JP2007121693A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】色収差に起因する色ムラや照度ムラの発生を低減することができ、高いコントラ
ストを実現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】赤色用のフィールドレンズ５５ｒと、緑色用のフィールドレンズ５５ｇとを
等価な位置に配置しつつも、赤色用のフィールドレンズ５５ｒの屈折力を緑色用のフィー
ルドレンズ５５ｇの屈折力よりも小さくすることで、液晶パネル４２ａの像が赤色用の液
晶パネル７２ｒと緑色用の液晶パネル７２ｇとの双方に、正確に同一倍率で結像されるよ
うにしている。なお、ここで、赤色用のフィールドレンズ５５ｒと、緑色用のフィールド
レンズ５５ｇとは、結像倍率を一致させるためのものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像のコントラストを向上させるため、画像形成用の液晶パネルとは別に輝
度調整用の液晶パネルを備えるプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタとして、ＲＧＢの三色の光路上に配置された各色用液晶パネルの透
過率を変調するとともに、分光された光を合成した後の光路上に設けた高精細液晶パネル
の透過率を変調し、カラー画像表示時には、高精度液晶パネルから射出する各成分の光の
透過率をＲ，Ｇ，Ｂの逆γ補正値に比例させるものが存在する（特許文献１参照）。

同様のプロジェクタとして、前段に配置される照度表示液晶パネルと、後段に配置され
る各色用の映像表示液晶パネルとを備えるもの（特許文献２参照）が存在する。

また、別のプロジェクタとして、ＲＧＢの各色用液晶パネルとこれらを照明する光源と
の間に、照明光を空間的に分割して照明光量を調整するための光変調器を設けたものも存
在する（特許文献３参照）。
特開平６−１６７６９０号公報 特開平９−１１６８４０号公報の図２ 特開２００１−１００６８９号公報

しかし、液晶パネルを前後２段に配置する前２者のタイプのプロジェクタでは、各色用
液晶パネルの像を高精細液晶パネルに収差なく正確に投影する必要があり、或いは、照度
表示液晶パネルの像を各色用の映像表示液晶パネルに収差なく正確に投影する必要がある
が、特に歪み等の諸収差を抑えつつ色収差を正確に補正することは容易でない。

また、照明光量を調整するための光変調器を設けた後者のタイプのプロジェクタでは、
画面を例えば４領域に分割して各領域単位で輝度調整を行うので、コントラストの改善に
限界があり、各領域の境界を目立たないようにすることが容易でない。

そこで、本発明は、色収差に起因する色ムラや照度ムラの発生を低減することができ、
高いコントラストを実現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）照明装置からの光を輝
度変調する輝度変調用ライトバルブと、（ｂ）輝度変調用ライトバルブで輝度変調された
光を第１から第３の色光に分離する色分離光学系と、（ｃ）輝度変調用ライトバルブによ
って輝度変調され色分離光学系で分離された第１から第３の色光をそれぞれ色変調する第
１から第３の色変調用ライトバルブと、（ｄ）輝度変調用ライトバルブによって輝度変調
され色分離光学系で分離された第１及び第２の色光を第１及び第２の色変調用ライトバル
ブにそれぞれ結像させる共用リレーレンズ系とを備えるプロジェクタであって、（ｅ）輝
度変調用ライトバルブから第１の色変調用ライトバルブまでの光路の長さと、輝度変調用
ライトバルブから第２の色変調用ライトバルブまでの光路の長さとは、等しく、（ｆ）色
分離光学系によって分離される第１及び第２の色光の光路のうち少なくとも一方に、共用
リレーレンズ系による第１及び第２の色光に関する結像倍率を一致させるための色収差補
正手段を配置したものである。

上記プロジェクタでは、輝度変調用ライトバルブと各色変調用ライトバルブとを共用リ
レーレンズ系等を介して２段に設置することによって２段階の変調が可能になり、高いコ
ントラストの画像を投射することができる。また、上記プロジェクタでは、第１及び第２
の色光の光路のうち少なくとも一方に配置された色収差補正手段が、共用リレーレンズ系
による第１及び第２の色光に関する結像倍率を一致させるので、共用リレーレンズ系に残
存する色収差を補償した結像が可能になる。つまり、第１及び第２の色変調用ライトバル
ブに同一サイズの輝度変調像を入射させることができるので、第１及び第２の色変調用ラ
イトバルブの各画素と、これらに投影される輝度変調用ライトバルブの各画素の像とを略
一致させることができる。よって、対応する前後一対のライトバルブを構成する画素間の
位置ずれに起因する光量損失等を低減して各画素をロス無く投射することができるので、
投射画像に照度ムラや色ムラが発生することを防止できる。

本発明の具体的な態様では、上記プロジェクタにおいて、輝度変調用ライトバルブによ
って輝度変調され色分離光学系で分離された第３の色光を第３の色変調用ライトバルブに
結像させる副リレーレンズ系をさらに備える。この場合、副リレーレンズ系によって、第
３の色変調用ライトバルブに対して第１及び第２の色変調用ライトバルブと同様の結像が
可能になる。

本発明の別の態様では、上記プロジェクタにおいて、共用リレーレンズ系が、輝度変調
用ライトバルブによって輝度変調され色分離光学系で分離された第３の色光を一旦結像さ
せ、当該一旦結像させた第３の色光を第３の色変調用ライトバルブに再結像させる転写光
学系をさらに備える。この場合、共用リレーレンズ系と転写光学系とによって、第３の色
変調用ライトバルブに対して第１及び第２の色変調用ライトバルブと同様の結像が可能に
なる。

