JP2008165136A

JP2008165136A - プロジェクタ

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Publication number: JP2008165136A
Application number: JP2007000438A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ishibashi; 治石橋; Kazuhiro Nishida; 和弘西田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2008-07-17
Also published as: US7636200B2; US20080165407A1

Abstract

【課題】照明光学系等を大型化することなく、照明光学系のＦナンバーを増大させること
ができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】重畳レンズ３５から第１液晶表示パネル６１ｒまでの第１光路ＯＰ１におい
て、第１ダイクロイックミラー４１ａと折曲ミラーである赤色用反射ミラー４２ａとの間
の第１区間にのみ重畳レンズ３５と協働する結合レンズ４３ａを設けている。これにより
、青色に関する照明光学系３０のＦナンバーを高い自由度で調整することができ、色分離
導光光学系４０や照明光学系３０を構成するレンズ数の増加を防止でき。さらに、第１液
晶表示パネル６１ｒの周辺で照明光が大きな入射角となることを防止でき、青色に関する
照明光学系３０のテレセントリック性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光を液晶ライトバルブによって変調し、変調された像光を投射するプロ
ジェクタに関する。

従来の一般的なプロジェクタとして、略白色光を発生する光源と、光源からの光を均一
化するとともに偏光変換する照明光学系と、照明光学系を経た光を３色の光路に分離する
色分離光学系と、３色の照明光によってそれぞれ照明される３つの液晶パネルと、これら
３つの液晶パネルからの像を合成するクロスダイクロイックプリズムと、合成後の拡大像
を投射する投射レンズとを備えるものがある。

上記のようなプロジェクタでは、各液晶パネルの入射面に近接・対向してフィールドレ
ンズが設けられており、照明系をテレセントリック化すなわち各液晶パネルに入射する照
明光のうち中心光束が液晶パネルの入射面に垂直になるようにしている。さらに、この種
のプロジェクタにおいて、照明光学系によって分離された光路のうち、１つの短い光路と
、共通の光路とにおいて、重畳レンズとフィールドレンズとの間に凹レンズを配置して、
液晶パネルに入射する照明光の呑み込み角を減少させているものがある（特許文献１参照
）。
特開２０００−２４１８８２号公報

しかし、凹レンズを重畳レンズとフィールドレンズとの間に挿入して照明光の呑み込み
角を調整する方法では、凹レンズを追加する分だけ部品点数が増加し、凹レンズの追加に
伴って照明光学系やプロジェクタを大型化することになる。しかも、凹レンズによって呑
み込み角を調整する場合、凹レンズによる負の屈折力分だけ照明光学系のＦナンバーを大
きくすることになるので、光の利用効率が減少する。
明るさは、基本的にＦナンバーを小さくすると明るくなるが，部品の大きさや投射レン
ズのＦナンバーなどの制限を受けるのである最適値が決まる。凹レンズを用いる方法は、
Ｆナンバーを大きくすることになり，一般的には明るさを落とすことになる。

なお、上述のような凹レンズを挿入する場合及びかかる凹レンズを挿入しない場合のい
ずれの場合においても、液晶パネル前段のフィールドレンズを除くことができる。しかし
ながら、フィールドレンズを単純に除いただけでは、像高をもった位置から液晶パネルの
周辺部に入射する光線の入射角が大きくなり、視野角を広げることになるのでプロジェク
タの性能劣化（コントラストの低下や色むら等）につながってしまう。さらに、照明光学
系のＦナンバーを設定できる自由度も減少してしまう。

