JP2005266765A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 赤緑青等の各色に関して照明領域のサイズ差が生じない照明によって高品位の画像を投影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】 光源装置２１からの光源光は、色分割光学系２３に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂによって色分割され、対応する液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに照明光としてそれぞれ入射する。ここで、液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃへの照明光の入射角を調節するために色分割光学系２３に設けた各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈの曲率半径Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｒを適宜調節して相互の色収差を補正している。これにより、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃを正確に同一サイズの照明領域で照明することができ、表示影のない高品位の画像を投射することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示パネルその他の光変調装置を用いて画像を投射するプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタに組み込まれる液晶表示パネルの照明装置として、白色光源からの光源光を３色に分解するとともに、そのうち２色の照明光路上にリレーレンズを配置して残りの１色に対する光路長の差を補償することによって、各色の照明について利用効率を高めたものが存在する（特許文献１参照）。
特開平１−２４３０１４号公報

しかし、上記プロジェクタでは、リレーレンズを組み込む一対の照明光路上に同一曲率半径のレンズ等からなる同一の光学系が組み込まれており、両照明光路の波長特性の差によって各色の液晶ライトバルブ上に投影される照明領域のサイズが異なるものとなっている。このような照明領域のサイズ差は、投影画像の縁に着色した表示影を発生させ、表示不良の原因となる。

そこで、本発明は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の各色に関して照明領域のサイズ差が生じない照明によって高品位の画像を投影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。

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）光源から射出された光源光から第１から第３色の照明光を分岐して、第１から第３光路にそれぞれ導く色分割光学系と、（ｂ）第１から第３色の照明光によってそれぞれ照明されるとともに各色の照明光を個別に変調する第１から第３光変調装置とを備える。ここで、光源から第３光変調装置までの距離は、光源から第１光変調装置までの距離及び光源から第２光変調装置までの距離と異なっており、第１及び第２光路上の双方、または第３光路上のみに、リレー光学系が配置されており、第１から第３光路上には、第１から第３光変調装置に入射する第１から第３色の照明光の角度分布を調整する際に、照明領域のサイズに影響を与える色収差を少なくとも第１色及び第２色に関して補正する補正光学系が配置されている。

上記プロジェクタでは、補正光学系が照明領域のサイズに影響を与える色収差を少なくとも第１色及び第２色に関して補正するので、少なくとも第１及び第２光変調装置が同一サイズの照明領域で照明される。よって、投影画像の縁に表示影が発生することを防止或いは抑制でき、高品位の画像を投射することができる。

ここで、「照明領域のサイズに影響を与える色収差」とは、光源から光変調装置までの光路に配置されるレンズ類（凹面形状のミラーや、レンズアレイを含む）すべて、もしくはそれらの一部によってもたらされる色収差（倍率色収差、軸上色収差）をいう。以下の説明においては、「照明領域のサイズに影響を与える色収差」のことを、単に「色収差」という。

本発明の具体的な態様では、上記プロジェクタにおいて、補正光学系が、第１及び第２光変調装置の入射面側に対向して第１及び第２光路上にそれぞれ配置されるとともに、基準波長に対して互いに異なる屈折力を有する第１及び第２フィールドレンズと、第３光変調装置の入射面側に対向して第３光路上に配置される第３フィールドレンズとを備える。この場合、光源から光変調装置までの光路の長さが等しい第１及び第２色の照明光の光路に配置された第１及び第２フィールドレンズの屈折力の設定によって第１及び第２光変調装置を同一サイズの照明領域で照明することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１フィールドレンズの第１色に対する屈折力は、第２フィールドレンズの第２色に対する屈折力と略等しい。この場合、第１及び第２色の照明光の相互間で収差補正が達成される。

本発明の別の具体的な態様では、リレー光学系が、第３光路上に配置されている。この場合、第１及び第２光路にリレー光学系を配置する必要がなく、照明装置を簡単な構造とすることができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１及び第２フィールドレンズが、それぞれ第１及び第２光変調装置側を平面とする平凸レンズである。この場合、第１及び第２光変調装置への入射角を良好な特性で調節することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１から第３色が、それぞれ青色、緑色、及び赤色であり、第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｂ、及びＲｇとした場合に、
Ｒｂ＞Ｒｇ
なる関係が成り立つ。この場合、Ｒ色がリレー系となっており、緑色及び青色間でフィールドレンズの曲率を利用した色補正が可能になる。

