(57)【要約】【課題】２つの空間変調素子の間において収差を利用することにより、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。【解決手段】リレー光学系（光学系４０ｇ，４０ｒ，４０ｂ）において球面収差があることで、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの画像パネル面ＰＦ上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。また、発生させる収差として、球面収差を他の３次収差と比べて突出させ他の収差を抑えることで、スポット形状が像高に依らず同一の形状を有するものとすることができる。【選択図】図２
2016038426.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、
前記リレー光学系における球面収差が他の３次収差よりも大きくなっている、プロジェクター。
【請求項２】
前記リレー光学系において、前記球面収差の３次収差は、前記他の３次収差よりも３倍以上大きい、請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記第１の画素マトリクスの画素ピッチをＬ、前記リレー光学系の倍率をＭ、前記リレー光学系の像面を光軸側に動かしたときの最小スポット半径をｒ、としたとき、
０．５ＭＬ≦ｒ≦３ＭＬ
を満たす、請求項１及び２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記リレー光学系は、光軸に沿って対称な等倍の光学系である、請求項１から３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記リレー光学系は、ダブルガウスレンズを有する、請求項１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５に記載のプロジェクター。
【請求項７】
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６までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項８】
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８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。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つようにデフォーカスしている。これにより、空間変調素子の画素または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。
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献１において、デフォーカスを生じさせるように空間変調素子を配置することによりゴミ等の映り込みやモアレに対して効果があるものの、デフォーカス状態にした場合であっても、光路中にはフォーカスがあっている位置が存在する。例えば、空間変調素子を構成するパネルの基板表面にフォーカスがあっている状態では、基板表面にゴミ等があると、デフォーカスしても、そのゴミが映像に映り込んでしまうことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１８９４６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、２つの空間変調素子の間において収差を利用することにより、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、リレー光学系における球面収差が他の３次収差（ザイデル収差）よりも大きくなっている。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。
【０００８】
上記プロジェクターによれば、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において、デフォーカスに依るのではなく、収差を発生させることにより、光路上最もピントが合う位置においても像がぼやけた状態となるため、モアレの発生を抑制できるとともに基板表面のゴミ等が映り込むことを防止できる。ここで、一般に収差の発生に基づくボケについては、例えば像高によってボケ具合に差があり、ボケが一様なものとならなくなり、画像形成に影響を及ぼす可能性がある。これに対して、本発明では、像高に依らないで画面全体がほぼ一様となる収差である球面収差を、他の収差よりも大きくすることで、所望のボケ具合を形成させつつ、ボケ像の状態を良好に保つものとしている。
【０００９】
本発明の具体的な側面では、リレー光学系において、球面収差の３次収差は、他の３次収差よりも３倍以上大きい。この場合、球面収差による収差の影響を他の収差に対して十分大きくでき、像高に依らない所望のスポット形状を形成させることが可能になる。
【００１０】
本発明の別の側面では、第１の画素マトリクスの画素ピッチをＬ、リレー光学系の倍率をＭ、リレー光学系の像面を光軸側に動かしたときの最小スポット半径をｒ、としたとき、
０．５ＭＬ≦ｒ≦３ＭＬ
を満たす。この場合、ブラックマトリクスに起因するモアレの発生を十分に抑制することが可能となる。また、例えばボケに伴う投影時のハローを目立たない程度に抑制できる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、リレー光学系は、光軸に沿って対称な等倍の光学系である。この場合、例えば絞りの位置を基準として対称とすることで、両画素マトリクスとしてサイズや厚さ等について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、歪曲収差を抑えることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、リレー光学系は、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。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、リレー光学系は、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。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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】