そこで、本発明は、照明光学系等を大型化することなく、照明光学系のＦナンバーを小
さくさせることで明るさを向上させ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）光源光を射出する光源
装置と、光源装置から射出された光源光を複数の部分光束に分割する第１及び第２レンズ
アレイと、第１及び第２レンズアレイから射出された部分光束を対象とする照明領域に重
畳して入射させる正の屈折力を有する重畳レンズとを有する照明装置と、（ｂ）照明装置
から射出された照明光を第１色光と他の色光とに分離する第１色分離ミラーと、他の色光
のうち、第２色光と第３色光とを分離する第２色分離ミラーと、第１色分離ミラーで反射
された第１色光を再度反射して光路を折り曲げる折曲ミラーとを有する色分離導光光学系
と、（ｃ）色分離導光光学系で分離された第１から第３色光を、画像情報に応じてそれぞ
れ変調する第１から第３液晶ライトバルブと、（ｄ）第１から第３液晶ライトバルブで変
調された各色の像光を合成する光合成光学系と、（ｅ）光合成光学系を経た像光を投射す
る投射光学系とを備える。そして、本プロジェクタは、重畳レンズから第１液晶ライトバ
ルブまでの光路に配置されるレンズは、第１色分離ミラーと折曲ミラーとの間の第１区間
に配置される結合レンズのみであり、重畳レンズから第２液晶ライトバルブまでの光路に
配置されるレンズは、第１色分離ミラーと第２色分離ミラーとの間の第２区間に配置され
る結合レンズのみであることを特徴とする。

上記プロジェクタでは、重畳レンズから第１液晶ライトバルブまでの光路において、第
１色分離ミラーと折曲ミラーとの間の第１区間にのみ結合レンズを設けているので、この
結合レンズによって第１色光に関する照明光学系のＦナンバーを高い自由度で調整するこ
とができる。この際、従来第１液晶ライトバルブの直前に配置されていたフィールドレン
ズに代えて結合レンズを設けることになるので、色分離導光光学系等を構成するレンズ数
の増加を防止でき、コストの増加や装置の大型化を防止できる。さらに、上記プロジェク
タでは、フィールドレンズに代えて結合レンズを組み込むので、第１液晶ライトバルブの
周辺で照明光が大きな入射角となることを防止でき、第１色光に関する照明光学系のテレ
セントリック性を確保することができる。

さらに、上記プロジェクタでは、重畳レンズから第２液晶ライトバルブまでの光路にお
いて、第１色分離ミラーと第２色分離ミラーとの間の第２区間にのみ結合レンズを設けて
いるので、第１区間に設けられる結合レンズの場合と同様の理由で、Ｆナンバーを高い自
由度で調整できるだけでなく、レンズ数の増加防止によってコストの増加や装置の大型化
を防止できるとともに、第２液晶ライトバルブの周辺で照明光が大きな入射角となること
を防止でき、第２色光に関する照明光学系のテレセントリック性を確保することができる
。

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記プロジェクタにおいて、第１色分
離ミラーと折曲ミラーとの間の区間に配置される結合レンズと、第１色分離ミラーと第２
色分離ミラーとの間の区間に配置される結合レンズとが、互いの色収差を補正するような
屈折力を有する。この場合、第１液晶ライトバルブと、第２液晶ライトバルブとを実質的
に等価な光学系で照明することができ、第１及び第２液晶ライトバルブの無駄のない照明
が可能になる。

また、本発明の別の態様によれば、第１区間に配置される結合レンズが、重畳レンズの
最終端面から第１液晶ライトバルブの光変調面までの距離をＬとした場合に、重畳レンズ
の最終端面から（１／４）Ｌ以上（３／４）Ｌ以下の位置に配置される正の単レンズであ
る。

第１区間に配置される結合レンズが重畳レンズの最終端面から（１／４）Ｌ未満の位置
に配置されると、結合レンズが第１液晶ライトバルブから離れることから、重畳レンズを
大きくすることなく照明光学系のＦナンバーを小さくし、液晶ライトバルブ上に第１レン
ズアレイの像を結像させようとした場合、結合レンズの屈折力を小さくせざるを得ないの
で、第１液晶ライトバルブにおける光線はテレセントリックな状態から大きく外れ、重畳
レンズや結合レンズが大型となりそれに伴って第２レンズアレイも大型になる。一方、第
１区間に配置される結合レンズが重畳レンズの最終端面から（３／４）Ｌを超える位置に
配置されると、結合レンズが第１液晶ライトバルブに近づくことから、照明光学系のＦナ
ンバーを小さくし、第１液晶ライトバルブに第１レンズアレイの像を結像させようとする
と、結合レンズのパワーが大きくなり過ぎて、第１液晶ライトバルブにおける照明光はテ
レセントリックな状態から大きく外れ、収差も大きくなる。