ここで、「曲率半径」とは、フィールドレンズが平凸レンズである場合は凸面の曲率半径をいうものとする。また、フィールドレンズの両面が曲面形状となっている場合は、このフィールドレンズを同様の屈折力を有する１つの仮想的な平凸レンズに置き換え、この仮想的な平凸レンズの凸面の曲率半径をいうものとする。以下の説明においても同様である。なお、フィールドレンズの両面がレンズ形状となっている場合の曲率半径Ｒは、フィールドレンズの第１面の曲率半径の絶対値がＲ１で、第２面の曲率半径の絶対値がＲ２であるとした場合に、近似的に、Ｒ＝Ｒ１×Ｒ２（Ｒ１＋Ｒ２）で与えられる。

本発明の別の具体的な態様では、第３フィールドレンズの曲率半径をＲｒとした場合に、
Ｒｇ≧Ｒｒ
なる関係が成り立つ。この場合、リレー系に起因する赤色に関する色収差を補正することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１から第３色が、それぞれ赤色、緑色、及び青色であり、第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｒ、及びＲｇとした場合に、
Ｒｇ＞Ｒｒ
なる関係が成り立つ。この場合、青色がリレー系となっており、緑色及び赤色間でフィールドレンズの曲率を利用した色補正が可能になる。

本発明の別の具体的な態様では、第３フィールドレンズの曲率半径をＲｂとした場合に、
Ｒｒ≧Ｒｂ
なる関係が成り立つ。この場合、リレー系に起因する青色に関する色収差を補正することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１から第３色は、それぞれ青色、赤色、及び緑色であり、第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｂ、及びＲｒとした場合に、
Ｒｂ＞Ｒｒ
なる関係が成り立つ。この場合、緑色がリレー系となっており、青色及び赤色間でフィールドレンズの曲率を利用した色補正が可能になる。

本発明の別の具体的な態様では、第３フィールドレンズの曲率半径をＲｇとした場合に、
Ｒｒ≧Ｒｇ
なる関係が成り立つ。この場合、リレー系に起因する緑色に関する色収差を補正することができる。

本発明の別の具体的な態様では、リレー光学系が、第１及び第２光路上にそれぞれ配置されている。この場合、光源から光変調装置までの距離を全体的に短くすることができる。

本発明の別の具体的な態様では、第３フィールドレンズが、第３光変調装置側を平面とする平凸レンズである。この場合、第３光変調装置への入射角を良好な特性で調節することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１から第３色が、それぞれ赤色、青色、及び緑色であり、第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｒ、及びＲｂとした場合に、
Ｒｂ＞Ｒｒ
なる関係が成り立つ。この場合、赤色及び青色がリレー系となっており、赤色及び青色間でフィールドレンズの曲率を利用した色補正が可能になる。

本発明の別の具体的な態様では、第３フィールドレンズの曲率半径をＲｇとした場合に、
Ｒｇ≧Ｒｂ
なる関係が成り立つ。この場合、リレー系を設けないことに起因する緑色の相対的色収差を補正することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１から第３色が、それぞれ赤色、緑色、及び青色であり、第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｒ、及びＲｇとした場合に、
Ｒｇ＞Ｒｒ
なる関係が成り立つ。この場合、赤色及び緑色がリレー系となっており、赤色及び緑色間でフィールドレンズの曲率を利用した色補正が可能になる。

本発明の別の具体的な態様では、第３フィールドレンズの曲率半径をＲｂとした場合に、
Ｒｂ＞Ｒｇ
なる関係が成り立つ。この場合、リレー系を設けないことに起因する青色の相対的色収差を補正することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１から第３色が、それぞれ緑色、青色、及び赤色であり、第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｇ、及びＲｂとした場合に、
Ｒｂ＞Ｒｇ
なる関係が成り立つ。この場合、緑色及び青色がリレー系となっており、緑色及び青色間でフィールドレンズの曲率を利用した色補正が可能になる。

本発明の別の具体的な態様では、第３フィールドレンズの曲率半径をＲｒとした場合に、
Ｒｒ≧Ｒｂ
なる関係が成り立つ。この場合、リレー系を設けないことに起因する赤色の相対的色収差を補正することができる。

