JP2005265925A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 滑らかで良質な動画表示が得られるようにした場合であっても光利用効率が大幅に低下しないプロジェクタを提供する。
【解決手段】 第１レンズアレイ１２０の各小レンズ１２２は、照明装置からの照明光束を、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域における横方向については画像形成領域の全体を、縦方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状を有する照明光束とするように、縦方向に圧縮された断面形状を有し、照明装置と液晶表示装置との間に、液晶表示装置の画面書込み周波数に同期して画像形成領域上で縦方向に沿って照明光束を走査する回転プリズム７７０をさらに備え、第１レンズアレイの各小レンズは、照明光軸１００ａｘを挟んで２列に配列されており、偏光変換素子１４０は、光源光軸上に配置された偏光分離面１４２と反射面１４４とを有する１組の偏光分離プリズムを含むことを特徴とするプロジェクタ。
【選択図】 図１

Description

本発明はプロジェクタに関する。

図１３は、従来のプロジェクタを説明するために示す図である。図１３（ａ）は従来のプロジェクタの光学系を示す図であり、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）はこのような従来のプロジェクタの問題点を説明するための図である。
このプロジェクタ９００Ａにおいては、電気光学変調装置として用いる液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂが、図１３（ｂ）に示すような輝度特性を有するホールド型の表示装置であるため、図１３（ｃ）に示すような輝度特性を有するインパルス型の表示装置であるＣＲＴの場合とは異なり、いわゆる尾引き現象のために滑らかな動画表示が得られないという問題点がある（この尾引き現象については、例えば、非特許文献１参照。）。

図１４は、従来の他のプロジェクタを説明するために示す図である。図１４（ａ）は従来の他のプロジェクタの光学系を示す図であり、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）はこのような従来の他のプロジェクタに用いられる光シャッタを示すための図である。
このプロジェクタ９００Ｂにおいては、図１４（ａ）に示すように、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの光入射側に光シャッタ４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂを配置し、これらの光シャッタにより間欠的に光を遮断するようにして、上記した問題を解決している。すなわち、いわゆる尾引き現象を緩和して滑らかで良質な動画表示が得られるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
「ホールド型ディスプレイにおける動画表示の画質」（電子情報通信学会技報、ＥＩＤ９９−１０、第５５〜６０頁（１９９９−０６）） 特開２００２−１４８７１２号公報（図１〜図７）

しかしながら、このような従来の他のプロジェクタにおいては、光シャッタにより間欠的に光を遮断するようにしているため、光利用効率が大幅に低下するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、滑らかで良質な動画表示が得られるようにした場合であっても光利用効率が大幅に低下しないプロジェクタを提供することを目的とする。

（１）本発明のプロジェクタは、被照明領域側に略平行な照明光束を射出する光源装置、この光源装置からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、この第２レンズアレイからの照明光束に含まれる非偏光光を偏光光に変換するための偏光変換素子及びこの偏光変換素子からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置と、この照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置によって変調された光束を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、前記第１レンズアレイにおける各小レンズは、前記照明装置からの照明光束を、前記電気光学変調装置の画像形成領域における縦横方向のうちいずれか一方方向については画像形成領域の全体を、他方方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状を有する照明光束とするように、前記他方方向に圧縮された平面形状を有し、前記照明装置と前記電気光学変調装置との間に、前記電気光学変調装置の画面書込み周波数に同期して前記画像形成領域上で前記他方方向に沿って前記照明光束を走査する走査手段をさらに備え、前記第１レンズアレイにおける各小レンズは、光源光軸を挟んで２列に配列されており、前記偏光変換素子は、光源光軸上に配置され照明光束に含まれる２つの偏光成分のうち一方の偏光成分に係る照明光束をそのまま透過し他方の偏光成分に係る照明光束を光源光軸に垂直な方向に反射する偏光分離面と、他方の偏光成分を光源光軸に平行な方向に反射する反射面とを有する１組の偏光分離プリズムを含むことを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタによれば、電気光学変調装置の画像形成領域における縦横方向のうちいずれか一方については画像形成領域の全体を、他方方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状（すなわち他方方向に圧縮された断面形状）を有する照明光束を、電気光学変調装置の画面書込み周波数に同期して画像形成領域上で他方方向に沿って走査することができるようになるため、電気光学変調装置の画像形成領域においては光照射領域と光非照射領域とが順次交互にスクロールされるようになる。その結果、尾引き現象が緩和され、滑らかで良質な動画表示が得られるプロジェクタとなる。

また、本発明のプロジェクタによれば、上記したように他方方向に圧縮された断面形状を有する照明光束を、第１レンズアレイとして各小レンズの平面形状を他方方向に圧縮したレンズアレイを用いることによって実現しているため、光シャッタを用いる場合とは異なり、光源装置からの照明光束を無駄無く電気光学変調装置の画像形成領域に導くことができるようになり、光利用効率が大幅に低下することがなくなる。