また、本発明の別の態様によれば、第２区間に配置される結合レンズは、重畳レンズの
最終端面から第２液晶ライトバルブの光変調面までの距離をＬとした場合に、重畳レンズ
の最終端面から（１／４）Ｌ以上（３／４）Ｌ以下の位置に配置される正の単レンズであ
る。よって、第１区間に配置される結合レンズの場合と同様の理由で、結合レンズが（１
／４）Ｌ以上の位置である場合において、照明光学系のＦナンバーを小さくすることが比
較的容易で、照明光学系のテレセントリック性を確保できる。また、結合レンズが（３／
４）Ｌ以下の位置である場合において、Ｆナンバーを小さくしても照明光学系のテレセン
トリック性を確保できる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、第１から第３液晶ライトバルブが、マイクロ
レンズを有しない。この場合、上述のように結合レンズを配置させて照明光学系のＦナン
バーを小さくして液晶表示パネルでの明るさを向上させた効果を、液晶表示パネル後段の
光学系においても活用することが可能となる。つまり、マイクロレンズを有する液晶表示
パネルを用いた場合は、液晶表示パネル後段の光学系においてけられる光が増加する可能
性がある。

図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図で
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カラー
の光学像を形成し、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、照明光学系３０、色分離導光光学系４０、光変調部６０、クロス
ダイクロイックプリズム７０、及び投射光学系８０を備えて構成される。ここで、光源ラ
ンプユニット２０と照明光学系３０とは、色分離導光光学系４０等に入射させるための照
明光を生成する照明装置を構成する。

光源ランプユニット２０は、ランプ本体２１から周囲に放射された光束を集めて射出し
、照明光学系３０等を介して光変調部６０を照明するための光源装置である。光源ランプ
ユニット２０は、発光管であるランプ本体２１と、ランプ本体２１から前方に射出された
光源光を反射する球面状の副鏡２２と、ランプ本体２１から後方に射出された光源光を反
射する楕円面状の主鏡２３と、コリメート用の凹レンズ２４とを備える。この光源ランプ
ユニット２０において、ランプ本体２１から射出された略白色の光源光は、副鏡２２を介
して又は直接的に主鏡２３に入射して前方側に反射され、凹レンズ２４によって平行化さ
れた状態で照明光学系３０側に射出される。なお、上述したランプ本体２１には、各色の
波長に亘って高輝度の光を射出することができる点で、通常高圧水銀ランプが使用される
が、光源ランプユニット２０に組み込み可能なランプは、高圧水銀ランプに限らず、各種
発光ランプとすることができ、ＬＥＤ等の固体発光素子とすることもできる。また、主鏡
２３としては、楕円面に限らず放物面等の反射面形状を有する各種リフレクタを用いるこ
とができる。放物面状の主鏡２３を用いた場合、主鏡２３の後段に凹レンズ２４等を設け
ることなく、光源ランプユニット２０から平行光束を射出させることができる。

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
割し対象とする照明領域に重畳して入射させることにより照度を均一化するとともに、照
明光を特定方向の偏光に変換する光学系であり、第１マルチレンズ３１、第２マルチレン
ズ３２、偏光変換装置３４、及び重畳レンズ３５を備えている。

第１マルチレンズ３１は、レンズアレイとも呼ばれ、ランプ本体２１から射出された光
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、後述する光変調部６０を構成する液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇ，
６１ｂの画像形成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マルチレン
ズ３２は、前述した第１マルチレンズ３１により分割された複数の部分光束を集光する光
学素子である。第２マルチレンズ３２は、第１マルチレンズ３１と同様にシステム光軸Ｏ
Ａ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液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの
画像形成領域の形状と正確に対応している必要はない。なお、以上の第１及び第２マルチ
レンズ３１，３２と、以下に説明する重畳レンズ３５や結合レンズ４３ａ，４３ｂとは、
入射光を分割と重ね合わせよって均一化する光インテグレータとして機能する。