本発明のさらに別の態様では、色収差補正手段が、輝度変調用ライトバルブに設けたブ
ラックマトリックスの像が第１及び第２の色変調用ライトバルブの少なくとも一方に設け
たブラックマトリックス上に結像するように結像倍率の補正を行う。この場合、第１及び
第２の色変調用ライトバルブの各ブラックマトリックスと、これらに投影される輝度変調
用ライトバルブのブラックマトリックス像とを略一致させることができる。よって、対応
する前後一対のライトバルブすなわちブラックマトリックスの位置ずれに起因する光量損
失を低減して各画素をロス無く投射することができる。

本発明のさらに別の態様では、色収差補正手段が、色分離光学系によって分離される第
１及び第２の色光の光路上にそれぞれ配置される第１及び第２の光学素子を含み、当該第
１及び第２の光学素子が、互いに異なる集光特性を有する。この場合、第１及び第２の光
学素子の集光特性の差を利用して、第１及び第２の色変調用ライトバルブに同一サイズの
輝度変調光の像を入射させることができる。

本発明のさらに別の態様では、第１から第３の色変調用ライトバルブに対向して配置さ
れる第１から第３の集光レンズを備え、当該第１から第３の集光レンズのうち第１及び第
２の集光レンズが、第１及び第２の光学素子に相当するとともに、第１及び第２の集光レ
ンズのうち対応するレンズ面の曲率半径が互いに異なる。この場合、両集光レンズの曲率
半径の差を利用して色収差を補正することができる。

本発明のさらに別の態様では、色収差補正手段が、色分離光学系によって分離される第
１及び第２の色光の光路上にそれぞれ配置される第１及び第２の光学素子を含み、第１か
ら第３の色変調用ライトバルブに対向して配置される第１から第３の集光レンズを備え、
当該第１から第３の集光レンズのうち第１及び第２の集光レンズが、第１及び第２の光学
素子に相当するとともに、第１及び第２の集光レンズから第１及び第２の色変調用ライト
バルブまでの距離が互いに異なる。この場合、両集光レンズの位置の差を利用して色収差
を補正することができる。

本発明のさらに別の態様では、第１から第３の色変調用ライトバルブに対向して配置さ
れる第１から第３の集光レンズを備え、当該第１から第３の集光レンズのうち第１及び第
２の集光レンズは、第１及び第２の光学素子に相当するとともに、互いに異なる屈折率を
有する。この場合、両集光レンズの屈折率の差を利用して色収差を補正することができる
。

本発明のさらに別の態様では、第１から第３の色変調用ライトバルブによって色変調さ
れた像光を合成する光合成光学系と、光合成光学系によって合成された合成光を像光とし
て投射する投射光学系とをさらに有する。この場合、輝度変調された像光によって色収差
なく照明された第１から第３の色変調用ライトバルブを経て色変調された像光を、光合成
光学系によって合成しつつ投射光学系によってスクリーンに投射することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１０の光学系を示す模式図である。
このプロジェクタ１０は、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
形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器であり、光源ランプユ
ニット２０、均一照明光学系３０、第１光変調部４０、色分離投射装置５０、第２光変調
部７０、クロスダイクロイックプリズム８０、及び投射光学系９０を備えて構成される。

光源ランプユニット２０は、光源ランプ２１から周囲に放射された光束を集めて射出し
、均一照明光学系３０を介して第１光変調部４０を照明するための光源であり、発光管で
ある光源ランプ２１と、光源ランプ２１から射出された光源光を反射する楕円の凹面鏡２
２と、凹面鏡２２で反射された光源光をコリメートする凹レンズ２３とを備える。この光
源ランプユニット２０において、光源ランプ２１から射出された光源光は、凹面鏡２２及
び凹レンズ２３を通過し平行光束として均一照明光学系３０側に射出される。なお、上述
した楕円の凹面鏡２２に代えて放物面等の各種凹面鏡を用いることができ、放物面鏡を用
いた場合、上述の凹レンズ２３は不要となる。

均一照明光学系３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束
に分割し、これら複数の光束を対象とする照明領域に重畳して入射させ、この照明領域の
面内照度を均一化するための光学系であり、光源ランプユニット２０と協働して均一な照
明光を発生するための照明装置として機能する。均一照明光学系３０は、第１レンズアレ
イ３１、第２レンズアレイ３２、偏光変換部材３４、及びコンデンサレンズ３５を備えて
いる。

第１レンズアレイ３１は、光源ランプユニット２０からの光束を複数の部分光束に分割
する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸ＯＡと直交する面内にマトリッ
クス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。各小レンズの輪郭形状は、後述
する第１光変調部４０を構成する液晶パネル４２ａの画像形成領域（有効領域）の形状と
ほぼ相似形をなすように設定されている。第２レンズアレイ３２は、前述した第１レンズ
アレイ３１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレ
イ３１と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内にマトリックス状に配列される複数の小
レンズを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が上記液晶パ
ネル４２ａの画像形成領域の形状と対応している必要はない。

偏光変換部材３４は、ＰＢＳアレイと位相差板とで形成されており、第１レンズアレイ
３１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。
この偏光変換部材３４のＰＢＳアレイは、詳細な図示を省略しているが、システム光軸Ｏ
Ａに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。
前者の偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏
光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、後者の反射
ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわちシステム光軸ＯＡに沿っ
た方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換部材３４の光束射出面
にストライプ状に設けられる位相差板によって偏光方向が変換され、すべての偏光光束の
偏光方向が揃えられる。このような偏光変換部材３４を用いることにより、光源ランプ２
１から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、第１光変調部４
０で利用する光源光の利用率を向上させることができる。

