JP2009063892A - プロジェクタ、光学素子及び光変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明効率を向上させることが可能なプロジェクタ、光学素子及び光変調装置を提供すること。
【解決手段】色光ごとに独立して変調可能な光変調手段３０と、色分離手段と光変調手段３０との間の光路上に配置され、入射した光を色光ごとに複数種のサブ画素３１が配列された第一の方向に集光して異なる色光に対応したサブ画素３１に入射させる第１シリンドリカルレンズ２７と、入射した光を第一の方向に略直交する第二の方向に集光してサブ画素３１に入射させる第２シリンドリカルレンズ２８とがそれぞれアレイ状に配列されてなるマイクロレンズアレイ２５と、光変調手段３０により変調された光を投射する投射手段とを備え、第１シリンドリカルレンズ２７の第一の方向の径Ｌ１は、画素３２の第一の方向のピッチＰ１と略等しく、第２シリンドリカルレンズ２８の第二の方向の径Ｌ２は、サブ画素３１の第二の方向のピッチＰ２と略等しいことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロジェクタ、光学素子及び光変調装置に関する。

３板式のプロジェクタは白色光を分離し、得られた赤、緑、青の３原色の色光をそれぞれ伝播する光学系（色分離系）と、その色光の強度を変調し画像を形成する液晶パネルをそれぞれ独立に設けており、各色の画像を光学的に重畳（色合成系）してフルカラー表示を行うものである。この３板式のプロジェクタの構成では、白色光源から射出された光を有効に利用でき、色の純度も高いという利点がある。しかし、前述のように色分離系と色合成系が必要なため、光学系の部品点数が多くなってしまい、低コスト化の点で単板式に比べ不利になる。

これに対して単板式のプロジェクタは液晶パネルを１枚のみ用いる構成であり、カラーフィルタのＲ，Ｇ，Ｂの配列によりデルタ配列、ストライプ配列等に分類される。初期の単板式ではカラーフィルターにより色分離を行っていたが、カラーフィルターによる光の吸収、反射により光の利用効率が３板式の１／３程度に低下し、実用上問題があった。

この問題を解決するために、カラーフィルターを用いずに、白色光源から射出された光を３枚のダイクロイックミラーを用いて色分離する単板式プロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の単板式プロジェクタは、白色光を射出する光源と、光源から射出された光の形状を変換する形状変換光学系と、形状変換光学系から射出された光を分離する３枚のダイクロイックミラーと、液晶パネルとを備えている。
この形状変換光学系は、入射した光を水平方向（色分離方向）に収束させる凸シリンドリカルレンズと、入射した光を平行化する凹シリンドリカルレンズとにより構成されている。これにより、形状変換光学系に入射した光は、水平方向にのみ圧縮された平行光に変換される。平行光に変換された光は、角度差をつけて配置された３枚のダイクロイックミラーにより、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光に色分離される。色分離された各色光は、異なる角度でマイクロレンズアレイに入射し、液晶パネルの各サブ画素に集光され、変調される。
この種の液晶パネルでは各画素を照明する光の明るさを上げるために、水平方向（色分離方向）の照明のＦｎｏ．（Ｆナンバー）を大きくし、垂直方向（色分離方向と直交する方向）の照明Ｆｎｏ．を小さくしている。ここで、Ｆｎｏ．はレンズの焦点距離をレンズの有効口径によって割ることにより得られる値であり、Ｆｎｏ．が小さいほどレンズによって照明される光は明るくなる。
特開２００２−４０４１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の単板式プロジェクタでは、マイクロレンズアレイは色分離方向の照明Ｆｎｏ．に対応した焦点距離を有しているため、垂直方向のＦｎｏ．を明るくすると、対応する画素への入射角度が大きくなってしまう。これにより、マイクロレンズアレイにより集光された照明光は画素から外れてしまい、照明効率が低下する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、照明効率を向上させることが可能なプロジェクタ、光学素子及び光変調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のプロジェクタは、複数種の色光を含む光を射出する光源と、該光源から射出された光を異なる色光ごとに射出方向が異なるように分離する色分離手段と、複数種の色光に対応した複数のサブ画素で構成された１つの画素がアレイ状に配列され、入射した色光ごとに独立して変調可能な光変調手段と、前記色分離手段と前記光変調手段との間の光路上に配置され、入射した光を色光ごとに複数種の前記サブ画素が配列された第一の方向に集光して異なる色光に対応した前記サブ画素に入射させる第１シリンドリカルレンズと、入射した光を前記第一の方向に略直交する第二の方向に集光して前記サブ画素に入射させる第２シリンドリカルレンズとがそれぞれアレイ状に配列されてなるマイクロレンズアレイと、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備え、前記第１シリンドリカルレンズの第一の方向の径は、前記画素の前記第一の方向のピッチと略等しく、前記第２シリンドリカルレンズの第二の方向の径は、前記サブ画素の前記第二の方向のピッチと略等しいことを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、光源から射出された光は、色分離手段により色光ごとに分離されてマイクロレンズアレイに入射する。マイクロレンズアレイに入射した各色光は、光変調手段の複数種の色光に対応したサブ画素に集光された後、光変調手段により変調されて、投射手段によって投射される。
ここで、本発明のマイクロレンズアレイの第１シリンドリカルレンズにより、入射した光を光変調手段の第一の方向に集光させ異なる色光に対応した各サブ画素に入射させる。このとき、第１シリンドリカルレンズの第一の方向の径は、画素の第一の方向のピッチと略等しいため、第１シリンドリカルレンズにより、複数種の色光を対向するサブ画素に分離させて効率良く集光させる。また、第２シリンドリカルレンズにより、入射した光を光変調手段の第二の方向に集光させ各サブ画素に入射させる。このとき、第２シリンドリカルレンズの第二の方向の径は、サブ画素の第二の方向のピッチと略等しいため、第２シリンドリカルレンズにより、複数種の色光を集光し、対向するサブ画素に効率良く入射させる。