偏光変換装置３４は、ＰＢＳアレイと位相差板とで形成されており、第１マルチレンズ
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。
この偏光変換装置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、偏光変換装置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装置３４を用いることにより、ランプ本体２１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、光変調部６０で利用す
る光源光の利用率を向上させることができる。

重畳レンズ３５は、後述する色分離導光光学系４０の結合レンズ４３ａ，４３ｂと協働
することにより、第１マルチレンズ３１、第２マルチレンズ３２、及び偏光変換装置３４
を経た複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの画像形成領
域上に重畳させて入射させる。つまり、両マルチレンズ３１，３２と重畳レンズ３５とを
経た照明光は、次段の色分離導光光学系４０に設けた結合レンズ４３ａ，４３ｂ等を経て
光束の状態が調整され、光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶表示パネル６１ｒ，
６１ｇ，６１ｂの画像形成領域を均一に重畳照明する。

色分離導光光学系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、赤色用
反射ミラー４２ａ、青色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃ、結合レンズ４３ａ，４３ｂ、リレ
ーレンズ４５，４６、及びフィールドレンズ４３ｒ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４１ａ，４１ｂは、略白色の照明光を３原色に分離するための色
分離光学系を構成する。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ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色分離ミラーである第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤
・緑・青（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち赤色光ＬＲを反射し、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを
透過させる。また、第２色分離ミラーである第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射し
た緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのうち緑色光ＬＧを反射し青色光ＬＢを透過させる。結果的
に、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て色分離導光光学系４０に入射した
照明光は、第１ダイクロイックミラー４１ａで反射されてその先に延びる第１光路ＯＰ１
に導かれる赤色光ＬＲと、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイッ
クミラー４１ｂで反射されてその先に延びる第２光路ＯＰ２に導かれる緑色光ＬＧと、第
１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを透過してその先に延びる第３光路ＯＰ
３に導かれる青色光ＬＢとに分離される。

色分離導光光学系４０の第１光路ＯＰ１上に配置された第１結合レンズ４３ａは、正の
パワーを有する単レンズであり、照明光学系３０の重畳レンズ３５と協働して、照明光学
系３０の第１光路ＯＰ１に関するＦナンバーを一定以下に小さくしつつ、照明光学系のテ
レセントリック性を確保している。なお、重畳レンズ３５から第１液晶表示パネル６１ｒ
までの第１光路ＯＰ１において、第１ダイクロイックミラー４１ａと折曲ミラーである赤
色用反射ミラー４２ａとの間の第１区間に結合レンズ４３ａを設けている。そして、重畳
レンズ３５から第１ダイクロイックミラー４１ａまでの区間や、赤色用反射ミラー４２ａ
から第１液晶表示パネル６１ｒまでの区間においては、何等のレンズも設けていない。別
の観点からすると、この結合レンズ４３ａは、重畳レンズ３５の最終端面から第１液晶表
示パネル６１ｒの画像形成領域すなわち光変調面までの距離をＬ_１とした場合に、重畳レ
ンズ３５の最終端面から（１／４）Ｌ_１以上（３／４）Ｌ_１以下の位置に配置される。

色分離導光光学系４０の第２光路ＯＰ２上に配置された第２結合レンズ４３ｂは、正の
パワーを有する単レンズであり、照明光学系３０の重畳レンズ３５と協働して、照明光学
系３０の第２光路ＯＰ２に関するＦナンバーを一定以下に小さくしつつ、照明光学系のテ
レセントリック性を確保している。なお、重畳レンズ３５から第２液晶表示パネル６１ｇ
までの第２光路ＯＰ２において、第１ダイクロイックミラー４１ａと第２ダイクロイック
ミラー４１ｂとの間の第２区間に結合レンズ４３ｂを設けている。そして、重畳レンズ３
５から第１ダイクロイックミラー４１ａまでの区間や、第２ダイクロイックミラー４１ｂ
から第２液晶表示パネル６１ｇまでの区間においては、何等のレンズも設けていない。別
の観点からすると、この結合レンズ４３ｂは、重畳レンズ３５の最終端面から第２液晶表
示パネル６１ｇの画像形成領域すなわち光変調面までの距離をＬ_２とした場合に、重畳レ
ンズ３５の最終端面から（１／４）Ｌ_２以上（３／４）Ｌ_２以下の位置に配置される。