本発明の別の具体的な態様では、第１から第３光変調装置からの各色の像光を合成して射出する光合成部材と、光合成部材を経て合成された像光を投射する投射光学系とをさらに備える。この場合、少なくとも第１及び第２光変調装置に関し照明領域を整合させた照明によって光変調装置を照明することができ、表示影の少ない高品位のカラー合成画像を投射することができる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構造について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態のプロジェクタの光学系を説明するブロック図である。このプロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を赤緑青の３色に分割する色分割光学系２３と、色分割光学系２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５からの各色の像光を合成する光合成光学系２７と、光合成光学系２７を経た像光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備える。

ここで、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ２１ｂと、一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。このうち、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプからなり、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡を備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１ａからの光源光を平行化する役割を有する。この凹レンズ２１ｂは、凹面鏡が球面や楕円面などである場合には平行光束を得る上で不可欠であるが、凹面鏡が放物面鏡である場合には省略することができる。一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ２１ｂを経た光源ランプ２１ａからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、フライアイ光学系２１ｅから射出した光源光を例えば図１の紙面に垂直なＳ偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部２５に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述する色分割光学系２３を経て、光変調部２５に設けられた各色の光変調装置すなわち各色の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを均一に重畳照明する。

色分割光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、補正光学系である３つのフィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。ここで、第１ダイクロイックミラー２３ａは、赤緑青の３色のうち赤光及び緑光を反射し青光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した赤及び緑の２色のうち緑光を反射し赤光を透過させる。この色分割光学系２３において、光源装置２１からの略白色の光源光は、反射ミラー２３ｊで偏向されて第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２３ａを通過した青光は、例えばＳ偏光のまま、反射ミラー２３ｍを経てフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイクロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射された緑光は、例えばＳ偏光のままフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過した赤光は、例えばＳ偏光のまま、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、入射角度を調節するためのフィールドレンズ２３ｈに入射する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼそのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を備えている。光源装置２１から液晶ライトバルブ２５ｃまでの距離は、光源装置２１から液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂまでの距離よりも長くなっている。しかし、光路ＯＰ３にリレー光学系を配置することで、このような光路の違いに起因する光の拡散等による光の利用効率の低下を、ある程度防止することが可能となる。

光変調部２５は、それぞれが光変調装置である３つの液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃと、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃを挟むように配置される３組の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇとを備える。色分割光学系２３の第１ダイクロイックミラー２３ａを透過することによって分岐された青光は、フィールドレンズ２３ｆを介して青光用の第１液晶ライトバルブ２５ａに入射する。色分割光学系２３の第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されることによって分岐された緑光は、フィールドレンズ２３ｇを介して緑光用の第２液晶ライトバルブ２５ｂに入射する。第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過することによって分岐された赤光は、フィールドレンズ２３ｈを介して赤光用の第３液晶ライトバルブ２５ｃに入射する。各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置であり、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。その際、偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇによって、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の成分光が像光として取り出される。

クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成部材であり、Ｘ字状に形成された２種類の誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを有する。本実施形態のクロスダイクロイックプリズム２７は、青光反射用の誘電体多層膜２７ａと赤光反射用の誘電体多層膜２７ｂとを直交させた状態で内蔵するものである。クロスダイクロイックプリズム２７は、液晶ライトバルブ２５ａからの青色像光を誘電体多層膜２７ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ２５ｂからの緑色像光を誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ２５ｃからの赤色像光を誘電体多層膜２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。

投射レンズ２９は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの像光を、所望の固定倍率又は所望の変倍範囲でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画が所望の倍率で投射される。

ここで、以上説明したプロジェクタ１０のうち色分割光学系２３について詳細に説明する。この色分割光学系２３おいて、第１ダイクロイックミラー２３ａを通過してフィールドレンズ２３ｆに向かう第１光路ＯＰ１は、上述のように青光すなわち第１色用の光路となっている。また、第１ダイクロイックミラー２３ａで反射され第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されてフィールドレンズ２３ｇに向かう第２光路ＯＰ２は、上述のように緑光すなわち第２色用の光路となっている。さらに、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂを通過してフィールドレンズ２３ｈに向かう第３光路ＯＰ３は、第３色である赤光の光路となっている。