したがって、光変調手段のサブ画素の配列方向の第一の方向と第二の方向とに集光する第１，第２シリンドリカルレンズを別々に設けているため、それぞれの方向の焦点距離を別々に設計することができる。すなわち、例えば、第一の方向の照明Ｆｎｏ．を暗くしても、第二の方向において光がサブ画素から外れないように、第２シリンドリカルレンズを第１シリンドリカルレンズに比べて焦点距離を短く設計することできる。これにより、光変調手段の各サブ画素に入射する光の照明効率の低下を抑えることが可能となる。
さらには、色分離手段により色分離された光を第１，第２シリンドリカルレンズにより光変調手段の各サブ画素に集光させているため、例えば、レンチキュラレンズに比べて焦点距離の短いレンズを作製し易くなる。したがって、本発明では、光変調手段のサブ画素のピッチが狭いときに、短い焦点距離を有する所望のレンズを形成することができるため、微細なサブ画素を有する光変調手段に対応可能となる。すなわち、サブ画素のピッチに対応して第２シリンドリカルレンズの焦点距離を短くすることができるため、装置全体の小型化を図ることも可能となる。
なお、サブ画素とは、１画素を構成する最小単位であって、隣接配置された複数のサブ画素で１画素が構成されている。

また、本発明のプロジェクタは、前記第一の方向と前記第二の方向との曲率が異なり、前記光源から射出された光を反射させる反射部と、前記光源と前記色分離手段との間の光路上に配置され、前記第一の方向と前記第二の方向との曲率が異なるレンズ面を有し、前記反射部において反射した光を集光する集光手段とを備えることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、光源から射出された光は、反射部により反射される。このとき、反射部の第一の方向と第二の方向との曲率が異なるため、例えば、第一の方向の光束を細くし、第二の方向の光束を太くすることができる。そして、反射部により反射された光は、第一の方向と第二の方向との曲率が異なるレンズ面を有する集光手段により集光されて略平行光となる。集光手段から射出された光は、第１シリンドリカルレンズにより第一の方向に集光され、第２シリンドリカルレンズにより第二の方向に集光され、光変調装置の各サブ画素に入射する。
このように、第一の方向の光束が細く、第二の方向の光束が太い光を光変調装置に入射することができるため、第一の方向の照明のＦｎｏ．を暗くし、第二の方向の照明のＦｎｏ．を明るくするレンズの設計が容易になる。