このため、本発明のプロジェクタは、滑らかで良質な動画表示が得られるようにした場合であっても光利用効率が大幅に低下しないプロジェクタとなり、本発明の目的が達成される。

なお、電気光学変調装置としては、その画像形成領域の平面形状が「縦寸法：横寸法＝３：４の長方形」のもの及び「縦寸法：横寸法＝９：１６の長方形」のものが広く用いられているため、上記（１）に記載のプロジェクタにおける第１レンズアレイの各小レンズの平面形状としては、例えば、「縦寸法：横寸法＝３：８の長方形」のもの、「縦寸法：横寸法＝９：３２の長方形」のもの、「縦寸法：横寸法＝１：２の長方形」のものなどを好ましく用いることができる。

また、本発明のプロジェクタによれば、第１レンズアレイからの各部分光束は、第２レンズアレイ上では、光源光軸を挟んで両側にそれぞれ１列に配列されることになるため、第１レンズアレイにおける各小レンズが光源光軸を挟んで４列以上に配列されている場合と比較して、第２レンズアレイ上における各部分光束同士の横方向の分離が悪いことに起因する光利用効率の低下を効果的に抑制することができる。

また、本発明のプロジェクタによれば、照明光束に含まれる２つの偏光成分のうち一方の偏光成分に係る照明光束をそのまま透過し他方の偏光成分に係る照明光束を光源光軸に垂直な方向に反射する偏光分離面と、他方の偏光成分を光源光軸に平行な方向に反射する反射面とを有する偏光変換素子を備えているため、この偏光変換素子の作用により照明光束を一方の偏光軸を有する偏光光に変換することができるようになるため、電気光学変調装置として液晶表示装置等のように偏光光を利用するタイプの電気光学変調装置を用いる場合に適したものとなる。

また、この偏光変換素子においては、偏光分離面が光源光軸上に配置されているため、光源光軸を挟んで２列に配列されている第１レンズアレイからの部分光束をすべて１つの偏光分離面に入射させることができる。このため、この偏光分離面からの反射光を反射するための反射面も１つの反射面で足りることになり、その結果、１つの偏光分離面と１つの反射面とを有する偏光分離プリズムを１組備えるだけで必要な偏光分離を行うことができる。
これにより、偏光分離プリズムが光源光軸を挟んで４列以上に配列されている一般的な偏光分離プリズムを含む偏光変換素子の場合と比較して、偏光分離プリズムの構造を単純化することができ、その結果プロジェクタの製造コストを低減することができる。また、偏光分離プリズムの数が少ないということは、偏光分離プリズムの大きさをある程度大きくすることができることをも意味し、第１レンズアレイからの部分光束を効率よくのみ込むことができるようになり、光利用効率を高めることができるという効果もある。

（２）上記（１）に記載のプロジェクタにおいては、前記第１レンズアレイは、この第１レンズアレイの複数の小レンズからの照明光束が、前記偏光分離プリズムの偏光分離面に入射するように構成されていることが好ましい。

このように構成することにより、光源光軸を挟んで２列に配列された第１レンズアレイの各小レンズからの部分光束は、すべて偏光分離面に入射されるようになり、上記（１）で説明した偏光分離プリズムを用いて効率よく偏光分離を行うことができるようになる。

（３）上記（１）又は（２）に記載のプロジェクタにおいては、前記偏光分離プリズムにおける、偏光分離面を透過する照明光束の光射出面又は偏光分離面で反射される照明光束の光射出面にはλ／２板が配置されていることが好ましい。

このように構成することにより、偏光分離プリズムからの射出光をすべて偏光光に変換することができるようになる。この場合、偏光分離プリズムの光射出面のうち、偏光分離面を透過する照明光束の光射出面又は偏光分離面で反射される照明光束の光射出面のいずれか一方に１枚のλ／２板を貼り付けるだけで済むため、構造を単純化することができ、その結果、プロジェクタの製造コストを低減することができる。

（４）上記（１）〜（３）に記載のプロジェクタにおいては、前記照明装置と前記電気光学変調装置との間に、前記照明装置からの照明光束を複数の色光に分離するための色分離光学系をさらに備え、前記電気光学変調装置として、前記色分離光学系からの複数の色光をそれぞれの色光に対応する画像情報に応じて変調する複数の電気光学変調装置が設けられていることが好ましい。

このように構成することにより、滑らかで良質な動画表示が得られるようにした場合であっても光利用効率が大幅に低下しないプロジェクタを、画像品質の優れた（例えば３板式の）フルカラープロジェクタとすることができるようになる。