色分離導光光学系４０の第３光路ＯＰ３上に配置された一対のリレーレンズ４５，４６
は、入射側の第１のリレーレンズ４５の直前に形成された像を、略そのまま射出側のフィ
ールドレンズ４３ｒに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止
している。つまり、両リレーレンズ４５，４６は、青色用の第３光路ＯＰ３が赤色用の第
１光路ＯＰ１や緑色用の第２光路ＯＰ２よりも相対的に長くなることを補償したものであ
る。青色用反射ミラー４２ｂ，４２ｃは、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４
１ｂを通過した青色光ＬＢを、２度に亘って折り返して液晶表示パネル６１ｂ側に導くた
めのものである。

光変調部６０は、３色の照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶表示パ
ネル６１ｒ，６１ｇ，６１ｂを備える。ここで、赤色光ＬＲ用の液晶表示パネル６１ｒと
、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｒ，６２ｒ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液晶ライトバルブを構成する。また、緑色光ＬＧ用の液晶表示
パネル６１ｇと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｇ，６２ｇも、緑色用の液晶ライト
バルブを構成し、同様に、青色光ＬＢ用の液晶表示パネル６１ｂと、一対の偏光フィルタ
６２ｂ，６２ｂも、青色用の液晶ライトバルブを構成する。各液晶表示パネル６１ｒ，６
１ｇ，６１ｂ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。

図２は、上記光変調部６０を構成する１つの液晶ライトバルブ６１ｒ，６２ｒの構造を
例示する側方断面図である。図示の液晶ライトバルブにおいて、入射側の偏光素子である
第１偏光フィルタ６２ｒと、射出側の偏光素子である第２偏光フィルタ６２ｒとは、例え
ばクロスニコルを構成する。両偏光フィルタ６２ｒ，６２ｒの間に挟まれた液晶表示パネ
ル６１ｒは、入射光の偏光方向を入力信号に応じて画素単位で変化させる。この液晶表示
パネル６１ｒは、液晶で構成される液晶層９１を挟んで、入射側に透明な第１基板９２ａ
と、射出側に透明な第２基板９２ｂとを備える。第１基板９２ａの液晶層９１側の面上に
は、共通電極や配向膜を含む入射側層９３ａが形成されている。一方、第２基板９２ｂの
液晶層９１側の面上には、透明画素電極やスイッチングを含む射出側層９３ｂが形成され
ている。なお、図示を省略しているが、第１基板９２ａと入射側層９３ａとの間には、各
画素を区分するように格子状のブラックマトリックスが設けられている。この場合、第１
基板９２ａや第２基板９２ｂは、単なる透明基板であり、各画素に対応させてマイクロレ
ンズを設けていないので、第１偏光フィルタ６２ｒに入射した照明光がそのまま集光作用
を受けることなく液晶層９１に入射する。

なお、以上は、赤色用の液晶ライトバルブ６１ｒ，６２ｒの説明であったが、他の緑色
用の液晶ライトバルブ６１ｇ，６２ｇや青色用の液晶ライトバルブ６１ｂ，６２ｂも同様
の構造を有している。

図１に戻って、第１光路ＯＰ１に導かれた赤色光ＬＲは、赤色用反射ミラー４２ａを介
して液晶表示パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色
光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー４１ｂを介して液晶表示パネル６１ｇ内の画像形成
領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｒを介
して液晶表示パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。各液晶表示パネル６１ｒ，６１
ｇ，６１ｂ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る。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｂにそれぞれ入射した各
色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇ，６１ｂ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６２ｒ，６２ｇ，６２ｂによって、各液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇ，６
１ｂに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、偏光フィルタ６２ｒ，６２ｇ，
６２ｂによって、各液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇ，６１ｂ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。