本実施形態の色分割光学系２３において、青光用の第１光路ＯＰ１に配置される第１フィールドレンズ２３ｆと、緑光用の第２光路ＯＰ２に配置される第２フィールドレンズ２３ｇとは、光路の対称性に起因して同様の平凸レンズからなる。一方、赤光用の第３光路ＯＰ３に配置される第３フィールドレンズ２３ｈは、レンズＬＬ１，ＬＬ２の結像特性等を加味して両凸レンズからなる。

また、本実施形態では、各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈの曲率半径をＲｂ，Ｒｇ，Ｒｒとすると、
Ｒｂ＞Ｒｇ≧Ｒｒ … （１）
が成り立つようになっている。

なお、本実施形態では、第１、第２フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇがともに平凸レンズからなるが、両フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇの一方もしくは双方を、両凸レンズによって構成することも可能である。

本実施形態では、Ｒｂ＞Ｒｇが成り立つようになっているため、同一の基準波長（例えばｇ線）における屈折力は、第１フィールドレンズ２３ｆの方が、第２フィールドレンズ２３ｇよりも小さくなる。さらに、この条件の下では、青光に対する第１フィールドレンズ２３ｆの屈折力を、緑光に対する第２フィールドレンズ２３ｇの屈折力と等しくすることができる。この場合、青色と、緑色とに関する色収差が補正されるので、両液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂが同一サイズの照明領域で照明される。さらに、Ｒｇ≧Ｒｒが成り立つようになっているので、赤光に対する第３フィールドレンズ２３ｈの屈折力を、緑光に対する第２フィールドレンズ２３ｇの屈折力と同程度かそれ以上とすることができる。これにより、赤色と、緑色等とに関する色収差を補正することもできる。以上により、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが同一サイズの照明領域で照明され、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに設けた各色の光変調領域が同一サイズの赤緑青の各照明光によって一致して照明される。この結果、投射レンズ２９によってスクリーン上に投射される画像の縁に着色した表示影が発生することを防止でき、高品位の画像を投射することができる。

ここで、各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈの具体的な曲率半径について説明する。具体的な作製例では、各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈの曲率半径Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｒの比をＲｂ：Ｒｇ：Ｒｒ＝１．２：１．０：０．４とした。これにより、赤緑青の各色の照明領域を正確に一致させることができ、投影画像の縁に表示影が発生することを防止できた。

以下、本実施形態に係るプロジェクタ１０の動作について説明する。光源装置２１からの光源光は、色分割光学系２３に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂによって色分割され、対応する液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに照明光としてそれぞれ入射する。各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃは、外部からの画像信号によって状態が変化して２次元的屈折率分布を有しており、照明光を２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃで変調された照明光すなわち各色の像光は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成された後投射レンズ２９に入射する。投射レンズ２９に入射した像光は、不図示のスクリーン上にカラー画像として投影される。この際、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃへの照明光の入射角を調節するために色分割光学系２３に設けた各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈの曲率半径Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｒを適宜調節することにより相互の色収差を補正しているので、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃを正確に同一サイズの照明領域で無駄なく照明することができる。この結果、表示影のない高品位のカラー画像を投影表示することができる。

〔第２実施形態〕
以上説明した第１実施形態のプロジェクタ１０では、各色の照明光の光路の長さ（光源装置２１から各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃまでの光路の長さ）のうち青光及び緑光の光路の長さを同一とするとともに、赤光の光路の長さを他よりも長くしている。一方、本実施形態のプロジェクタ１０Ａでは、図２に示したように、青光の光路の長さを赤光及び緑光の光路の長さよりも長くしている。また、赤光及び緑光の光路の長さを同一とするとともに青光の光路上にリレー光学系を挿入している。本実施形態のプロジェクタ１０Ａは、このように色光の配置が第１実施形態と異なるが、それ以外の点については第１実施形態と同様に構成されている。

本実施形態では、赤光用の第１光路ＯＰ１に配置される第１フィールドレンズ２３ｆと、緑光用の第２光路ＯＰ２に配置される第２フィールドレンズ２３ｇとは、同様の平凸レンズとされている。一方、青光用の第３光路ＯＰ３に配置される第３フィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系の結像特性等に適合させるべく両凸レンズとされている。また、上記第１〜第３フィールドレンズの曲率半径を順にＲｒ，Ｒｇ，Ｒｂとすると、
Ｒｇ＞Ｒｒ≧Ｒｂ … （２）
が成り立つようになっている。なお、本実施形態では、第１及び第２フィールドレンズがともに平凸レンズからなるが、両フィールドレンズの一方もしくは双方を、両凸レンズによって構成することも可能である。