（５）上記（４）に記載のプロジェクタにおいては、前記走査手段は、前記照明装置と前記色分離光学系との間の、前記電気光学変調装置と略共役の位置に配置され、照明光軸に垂直な回転軸を有する回転プリズムを含み、この回転プリズムは、その回転によって、前記電気光学変調装置上で光照射領域と光非照射領域とが前記電気光学変調装置の画面書込み周波数に同期して順次スクロールされるように構成されていることが好ましい。

このように構成することにより、フルカラープロジェクタにおける各電気光学変調装置の画像形成領域において、光照射領域及び光非照射領域の円滑なスクロール動作が実現できるようになる。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載のプロジェクタにおいては、前記光源装置は、楕円面リフレクタと、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管と、平行化レンズとを有する光源装置、又は放物面リフレクタと、この放物面リフレクタの焦点近傍に発光中心を有する発光管とを有する光源装置であることが好ましい。

このように構成することにより、前者の場合には、放物面リフレクタを用いた光源装置と比較して、よりコンパクトな光源装置を実現することができる。後者の場合には、平行化レンズを用いることなく略平行な照明光束を得ることができるため、平行化レンズを必要とする楕円面リフレクタを用いた光源装置と比較して、部品点数の少ない光源装置を実現することができる。

（７）上記（６）に記載のプロジェクタにおいては、前記発光管には、前記発光管から被照明領域側に射出される光を前記楕円面リフレクタ又は前記放物面リフレクタに向けて反射する反射手段が設けられていることが好ましい。

このように構成することにより、発光管から被照明領域側に放射される光が楕円面リフレクタ又は放物面リフレクタに向けて反射されるため、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタ又は放物面リフレクタの大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタ又は放物面リフレクタの小型化を図ることができ、プロジェクタの小型化を図ることができる。また、このことは、各レンズアレイの大きさ、偏光変換素子の大きさ、重畳レンズの大きさ、色分離光学系の大きさなどをさらに小さくすることができることをも意味し、プロジェクタのさらなる小型化を図ることができる。

以下、本発明のプロジェクタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図１（ａ）は光学系を上面から見た図であり、図１（ｂ）は光学系を側面から見た図である。
なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ方向（図１（ａ）における照明光軸方向）、ｘ方向（図１（ａ）における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）及びｙ方向（図１（ａ）における紙面に垂直かつｚ軸に直交する方向）とする。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、照明装置１００と、照明装置１００からの照明光束を赤、緑及び青の３つの色光に分離する色分離光学系２００と、色分離光学系２００で分離された３つの色光のそれぞれを画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としての３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、これら３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調された色光を合成するクロスダイクロイックプリズム５００と、クロスダイクロイックプリズム５００によって合成された光をスクリーンＳＣＲ等の投写面に投写する投写光学系６００とを備えたプロジェクタである。

照明装置１００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、被照明領域側に略平行な照明光束を射出する光源装置１１０、光源装置１１０からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズ１２２（図２及び図３参照。）を有する第１レンズアレイ１２０、第１レンズアレイ１２０の複数の小レンズ１２２に対応する複数の小レンズ１３２（図２参照。）を有する第２レンズアレイ１３０、照明光束を偏光光に変換するための偏光変換素子１４０（図２参照。）及びこの偏光変換素子１４０からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ１５０を有している。

光源装置１１０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、楕円面リフレクタ１１４と、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２と、楕円面リフレクタ１１４からの集束光を略平行な光に変換する平行化レンズ１１８とを有している。発光管１１２には、発光管１１２から被照明領域側に射出される光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する反射手段としての補助ミラー１１６が設けられている。

色分離光学系２００としては、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、照明装置１００から液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂまでの光路長が等しい等光路光学系を用いている。

液晶表示装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂとしては、「ｙ軸方向に沿った縦寸法：ｘ軸方向に沿った横寸法＝９：１６の長方形」の平面形状を有するワイドビジョン用の液晶表示装置を用いている。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、第１レンズアレイ１２０の構成及び回転プリズム７７０からなる走査手段を用いたことを特徴としている。
すなわち、第１レンズアレイ１２０における各小レンズ１２２は、照明装置１００からの照明光束が、各液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域におけるｘ軸方向に沿った横方向については画像形成領域の全体を、ｙ軸方向に沿った縦方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状を有する照明光束となるように、縦方向に圧縮された平面形状を有している。
また、回転プリズム７７０は、照明装置１００と色分離光学系２００との間の、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと共役の位置に配置され、照明光軸に垂直な回転軸７７２の回りを回転することによって、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画面書込み周波数に同期して画像形成領域上でｙ軸方向に沿って照明光束を走査する機能を有している。

このため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００によれば、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域におけるｘ軸方向に沿った横方向については画像形成領域の全体を、ｙ軸方向に沿った縦方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状（すなわち縦方向に圧縮された断面形状）を有する照明光束を、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画面書込み周波数に同期して画像形成領域上でｙ軸方向に沿って走査することができるようになるため、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域においては光照射領域と光非照射領域とが順次交互にスクロールされるようになる。その結果、尾引き現象が緩和され、滑らかで良質な動画表示が得られるプロジェクタとなる。