クロスダイクロイックプリズム７０は、偏光フィルタ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂ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７０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７１，７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は赤色光ＬＲを
反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は青色光ＬＢを反射する。このクロスダイクロイッ
クプリズム７０は、液晶表示パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第１誘電体多層膜７１で反
射して進行方向右側に射出させ、液晶表示パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２
誘電体多層膜７１，７２を介して直進・射出させ、液晶表示パネル６１ｂからの青色光Ｌ
Ｂを第２誘電体多層膜７２で反射して進行方向左側に射出させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム７０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８０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。

以上説明した本実施形態のプロジェクタ１０では、重畳レンズ３５から第１液晶表示パ
ネル６１ｒまでの第１光路ＯＰ１において、第１ダイクロイックミラー４１ａと折曲ミラ
ーである赤色用反射ミラー４２ａとの間の第１区間にのみ重畳レンズ３５と協働する結合
レンズ４３ａを設けているので、赤色に関する照明光学系３０等を含む照明系（結合レン
ズ４３ａを含む）のＦナンバーを高い自由度で調整することができる。照明光学系３０等
のＦナンバーは、液晶表示パネル６１ｒの特性や投射光学系８０の特性に応じて適切な値
にする必要があるが、特にＦナンバーの小さな投射光学系８０を用いる場合であって、光
の利用効率を高めて明るい投射像を形成する場合には、照明光学系３０等を含む照明系の
Ｆナンバーを小さくすることが望ましい。このため、この照明光学系３０等を含む照明系
ではＦナンバーを１．８〜２．３程度に設定している。この際、従来ならば第１液晶表示
パネル６１ｒの直前に配置されていたフィールドレンズに代えて結合レンズ４３ａを設け
ることになるので、色分離導光光学系４０や照明光学系３０を構成するレンズ数の増加を
防止でき、プロジェクタ１０の製造コストの増加やプロジェクタ１０の大型化を防止でき
る。さらに、上述のようにフィールドレンズに代えて結合レンズ４３ａを組み込むので、
第１液晶表示パネル６１ｒの周辺で照明光が大きな入射角となることを防止でき、赤色に
関する照明光学系３０等を含む照明系のテレセントリック性を確保することができる。さ
らに、第１マルチレンズ３１と第２マルチレンズ３２との間隔を狭めることができ、照明
光学系３０等を含む照明系の小型化に寄与することができる。すなわち、結合レンズ４３
ａを入れることで重畳レンズ３５から液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇまでのレンズ系の合
成焦点距離が短くなるので、第１マルチレンズ３１から液晶表示パネル６１ｒ，６１ｇま
での投射倍率を一定にするために第１マルチレンズ３１から第２マルチレンズ３２までの
距離を小さくすることができる。

また、本プロジェクタ１０では、重畳レンズ３５から第２液晶表示パネル６１ｇまでの
第２光路ＯＰ２においても、第１ダイクロイックミラー４１ａと第２ダイクロイックミラ
ー４１ｂとの間の第２区間にのみ重畳レンズ３５と協働する結合レンズ４３ｂを設けてい
るので、緑色に関する照明光学系３０等を含む照明系のＦナンバーを高い自由度で調整す
ることができる。この際、従来ならば第２液晶表示パネル６１ｇの直前に配置されていた
フィールドレンズに代えて結合レンズ４３ｂを設けることになるので、第１光路ＯＰ１と
同様の理由で色分離導光光学系４０や照明光学系３０を構成するレンズ数の増加を防止で
き、プロジェクタ１０の製造コストの増加やプロジェクタ１０の大型化を防止できる。さ
らに、上述のようにフィールドレンズに代えて結合レンズ４３ｂを組み込むので、第２液
晶表示パネル６１ｇの周辺で照明光が大きな入射角となることを防止でき、緑色に関する
照明光学系３０等を含む照明系のテレセントリック性を確保することができる。