また、本発明のプロジェクタは、前記光源側から第１シリンドリカルレンズ、第２シリンドリカルレンズの順に配置されていることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、色分離方向である第一の方向の照明Ｆｎｏ．を暗くし、第二の方向の照明Ｆｎｏ．を明るくするため、第一の方向に光を集光させる第１シリンドリカルレンズの焦点距離を長くし、第二の方向に光を集光させる第２シリンドリカルレンズの焦点距離を短くする。これにより、焦点距離が長い第１シリンドリカルレンズを光源側に配置し、焦点距離が短い第２シリンドリカルレンズを光変調手段側に配置することにより、光源から射出された光を第１，第２シリンドリカルレンズにより効率良く集光させることができる。

また、本発明のプロジェクタは、前記第１シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第１フィールドレンズと、前記第２シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第２フィールドレンズとを備え、前記第１フィールドレンズ及び前記第２フィールドレンズはシリンドリカルレンズであることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、マイクロレンズアレイから射出された光の主光軸が光変調手段の入射端面に略垂直となるように第一の方向に集光させる第１フィールドレンズと、マイクロレンズアレイから射出された光の主光軸が光変調手段の入射端面に略垂直となるよう第二の方向に集光させる第２フィールドレンズとを備えている。すなわち、第１フィールドレンズ及び第２フィールドレンズにより、光変調手段に入射する光の入射角度が大きくなる。したがって、光変調手段の各サブ画素を明るい照明光で照射することが可能となる。

さらに、第１フィールドレンズ及び第２フィールドレンズはシリンドリカルレンズであるため、例えば、レンチキュラレンズに比べて焦点距離を短くすることができる。したがって、光変調手段のサブ画素のピッチが狭いときに、短い焦点距離を有する所望のレンズとして形成することができるため、微細なサブ画素を有する光変調手段に対応可能となる。このように、サブ画素のピッチに対応して第２フィールドレンズの焦点距離を短くすることができるため、第１，第２フィールドレンズを用いても装置全体の小型化を図ることが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記光源側から前記第１フィールドレンズ、前記第２フィールドレンズの順に配置されていることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、第一の方向の照明Ｆｎｏ．を暗くし、第二の方向の照明Ｆｎｏ．を明るくするため、第一の方向に光を集光させる第１フィールドレンズの焦点距離を長くし、第二の方向に光を集光させる第２フィールドレンズの焦点距離を短くする。これにより、焦点距離が長い第１フィールドレンズを光源側に配置し、焦点距離が短い第２フィールドレンズを光変調手段側に配置することにより、光源から射出された光を第１，第２フィールドレンズにより光変調手段に効率良く集光させることができる。

本発明の光学素子は、複数のサブ画素で構成された１つの画素がアレイ状に配列された光変調手段の各サブ画素に光を入射させる光学素子であって、入射した光を色光ごとに複数種の前記サブ画素が配列された第一の方向に集光して異なる色光に対応した前記サブ画素に入射させる第１シリンドリカルレンズと、入射した光を前記第一の方向に略直交する第二の方向に集光して前記サブ画素に入射させる第２シリンドリカルレンズとがそれぞれアレイ状に配列されてなるマイクロレンズアレイと、前記第１シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第１フィールドレンズと、前記第２シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第２フィールドレンズとを備え、前記第１シリンドリカルレンズの第一の方向の径は、前記画素の前記第一の方向のピッチと略等しく、前記第２シリンドリカルレンズの第二の方向の径は、前記サブ画素の前記第二の方向のピッチと略等しいことを特徴とする。

本発明に係る光学素子では、上述したように、光変調手段のサブ画素の配列方向の第一の方向と第二の方向とに集光する第１，第２シリンドリカルレンズを別々に設けているため、それぞれの方向の焦点距離を別々に設計することができる。これにより、光変調手段の各サブ画素に入射する光の照明効率の低下を抑えることが可能な光学素子を提供することができる。
また、第１，第２シリンドリカルレンズにより光変調手段の各サブ画素に光を集光させているため、例えば、レンチキュラレンズに比べて焦点距離を短くすることができる。これにより、光変調手段の各サブ画素への明るい照明が可能となる。
さらに、第１フィールドレンズ及び第２フィールドレンズを備えることにより、光変調手段に入射する光の入射角度が大きくなる。したがって、光変調手段の各サブ画素を明るい照明光で照射することが可能となる。