また、実施形態１に係るプロジェクタ１０００によれば、上記したように縦方向に圧縮された断面形状を有する照明光束を、第１レンズアレイ１２０として各小レンズ１２２（図２参照。）の平面形状を縦方向に圧縮したレンズアレイを用いることによって実現しているため、光シャッタを用いる場合と異なり、光源装置１１０からの照明光束を無駄無く液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域に導くことができるようになり、光利用効率が大幅に低下することがなくなる。

このため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、滑らかで良質な動画表示が得られるようにした場合であっても光利用効率が大幅に低下しないプロジェクタとなる。

以下、実施形態１に係るプロジェクタ１０００における第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び偏光変換素子１４０並びに回転プリズム７７０について詳細に説明する。

１．第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び偏光変換素子
図２は、第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び偏光変換素子の関係を説明するために示す図である。図３は、第１レンズアレイの構造を説明するために示す図である。図３（ａ）はｚ軸方向に沿った方向から見たときの図であり、図３（ｂ）はｙ軸方向に沿った方向から見た図であり、図３（ｃ）はｘ軸方向に沿った方向から見た図である。

第１レンズアレイ１２０は、図２及び図３に示すように、光源光軸１１０ａｘを挟んで２列（８行）に配列された複数の小レンズ１２２を有している。
第２レンズアレイ１３０は、図２に示すように、第１レンズアレイ１２０の複数の小レンズ１２２に対応して２列（８行）に配列された複数の小レンズ１３２を有している。

第１レンズアレイ１２０の各小レンズ１２２は、図３（ａ）に示すように、「ｙ軸方向に沿った縦寸法：ｘ軸方向に沿った横寸法＝１：４の長方形」の平面形状を有している。また、上記したように、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、「ｙ軸方向に沿った縦寸法：ｘ軸方向に沿った横寸法＝９：１６の長方形」の平面形状を有している。
このため、第１レンズアレイ１２０は、照明装置１００からの照明光束を、各液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域におけるｘ軸方向に沿った横方向については画像形成領域の全体を、ｙ軸方向に沿った縦方向についてはその画像形成領域の一部（約半分）を照明するような断面形状を有する照明光束とすることができる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、第１レンズアレイ１２０における各小レンズ１２２が光源光軸１１０ａｘを挟んで２列に配列され、これらの各小レンズ１２２からの部分光束は、第２レンズアレイ１３０上では、光源光軸１１０ａｘを挟んで両側にそれぞれ１列に配列されることになるため、第１レンズアレイにおける各小レンズが光源光軸を挟んで４列以上に配列されている場合と比較して、第２レンズアレイ上における各部分光束同士の横方向の分離が悪いことに起因する光利用効率の低下を効果的に抑制することができる。

偏光変換素子１４０は、図２に示すように、照明光束に含まれる２つの偏光成分のうち一方の偏光成分（例えばＰ偏光）に係る照明光束をそのまま透過し他方の偏光成分（Ｓ偏光）に係る照明光束を光源光軸１１０ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離面１４２と、他方の偏光成分を光源光軸１１０ａｘに平行な方向に反射する反射面１４４とを有する１組の偏光分離プリズムを含んで構成されている。そして、偏光分離面１４２を透過する照明光束の光射出面にはλ／２板１４６が貼り付けられており、偏光変換素子１４０から射出される照明光束がすべてＳ偏光光となるようになっている。偏光分離面１４２は、光源光軸１１０ａｘ上に配置されている。
また、偏光変換素子１４０の光入射面上には、反射面１４４への望ましくない光を遮蔽するための遮光板１４８が配置されている。

偏光変換素子１４０においては、上記したように、偏光分離面１４２が光源光軸１１０ａｘ上に配置されているため、光源光軸１１０ａｘを挟んで２列に配列されている第１レンズアレイ１２０からの部分光束をすべて１つの偏光分離面１４２に入射させることができる。このため、この偏光分離面１４２からの反射光を反射するための反射面１４４も１つの反射面で足りることになり、その結果、１つの偏光分離面１４２と１つの反射面１４４とを有する偏光分離プリズムを１組備えるだけで必要な偏光分離を行うことができる。
これにより、偏光分離プリズムが光源光軸を挟んで４列以上に配列されている一般的な偏光分離プリズムを含む偏光変換素子の場合と比較して、偏光分離プリズムの構造を単純化することができ、その結果プロジェクタの製造コストを低減することができる。また、偏光分離プリズムの数が少ないということは、偏光分離プリズムの大きさをある程度大きくすることができることをも意味し、第１レンズアレイ１２０からの部分光束を効率よくのみ込むことができるようになり、光利用効率を高めることができるという効果もある。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、第１レンズアレイ１２０は、第１レンズアレイ１２０の複数の小レンズ１２２からの照明光束が、偏光分離プリズムの偏光分離面１４２に入射するように偏心して構成されている。このため、光源光軸１１０ａｘを挟んで２列に配列された第１レンズアレイ１２０の各小レンズ１２２からの各部分光束は、すべて偏光分離面１４２に入射されるようになり、偏光分離プリズムを用いて効率よく偏光分離を行うことができるようになる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、上記したように、偏光分離プリズムにおける、偏光分離面１４２を透過する照明光束の光射出面には、λ／２板１４６が配置されている。このため、偏光分離プリズムからの射出光をすべて偏光光に変換することができるようになる。この場合、λ／２板を１枚貼り付けるだけで済むため、構造を単純化することができ、その結果、プロジェクタの製造コストを低減することができるという効果もある。