【００１７】
【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】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３】画像パネル面上での光の集光の様子について示す図である。
【図４】球面収差によるスポット形状について説明するための図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）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収差を示す図である。
【図６】実施例１でのスポット形状の変化について示す図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例におけるフォーカス位置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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とを有する。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とをそれぞれ有している。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、以上の変調光学系９０は、３つの光変調装置９０ｇ，９０ｒ，９０ｂで構成されているとみることもできる。すなわち、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、以上のような構成において、リレー光学系４０において、収差が発生するようなものとし、特に、他の収差に対して相対的に球面収差を大きく発生させることで良好な画像を提供できるものとなっている。
【００３３】
図２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２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、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。
【００３４】
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とを有している。光学系４０ｇの各部について図２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。
【００３５】
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。なお、本実施形態では、光学系４０ｇは、対称な等倍（１倍）の光学系となっている。
【００３６】
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。なお、絞りＳＴの位置を絞り面Ｌ８とする。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Ｌ９とレンズ面Ｌ１０とレンズ面Ｌ１１とを有し、第２レンズＬＬ２は、レンズ面Ｌ１２とレンズ面Ｌ１３とを有し、メニスカスレンズ４３ｇは、レンズ面Ｌ１４とレンズ面Ｌ１５とを有する。なお、色変調ライトバルブ５０ｇにおける被照射面である画像パネル面ＰＦの位置をパネル面Ｌ１６ともする。なお、光学系４０ｇのように、リレー光学系４０を構成する光学系において、他の収差に対して相対的に球面収差を大きく発生させるものとなっているが、具体的な一実施例については、図５等を参照して後述する。
【００３７】
ここで、本実施形態では、以上のようなリレー光学系４０を構成する光学系４０ｇにおいて、特に球面収差を突出して発生させるものとしている。一般に、３次収差については、球面収差以外にコマ収差、歪曲収差、像面湾曲収差、非点収差と呼ばれる各収差（３次の５収差）が知られている。これらの収差が発生することで、焦点がぼけたり像の歪みが生じたりすることになり、通常であれば、光学性能を向上させるために、これらの収差をできるだけ抑制することが重要となる。これに対して、本実施形態では、収差を利用して、結像位置あるいはその近辺においてボケを発生させることで、モアレの発生を抑制させるものとしている。ただし、上記のような各３次収差については、ボケ方（ボケ具合）について違いがあり、特に、像高に依ってボケ像の状態が変わる場合がある。例えば、コマ収差や非点収差では、像高によってボケ像のスポット形状が変わってしまい、光線束が不均一な状態となってしまうおそれがある。これに対して、球面収差は、像高に依らず、ボケ像のスポット形状を一定の状態に保つ。そこで、本実施形態では、リレー光学系４０（光学系４０ｇ）において、球面収差のみを発生させる、あるいは、他の収差を抑制し球面収差のみを積極的に発生させることにより、球面収差を利用してぼかす（ボケを発生させる）ことで、像高によってボケの具合に差が生じることを抑制しつつ、モアレを抑制している。
【００３８】
また、上記の事項は、リレー光学系４０を構成する他の光学系４０ｒ，４０ｂ（図１参照）についても同様のことが言えるような構造を有するものとなっている。
【００３９】
図３は、リレー光学系４０を構成する光学系４０ｇの結像面の拡大図である。一点で集束しておらず、収差が残っていることがわかる。このことにより、調光ライトバルブ３０ｇを構成する第１の画素マトリクスと色変調ライトバルブ５０ｇを構成する第２の画素マトリクスの関係において、最もピントが合う位置にしたとしても、像がぼやけるため、モアレの発生を抑制できるものとなっている。また、図４に例示するように、光学系４０ｇにおいて収差が発生する結果、照明光（色光Ｇｐ）が最も集光する色変調ライトバルブ５０ｇの画像パネル面ＰＦあるいはその近辺においても、色光Ｇｐは、完全には結像した状態とはならない。以上のように、調光ライトバルブ３０ｇと色変調ライトバルブ５０ｇとが結像関係で結ばれることも無いため、例えば調光ライトバルブ３０ｇの表面に付着したゴミが、投影される映像に映りこむこともない。
【００４０】