本発明の光変調装置は、複数のサブ画素で構成された１つの画素がアレイ状に配列され、入射した色光ごとに独立して変調可能な光変調手段と、上記の光学素子とを備えることを特徴とする。

本発明に係る光変調装置では、上述したように、光変調手段のサブ画素の配列方向の第一の方向と第二の方向とに集光する第１，第２シリンドリカルレンズを別々に設けているため、それぞれの方向の焦点距離を別々に設計することができる。これにより、光変調手段の各サブ画素に入射する光の照明効率の低下を抑えることが可能となる。
また、第１，第２シリンドリカルレンズにより光変調手段の各サブ画素に集光させているため、例えば、レンチキュラレンズに比べて焦点距離を短くすることができる。したがって、上述したように、サブ画素のピッチに対応して第２シリンドリカルレンズ，第２フィールドレンズの焦点距離を短くすることができるため、光変調装置全体の小型化を図ることも可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係るプロジェクタ、光学素子及び光変調装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
本実施形態のプロジェクタは、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の異なる色光に対して１つの透過型液晶ライトバルブを備えた単板式の投射型カラー液晶プロジェクタであり、画像をスクリーンに投射させるものである。
また、本実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した透過型液晶パネルの画素を照明する空間分離方式で、明るさを上げるために第一の方向の照明Ｆｎｏ．を暗くし、第二の方向の照明Ｆｎｏ．を明るくする構成となっている。
本実施形態に係るプロジェクタ１は、図１に示すように、光源部１０と、ダイクロイックプリズム（色分離手段）２０と、マイクロレンズアレイ（光学素子）２５と、液晶ライトバルブ（光変調装置）３０と、投射レンズ（投射手段）３５とを備えている。

光源部１０は、光源１１と、シリンドリカルレンズ１２と、第１，第２フライアレイレンズ１３ａ，１３ｂと、偏光変換素子１４と、重畳レンズ１５とを備えている。また、光源１１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）と緑色光（以下、「Ｇ光」という。）と青色光（以下、「Ｂ光」という。）とを含む白色光を射出するものである。
第１，第２フライアレイレンズ１３ａ，１３ｂは、高圧水銀ランプ１１ａから射出された光の照度分布を均一化するレンズである。
偏光変換素子１４は、均一化された不定偏光状態の光を特定の偏光方向の光に変換する素子である。

光源１１は、光を射出する高圧水銀ランプ１１ａと、高圧水銀ランプ１１ａから射出された光を反射させるリフレクタ（反射部）１１ｂとを備えている。リフレクタ１１ｂは、縦方向（第一の方向、液晶ライトバルブ３０の垂直方向：図１に示すＸ方向）と、横方向（第二の方向、液晶ライトバルブ３０の水平方向：図１に示すＹ方向）との形状（曲率）が異なるアナモルフィックリフレクタである。
本実施形態のリフレクタ１１ｂは、縦方向と横方向との曲率が異なり、リフレクタ１１ｂから射出される光束の縦方向が細くなり、横方向が太くなるように形成されている。
シリンドリカルレンズ（集光手段）１２は、縦方向と横方向との曲率が異なる凹状のレンズであり、縦方向の面における焦点距離が長く、横方向の面における焦点距離が短い。これにより、シリンドリカルレンズ１２は、リフレクタ１１ｂから射出された縦方向の光束が細く、横方向の光束が太い光を平行光として射出する。

ダイクロイックプリズム２０は、重畳レンズ１５により重畳された光をＲ光，Ｇ光，Ｂ光に分離するプリズムである。具体的には、ダイクロイックプリズム２０は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜２０ａ，２０ｂを有している。第１ダイクロイック膜２０ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光およびＢ光を透過させる特性を有している。一方、第２ダイクロイック膜２０ｂは、Ｂ光を反射し、Ｒ光およびＧ光を透過させる特性を有している。これにより、ダイクロイックプリズム２０の第１ダイクロイック膜２０ａにおいて反射し、光軸Ｏに対して９０度曲げられたＲ光は、反射ミラー２１により光軸Ｏに向かって反射される。また、ダイクロイックプリズム２０の第２ダイクロイック膜２０ｂにおいて反射し、光軸Ｏに対して９０度曲げられたＢ光は、反射ミラー２２により光軸Ｏに向かって反射される。すなわち、反射ミラー２１において反射したＲ光及び反射ミラー２２において反射したＢ光は液晶ライトバルブ３０に向かって反射される。