図４は、照明光束の光強度分布を示す図である。図４（ａ）は第１レンズアレイの光入射面上における照明光束の光強度分布を示す図であり、図４（ｂ）は偏光変換素子の光入射面上における照明光束の光強度分布を示す図である。
図４（ａ）に示すように、第１レンズアレイ１２０の光入射面上において第１レンズアレイ１２０全体に渡って分布していた照明光束は、図４（ｂ）に示すように、偏光変換素子１４０の偏光分離面１４２上に良好に導かれ、光が無駄になっていないことがわかる。

図５は、液晶表示装置上における照明光束の光強度分布を示す図である。図５（ａ）は液晶表示装置における照明光束の光強度分布を等高線で示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）中、仮想線Ｌ_Ｈ１，Ｌ_Ｈ２上における照明光束の光強度分布をグラフで示す図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）中、仮想線Ｌ_Ｖ１，Ｌ_Ｖ２，Ｌ_Ｖ３上における照明光束の光強度分布をグラフで示す図である。
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、第１レンズアレイ１２０においては光強度分布の比較的不均一な照明光束（図４（ａ）参照。）が、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおいては光強度分布の比較的均一化された照明光束に変換されている。また、照明光束の略円形の断面形状（図４（ａ）参照。）は、「ｙ軸方向に沿った縦寸法：ｘ軸方向に沿った横寸法＝１：４の長方形」に変換されている。その結果、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域に、ｘ軸方向に沿った横方向については画像形成領域の全体を、ｙ軸方向に沿った縦方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状（すなわち縦方向に圧縮された断面形状）を有する照明光束を照射することができるようになる。

図６は、比較例に係るプロジェクタにおける第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び偏光変換素子の関係を説明するために示す図である。図７は、比較例に係るプロジェクタにおける第１レンズアレイの構造を説明するために示す図である。図７（ａ）はｚ軸方向に沿った方向から見たときの図であり、図７（ｂ）はｙ軸方向に沿った方向から見た図であり、図７（ｃ）はｘ軸方向に沿った方向から見た図である。
比較例に係るプロジェクタ１０００ａにおける照明装置１００ａ（ともに図示せず。）においては、第１レンズアレイ１２０ａは、図６及び図７に示すように、光源光軸１１０ａｘを挟んで２列（８行）に配列された複数の小レンズ１２２ａを有している。第２レンズアレイ１３０ａは、図６に示すように、第１レンズアレイ１２０ａの複数の小レンズ１２２ａに対応して２列（８行）に配列された複数の小レンズ１３２ａを有している。

図８は、実施形態１に係るプロジェクタの効果を説明するために示す図である。図８（ａ）は実施形態１に係るプロジェクタの偏光変換素子の光入射面上における照明光束の光強度分布を示す図であり、図８（ｂ）は比較例に係るプロジェクタの偏光変換素子の光入射面上における照明光束の光強度分布を示す図であり、図８（ｃ）は実施形態１に係るプロジェクタの偏光変換素子における照明光束の軌跡を模式的に示す図であり、図８（ｄ）は比較例に係るプロジェクタの偏光変換素子における照明光束の軌跡を模式的に示す図である。
なお、比較例に係るプロジェクタ１０００ａ（図示せず。）における偏光変換素子１４０ａにおいては、図８（ｄ）に示すように、偏光変換素子１４０ａの光入射面上には、反射面１４４ａへの望ましくない光を遮蔽するための遮光板１４８ａが配置されている。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、図８（ａ）に示すように、偏光変換素子１４０の光入射面における照明光束の光強度分布が光源光軸１１０ａｘを挟んで狭い範囲に分布しており、そのために、比較例に係るプロジェクタの場合（図８（ｂ）及び図８（ｄ）参照。）とは異なり、図８（ｃ）に示すように、偏光分離面１４２及び反射面１４４を１つずつにすることができることがわかる。
このため、偏光分離プリズムが光源光軸を挟んで４列以上に配列されている一般的な偏光分離プリズムを含む偏光変換素子の場合のみならず、偏光分離プリズムが光源光軸を挟んで２列に配列されている偏光分離プリズムを含む偏光変換素子の場合と比較しても、偏光分離プリズムの構造を単純化することができ、その結果プロジェクタの製造コストを低減することができる。また、偏光分離プリズムの数が少ないということは、偏光分離プリズムの大きさをある程度大きくすることができることをも意味し、第１レンズアレイ１２０からの部分光束をさらに効率よくのみ込むことができるようになり、光利用効率をさらに高めることができるという効果もある。

