入射する。このため、対応する第２レンズ４１３１に入射した略全ての部分光束は、その一部が隣接する第２レンズ４１３１に入射することで減じられた光ではないため、部分光束を重畳することにより、液晶パネル４４１の画像形成領域を略均一に照明することができる。
従って、発光部Ｄが電極４１６４、４１６５間の略中央から第１方向に移動した場合でも、画像形成領域における照度ムラの発生を抑制することができる。
【００５１】
また、光学ユニット４は、光源装置４１１から射出された光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の色光に分離する色分離光学装置４２が設けられている。また、光変調装置としての液晶パネル４４１（４４１Ｒ、４４１Ｇ、４４１Ｂ）は、色光ごとに設けられ、液晶パネル４４１の光路後段には、変調された各色光を合成する色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム４４５が設けられている。これによれば、色再現性を高め、高輝度な光学像を形成できる。
【００５２】
そして、この場合でも、上述のシリンドリカルレンズ４１２１、４１２２の焦点位置により、各液晶パネル４４１の画像形成領域が略均一に照明されるので、形成される光学像において色ムラが発生することを抑制することができる。従って、色ムラの発生を抑え、色再現性を向上させ、輝度を高めた光学像を形成することができる。
【００５３】
従って、本実施形態のプロジェクター１では、光源ランプ４１６の発光部Ｄが光学部品の位置決め固定後に移動した場合でも、液晶パネル４４１の画像形成領域における照度ムラおよび投射画像の色ムラの発生を抑制することができる。
【００５４】
〔２．実施形態の変形〕
なお、本発明では、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。
上述した実施形態では、シリンドリカルレンズ４１２２の第２方向の焦点位置は、対応する偏光変換素子４１４の偏光分離層４１４１の略中央に設定されているとし、シリンドリカルレンズ４１２１の第１方向の焦点位置は、対応する第２レンズ４１３１の略中央に設定されているとしたが、本発明はこれに限らない。
【００５５】
すなわち、シリンドリカルレンズ４１２２の第２方向の焦点位置は、シリンドリカルレンズ４１２２から射出される光束の光軸（光束の中心軸）における偏光変換素子４１４近傍に設定されていればよく、また、第１方向の焦点位置は、シリンドリカルレンズ４１４から射出される光束の光軸における第２レンズアレイ４１３近傍に設定されていればよい。
【００５６】
上述した実施形態では、プロジェクター１は、３つの液晶パネル４４１Ｒ、４４１Ｇ、４４１Ｂを備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、２つ以下、あるいは４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。また、各液晶パネル４４１で変調された色光を合成する色合成光学装置は、クロスダイクロイックプリズム４４５により構成されるとしたが、複数のダイクロイックミラーにより構成するようにしてもよい。
【００５７】
上述した実施形態では、照明光軸Ａに直交する面内において、偏光変換素子４１４の偏光分離層４１４１の長手方向を第１方向とし、第１方向に直交し、偏光分離層４１４１および反射層４１４２の配列方向を第２方向とし、また、これらのうち第１方向は垂直方向に対応し、第２方向は水平方向に対応するとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、第１方向が水平方向であってもよく、また、第２方向が垂直方向であってもよい。
【００５８】
上述した実施形態では、光学ユニット４は平面視略Ｌ字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略Ｕ字形状を有した構成を採用してもよい。
また、上述した実施形態では、光束入射面と光束出射面がことなる透過型の液晶パネル４４１を用いていたが、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
また、上述した実施形態では、プロジェクター１は、副反射鏡４１６Ａを有する光源装置４１１を備えた構成としたが、本発明はこれに限らず、副反射鏡のない光源装置を有する構成を採用してもよい。
【００５９】
上述した実施形態では、光変調装置として液晶パネル４４１を備えたプロジェクター１を例示したが、入射光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置であれば、他の構成の光変調装置を採用してもよい。例えば、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶層以外の光変調装置を用いたプロジェクターにも、本発明を適用することが可能である。
このような光変調装置を用いた場合、光束入射側および光束射出側の偏光板４４２、４４４は省略することができる。
【００６０】
上述した実施形態では、スクリーンを観察する方向から画像投射を行うフロントタイプのプロジェクター１のみを例示したが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側からの画像投射を行うリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…プロジェクター、３…投写レンズ（投射光学系）、４１…照明光学装置（均一照明光学系）、４２…色分離光学装置（色分離光学系）、４１２…第１レンズアレイ、４１３…第２レンズアレイ、４１４…偏光変換素子、４１６…光源ランプ（光源）、４４１（４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）…液晶パネル（光変調装置）、４４５…クロスダイクロイックプリズム（色合成光学装置）、４１２１，４１２２…シリンドリカルレンズ、４１３１…第２レンズ、４１４１…偏光分離層、４１４２…反射層、４１４４…位相差層。
【図１】
2012145740.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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