次に、マイクロレンズアレイ２５について、図２を参照して説明する。なお、図２はマイクロレンズアレイ２５の一部を取り出して示した斜視図である。
マイクロレンズアレイ２５は、図２に示すように、縦方向に複数アレイ状に配列されるとともに、入射した光を縦方向に集光させる第１シリンドリカルレンズ２７と、横方向に複数アレイ状に配列されるとともに、入射した光を横方向に集光させる第２シリンドリカルレンズ２８とを備えている。また、第１シリンドリカルレンズ２７の縦方向の径がＬ１であり、第２シリンドリカルレンズ２８の横方向の径がＬ２である。
また、第１シリンドリカルレンズ２７と第２シリンドリカルレンズ２８との間は、例えば、樹脂からなる接着部材２６ａが設けられている。そして、この接着部材２６ａにより、第１シリンドリカルレンズ２７と第２シリンドリカルレンズ２８との固定が行われる。また、第２シリンドリカルレンズ２８の液晶ライトバルブ３０側の面にも、例えば、樹脂からなる接着部材２６ｂが設けられており、この接着部材２６ｂにより、マイクロレンズアレイ２５の射出端面２５ｂを平坦面にしている。
この接着部材２６ａ，２６ｂの屈折率は、第１，第２シリンドリカルレンズ２７，２８を構成する材料の屈折率との差が大きい方が好ましい。

次に、液晶ライトバルブ３０の構成と、マイクロレンズアレイ２５と液晶ライトバルブ３０との位置関係について図３を参照して説明する。
なお、図３では、実際にはダイクロイックプリズム２０から射出され広がった光をマイクロレンズアレイ２５により集光させているが、図が煩雑になるのを避けるために、マイクロレンズアレイ２５の中心を通過する光の主光軸のみを示す。さらに、図３では、実際には液晶ライトバルブ３０はマトリクス状に複数のサブ画素３１が配列されているが、Ｘ方向に１列のみ示す。

液晶ライトバルブ３０は、高温ポリシリコンＴＦＴを用いた透過型の液晶パネルである。また、液晶ライトバルブ３０は、互いに異なる波長選択性を有し、ダイクロイックプリズム２０において色分離されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光を独立して変調可能な複数種類のサブ画素３１をアレイ状に有している。具体的には、液晶ライトバルブ３０は、Ｒ光が入射する赤色光用の複数のサブ画素３０Ｒと、Ｇ光が入射する緑色光用の複数のサブ画素３０Ｇと、Ｂ光が入射する青色光用の複数のサブ画素３０Ｂとを有している。なお、サブ画素３１とは、１画素を構成する最小単位であって、隣接配置された複数のサブ画素３１（本実施形態では３つのサブ画素３１）で１画素３２が構成されている。
また、ブラックマトリックス（ＢＭ）３０ｂのそれぞれの開口部３０ｃが各サブ画素３１の光透過領域となる。

また、第１シリンドリカルレンズ２７の縦方向の径Ｌ１が、液晶ライトバルブ３０の縦方向の３サブ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ分（１画素３２）のピッチＰ１と略同じである。また、第２シリンドリカルレンズ２８の横方向の径Ｌ２が、液晶ライトバルブ３０の横方向の１サブ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０ＢのピッチＰ２と略同じである。
すなわち、図３に示すように、１つの第１シリンドリカルレンズ２７に、液晶ライトバルブ３０の縦方向の３つのサブ画素３１が対応し、１つの第２シリンドリカルレンズ２８に、液晶ライトバルブ３０の横方向の１つのサブ画素３１が対応している。