以下、色変調ライトバルブ５０ｇの画像パネル面ＰＦに集光する光線束の様子について、光線束の断面形状（スポット形状）により具体的に説明する。上記のような収差の発生により、例えば図４に一部拡大して示すように、調光ライトバルブ３０ｇから射出された光が画像パネル面ＰＦ上で最も集光するような場合であっても、画像パネル面ＰＦ上の光軸ＡＸ及びその周辺である基準位置ＰＸにおいて結像せず、ある程度のサイズのスポット形状ＭＳ（光線束断面形状）が像面において形成されるものとなる。また、この場合、光学系４０ｇでの収差によって、画像パネル面ＰＦ上以外のどの位置であっても結像する箇所は存在しないことになる。したがって、光線束について調光ライトバルブ３０ｇから色変調ライトバルブ５０ｇまでのどの位置で像面の観測を行っても、上記のようにある程度の大きさを有するスポット形状（点状でない形状）が形成されることになり、その大きさは、最も集光する位置において最小となる。
【００４１】
ここでは、図４に示すように、画像パネル面ＰＦ上における円形状のスポット形状ＭＳが、最小のスポット形状であり、最小のスポット半径となるものとする。ここで、本実施形態では、第１の画素マトリクスを有する調光ライトバルブ３０ｇの画素ピッチをＬ、リレー光学系４０を構成する光学系４０ｇの倍率をＭ、光学系４０ｇの像面を光軸側に動かしたときの最小スポット半径をｒ、としたとき、
０．５ＭＬ≦ｒ≦３ＭＬ      …（１）
を満たすものとなっている。なお、本実施形態のように、リレー光学系４０（光学系４０ｇ）が等倍すなわち１倍であれば、上式（１）は、
０．５Ｌ≦ｒ≦３Ｌ      …（１'）
となる。
【００４２】
最小スポット半径ｒが、上式（１'）の下限、すなわち、ｒ＝０．５Ｌとなる場合、調光ライトバルブ３０ｇの光射出面である調光パネル面ＡＦ（図２参照）上において１画素分すなわち画素ピッチＬの幅で射出された光が、元の幅に等しい幅よりも外側に０．５Ｌだけ広がった状態で画像パネル面ＰＦ上を照射していることになる。最小スポット半径ｒが、この値以上であることにより、光が適度に混じり合い、調光パネル面ＡＦでのブラックマトリクスに起因するモアレの発生が抑制できる。
【００４３】
また、最小スポット半径ｒが、上式（１'）の上限、すなわち、ｒ＝３Ｌとなる場合、調光パネル面ＡＦ上において１画素分すなわち画素ピッチＬの幅で射出された光が、元の幅に等しい幅よりも外側に３Ｌだけ広がった状態で画像パネル面ＰＦ上を照射していることになる。最小スポット半径ｒが、この値以下であることにより、光が混じり合い過ぎて、例えば投影時にハローが目立ってしまうといったことを抑制できる。
【００４４】
なお、以上では、リレー光学系４０が等倍である場合、すなわちＭ＝１の場合についての説明であったが、Ｍが１以外を含む一般の値である場合（上式（１）の場合）についても、上記と同様に考察できるので、説明を省略する。
【００４５】
以下、一実施例のデータとして示す図５等を参照して、リレー光学系４０を構成する光学系４０ｇによる収差に関して説明する。
【００４６】
まず、図５（Ａ）及び５（Ｂ）は、リレーレンズの横収差図を示している。具体的には、図５（Ａ）は、図２の場合と同様に、Ｚ方向を光の進行方向とした場合のＹ方向に関する横収差図を示し、図５（Ｂ）は、Ｘ方向に関する横収差図を示している。なお、図５では、各波長帯域の光線のうち、一例として５５０ｎｍのものについて示している。また、図５（Ａ）及び５（Ｂ）において、グラフは下から像高が、０ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、での収差をそれぞれ示している。図５（Ａ）及び５（Ｂ）の収差図から分かるように、全ての像高においてほぼ同じ収差となっている。
【００４７】
また、図６は、デフォーカス位置、像高位置によるスポット形状を示している。横軸がデフォーカス位置、縦軸が像高となっている。なお、縦軸横軸ともに単位は、ｍｍ（ミリメートル）である。また、横軸について中央（３番目）にあるものが、図４の基準位置ＰＸに相当する。縦軸は、下から像高が、０ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍとなっている。図から分かるように、スポットが最小となる位置においても、スポット形状は一定の大きさを保っている。また、スポット形状が像高に依らず、同一の形状を有していることも分かる。
【００４８】
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（光学系４０ｇ等）において収差の１つである球面収差があることで、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの画像パネル面ＰＦ上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。また、発生させる収差として、球面収差を他の３次収差と比べて意図的に大きく突出させたものとする、言い換えると球面収差以外の収差を抑えることで、スポット形状が像高に依らず同一の形状を有するものとすることができる。
【００４９】
また、本実施形態に係るプロジェクター１００では、球面収差があることで、共役な配置でありながら、調光ライトバルブ３０ｇと色変調ライトバルブ５０ｇとが結像関係で結ばれるような配置関係となることも無い。すなわち、図７（Ａ）及び７（Ｂ）に示す比較例のように、例えば収差のない（少ない）光学系では、例えばデフォーカスによってボケを生じさせることが考えられる。この場合、色変調ライトバルブ５０ｇの画像パネル面と結像している位置が存在することになる。図７（Ａ）では、調光ライトバルブ３０ｇの像をデフォーカスしてぼかし、画像パネル面に光を照射した場合の一例を示している。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）と同一の構成のものを色変調ライトバルブ５０ｇ側から見た図である。この場合、調光ライトバルブ３０ｇと色変調ライトバルブ５０ｇとは、デフォーカスされていることになるが、例えば図７（Ｂ）に示すように、色変調ライトバルブ５０ｇ側から見た光線は、調光ライトバルブ３０ｇの表面において結像する関係となっている。したがって、調光ライトバルブ３０ｇの表面にゴミなどが付着すれば、映像にゴミが映りこんでしまうことになる。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において球面収差があることで、このような事態が生じないものとなっている。
【００５０】