コンデンサレンズ３５は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、及び偏光変
換部材３４を経た複数の部分光束を集光して第１光変調部４０に設けた液晶パネル４２ａ
の画像形成領域（有効領域）上に重畳させつつ入射させるための重畳光学素子である。つ
まり、コンデンサレンズ３５によって、第１レンズアレイ３１によって分割された各部分
光束を、液晶パネル４２ａ上にずれなく重ね合わせて入射させることができ、液晶パネル
４２ａの均一な照明が可能になる。

第１光変調部４０は、均一照明光学系３０を経て均一化された照明光をシステム光軸Ｏ
Ａに垂直な面内で空間的に輝度変調するためのものである。第１光変調部４０は、入射レ
ンズ４１、液晶パネル（液晶表示パネル）４２ａ、偏光フィルタ４３ｂ，４３ｂ、及び射
出レンズ４４を備え、第１光変調装置として機能する。ここで、液晶パネル４２ａと、こ
れを挟む一対の偏光フィルタ４３ｂ，４３ｂとは、照明光を画像情報に基づいて２次元的
に輝度変調するための輝度変調用ライトバルブを構成する。

この第１光変調部４０において、均一照明光学系３０側から入射した照明光は、入射レ
ンズ４１を介して輝度変調用の液晶パネル４２ａ内の画像形成領域を照明する。液晶パネ
ル４２ａは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したもので
あり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号（例
えば輝度信号やこれに補正を加えた信号）に従って、入射した偏光光束の偏光方向を変調
する。つまり、液晶パネル４２ａは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させ
るための非発光で透過型の光変調装置であり、液晶パネル４２ａに入射した照明光は、こ
の液晶パネル４２ａに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画
素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ４３ｂ，４３ｂによって、液晶パ
ネル４２ａに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、液晶パネル４２ａから射
出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。つまり、第１光変調部４０によ
って、均一な照明光が画素単位で減光され、画像情報に対応する２次元的分布で輝度変調
が達成される。

なお、入射レンズ４１は、均一照明光学系３０からの部分光束が液晶パネル４２ａに入
射する角度を調整するためのものであり、射出レンズ４４は、液晶パネル４２ａ等からの
変調光の射出角度を調整するためのものである。

色分離投射装置５０は、第１光変調部４０を経て輝度変調された像光を各色光に分離し
て第２光変調部７０に投影するためのものであり、第１及び第２ダイクロイックミラー５
１ａ，５１ｂ、反射ミラー５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ、両面ミラー５４，フィール
ドレンズ（光学素子）５５ｒ，５５ｂ，５５ｇ、及びリレーレンズ６１，６２を備える。

これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー５１ａ，５１ｂを含んで構成される
色分離光学系は、第１光変調部４０によって輝度変調された像光を、青（Ｂ）色光、緑（
Ｇ）色光、及び赤（Ｒ）色光の３つの像光に分離する。各ダイクロイックミラー５１ａ，
５１ｂは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する
波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システ
ム光軸ＯＡに対してともに傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー５１ａ
は、モノクロの像光から青色成分である青色光ＬＢを反射分岐し、残った緑色光ＬＧと赤
色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー５１ｂは、第１ダイクロイッ
クミラー５１ａを通過して反射ミラー５３ａ及びリレーレンズ６１を経た像光のうち緑色
成分である緑色光ＬＧを反射し、赤色成分である赤色光ＬＲを透過させる。

この色分離投射装置５０において、均一照明光学系３０から第１光変調部４０を経て入
射した輝度変調後の像光は、まず第１ダイクロイックミラー５１ａに入射する。像光のう
ち赤色光ＬＲは、第１光路ＯＰ１に導かれるべきものであり、第１ダイクロイックミラー
５１ａを透過し、反射ミラー５３ａ及びリレーレンズ６１を経て第２ダイクロイックミラ
ー５１ｂを透過し、反射ミラー５３ｂを経て最終段の集光レンズすなわちフィールドレン
ズ５５ｒに入射する。また、像光のうち緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２に導かれるべきも
のであり、第１ダイクロイックミラー５１ａを透過し、反射ミラー５３ａ及びリレーレン
ズ６１を経て第２ダイクロイックミラー５１ｂで反射され、両面ミラー５４を経て最終段
の集光レンズすなわちフィールドレンズ５５ｇに入射する。さらに、像光のうち青色光Ｌ
Ｂは、第３光路ＯＰ３に導かれるべきものであり、第１ダイクロイックミラー５１ａで反
射され、両面ミラー５４、リレーレンズ６２、及び反射ミラー５３ｃ，５３ｄを経て最終
段の集光レンズすなわちフィールドレンズ５５ｂに入射する。なお、以上において、リレ
ーレンズ６２、フィールドレンズ５５ｂ等は、副リレーレンズ系を構成する。

ここで、赤色用の第１光路ＯＰ１と、緑色用の第２光路ＯＰ２と、青色用の第３光路Ｏ
Ｐ３とは、互いに光路の実効長さが等しい等価系となっている。具体的に説明すると、第
１光変調部４０で輝度変調された像光のうち赤色成分は、第１光路ＯＰ１において、リレ
ーレンズ６１によって後述する第２光変調部７０に設けた画像情報変調用の液晶パネル７
２ｒ内の画像形成領域に等倍で投影される。同様に、第１光変調部４０で輝度変調された
像光のうち緑色成分は、第２光路ＯＰ２において、リレーレンズ６１によって上記第２光
変調部７０に設けた画像情報変調用の液晶パネル７２ｇ内の画像形成領域に等倍で投影さ
れる。また、第１光変調部４０で輝度変調された像光のうち青色成分は、第３光路ＯＰ３
において、リレーレンズ６２によって上記第２光変調部７０に設けた画像情報変調用の液
晶パネル７２ｂ内の画像形成領域に等倍で投影される。