また、マイクロレンズアレイ２５は、ダイクロイックプリズム２０を透過したＧ光の光路上に配置されているため、図３に示すように、Ｒ光，Ｂ光は、Ｇ光に対しては対称にマイクロレンズアレイ２５の入射端面２５ａに対して角度θをなして入射する。
これらにより、マイクロレンズアレイ２５に入射したＲ光，Ｇ光は、第１シリンドリカルレンズ２７により縦方向に射出方向が異なるように色分離され、各サブ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの開口部３０ｃから入射する。
また、第１シリンドリカルレンズ２７から射出され第２シリンドリカルレンズ２８に入射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光は、第２シリンドリカルレンズ２８により横方向に集光され、各サブ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに効率良く入射する。

また、図１に示すように、ダイクロイックプリズム２０とマイクロレンズアレイ２５との間の光路上には、コンデンサーレンズ２９が配置されている。このコンデンサーレンズ２９により、テレセントリックな照明光となる。
また、投射レンズ３５により、液晶ライトバルブ３０において変調された光をスクリーン４０に向かって拡大投射する。

本実施形態に係るプロジェクタ１では、縦方向に集光する第１シリンドリカルレンズ２７と、横方向に集光する第２シリンドリカルレンズ２８とを備えているため、縦方向と横方向との焦点距離を別々に設計することができる。すなわち、縦方向の照明Ｆｎｏ．を暗くしても、横方向の光がサブ画素３１から外れないように、第２シリンドリカルレンズ２８を第１シリンドリカルレンズ２７に比べて焦点距離を短く設計することできる。これにより、開口部３０ｃ間のブラックマトリックス３０ｂ等によるケラレを押さえることが可能となるため、液晶ライトバルブ３０の各サブ画素３１に入射する光の照明効率の低下を抑えることが可能となる。

さらには、ダイクロイックプリズム２０により色分離された光を第１，第２シリンドリカルレンズ２７，２８により液晶ライトバルブ３０の各サブ画素３１に集光させているため、例えば、レンチキュラレンズに比べて焦点距離の短いレンズを作製し易い。したがって、液晶ライトバルブ３０のサブ画素３１のピッチＰ１が狭いときに、短い焦点距離を有する所望のレンズとして形成することができるため、微細なサブ画素３１を有する液晶ライトバルブ３０に対応可能となる。すなわち、サブ画素３１のピッチＰ１に対応して第２シリンドリカルレンズ２８の焦点距離を短くすることができるため、装置全体の小型化を図ることも可能となる。

また、縦方向の照明Ｆｎｏ．を暗くし、横方向の照明Ｆｎｏ．を明るくするため、縦方向に光を集光させる第１シリンドリカルレンズ２７の焦点距離を長くし、横方向に光を集光させる第２シリンドリカルレンズ２８の焦点距離を短くする。これにより、焦点距離が長い第１シリンドリカルレンズ２７を光源１１側に配置し、焦点距離が短い第２シリンドリカルレンズ２８を液晶ライトバルブ３０側に配置することにより、光源１１から射出された光を第１，第２シリンドリカルレンズ２７，２８により効率良く集光させることができる。

また、液晶ライトバルブ３０に入射するＲ光，Ｇ光，Ｂ光はテレセントリックな照明光となっているため、光変調手段として、特に、液晶ライトバルブ３０を用いた場合に、液晶ライトバルブ３０の入射端面３０ａに対して垂直に光を入射させることができる。これにより、液晶ライトバルブ３０を通過する光のコントラストを向上させることができる。

なお、第１シリンドリカルレンズ２７と第２シリンドリカルレンズ２８との間に、接着部材２６ａ，２６ｂを設けずに空気層であっても良い。
また、光源１１のリフレクタ１１ｂにより、縦方向の光束を細くし、横方向の光束を太くしたが、光源１１から射出される光の形状はこれに限るものではない。
また、第１シリンドリカルレンズ２７，第２シリンドリカルレンズ２８の順に光源１１側から配置したがこれに限るものではなく、第２シリンドリカルレンズ２８，第１シリンドリカルレンズ２７の順であっても良い。
さらに、図３では、マイクロレンズアレイ２５と液晶ライトバルブ３０とを間隔をあけて図示したが、極力近くに配置することが好ましく、接触していても良い。
また、光源１１から射出された光をＲ光，Ｇ光，Ｂ光の３色に分けたが、これに限るものではなく、４色以上に分けても良い。この場合、第１シリンドリカルレンズ２７の縦方向の径が、縦方向の１画素３２のピッチと略等しくなるように形成すれば良い。