図３（Ａ）〜３（Ｃ）は、図１に示す結合レンズ４３ａの配置や結像作用と、比較例の
結合レンズ１４３ａ，２４３ａの配置や結像作用とを比較した図であり、図３（Ａ）は、
図１に示す実施形態における結合レンズ４３ａによる結像状態等を示し、図３（Ｂ）は、
重畳レンズ３５に過度に近づけた第１比較例の結合レンズ１４３ａによる結像状態等を示
し、図３（Ｃ）は、重畳レンズ３５から過度に離した第２比較例の結合レンズ２４３ａに
よる結像状態等を示す。

図３（Ａ）に示すように、結合レンズ４３ａを重畳レンズ３５から（１／４）Ｌ_１〜（
３／４）Ｌ_１の位置に配置した場合、既に説明したように、照明光学系３０等を含む照明
系のＦナンバーを比較的高い自由度で調整することができるだけでなく、色分離導光光学
系４０や照明光学系３０を構成するレンズ数の増加防止によって、プロジェクタ１０の製
造コストの増加やプロジェクタ１０の大型化を防止できる。さらに、第１液晶表示パネル
６１ｒの周辺で照明光ＩＬが大きな入射角となることを防止でき、照明光学系３０等を含
む照明系のテレセントリック性を確保することができる。

一方、図３（Ｂ）に示すように、結合レンズ１４３ａを重畳レンズ３５から（１／４）
Ｌ_１未満の位置に配置した場合、結合レンズ１４３ａが第１液晶表示パネル６１ｒから離
れるので、重畳レンズ３５を大きくすることなく照明光学系３０等を含む照明系のＦナン
バーを小さくし、第１液晶パネル６１ｒ上に第１マルチレンズ３１の小レンズの像を結像
させようとした場合、結合レンズ１４３ａの屈折力を小さくせざるを得ないので、第１液
晶表示パネル６１ｒにおける照明光ＩＬの入射状態は、テレセントリックな状態から大き
く外れ、重畳レンズ３５や結合レンズ１４３ａが大型となりそれに伴って第２マルチレン
ズ３２や偏光変換装置３４も大型になる。

また、図３（Ｃ）に示すように、結合レンズ２４３ａを重畳レンズ３５から（３／４）
Ｌ_１を超える位置に配置した場合、結合レンズ２４３ａが第１液晶表示パネル６１ｒに近
づくことから、照明光学系３０等を含む照明系のＦナンバーを小さくし、第１液晶表示パ
ネル６１ｒに第１マルチレンズ３１の小レンズの像を結像させようとすると、結合レンズ
２４３ａのパワーが大きくなり過ぎて、第１液晶表示パネル６１ｒにおける照明光ＩＬの
入射状態はテレセントリックな状態から大きく外れる。さらに、結合レンズ２４３ａのパ
ワーを大きくすることに起因して収差が発生し、照明光ＩＬを精度良く第１液晶表示パネ
ル６１ｒに入射させることができなくなる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、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、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＬＢを、第１光路
ＯＰ１、第２光路ＯＰ２、及び第３光路ＯＰ３にそれぞれ導く場合について説明したが、
色分離光学系である第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ等の設計変更によ
って、これらの組み合わせを自在に変更することができる。例えば赤色光ＬＲや緑色光Ｌ
Ｇを長い第３光路ＯＰ３に導くことができる。さらに、例えば第１光路ＯＰ１に青色光Ｌ
Ｂを導いて第３光路ＯＰ３に赤色光ＬＲを導くことができる。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０では、リレーレンズ４５，４６及びフィールド
レンズ４３ｒを介して、重畳レンズ３５や結合レンズ４３ｂによって形成された青色の像
を、略そのまま第３液晶表示パネル６１ｂ上に投影させているが、これらのうち、例えば
フィールドレンズ４３ｒ等については、これを省略することもできる。これは、結合レン
ズ４３ｂによって実現されるテレセントリック性を、第３光路ＯＰ３でもリレーレンズ４
５，４６の存在だけで利用できるからである。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０では、光源ランプユニット２０のランプ本体２
１として高圧水銀ランプ等を用いているが、略白色の照明光を得ることができる各種ラン
プや、ＬＥＤ等の固体発光素子を用いることができる。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０では、照明光学系３０をマルチレンズ３１，３
２、偏光変換装置３４、及び重畳レンズ３５で構成したが、マルチレンズ３１，３２等に
ついてはこれを省略することができ、或いはこれをロッドインテグレータに置き換えるこ
とができる。