なお、図示のリレーレンズ６１，６２は、説明の便宜上単一のレンズで構成されている
が、実際は多数のレンズで構成される投影光学系であり、ディストーションその他の歪や
諸収差を極めて低減した高精度の光学系となっている。また、リレーレンズ６１，６２は
、射出レンズ４４やフィールドレンズ５５ｒ，５５ｂ，５５ｇを含めたリレーレンズ系と
して、両側テレセントリックとなっている。これにより、液晶パネル４２ａと液晶パネル
７２ｒ，７２ｇ，７２ｂとに対して、システム光軸ＯＡ方向に関する位置ずれ許容度を持
たせつつ、液晶パネル４２ａの像を各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ上にそれぞれ正
確に等倍で投影することができる。

第２光変調部７０は、３色の像光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶パネ
ル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂと、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂを挟むように配置さ
れる３組の偏光フィルタ７３ｒ，７３ｇ，７３ｂとを備え、第２光変調装置として機能す
る。ここで、赤色光ＬＲ用の液晶パネル７２ｒと、これを挟む一対の偏光フィルタ７３ｒ
，７３ｒとは、輝度変調後の像光のうち赤色光ＬＲを画像情報に基づいて２次元的に強度
変調するための色変調用ライトバルブを構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶パネル７
２ｇと、対応する偏光フィルタ７３ｇ，７３ｇも、緑の色変調用ライトバルブを構成し、
青色光ＬＢ用の液晶パネル７２ｂと、偏光フィルタ７３ｂ，７３ｂも、青の色変調用ライ
トバルブを構成する。

各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質で
ある液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子と
して、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する
。つまり、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂは、入射した光束の偏光方向の空間的分
布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ
，７２ｂにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲは、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，
７２ｂに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光
状態が調整される。その際、偏光フィルタ７３ｒ，７３ｇ，７３ｂによって、各液晶パネ
ル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂに入射する輝度変調後の像光の偏光方向が調整されるとともに
、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂから射出される光から所定の偏光方向の変調光が
取り出される。

なお、各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂの画像形成領域（有効領域）の輪郭は、第
１光変調部４０に設けた液晶パネル４２ａの画像形成領域（有効領域）の輪郭と合同形状
となっており、輝度変調用の液晶パネル４２ａで形成された像光は、画像サイズを一致さ
せて、画像情報変調用の各液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ上に、それぞれ同一倍率で
投影される。

以上の説明から明らかなように、第２光変調部７０は、第１光変調部４０で輝度変調さ
れたモノクロの像光を表示画像データに基づいて再度光変調する。つまり、第２光変調部
７０を経た各色の像光は、２段階の変調によって極めてコントラストの高いものとなって
いる。

クロスダイクロイックプリズム８０は、偏光フィルタ７３ｒ，７３ｇ，７３ｂから射出
された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である
。このクロスダイクロイックプリズム８０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視
略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の
誘電体多層膜８１，８２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜８１は青色光を反射
し、他方の第２誘電体多層膜８２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズ
ム８０は、液晶パネル７２ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜８２で反射して進行方
向右側に射出させ、液晶パネル７２ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜８１
，８２を介して直進・射出させ、液晶パネル７２ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜
８１で反射して進行方向右側に射出させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム８０で合成された像光は、拡大投影レンズと
しての投射光学系９０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として
投射される。

図２は、色分離投射装置５０の射出側に設けた２つのフィールドレンズ５５ｒ，５５ｇ
の形状等を説明する拡大図である。赤色用の第１光路ＯＰ１において、フィールドレンズ
５５ｒは、液晶パネル７２ｒの光入射側面ＩＳｒすなわち一方の偏光フィルタ７３ｒに対
向してこれに沿うように配置されている。この液晶パネル７２ｒは、クロスダイクロイッ
クプリズム８０の側面８０ａに対向してこれに沿うように配置されている。また、緑色用
の第２光路ＯＰ２において、フィールドレンズ５５ｇは、液晶パネル７２ｇの光入射側面
ＩＳｇすなわち一方の偏光フィルタ７３ｇに対向してこれに沿うように配置されている。
この液晶パネル７２ｇは、クロスダイクロイックプリズム８０の側面８０ｂに対向してこ
れに沿うように配置されている。