［第１実施形態の変形例］
本変形例は、マイクロレンズアレイ２５と液晶ライトバルブ３０との間の光路上に、第１フィールドレンズ５１及び第２フィールドレンズ５２を有する光学素子５０を備えている。このような変形例について、図４を参照して説明する。
なお、本実施形態においても、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応して液晶ライトバルブ３０のサブ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを照明する空間分離方式で、明るさを上げるために縦方向の照明Ｆｎｏ．を暗くし、横方向の照明Ｆｎｏ．を明るくする構成となっている。
また、図４では、実際にはダイクロイックプリズム２０から射出され広がった光を光学素子５０により集光させているが、図が煩雑になるのを避けるために、光学素子５０の中心を通過する光の主光軸のみを示す。さらに、液晶ライトバルブ３０はマトリクス状にサブ画素３１が配列されているが、Ｘ方向に１列のみ示す。

第１フィールドレンズ５１は、図４に示すように、第１シリンドリカルレンズ２７と同様に、縦方向（Ｘ方向）に複数配列されており、第１シリンドリカルレンズ２７から射出された光の主光軸を液晶ライトバルブ３０の入射端面３０ａの縦方向に略垂直に入射させる。
また、第２フィールドレンズ５２は、第２シリンドリカルレンズ２８と同様に、横方向（Ｙ方向）に複数配列されており、第２シリンドリカルレンズ２８から射出された光の主光軸を液晶ライトバルブ３０の入射端面３０ａの横方向に略垂直に入射させる。また、第１，第２フィールドレンズ５１，５２はシリンドリカルレンズである。
さらに、第１フィールドレンズ５１が第２シリンドリカルレンズ２８側に設けられており、第２フィールドレンズ５２が液晶ライトバルブ３０側に設けられている。

また、第２シリンドリカルレンズ２８と第１フィールドレンズ５１との間は、例えば、樹脂からなる接着部材５６ａが設けられており、この接着部材５６ａにより、第２シリンドリカルレンズ２８と第１フィールドレンズ５１との固定が行われる。また、第１フィールドレンズ５１と第２フィールドレンズ５２との間にも、例えば、樹脂からなる接着部材５６ｂが設けられており、この接着部材５６ｂにより、第１フィールドレンズ５１と第２フィールドレンズ５２との固定が行われる。さらに、第２フィールドレンズ５２の液晶ライトバルブ３０側の面にも、例えば、樹脂からなる接着部材５６ｃが設けられており、この接着部材５６ｃにより、光学素子５０の射出端面５０ｂを平坦面にしている。
この接着部材５６ａ，５６ｂ，５６ｃの屈折率は、第２シリンドリカルレンズ２８，第１，第２フィールドレンズ５１，５２を構成する材料の屈折率との差が大きい方が好ましい。

本変形例では、第１フィールドレンズ５１及び第２フィールドレンズ５２により、液晶ライトバルブ３０に入射する光の入射角度が大きくなる。したがって、液晶ライトバルブ３０の各サブ画素３１を明るい照明光で照射することが可能となる。
また、第１フィールドレンズ５１及び第２フィールドレンズ５２により、液晶ライトバルブ３０に垂直に光を入射させることで、液晶ライトバルブ３０を通過する光のコントラストを向上させることができるため、鮮明な画像をスクリーン４０に投射することが可能となる。