２．回転プリズム
図９は、回転プリズムの回転と液晶表示装置上の照明状態との関係を示す図である。図９（ａ）は回転プリズムを回転軸に沿って見たときの断面図である。図９（ｂ）は回転プリズムを照明光軸に沿って見たときの図である。図９（ｃ）は液晶表示装置の画像形成領域上における照明光束の照射状態を示す図である。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、照明光軸上における第１レンズアレイ１２０の仮想中心点の像Ｐが回転プリズム７７０が回転するのに従って、回転プリズム７７０の回転軸７７２を中心にして上下方向にスクロールされていく様子が示されている。この結果、図９（ｃ）に示すように、回転プリズム７７０が回転すると、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域においては光照射領域と光非照射領域とが順次交互にスクロールされるようになる。

以上、実施形態１に係るプロジェクタ１０００における第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び偏光変換素子１４０並びに回転プリズム７７０について詳細に説明したが、実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては以下のような特徴も有している。
すなわち、実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、光源装置１１０は、楕円面リフレクタ１１４と、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２と、平行化レンズ１１８とを有しているため、放物面リフレクタを用いた光源装置と比較して、よりコンパクトな光源装置を実現することができる。

また、実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、発光管１１２には発光管１１２から被照明領域側に射出される光を楕円面リフレクタ１１４に向けて反射する反射手段としての補助ミラー１１６が設けられている。
このため、発光管１１２から被照明領域側に放射される光が楕円面リフレクタ１１４に向けて反射されるため、発光管１１２の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタ１１４の大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタ１１４の小型化を図ることができ、プロジェクタの小型化を図ることができる。また、このことは、各レンズアレイ（第１レンズアレイ１２０及び第２レンズアレイ１３０）の大きさ、偏光変換素子１４０の大きさ、重畳レンズ１５０の大きさ、色分離光学系２００の大きさなどをさらに小さくすることができることをも意味し、プロジェクタのさらなる小型化を図ることができる。

〔実施形態２〕
図１０は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタを説明するために示す図である。図１０（ａ）は偏光変換素子の光入射面上における照明光束の光強度分布を示す図であり、図１０（ｂ）は第１レンズアレイの構造を説明するために示す図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は光源光軸であるｚ軸に沿った方向から見たときの図である。

実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂ（図示せず。）は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは、第１レンズアレイ１２０Ｂに含まれる小レンズ１２２Ｂの数が異なっている。すなわち、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂの第１レンズアレイ１２０Ｂにおいては、横２列×縦１０行の総計２０個の小レンズ１２２Ｂが形成されている（実施形態１の場合には、横２列×縦８行の総計１６個の小レンズ１２２が形成されている）。このため、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂの第１レンズアレイ１２０Ｂの形状は、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の第１レンズアレイ１２０の形状と比較すると縦長形状をしている。

このため、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂにおいては、偏光変換素子１４０Ｂの光入射面上における照明光束の光強度分布は、図１０（ａ）に示すように、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と比べて、さらに狭い範囲に分布しており、偏光変換素子をさらに小さくすること、ひいてはプロジェクタをさらに小さくすることが可能になっている。

〔実施形態３〕
図１１は、本発明の実施形態３に係るプロジェクタにおける、第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び偏光変換素子の関係を説明するために示す図である。
実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃ（図示せず。）は、実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは、偏光変換素子の構成が異なっている。すなわち、実施形態３に係る偏光変換素子１４０Ｃは、図１１に示すように、内部に偏光分離面１４２を含むキューブプリズムと、斜面が反射面１４４となっている三角柱プリズムからなっている。

このように、実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃは、偏光変換素子の構成が、実施形態１に係るプロジェクタ１０００のそれとは異なっているが、その他の構成が実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と同様であるため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００について上記した効果のすべてを同様に有する。

〔実施形態４〕
図１２は、本発明の実施形態４に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図１２（ａ）は光学系を上面から見た図であり、図１２（ｂ）は光学系を側面から見た図である。

実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄは、図１２（ａ）に示すように、実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは、色分離光学系の構成が異なっている。
すなわち、実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄにおいては、色分離光学系２００Ｂとして、各液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で光照射領域と光非照射領域とがスクロールされる方向をすべて同一の方向とするために、ダブルリレー光学系を用いている。