赤色用のフィールドレンズ５５ｒの入射面ＳＲ１と、緑色用のフィールドレンズ５５ｇ
の入射面ＳＧ１とはともに凸のレンズ面で、前者のフィールドレンズ５５ｒの射出面ＳＲ
２と、後者のフィールドレンズ５５ｇの射出面ＳＧ２とはともに平坦なレンズ面である。
ここで、赤色用のフィールドレンズ５５ｒの入射面ＳＲ１の曲率半径は、緑色用のフィー
ルドレンズ５５ｇの入射面ＳＧ１の曲率半径よりも例えば大きくなっている。また、赤色
用のフィールドレンズ５５ｒの射出面ＳＲ２の曲率半径は、緑色用のフィールドレンズ５
５ｇの射出面ＳＧ２の曲率半径と例えば等しくなっている。つまり、赤色用のフィールド
レンズ５５ｒは、フィールドレンズ５５ｇと異なる光学特性を有しており、赤色用のフィ
ールドレンズ５５ｒは、緑色用のフィールドレンズ５５ｇよりも小さな屈折力を有してい
る。一方、リレーレンズ６１がわずかに過剰に色補正されている場合、仮にフィールドレ
ンズ５５ｒがフィールドレンズ５５ｇと全く同じものであるとするならば、液晶パネル４
２ａの像は、赤色用の液晶パネル７２ｒに相対的に小さな倍率で投影され、緑色用の液晶
パネル７２ｇに相対的に大きな倍率で投影される。つまり、仮にフィールドレンズ５５ｒ
がフィールドレンズ５５ｇと全く同じものであるとするならば、リレーレンズ６１及びフ
ィールドレンズ５５ｒを経た赤色光ＬＲの結像倍率は、リレーレンズ６１及びフィールド
レンズ５５ｇを経た緑色光ＬＧの結像倍率よりも小さくなっており、緑色光ＬＧを基準と
してリレーレンズ６１に関するアライメントを行った場合、液晶パネル４２ａの像を両液
晶パネル７２ｒ，７２ｇにボケなく投影すると、液晶パネル４２ａの像が液晶パネル７２
ｒの手前に形成されて結像倍率が低下する可能性がある。このため、赤色用のフィールド
レンズ５５ｒと、緑色用のフィールドレンズ５５ｇとを等価な位置に配置しつつも、赤色
用のフィールドレンズ５５ｒの屈折力を緑色用のフィールドレンズ５５ｇの屈折力よりも
小さくすることで、液晶パネル４２ａの像が赤色用の液晶パネル７２ｒと緑色用の液晶パ
ネル７２ｇとの双方に、正確に同一倍率で結像されるようにしている。このことは、液晶
パネル４２ａを構成する各画素が両色用の液晶パネル７２ｒ，７２ｇを構成する各画素に
正確に転写されることを意味し、液晶パネル４２ａを構成する各画素を仕切るブラックマ
トリックスが両色用の液晶パネル７２ｒ，７２ｇを構成する各画素を仕切るブラックマト
リックスに正確に投影されることを意味する。なお、ここで、赤色用のフィールドレンズ
５５ｒと、緑色用のフィールドレンズ５５ｇとは、結像倍率を一致させるための色収差補
正手段として機能する。
なお、ブラックマトリックスとは、液晶パネルの各画素の周囲に設けられた配線部やト
ランジスタ部への光を遮断する遮光部である。

図３は、リレーレンズ６１の一構成例を説明する図である。リレーレンズ６１等を含む
共用リレーレンズ系ＬＬＳは、赤色用のフィールドレンズ５５ｒを緑色用のフィールドレ
ンズ５５ｇと同一のものとした仮想的な状態の場合、ｅ線波長（緑色）で結像倍率β＝１
．００００となっているが、ｃ線波長（赤色）で結像倍率β＝０．９９６５となっている
。

このため、本実施例では、緑色用のフィールドレンズ５５ｇを基準として、赤色用のフ
ィールドレンズ５５ｒの曲率半径を微増させる調整を行っている。具体的に説明すると、
緑色用のフィールドレンズ５５ｇのデータは、入射側曲率半径ｒ１＝５０．０ｍｍ、射出
側曲率半径ｒ２＝∞、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料ＢＫ７（ｎｄ＝１．５１６
８）である。一方、赤色用のフィールドレンズ５５ｒのデータは、入射側曲率半径ｒ１＝
５１．６８ｍｍ、射出側曲率半径ｒ２＝∞、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料ＢＫ
７である。結果的に、この共用リレーレンズ系ＬＬＳにおいて、ｅ線（緑色）とｃ線（赤
色）の投影倍率すなわち結像倍率はともに１．００００となる。

以上の説明において、仮にフィールドレンズ５５ｒがフィールドレンズ５５ｇと全く同
じものであるとするならば、リレーレンズ６１及びフィールドレンズ５５ｒを経た赤色光
ＬＲの結像倍率は、リレーレンズ６１及びフィールドレンズ５５ｇを経た緑色光ＬＧの結
像倍率よりも小さくなっているとしたが、その逆の場合も生じ得る。この場合、赤色用の
フィールドレンズ５５ｒの曲率半径を小さくしてその屈折力を緑色用のフィールドレンズ
５５ｇの屈折力よりも大きくすればよい。

図４（ａ）は、図２を変形したものに対応し、図２のフィールドレンズ５５ｒに代わる
フィールドレンズ１５５ｒの配置や形状を説明する拡大図である。この場合、赤色用のフ
ィールドレンズ１５５ｒは、緑色用のフィールドレンズ５５ｇと同一の材料で形成されて
おり、同一形状の光学面を有する。ただし、赤色用のフィールドレンズ１５５ｒは、緑色
用のフィールドレンズ５５ｇに対応する位置からずれた位置に配置されている。

赤色用のフィールドレンズ１５５ｒの光射出側端面と液晶パネル７２ｒのブラックマト
リックスとの間の距離は、Ｌ１で与えられ、赤色用のフィールドレンズ１５５ｒの光射出
側端面と側面８０ａとの間の距離は、Ｌ３で与えられる。また、緑色用のフィールドレン
ズ５５ｇの光射出側端面と液晶パネル７２ｇのブラックマトリックスとの間の距離は、Ｌ
２で与えられ、緑色用のフィールドレンズ５５ｇの光射出側端面と側面８０ｂとの間の距
離は、Ｌ４で与えられる。そして、赤色用のフィールドレンズ１５５ｒは、液晶パネル７
２ｒに比較的近接して配置されており、緑色用のフィールドレンズ５５ｇは、液晶パネル
７２ｇから比較的離れて配置されており、結果的に、Ｌ１<Ｌ２の関係が成り立つ。ここ
で、液晶パネル７２ｒとクロスダイクロイックプリズム８０の側面８０ａとの間隔と、液
晶パネル７２ｇとクロスダイクロイックプリズム８０の側面８０ｂとの間隔とが等しくな
っていることから、同様にＬ３<Ｌ４の関係が成り立つ。そして、赤色用のフィールドレ
ンズ１５５ｒと液晶パネル７２ｒとの間の距離Ｌ１と、緑色用のフィールドレンズ５５ｇ
と液晶パネル７２ｇとの間の距離Ｌ２との差Ｘ＝Ｌ２−Ｌ１は、液晶パネル４２ａの像が
赤色用の液晶パネル７２ｒと緑色用の液晶パネル７２ｇとに正確に同一倍率で結像される
ように設定されている。なお、ここで、赤色用のフィールドレンズ１５５ｒと、緑色用の
フィールドレンズ５５ｇとは、結像倍率を一致させるための色収差補正手段として機能す
る。