また、縦方向の照明Ｆｎｏ．を暗くし、横方向の照明Ｆｎｏ．を明るくするため、縦方向に光を集光させる第１フィールドレンズ５１の焦点距離を長くし、横方向に光を集光させる第２フィールドレンズ５２の焦点距離を短くする。これにより、焦点距離が長い第１フィールドレンズ５１を光源１１側の第２シリンドリカルレンズ２８側に配置し、焦点距離が短い第２フィールドレンズ５２を液晶ライトバルブ３０側に配置することにより、光源１１から射出された光を第１，第２フィールドレンズ５１，５２により液晶ライトバルブ３０に効率良く集光させることができる。
なお、本変形例において、縦方向と横方向とで別々の第１フィールドレンズ５１及び第２フィールドレンズ５２を設けたが、縦方向及び横方向にフィールドレンズ機能を有するレンズを１つ設けた構成であっても良い。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色分離方法として、ダイクロイックプリズムを用いたが、３つのダイクロイックミラーの角度を変えて設けることにより、入射した光を分離しても良い。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを示す概略構成図である。 図１のマイクロレンズアレイの構成を示す斜視図である。 図１のマイクロレンズアレイと液晶ライトバルブとの関係を示す斜視図である。 図１のプロジェクタの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

Ｌ１，Ｌ２…径、Ｐ１，Ｐ２…ピッチ、１…プロジェクタ、１１…光源、１１ｂ…リフレクタ（反射部）、１２…シリンドリカルレンズ、２０…ダイクロイックプリズム（色分離部）、２５…マイクロレンズアレイ、２７…第１シリンドリカルレンズ、２８…第２シリンドリカルレンズ、３０…液晶ライトバルブ（光変調手段）、３０ａ…入射端面、３５…投射レンズ（投射手段）、５０…光学素子、５１…第１フィールドレンズ、５２…第２フィールドレンズ、

Claims (7)

1. 複数種の色光を含む光を射出する光源と、
   該光源から射出された光を異なる色光ごとに射出方向が異なるように分離する色分離手段と、
   複数種の色光に対応した複数のサブ画素で構成された１つの画素がアレイ状に配列され、入射した色光ごとに独立して変調可能な光変調手段と、
   前記色分離手段と前記光変調手段との間の光路上に配置され、入射した光を色光ごとに複数種の前記サブ画素が配列された第一の方向に集光して異なる色光に対応した前記サブ画素に入射させる第１シリンドリカルレンズと、入射した光を前記第一の方向に略直交する第二の方向に集光して前記サブ画素に入射させる第２シリンドリカルレンズとがそれぞれアレイ状に配列されてなるマイクロレンズアレイと、
   前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備え、
   前記第１シリンドリカルレンズの第一の方向の径は、前記画素の前記第一の方向のピッチと略等しく、
   前記第２シリンドリカルレンズの第二の方向の径は、前記サブ画素の前記第二の方向のピッチと略等しいことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記第一の方向と前記第二の方向との曲率が異なり、前記光源から射出された光を反射させる反射部と、
   前記光源と前記色分離手段との間の光路上に配置され、前記第一の方向と前記第二の方向との曲率が異なるレンズ面を有し、前記反射部において反射した光を集光する集光手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記光源側から第１シリンドリカルレンズ、第２シリンドリカルレンズの順に配置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。
4. 前記第１シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第１フィールドレンズと、
   前記第２シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第２フィールドレンズとを備え、
   前記第１フィールドレンズ及び前記第２フィールドレンズはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記光源側から前記第１フィールドレンズ、前記第２フィールドレンズの順に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 複数のサブ画素で構成された１つの画素がアレイ状に配列された光変調手段の各サブ画素に光を入射させる光学素子であって、
   入射した光を色光ごとに複数種の前記サブ画素が配列された第一の方向に集光して異なる色光に対応した前記サブ画素に入射させる第１シリンドリカルレンズと、入射した光を前記第一の方向に略直交する第二の方向に集光して前記サブ画素に入射させる第２シリンドリカルレンズとがそれぞれアレイ状に配列されてなるマイクロレンズアレイと、
   前記第１シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第１フィールドレンズと、
   前記第２シリンドリカルレンズから射出された光の主光軸を前記光変調手段の入射端面に対して略垂直とする第２フィールドレンズとを備え、
   前記第１シリンドリカルレンズの第一の方向の径は、前記画素の前記第一の方向のピッチと略等しく、
   前記第２シリンドリカルレンズの第二の方向の径は、前記サブ画素の前記第二の方向のピッチと略等しいことを特徴とする光学素子。
7. 複数のサブ画素で構成された１つの画素がアレイ状に配列され、入射した色光ごとに独立して変調可能な光変調手段と、
   請求項６に記載の光学素子とを備えることを特徴とする光変調装置。

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