このように、実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄは、実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは、色分離光学系の構成が異なるが、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と同様に、第１レンズアレイ１２０における各小レンズ１２２は、照明装置１００からの照明光束が、各液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域におけるｘ軸方向に沿った横方向については画像形成領域の全体を、ｙ軸方向に沿った縦方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状を有する照明光束となるように、縦方向に圧縮された平面形状を有している。
また、回転プリズム７７０は、照明装置１００と色分離光学系２００Ｂとの間の液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと共役の位置に配置され、照明光軸に垂直な回転軸７７２の回りを回転することによって、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画面書込み周波数に同期して画像形成領域上でｙ軸方向に沿って照明光束を走査する機能を有している。

このため、実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄによれば、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域においては光照射領域と光非照射領域とが順次交互にスクロールされるようになる。その結果、尾引き現象が緩和され、滑らかで良質な動画表示が得られるプロジェクタとなる。

また、実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄによれば、上記したように縦方向に圧縮された断面形状を有する照明光束を、第１レンズアレイ１２０として各小レンズ１２２の平面形状を縦方向に圧縮したレンズアレイを用いることによって実現しているため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と同様に、光源装置１１０からの照明光束を無駄無く液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域に導くことができるようになり、光利用効率が大幅に低下することがなくなる。

このため、実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄは、滑らかで良質な動画表示が得られるようにした場合であっても光利用効率が大幅に低下しないプロジェクタとなる。

また、実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄによれば、第１レンズアレイ１２０からの各部分光束は、第２レンズアレイ１３０上では、光源光軸１１０ａｘを挟んで両側にそれぞれ１列に配列されることになるため、第１レンズアレイ１２０における各小レンズ１２２が光源光軸１１０ａｘを挟んで４列以上に配列されている場合と比較して、第２レンズアレイ１３０上における各部分光束同士の横方向の分離が悪いことに起因する光利用効率の低下を効果的に抑制することができる。

また、実施形態４に係るプロジェクタ１０００Ｄによれば、偏光変換素子１４０における偏光分離面１４２が光源光軸１１０ａｘ上に配置されているため、光源光軸１１０ａｘを挟んで２列に配列されている第１レンズアレイ１２０からの部分光束をすべて１つの偏光分離面１４２に入射させることができる。このため、この偏光分離面１４２からの反射光を反射するための反射面１４４も１つの反射面で足りることになり、その結果、１つの偏光分離面１４２と１つの反射面１４４とを有する偏光分離プリズムを１組備えるだけで必要な偏光分離を行うことができる。
これにより、偏光分離プリズムが光源光軸を挟んで４列以上に配列されている一般的な偏光分離プリズムを含む偏光変換素子の場合と比較して、偏光分離プリズムの構造を単純化することができ、その結果プロジェクタの製造コストを低減することができる。また、偏光分離プリズムの数が少ないということは、偏光分離プリズムの大きさをある程度大きくすることができることをも意味し、第１レンズアレイからの部分光束を効率よくのみ込むことができるようになり、光利用効率を高めることができるという効果も得られる。

以上、本発明のプロジェクタを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各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。

（１）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｄは透過型のプロジェクタであるが、本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型液晶表示装置のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。

（２）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｄは、電気光学変調装置として液晶表示装置を用いているが、本発明はこれに限られない。電気光学変調装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

（３）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｄは、第１レンズアレイ１２０，１２０Ｂの各小レンズ１２２，１２２Ｂの平面形状としては、「縦寸法：横寸法＝１：４の長方形」のものを用いたが、本発明はこれに限られず、例えば、「縦寸法：横寸法＝３：８の長方形」のもの、「縦寸法：横寸法＝９：３２の長方形」のもの、「縦寸法：横寸法＝１：２の長方形」のものなどをも好ましく用いることができる。

（４）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｄは、走査手段として、回転プリズム７７０を用いたが、本発明はこれに限られず、例えば、ガルバノミラー、ポリゴンミラーなどをも好ましく用いることができる。

（５）上記各実施形態のプロジェクタ１０００〜１０００Ｄは、光源装置１１０として、楕円面リフレクタ１１４と、楕円面リフレクタ１１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管１１２と、平行化レンズ１１８とを有する光源装置を用いたが、本発明はこれに限られず、放物面リフレクタと、放物面リフレクタの焦点近傍に発光中心を有する発光管とを有する光源装置をも好ましく用いることができる。