具体的な実施例では、赤色用のフィールドレンズ１５５ｒのデータは、入射側曲率半径
ｒ１＝５０．０ｍｍ、射出側曲率半径ｒ２＝∞、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料
ＢＫ７であり、緑色用のフィールドレンズ５５ｇのデータは、入射側曲率半径ｒ１＝５０
．０ｍｍ、射出側曲率半径ｒ２＝∞、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料ＢＫ７であ
る。つまり、両フィールドレンズ１５５ｒ，５５ｇは同一部品である。そして、差Ｘを０
．３８５ｍｍとして、赤色用のフィールドレンズ１５５ｒを緑色用のフィールドレンズ５
５ｇに比較してリレーレンズ６１から相対的に離す。結果的に、図１のリレーレンズ６１
、図４（ａ）のフィールドレンズ１５５ｒ、フィールドレンズ５５ｇ等を含む共用リレー
レンズ系において、ｅ線（緑色）とｃ線（赤色）の投影倍率すなわち結像倍率はともに１
．００００となる。

以上の図４（ａ）の説明において、リレーレンズ６１の赤色光ＬＲの焦点距離がその緑
色光ＬＧの焦点距離よりも相対的に短くなっているとしたが、その逆の場合も生じ得る。
この場合、赤色用のフィールドレンズ５５ｒの位置を緑色用のフィールドレンズ５５ｇの
位置よりもリレーレンズ６１すなわち液晶パネル４２ａ側に近づければよい。

図４（ｂ）は、図２を変形したものに対応し、図２のフィールドレンズ５５ｒに代わる
フィールドレンズ２５５ｒの配置や形状を説明する拡大図である。この場合、赤色用のフ
ィールドレンズ２５５ｒは、緑色用のフィールドレンズ５５ｇと同一形状の光学面を有し
、同一位置に配置されている。ただし、赤色用のフィールドレンズ２５５ｒは、緑色用の
フィールドレンズ５５ｇと異なる屈折率を有している。具体例では、赤色用のフィールド
レンズ２５５ｒの屈折率を、緑色用のフィールドレンズ５５ｇの屈折率よりも若干小さく
する。つまり、赤色用のフィールドレンズ２５５ｒは、緑色用のフィールドレンズ５５ｇ
よりも小さな屈折力を有している。これにより、液晶パネル４２ａの像が赤色用の液晶パ
ネル７２ｒと緑色用の液晶パネル７２ｇとに、正確に同一倍率で結像される。なお、ここ
で、赤色用のフィールドレンズ２５５ｒと、緑色用のフィールドレンズ５５ｇとは、結像
倍率を一致させるための色収差補正手段として機能する。

具体的な実施例では、赤色用のフィールドレンズ２５５ｒのデータは、入射側曲率半径
ｒ１＝５０．０ｍｍ、射出側曲率半径ｒ２＝∞、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料
の屈折率ｎｄ＝１．５０００（アッベ数は６４．２のまま）であり、緑色用のフィールド
レンズ５５ｇのデータは、入射側曲率半径ｒ１＝５０．０ｍｍ、射出側曲率半径ｒ２＝∞
、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料の屈折率ｎｄ＝１．５１６８である。結果的に
、図１のリレーレンズ６１、図４（ｂ）のフィールドレンズ２５５ｒ、フィールドレンズ
５５ｇ等を含む共用リレーレンズ系において、ｅ線（緑色）とｃ線（赤色）の投影倍率す
なわち結像倍率はともに１．００００となる。

以上の図４（ｂ）の説明において、仮にフィールドレンズ５５ｒがフィールドレンズ５
５ｇと全く同じものであるとするならば、リレーレンズ６１及びフィールドレンズ５５ｒ
を経た赤色光ＬＲの結像倍率は、リレーレンズ６１及びフィールドレンズ５５ｇを経た緑
色光ＬＧの結像倍率よりも小さくなっているとしたが、その逆の場合も生じ得る。この場
合、赤色用のフィールドレンズ５５ｒの屈折率を緑色用のフィールドレンズ５５ｇの屈折
率よりも大きくすればよい。

以上の図１〜図４に基づく説明では、共通のリレーレンズ６１によって液晶パネル４２
ａの像を赤色及び緑色用の液晶パネル７２ｒ，７２ｇに投影しているが、共通のリレーレ
ンズ６１によって液晶パネル４２ａの像を緑色及び青色用の液晶パネル７２ｇ，７２ｂに
投影することができる。この場合、液晶パネル７２ｇ，７２ｂの前段に配置される一対の
フィールドレンズ５５ｇ，５５ｂの曲率半径、位置、屈折率等の差を調整することで、両
色に関する投影倍率を一致させることができる。

