JP2011100102A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光源から射出される光の照度分布が非対称であっても、明るさムラや色ムラを抑えた画像の表示が可能なプロジェクターを提供する。
【解決手段】非対称な照度分布を有する光を射出する光源１０と、光源１０から出射された光を変調する液晶ライトバルブと、光源１０と液晶ライトバルブとの間の光路上に配置され、光源１０からの光の照度分布を変化させるリレーレンズ２８と、を備え、リレーレンズ２８は、リレーレンズ２８を透過する光の照度分布における最も照度の高い領域が、リレーレンズ２８に入射する光の照度分布と比較して、リレーレンズ２８の中心側に配置されるように、自身を透過する光の照度分布を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関するものである。

大画面映像を表示可能な装置の一つとして、映像情報に応じて光学像を形成する小型の光変調素子を光源装置からの光で照明し、その光学像を投写レンズによりスクリーン等へ拡大表示するプロジェクターが実用化されている。

近年では、例えば不特定の場所で拡大画像を利用するために、プロジェクターの小型化に対する要望が高まっている。このような小型化を実現するために、プロジェクターに用いられる部材を小型化する開発が進んでおり、その一環として、射出光量の大幅な低下を招くことなく小型化が可能な照明装置が検討されている。このような技術として、例えば特許文献１に提案されている技術が挙げられる。

特許文献１においては、半割状の主反射鏡と副反射鏡とを備えた照明装置が提案されている。すなわち、通常の反射面が発光管を囲んでいる全周型の反射鏡を、光軸に平行な平面で分割した半割のものを用いることで反射鏡を小型化し、光源装置の小型化を図っている。一方で、発光管から半割状の反射鏡（主反射鏡）に直接入射しない光を、主反射鏡に向けて反射する小型の副反射鏡を設けることで、装置を小型化しつつ、射出する光量を維持した光源装置としている。

特開２００３−１６８０２号公報

特許文献１の技術にあっては、光量を維持したまま光源装置を小型化することができ、これを用いるプロジェクターを格段に小型にすることが可能である。しかし、射出される光を用いて良好な画像を形成する観点からは改善すべき点がある。

すなわち、上述の特許文献の照明装置において、主反射鏡は、発光管の全周を囲んだ一般的な主反射鏡を半分に割った非対称な形状である。そのため、主反射鏡から射出される光の照度分布は、発光管から遠い側で照度が低く、発光管に近い側では照度が高いという特性を持つ、不均一なものとなる。これに起因して、照明対象物上で一端側が暗く、他端側が明るいという明るさムラが生じるおそれがある。

また、このような照明装置をプロジェクターに適応すると、形成される投写画像も明るさムラが生じるため、画質が低下する。特に、照明装置からの光を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の色光に分離し、各色光を用いて光変調素子で変調させた画像光を形成して投写表示を行う３板式のプロジェクターの場合、３色の色光のうちの１色の色光を、リレー光学系を介して液晶パネル等の光変調素子（照明対象）に伝達する構成が考えられる。この構成を採用する場合、リレー光学系を介して光が照射された１つの光変調素子による画像は、他の２つの光変調素子による画像に対して反転するため、上述の明るさムラが色ムラとなって現れ、表示品位が低下してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光源から射出される光の照度分布が非対称であっても、明るさムラや色ムラを抑えた画像の表示が可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明のプロジェクターは、非対称な照度分布を有する光を射出する光源と、前記光源から出射された光を変調する光変調素子と、前記光源と前記光変調素子との間の光路上に配置され、前記光源からの光の照度分布を変化させる光学部材と、を備え、前記光学部材は、該光学部材を透過する光の照度分布における最も照度の高い領域が、前記光学部材に入射する光の照度分布と比較して、前記光学部材の中心側に配置されるように、自身を透過する光の照度分布を変化させることを特徴とする。

なお、本発明で言うところの「非対称な照度分布」とは、光源から射出される光の中心軸に垂直な面内において前記中心軸を通る任意の軸を考えたとき、照度分布が軸対称にならないような軸が存在する場合、その照度分布のことを言う。