本実施形態では、Ｒｇ＞Ｒｒが成り立つようになっているため、赤光に対する第１フィールドレンズ２３ｆの屈折力を緑光に対する第２フィールドレンズ２３ｇの屈折力と等しくすることができ、赤色と緑色とに関する色収差が補正される。また、Ｒｒ≧Ｒｂが成り立つようになっているため、青光に対する第３フィールドレンズ２３ｈの屈折力を、緑光に対する第２フィールドレンズ２３ｇを経た照明領域に整合させたものとすることができる。以上により、赤緑青の各色に関する色収差を補正することができ、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが同一サイズの照明領域で照明されるので、表示影の発生を防止して高品位の画像を投射することができる。

〔第３実施形態〕
第３実施形態のプロジェクタ１０Ｂは、図３に示したように、各色の照明光の光路の長さ（光源装置２１から各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃまでの光路の長さ）のうち、緑光の光路の長さを青光及び赤光の光路の長さよりも長くしている。また、青光及び赤光の光路の長さを同一とするとともに緑光の光路上にリレー光学系を挿入している。本実施形態のプロジェクタ１０Ｂは、このように色光の配置が第１実施形態と異なるが、それ以外の点については第１実施形態と同様に構成されている。

本実施形態では、青光用の第１光路ＯＰ１に配置される第１フィールドレンズ２３ｆと、赤光用の第２光路ＯＰ２に配置される第２フィールドレンズ２３ｇとは、同様の平凸レンズとされている。一方、緑光用の第３光路ＯＰ３に配置される第３フィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系の結像特性等に適合させるべく両凸レンズとされている。また、上記第１〜第３フィールドレンズの曲率半径を順にＲｂ，Ｒｒ，Ｒｇとすると、
Ｒｂ＞Ｒｒ≧Ｒｇ … （３）
が成り立つようになっている。なお、本実施形態では、第１及び第２フィールドレンズがともに平凸レンズからなるが、両フィールドレンズの一方もしくは双方を、両凸レンズによって構成することも可能である。

本実施形態では、Ｒｂ＞Ｒｒが成り立つようになっているので、青光に対する第１フィールドレンズ２３ｆの屈折力を赤光に対する第２フィールドレンズ２３ｇの屈折力と等しくすることができ、青色と赤色とに関する色収差が補正される。同様に、Ｒｒ≧Ｒｇが満たされるようになっているので、緑光に対する第３フィールドレンズ２３ｈの屈折力は、赤光に対する第２フィールドレンズ２３ｇを経た照明領域に整合させたものとすることができる。以上により、赤緑青の各色に関する色収差を補正することができ、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが同一サイズの照明領域で照明されるので、表示影の発生を防止して高品位の画像を投射することができる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係るプロジェクタの構造について図面を参照しつつ説明する。

図４は、本実施形態のプロジェクタの光学系を説明するブロック図である。このプロジェクタ１１０は、図１に示す第１実施形態のプロジェクタ１０を色分割光学系２３に関して変形したものであり、光源装置２１、光変調部２５、光合成光学系２７、及び投射レンズ２９については特に変更がない。

本プロジェクタ１１０において、色分割光学系１２３は、Ｘ字状に交差する２つのダイクロイックミラー１２３ａ，１２３ｂからなるクロスダイクロイックミラーと、３つのフィールドレンズ２３ｇ，１２３ｈ，２２３ｈと、レンズＬＬ１，ＬＬ２と、反射ミラー１２３ｎ，１２３ｏとを備える。ここで、第１ダイクロイックミラー１２３ａは、赤緑青の３色のうち赤光を反射し青光及び緑光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー１２３ｂは、青光を反射し赤光及び緑光を透過させる。この色分割光学系１２３において、光源装置２１からの略白色の光源光は、クロスダイクロイックミラー１２３ａ，１２３ｂに入射する。このクロスダイクロイックミラー１２３ａ，１２３ｂを通過した緑光は、そのまま入射角度を調節するための第３フィールドレンズ２３ｇに入射する。また、第１ダイクロイックミラー１２３ａで反射された赤光は、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー１２３ｎ，１２３ｏを経て、入射角度を調節するための第１フィールドレンズ１２３ｈに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー１２３ｂで反射された青光は、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー１２３ｎ，１２３ｏを経て、入射角度を調節するための第２フィールドレンズ２２３ｈに入射する。第１光路ＯＰ１及び第２光路ＯＰ２において、レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ１２３ｈ，２２３ｈは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼそのままフィールドレンズ１２３ｈ，２２３ｈに伝達する機能を備えている。光源装置２１から２つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｃまでの距離は、光源装置２１から液晶ライトバルブ２５ｂまでの距離よりも長くなっている。しかし、光路ＯＰ１，ＯＰ２にリレー光学系を配置することで、このような光路の違いに起因する光の拡散等による光の利用効率の低下を、ある程度防止することが可能となる。