実施形態１に係るプロジェクタを説明するために示す図。 第１レンズアレイの構造を説明するために示す図である。 第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び偏光変換素子の関係を説明するために示す図。 照明光束の光強度分布を示す図である。 液晶表示装置上における照明光束の光強度分布を示す図である。 比較例における第１レンズアレイの構造を説明するために示す図である。 比較例における第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び偏光変換素子の関係を説明するために示す図。 実施形態１に係るプロジェクタの効果を説明するために示す図。 回転プリズムの回転と液晶表示装置上の照明状態との関係を示す図。 実施形態２に係るプロジェクタを説明するために示す図。 実施形態３に係るプロジェクタにおける、第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び偏光変換素子の関係を説明するために示す図。 実施形態４に係るプロジェクタを説明するために示す図。 従来のプロジェクタを説明するために示す図。 従来の他のプロジェクタを説明するために示す図。

符号の説明

１００，１００ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…照明装置、１１０…光源装置、１１２…発光管、１１４…楕円面リフレクタ、１１６…補助ミラー、１１８…平行化レンズ、１２０，１２０ａ，１２０Ｂ…第１レンズアレイ、１２２，１２２ａ，１２２Ｂ…小レンズ、１３０，１３０ａ，１３０Ｂ…第２レンズアレイ、１３２，１３２ａ，１３２Ｂ…小レンズ、１４０，１４０ａ，１４０Ｃ…偏光変換素子、１４２，１４２ａ…偏光分離面、１４４，１４４ａ…反射面、１４６，１４６ａ…λ／２板、１４８，１４８ａ，１４８Ｃ…遮光板、２００，２００Ｂ…色分離光学系、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶表示装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、７７０…回転プリズム、７７２…回転軸、９００Ａ，９００Ｂ，１０００，１０００Ｄ…プロジェクタ、Ｐ…照明光軸上における第１レンズアレイの仮想中心点の像

Claims (7)

1. 被照明領域側に略平行な照明光束を射出する光源装置、この光源装置からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ、この第１レンズアレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ、この第２レンズアレイからの照明光束に含まれる非偏光光を偏光光に変換するための偏光変換素子及びこの偏光変換素子からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置と、
   この照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
   この電気光学変調装置によって変調された光束を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、
   前記第１レンズアレイにおける各小レンズは、前記照明装置からの照明光束を、前記電気光学変調装置の画像形成領域における縦横方向のうちいずれか一方方向については画像形成領域の全体を、他方方向についてはその画像形成領域の一部を照明するような断面形状を有する照明光束とするように、前記他方方向に圧縮された平面形状を有し、
   前記照明装置と前記電気光学変調装置との間に、前記電気光学変調装置の画面書込み周波数に同期して前記画像形成領域上で前記他方方向に沿って前記照明光束を走査する走査手段をさらに備え、
   前記第１レンズアレイにおける各小レンズは、光源光軸を挟んで２列に配列されており、
   前記偏光変換素子は、光源光軸上に配置され照明光束に含まれる２つの偏光成分のうち一方の偏光成分に係る照明光束をそのまま透過し他方の偏光成分に係る照明光束を光源光軸に垂直な方向に反射する偏光分離面と、他方の偏光成分を光源光軸に平行な方向に反射する反射面とを有する１組の偏光分離プリズムを含むことを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、前記第１レンズアレイは、この第１レンズアレイの複数の小レンズからの照明光束が、前記偏光分離プリズムの偏光分離面に入射するように構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項１又は２に記載のプロジェクタにおいて、前記偏光分離プリズムにおける、偏光分離面を透過する照明光束の光射出面又は偏光分離面で反射される照明光束の光射出面にはλ／２板が配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項１〜３に記載のプロジェクタにおいて、
   前記照明装置と前記電気光学変調装置との間に、前記照明装置からの照明光束を複数の色光に分離するための色分離光学系をさらに備え、
   前記電気光学変調装置として、前記色分離光学系からの複数の色光をそれぞれの色光に対応する画像情報に応じて変調する複数の電気光学変調装置が設けられていることを特徴とするプロジェクタ。
5. 請求項４に記載のプロジェクタにおいて、
   前記走査手段は、前記照明装置と前記色分離光学系との間の、前記電気光学変調装置と略共役の位置に配置され、照明光軸に垂直な回転軸を有する回転プリズムを含み、
   この回転プリズムは、その回転によって、前記電気光学変調装置上で光照射領域と光非照射領域とが前記電気光学変調装置の画面書込み周波数に同期して順次スクロールされるように構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
   前記光源装置は、楕円面リフレクタと、この楕円面リフレクタの第１焦点近傍に発光中心を有する発光管と、平行化レンズとを有する光源装置、
   又は放物面リフレクタと、この放物面リフレクタの焦点近傍に発光中心を有する発光管とを有する光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。
7. 請求項６に記載のプロジェクタにおいて、
   前記発光管には、前記発光管から被照明領域側に射出される光を前記楕円面リフレクタ又は前記放物面リフレクタに向けて反射する反射手段が設けられていることを特徴とするプロジェクタ。