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。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、上記のように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。ただし、これに限らず、例えば、色変調ライトバルブ５０ｇ，５０ｒ，５０ｂの解像度は、調光ライトバルブ３０ｇ，３０ｒ，３０ｂの解像度と同じにしてもよい。
【００５１】
〔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
【００５２】
（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２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、物体側から順に各レンズ面等に付した番号である。すなわち図２に示す各面Ｌ１〜Ｌ１６に対応する。また、ここでは、リレー光学系を含むプロジェクターの具体的な一態様として、例えば画素ピッチＬを１００μｍとし、リレー光学系の倍率が等倍（Ｍ＝１）、調光ライトバルブ３０ｇからの射出光のＦナンバーの値ＦがＦ＝２．５となっているものとすることが考えられる。
〔表１〕
面番号     曲率半径(R)  面間隔(D)   Nd       νd
物体(AF)     ∞           23      
1        -200             4       1.84666   23.8
2         -46.3          44
3          31.54          6       1.80440   39.6
4         311.4           0.5        
5          20.36          8       1.79952   42.2
6           ∞            1.2     1.76182   26.5
7          11.02          6.16
8(絞り)     ∞            6.16    
9         -11.02          1.2     1.76182   26.5
10           ∞            8       1.79952   42.2
11         -20.36          0.5
12        -311.4           6       1.80440   39.6
13         -31.54         44          
14          46.3           4       1.84666   23.8
15         200            23
16(PF)       ∞            2
【００５３】
なお、本実施例におけるリレー光学系（光学系４０ｇ）の収差やリレー光学系（光学系４０ｇ）が作るスポットダイアグラムについては、既述のように、図５、図６に示す通りである。
【００５４】
また、上記のほか、例えば、Ｆナンバーの値ＦがＦ＝５とする構成（実施例２）も考えられる。表２は、上記の実施例と、比較例とにおける収差の値を比較するものとして３次収差の数値を示すものであり、特に、球面収差の３次収差と他の３次収差とを比較したものである。具体的には、上欄に球面収差（ＳＡ）のほかコマ収差（ＴＣＯ）、像面湾曲収差（ＴＡＳ）、非点収差（ＳＡＳ）、歪曲収差（ＤＳＴ）の各収差についての３次収差の数値を示し、下欄に球面収差（ＳＡ）に対する他の収差の比を示している。また、比についての最後の欄に４つの比のうちの最小値（Ｍｉｎ）を記載している。表２に示すように、実施例１，２の場合ともに球面収差が他の収差に比して大きなものとなっている。具体的には、表２において、比較例１〜９では、球面収差と他の４つの３次収差と比べてあまり大きくない場合があるのに対して、本実施例１，２では、他の４つの３次収差のうちどの収差と比べても、球面収差は、少なくとも３倍以上の値となっていることが分かる。特に、実施例１では、少なくとも４倍以上となっている。このように収差について大きな差を設け、主たる収差が球面収差となるようにしている（他の収差を球面収差と比較して抑制している）ことで、スポット形状が像高に依らず、画像全体としてほぼ一様にぼけた状態を形成させる（図６参照）ことが可能となっている。
〔表２〕
2016038426.tif 000003
2016038426.tif 000004
【００５５】
〔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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
また、上記では、最小スポット半径を取る位置と色変調ライトバルブ５０ｇの画像パネル面ＰＦの位置が一致しているものとしているが、これに限らず、例えば最小スポット半径を取る位置が画像パネル面ＰＦの位置から光軸方向について多少ずれていてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
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、  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、  ＡＦ…調光パネル面、  ＡＦ１，ＡＦ２…射出点、  ＡＬ１，ＡＬ１ａ，ＡＬ１ｂ，ＡＬ２，ＡＬ２ａ，ＡＬ２ｂ…レンズ、  ＡＸ…光軸、  Ｆ…値、  Ｇｐ，Ｒｐ，Ｂｐ…色光、  ＩＦ…結像位置、  ＩＦ１，ＩＦ２…結像点、  ＩＬ…照明光線束、  ＩＬ１，ＩＬ２…成分光、  Ｌ…画素ピッチ、  Ｌ１-Ｌ１６…面、  ＬＬ１，ＬＬ２…レンズ、  ＯＰ１-ＯＰ３…光路、  ＰＦ…画像パネル面、  ＭＳ…スポット形状、  ＰＸ…基準位置、  ｒ…最小スポット半径
【図１】
2016038426.tif 000005
【図２】
2016038426.tif 000006
【図３】
2016038426.tif 000007
【図４】
2016038426.tif 000008
【図５】
2016038426.tif 000009
【図６】
2016038426.tif 000010
【図７】
2016038426.tif 000011