以上の色分割光学系１２３において、緑光用の第３光路ＯＰ３に配置される第３フィールドレンズ２３ｇは平凸レンズからなる。一方、赤光用の第１光路ＯＰ１と、青光用の第２光路ＯＰ２とに配置される第１及び第２フィールドレンズ１２３ｈ，２２３ｈは、レンズＬＬ１，ＬＬ２の結像特性等を加味して両凸レンズからなる。

なお、第１〜第３フィールドレンズ１２３ｈ，２２３ｈ，２３ｇの曲率半径をそれぞれＲｒ，Ｒｂ，Ｒｇとすると、
Ｒｇ≧Ｒｂ＞Ｒｒ … （４）
が成り立つようになっている。

なお、本実施形態では、第３フィールドレンズ２３ｇが平凸レンズからなるが、第３フィールドレンズ２３ｇを両凸レンズによって構成することも可能である。

本実施形態では、Ｒｂ＞Ｒｒが成り立つようになっているため、同一の基準波長における屈折力は、赤光用の第１フィールドレンズ１２３ｈの方が、青光用の第２フィールドレンズ２２３ｈよりも大きくなる。さらに、この条件の下では、赤光に対する第１フィールドレンズ１２３ｈの屈折力を、青光に対する第２フィールドレンズ２２３ｈの屈折力と等しくすることができる。この場合、赤色と、青色とに関する色収差が補正されるので、両液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｃが同一サイズの照明領域で照明される。さらに、本実施形態では、Ｒｇ≧Ｒｂが成り立つようになっているため、緑光に対する第３フィールドレンズ２３ｇの屈折力は、青光に対する第２フィールドレンズ２２３ｈ等の屈折力と同程度かそれ以下とすることができる。これにより、緑色と、青色等とに関する色収差を補正することもできる。以上により、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが同一サイズの照明領域で照明され、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに設けた各色の光変調領域が同一サイズの赤緑青の照明光によって一致して照明される。この結果、投射レンズ２９によってスクリーン上に投射される画像の紫に着色した表示影が発生することを防止でき、高品位の画像を投射することができる。

〔第５実施形態〕
以上説明した第４実施形態のプロジェクタ１１０では、各色の照明光の光路の長さ（光源装置２１から各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃまでの光路の長さ）のうち赤光及び青光の光路の長さを同一とするとともに、緑光の光路の長さよりも長くしている。一方、本実施形態のプロジェクタ１１０Ａでは、図５に示したように、赤光及び緑光の光路の長さを他の青光の光路の長さよりも長くしている。また、赤光及び緑光の光路の長さを同一とするとともに両光路上にリレー光学系を挿入している。本実施形態のプロジェクタ１１０Ａは、このように色光の配置が第４実施形態と異なるが、それ以外の点については第４実施形態と同様に構成されている。

本実施形態では、青光用の第３光路ＯＰ３に配置される第３フィールドレンズ２３ｇは、平凸レンズとされている。一方、赤光用の第１光路ＯＰ１に配置される第１フィールドレンズ１２３ｈと、緑光用の第２光路ＯＰ２に配置される第２フィールドレンズ２２３ｈとは、リレー光学系の結像特性等に適合させるべく両凸レンズとされている。また、上記第１〜第３フィールドレンズの曲率半径を順にＲｒ，Ｒｇ，Ｒｂとすると、
Ｒｂ＞Ｒｇ＞Ｒｒ … （５）
が成り立つようになっている。なお、本実施形態では、第３フィールドレンズ２３ｇが平凸レンズからなるが、これを両凸レンズによって構成することも可能である。