具体的実施例では、図３のリレーレンズ６１と同様のものを用いた。そして、緑色用の
フィールドレンズ５５ｇのデータは、入射側曲率半径ｒ１＝５０．０ｍｍ、射出側曲率半
径ｒ２＝∞、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料ＢＫ７（ｎｄ＝１．５１６８）であ
る。一方、青色用のフィールドレンズ５５ｂのデータは、入射側曲率半径ｒ１＝４９．６
０ｍｍ、射出側曲率半径ｒ２＝∞、レンズ厚さｔ＝６．０ｍｍ、ガラス材料ＢＫ７（ｎｄ
＝１．５１６８）とする。これにより、青色の投影倍率すなわち結像倍率を１．０００８
３６７から１．０００にして緑色と一致させることができる。
また、青色用のフィールドレンズ５５ｂのデータを緑色用のフィールドレンズ５５ｇと
一致させて、青色用のフィールドレンズ１５５ｂを緑色用のフィールドレンズ５５ｇに比
較してリレーレンズ６１に相対的に近づけることによっても、青色の投影倍率すなわち結
像倍率を１．０００８３６７から１．０００にして緑色と一致させることができる。
さらに、青色用のフィールドレンズ５５ｂの屈折率を緑色用のフィールドレンズ５５ｇ
の屈折率（ｎｄ＝１．５１６８）よりも大きいｎｄ＝１．５２１０とすることによっても
、青色の投影倍率すなわち結像倍率を１．０００８３６７から１．０００にして緑色と一
致させることができる。

さらに、共通のリレーレンズ６１によって液晶パネル４２ａの像を赤色及び青色用の液
晶パネル７２ｒ，７２ｂに投影することもできる。この場合、液晶パネル７２ｒ，７２ｂ
の前段に配置される一対のフィールドレンズ５５ｒ，５５ｂの曲率半径、位置、屈折率等
の差を調整することで、両色に関する投影倍率を一致させることができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態のプロジェクタについて説明する。なお、第２実施形態のプロジェ
クタは、第１実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、同一部分には同一の符
号を付して重複説明を省略する。また、特に説明しない部分については、第１実施形態と
同様であるものとする。

図５は、第２実施形態のプロジェクタ３１０を説明する平面図である。このプロジェク
タ３１０は、図１に示すプロジェクタ１０の色分離投射装置５０に変更を加えたものであ
る。本実施形態のプロジェクタ３１０に組み込んだ色分離投射装置３５０は、第２及び第
３ダイクロイックミラー５１ｂ，３５１ａ、反射ミラー５３ａ，５３ｂ，３５３ｅ，３５
３ｆ、フィールドレンズ５５ｒ，５５ｇ，５５ｂ、リレーレンズ６１、及び転写レンズ系
３５６ａ〜３５６ｃを備える。これらのうち、第２及び第３ダイクロイックミラー５１ｂ
，３５１ａを含んで構成される色分離光学系は、強度変調された像光を青色光、緑色光、
及び赤色光の３つの光束に分離する。第２ダイクロイックミラー５１ｂは、赤・青・緑の
うち赤色光ＬＲの像光成分を透過させ、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとの像光成分を反射する
。また、第３ダイクロイックミラー３５１ａは、入射した緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのう
ち緑色光ＬＧの像光成分を反射し、青色光ＬＢを透過させる。

この色分離投射装置３５０において、均一照明光学系３０から第１光変調部４０を経て
入射した輝度変調後の像光は、反射ミラー５３ａやリレーレンズ６１を経て第２ダイクロ
イックミラー５１ｂに入射する。像光のうち赤色成分は、第２ダイクロイックミラー５１
ｂを透過し、反射ミラー５３ｂを経て最終段のフィールドレンズ５５ｒに入射する（第１
光路ＯＰ１）。この際、液晶パネル４２ａで形成された赤色の像光は、画像サイズが一致
するように、画像情報変調用の各液晶パネル７２ｒ上に等倍で投影される。また、像光の
うち緑色成分は、第２ダイクロイックミラー５１ｂ及び第３ダイクロイックミラー３５１
ａで反射され、最終段のフィールドレンズ５５ｇに入射する（第２光路ＯＰ２）。この際
、液晶パネル４２ａで形成された緑色の像光は、画像情報変調用の各液晶パネル７２ｒ上
に赤色と同様に等倍で投影される。さらに、像光のうち青色成分は、第２ダイクロイック
ミラー５１ｂで反射され、第３ダイクロイックミラー３５１ａを透過して、反射ミラー３
５３ｅ，３５３ｆや転写レンズ系３５６ａ〜３５６ｃを経て最終段のフィールドレンズ５
５ｂに入射する。転写レンズ系３５６ａ〜３５６ｃは、転写光学系として、リレーレンズ
６１によって第３ダイクロイックミラー３５１ａの後方に一旦形成される液晶パネル４２
ａの青色の像光を、液晶パネル７２ｒ上に等倍かつ正立像として再結像するためのもので
ある。

結果的に、第２実施形態のプロジェクタ３１０でも、第１光変調部４０で輝度変調され
た各色の像光は、リレーレンズ６１や転写レンズ系３５６ａ〜３５６ｃによって、第２光
変調部７０に設けた各色の液晶パネル７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ上に等倍で同様に投影され
る。この際、第１実施形態の場合と同様に、共通のリレーレンズ６１によって液晶パネル
４２ａの像を赤色及び緑色用の液晶パネル７２ｒ，７２ｇに投影しているが、液晶パネル
７２ｒ，７２ｇの前段に配置される一対のフィールドレンズ５５ｒ，５５ｇの曲率半径、
位置、屈折率等の差を調整することで、両色に関する投影倍率を正確に一致させることが
できる。

なお、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。

すなわち、上記実施形態では、光源ランプユニット２０からの光を複数の部分光束に分
割するため、２つのレンズアレイ３１，３２を用いていたが、この発明は、このようなレ
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。また、レンズアレイ３１，３２
をロッドインテグレータに置き換えることもできる。さらに、光源ランプユニット２０か
らの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材３４を用いていたが、この発明は、このよう
な偏光変換部材３４を用いないプロジェクタにも適用可能である。