また、本発明は、投射画像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクタにも
、投射画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投射型プロジェクタにも適用可能
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ための平面図である。液晶ライトバルブの構造を例示する側方断面図である。（Ａ）は、実施形態の結合レンズを示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は、比較例の結合レンズを示す。

符号の説明

１０…プロジェクタ、２０…光源ランプユニット、２１…ランプ本体、２２…副
鏡、２３…主鏡、２４…凹レンズ、３１，３２…マルチレンズ、３４…偏光変換
装置、３５…重畳レンズ、４０…色分離導光光学系、４１ａ…第１ダイクロイック
ミラー、４１ｂ…第２ダイクロイックミラー、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…反射ミラー
、４３ａ，４３ｂ…結合レンズ、４５，４６…リレーレンズ、６１ｒ，６１ｇ，６
１ｂ…液晶表示パネル、６２ｒ，６２ｇ，６２ｂ…偏光フィルタ、７１…第１誘電体
多層膜、７２…第２誘電体多層膜、ＬＲ…赤色光、ＬＧ,…緑色光、ＬＢ…青色
光、ＯＡ…システム光軸、ＯＰ１〜ＯＰ３…第１〜第３光路

Claims

光源光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された光源光を複数の部分光束に
分割する第１及び第２レンズアレイと、前記第１及び第２レンズアレイから射出された部
分光束を対象とする照明領域に重畳して入射させる正の屈折力を有する重畳レンズとを有
する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光を第１色光と他の色光とに分離する第１色分離ミラ
ーと、前記他の色光のうち、第２色光と第３色光とを分離する第２色分離ミラーと、前記
第１色分離ミラーで反射された第１色光を再度反射して光路を折り曲げる折曲ミラーとを
有する色分離導光光学系と、
前記色分離導光光学系で分離された前記第１から第３色光を、画像情報に応じてそれぞ
れ変調する第１から第３液晶ライトバルブと、
前記第１から第３液晶ライトバルブで変調された各色の像光を合成する光合成光学系と
、
前記光合成光学系を経た像光を投射する投射光学系とを備え、
前記重畳レンズから前記第１液晶ライトバルブまでの光路に配置されるレンズは、前記
第１色分離ミラーと前記折曲ミラーとの間の第１区間に配置される結合レンズのみであり
、
前記重畳レンズから前記第２液晶ライトバルブまでの光路に配置されるレンズは、前記
第１色分離ミラーと前記第２色分離ミラーとの間の第２区間に配置される結合レンズのみ
であること
を特徴とするプロジェクタ。
前記第１色分離ミラーと前記折曲ミラーとの間の区間に配置される前記結合レンズと、
前記第１色分離ミラーと前記第２色分離ミラーとの間の区間に配置される前記結合レンズ
とは、互いの色収差を補正するような屈折力を有する請求項１記載のプロジェクタ。
前記第１区間に配置される前記結合レンズは、前記重畳レンズの最終端面から前記第１
液晶ライトバルブの光変調面までの距離をＬとした場合に、前記重畳レンズの最終端面か
ら（１／４）Ｌ以上（３／４）Ｌ以下の位置に配置される正の単レンズである請求項１及
び請求項２のいずれか一項記載のプロジェクタ。
前記第２区間に配置される前記結合レンズは、前記重畳レンズの最終端面から前記第２
液晶ライトバルブの光変調面までの距離をＬとした場合に、前記重畳レンズの最終端面か
ら（１／４）Ｌ以上（３／４）Ｌ以下の位置に配置される正の単レンズである請求項１か
ら請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
前記第１から第３液晶ライトバルブは、マイクロレンズを有しない請求項１から請求項
４のいずれか一項記載のプロジェクタ。