本実施形態では、Ｒｇ＞Ｒｒが成り立つようになっているため、赤光に対する第１フィールドレンズ１２３ｈの屈折力を緑光に対する第２フィールドレンズ２２３ｈの屈折力と等しくすることができ、赤色と緑色とに関する色収差が補正される。同様に、Ｒｂ＞Ｒｇが成り立つようになっているため、青光に対する第３フィールドレンズ２３ｇの屈折力は、緑光に対する第２フィールドレンズ２２３ｈ等の屈折力と同程度かそれ以下とすることができる。以上により、赤緑青の各色に関する色収差を補正することができ、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが同一サイズの照明領域で照明されるので、表示影の発生を防止して高品位の画像を投射することができる。

〔第６実施形態〕
第６実施形態のプロジェクタ１１０Ｂは、図６に示したように、各色の照明光の光路の長さ（光源装置２１から各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃまでの光路の長さ）のうち、緑光及び青光の光路の長さを他の赤光の光路の長さよりも長くしている。また、緑光及び青光の光路の長さを同一とするとともに両光路上にリレー光学系を挿入している。本実施形態のプロジェクタ１１０Ｂは、このように色光の配置が第４実施形態と異なるが、それ以外の点については第４実施形態と同様に構成されている。

本実施形態では、赤光用の第３光路ＯＰ３に配置される第３フィールドレンズ２３ｇは、平凸レンズとされている。一方、緑光用の第１光路に配置される第１フィールドレンズ１２３ｈと、青光用の第２光路に配置される第２フィールドレンズ２２３ｈとは、リレー光学系の結像特性等に適合させるべく両凸レンズとされている。また、上記第１〜第３フィールドレンズの曲率半径を順にＲｇ，Ｒｂ，Ｒｒとすると、
Ｒｒ≧Ｒｂ＞Ｒｇ … （６）
が成り立つようになっている。なお、本実施形態では、第３フィールドレンズ２３ｇが平凸レンズからなるが、これを両凸レンズによって構成することも可能である。

本実施形態では、Ｒｂ＞Ｒｇが成り立つようになっているので、緑光に対する第１フィールドレンズ１２３ｈの屈折力を青光に対する第２フィールドレンズ２２３ｈの屈折力と等しくすることができ、緑色と青色とに関する色収差が補正される。同様に、Ｒｒ≧Ｒｂが成り立つようになっているので、赤光に対する第３フィールドレンズ２３ｇの屈折力は、青光に対する第２フィールドレンズ２２３ｈ等の屈折力と同程度かそれ以下とすることができる。以上により、赤緑青の各色に関する色収差を補正することができ、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが同一サイズの照明領域で照明されるので、表示影の発生を防止して高品位の画像を投射することができる。

以上、第１〜第６の実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、光源ランプ２１ａからの光を複数の部分光束に分割するため、２つのフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅを用いていたが、この発明は、このようなフライアイ光学系すなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、フライアイ光学系２１ｄ，２１ｅをロッドインテグレータに置き換えることもできる。

また、上記プロジェクタ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１１０，１１０Ａ，１１０Ｂにおいて、光源ランプ２１ａからの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材２１ｇを用いていたが、この発明は、このような偏光変換部材２１ｇを用いないプロジェクタにも適用可能である。

また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタとがあるが、図１〜図６に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。

本発明の第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。 本発明の第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。 本発明の第３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。 本発明の第４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。 本発明の第５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。 本発明の第６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

１０，１０Ａ，１０Ｂ、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ…プロジェクタ、 ２１…光源装置、 ２１ａ…光源ランプ、 ２１ｄ，２１ｅ…フライアイ光学系、 ２１ｇ…偏光変換部材、 ２３…色分割光学系、 ２３ａ…第１ダイクロイックミラー、 ２３ｂ…第２ダイクロイックミラー、 ２３ｆ…第１フィールドレンズ、 ２３ｇ…第２フィールドレンズ、 ２３ｈ…第３フィールドレンズ、 ２５…光変調部、 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…各液晶ライトバルブ、 ２５ｅ〜２５ｇ…偏光フィルタ、 ２７…クロスダイクロイックプリズム、 ２７…光合成光学系、 ２９…投射レンズ

Claims (20)