また、上記第２実施形態では、青色の液晶ライトバルブ７２ｂを比較的長い第３光路Ｏ
Ｐ３に配置するとともに当該第３光路ＯＰ３に転写レンズ系３５６ａ〜３５６ｃを配置し
ているが、他の赤色や緑色を比較的長い第３光路ＯＰ３に導くことも可能である。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェ
クタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがある
が、図１等に示すプロジェクタ１０，３１０の構成は、いずれにも適用可能である。

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。 色分離投射装置の射出側に設けたフィールドレンズの形状を説明する拡大図である。 リレーレンズの一構成例を説明する図である。 （ａ）は、一対のフィールドレンズの配置に関する第１の変形例を示し、（ｂ）は、一対のフィールドレンズの屈折率に関する第２の変形例を示す。 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。

符号の説明

１０…プロジェクタ、 ２０…光源ランプユニット、 ３０…均一照明光学系、 ３１
，３２…レンズアレイ、 ３４…偏光変換部材、 ３５…コンデンサレンズ、 ４０…第
１光変調部、 ４２ａ…液晶パネル、 ４３ｂ，４３ｂ…偏光フィルタ、 ５０…色分離
投射装置、 ５１ａ，５１ｂ…ダイクロイックミラー、 ５４…両面ミラー、 ５５ｒ，
５５ｂ，５５ｇ…フィールドレンズ、 ６１，６２…リレーレンズ、 ７０…第２光変調
部、 ７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ…液晶パネル、 ７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ…偏光フィルタ
、 ８０…クロスダイクロイックプリズム、 ＬＢ，ＬＧ，ＬＲ…各色光、 ＬＬＳ…共
用リレーレンズ系、 ＯＡ…システム光軸

Claims (9)

1. 照明装置からの光を輝度変調する輝度変調用ライトバルブと、
   前記輝度変調用ライトバルブで輝度変調された光を第１から第３の色光に分離する色分
   離光学系と、
   前記輝度変調用ライトバルブによって輝度変調され前記色分離光学系で分離された前記
   第１から第３の色光をそれぞれ色変調する第１から第３の色変調用ライトバルブと、
   前記輝度変調用ライトバルブによって輝度変調され前記色分離光学系で分離された前記
   第１及び第２の色光を前記第１及び第２の色変調用ライトバルブにそれぞれ結像させる共
   用リレーレンズ系と
   を備えるプロジェクタであって、
   前記輝度変調用ライトバルブから前記第１の色変調用ライトバルブまでの光路の長さと
   、前記輝度変調用ライトバルブから前記第２の色変調用ライトバルブまでの光路の長さと
   は、等しく、
   前記色分離光学系によって分離される前記第１及び第２の色光の光路のうち少なくとも
   一方に、前記共用リレーレンズ系による前記第１及び第２の色光に関する結像倍率を一致
   させるための色収差補正手段を配置したプロジェクタ。
2. 前記輝度変調用ライトバルブによって輝度変調され前記色分離光学系で分離された前記
   第３の色光を前記第３の色変調用ライトバルブに結像させる副リレーレンズ系をさらに備
   える請求項１記載のプロジェクタ
3. 前記共用リレーレンズ系は、前記輝度変調用ライトバルブによって輝度変調され前記色
   分離光学系で分離された前記第３の色光を一旦結像させ、
   前記一旦結像させた第３の色光を前記第３の色変調用ライトバルブに再結像させる転写
   光学系をさらに備える請求項１記載のプロジェクタ。
4. 前記色収差補正手段は、前記輝度変調用ライトバルブに設けたブラックマトリックスの
   像が、前記第１及び第２の色変調用ライトバルブの少なくとも一方に設けたブラックマト
   リックス上に結像するように結像倍率の補正を行う請求項１から請求項３のいずれか一項
   記載のプロジェクタ。
5. 前記色収差補正手段は、前記色分離光学系によって分離される前記第１及び第２の色光
   の光路上にそれぞれ配置される第１及び第２の光学素子を含み、当該第１及び第２の光学
   素子は、互いに異なる集光特性を有する請求項１から請求項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の色変調用ライトバルブに対向して配置される第１から第３の集光レ
   ンズを備え、当該第１から第３の集光レンズのうち第１及び第２の集光レンズは、前記第
   １及び第２の光学素子に相当するとともに、前記第１及び第２の集光レンズのうち対応す
   るレンズ面の曲率半径が互いに異なる請求項５記載のプロジェクタ。
7. 前記色収差補正手段は、前記色分離光学系によって分離される前記第１及び第２の色光
   の光路上にそれぞれ配置される第１及び第２の光学素子を含み、
   前記第１から第３の色変調用ライトバルブに対向して配置される第１から第３の集光レ
   ンズを備え、当該第１から第３の集光レンズのうち第１及び第２の集光レンズは、前記第
   １及び第２の光学素子に相当するとともに、前記第１及び第２の集光レンズから前記第１
   及び第２の色変調用ライトバルブまでの距離が互いに異なる請求項１から請求項４のいず
   れか一項記載のプロジェクタ。
8. 前記第１から第３の色変調用ライトバルブに対向して配置される第１から第３の集光レ
   ンズを備え、当該第１から第３の集光レンズのうち第１及び第２の集光レンズは、前記第
   １及び第２の光学素子に相当するとともに、互いに異なる屈折率を有する請求項５記載の
   プロジェクタ。
9. 前記第１から第３の色変調用ライトバルブによって色変調された像光を合成する光合成
   光学系と、前記光合成光学系によって合成された合成光を像光として投射する投射光学系
   とをさらに有する請求項１から請求項８のいずれか一項記載のプロジェクタ。

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