1. 光源から射出された光源光から第１から第３色の照明光を分岐して、第１から第３光路にそれぞれ導く色分割光学系と、
   前記第１から第３色の照明光によってそれぞれ照明されるとともに各色の照明光を個別に変調する第１から第３光変調装置と、を備えたプロジェクタであって、
   前記光源から前記第３光変調装置までの距離は、前記光源から前記第１光変調装置までの距離及び前記光源から前記第２光変調装置までの距離と異なっており、
   前記第１及び第２光路上の双方、または前記第３光路上のみに、リレー光学系が配置されており、
   前記第１から第３光路上には、前記第１から第３光変調装置に入射する第１から第３色の照明光の角度分布を調整する際に、照明領域のサイズに影響を与える色収差を少なくとも前記第１色及び第２色に関して補正する補正光学系が配置されている、
   プロジェクタ。
2. 前記補正光学系は、前記第１及び第２光変調装置の入射面側に対向して前記第１及び第２光路上にそれぞれ配置されるとともに、基準波長に対して互いに異なる屈折力を有する第１及び第２フィールドレンズと、前記第３光変調装置の入射面側に対向して前記第３光路上に配置される第３フィールドレンズとを備えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記第１フィールドレンズの第１色に対する屈折力は、前記第２フィールドレンズの第２色に対する屈折力と略等しいことを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
4. 前記リレー光学系は、前記第３光路上に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
5. 前記第１及び第２フィールドレンズは、それぞれ前記第１及び第２光変調装置側を平面とする平凸レンズであることを特徴とする請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
6. 前記第１から第３色は、それぞれ青色、緑色、及び赤色であり、前記第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｂ、及びＲｇとした場合に、
   Ｒｂ＞Ｒｇ
   なる関係が成り立つことを特徴とする請求項４及び請求項５のいずれか一項記載のプロジェクタ。
7. 前記第３フィールドレンズの曲率半径をＲｒとした場合に、
   Ｒｇ≧Ｒｒ
   なる関係が成り立つことを特徴とする請求項６記載のプロジェクタ。
8. 前記第１から第３色は、それぞれ赤色、緑色、及び青色であり、前記第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｒ、及びＲｇとした場合に、
   Ｒｇ＞Ｒｒ
   なる関係が成り立つことを特徴とする請求項４及び請求項５のいずれか一項記載のプロジェクタ。
9. 前記第３フィールドレンズの曲率半径をＲｂとした場合に、
   Ｒｒ≧Ｒｂ
   なる関係が成り立つことを特徴とする請求項８記載のプロジェクタ。
10. 前記第１から第３色は、それぞれ青色、赤色、及び緑色であり、前記第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｂ、及びＲｒとした場合に、
    Ｒｂ＞Ｒｒ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項４及び請求項５のいずれか一項記載のプロジェクタ。
11. 前記第３フィールドレンズの曲率半径をＲｇとした場合に、
    Ｒｒ≧Ｒｇ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１０記載のプロジェクタ。
12. 前記リレー光学系は、前記第１及び第２光路上にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
13. 前記第３フィールドレンズは、前記第３光変調装置側を平面とする平凸レンズであることを特徴とする請求項１２記載のプロジェクタ。
14. 前記第１から第３色は、それぞれ赤色、青色、及び緑色であり、前記第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｒ、及びＲｂとした場合に、
    Ｒｂ＞Ｒｒ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１２及び請求項１３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
15. 前記第３フィールドレンズの曲率半径をＲｇとした場合に、
    Ｒｇ≧Ｒｂ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１４記載のプロジェクタ。
16. 前記第１から第３色は、それぞれ赤色、緑色、及び青色であり、前記第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｒ、及びＲｇとした場合に、
    Ｒｇ＞Ｒｒ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１２及び請求項１３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
17. 前記第３フィールドレンズの曲率半径をＲｂとした場合に、
    Ｒｂ＞Ｒｇ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１６記載のプロジェクタ。
18. 前記第１から第３色は、それぞれ緑色、青色、及び赤色であり、前記第１及び第２フィールドレンズの曲率半径をそれぞれＲｇ、及びＲｂとした場合に、
    Ｒｂ＞Ｒｇ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１２及び請求項１３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
19. 前記第３フィールドレンズの曲率半径をＲｒとした場合に、
    Ｒｒ≧Ｒｂ
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１８記載のプロジェクタ。
20. 前記第１から第３光変調装置からの各色の像光を合成して射出する光合成部材と、前記光合成部材を経て合成された像光を投射する投射光学系とをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか一項記載のプロジェクタ。
    

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