この構成によれば、光源から射出される光の照度分布を光学部材によって制御することにより、非対称な照度分布を補正し、対象な照度分布に近づけることができる。このような制御が可能な光学部材としては、照度の高い領域の光を減光し、照度の低い領域を相対的に明るくする構成や、光を屈折あるいは回折させることにより照明位置をずらし、照度の高い領域の位置を変更する構成などを採用することができる。このような光学部材を備えることにより、光源から射出される光の照度分布が非対称であっても、照明対象上では均一な照度分布を得ることができる。

本発明においては、前記光源が、一対の電極を有する発光管と、前記発光管の光軸を中心とする全周のうちの一部を囲むように配置されて前記発光管から射出された光を照明対象に向けて反射させる第１反射鏡と、前記発光管の光軸を挟んで前記第１反射鏡と対向するように配置されて前記発光管から射出された光を前記第１反射鏡に向けて反射させる第２反射鏡と、を備えた構成を採用できる。

この構成によれば、発光管から放射された光の一部は第１反射鏡で反射して射出される一方、残りは第２反射鏡で反射した後、発光管を透過し、第１反射鏡で反射されて、発光管から第１反射鏡に直接入射した光とともに第１反射鏡から射出される。ここで、発光管から第２反射鏡に向けて放射された光が第２反射鏡で反射し、高い効率で第１反射鏡に戻るように設計すれば、射出光量の大幅な低下が生じることがない。また、これら第１反射鏡と第２反射鏡は従来の凹面反射鏡一部の形状であるため、従来に比べて装置を大幅に小型化できる。

本発明においては、前記光学部材は、該光学部材に入射する光の照度分布における照度の高い領域が、照明領域の中心にずれるように、自身を透過する光の照度分布を制御することが望ましい。
この構成によれば、形成される画像の中央における明るさムラを確実に抑制することができる。使用者は、プロジェクターで表示される画像の中央を視野の中心として投写画像を観察するため、画像の中央における明るさムラをまず抑制することで、良好な画像表示が可能となる。

本発明においては、前記光源から射出された光を複数の色光に分離する色分離光学系と、複数の前記光変調素子を介して射出される複数の色光を合成する色合成光学系と、前記複数の色光のうち特定の一つの色光のみを反転させて前記色合成光学系に入射させるリレー光学系と、を有し、前記光学部材は、前記特定の色光が伝播する光路上に設けられていることが望ましい。
リレー光学系を介して色光が照射される光変調素子による画像は、他の２つの光変調素子による画像に対して反転するため、一方の色光では照度の高い領域に、他方の色光では照度の低い領域が重畳し、結果、明るさムラが色ムラとなって現れて表示品位が低下してしまう。しかし、この構成によれば、反転する色光の明るさムラが低減されるため、複数の色光を重ね合わせた場合における各色光の照度の差も低減する。そのため、色光を重畳した際に、明るさムラが色ムラとして顕在しにくくなり、良好な画像表示を行うことができる。

本発明においては、前記光学部材は、前記リレー光学系に含まれるリレーレンズであり、前記リレーレンズは、前記リレー光学系を透過した色光による照明分布において照度の高い領域が、前記リレー光学系を透過しない他の色光による照明分布において照度が高い方にずれるように、前記リレー光学系を透過した色光の光路の中心軸に対して前記リレーレンズのレンズ光軸が離れるように配置されていることが望ましい。
この構成によれば、色光がリレー光学系を透過する際に、当該色光の照明位置を光路の中心軸からずらし、照度の高い領域の位置を変更することができる。そのため、リレー光学系により反転する色光の明るさムラを良好に低減することができる。

また、本発明においては、前記光学部材は、前記リレー光学系に含まれるリレーレンズであり、前記リレーレンズは、前記リレー光学系を透過した色光による照明分布において照度の高い領域が、前記リレー光学系を透過しない他の色光による照明分布において照度が高い方にずれるように、偏心していることとしても良い。
この構成によれば、レンズの偏心によってレンズが有する収差を利用して、通常のリレー光学系と配置位置を異ならせることなく、当該色光の照明位置を光路の中心軸からずらし、照度の高い領域の位置を変更することができる。そのため、リレー光学系により反転する色光の明るさムラを良好に低減することができる。

本発明においては、前記光学部材を透過した光が、他の光学系を介することなく前記光変調素子に入射することが望ましい。
例えば、光学部材と光変調素子との間に他の光学系が介在すると、光学部材をすることで形成される照度分布が、更に光学系を透過することにより変化してしまうことを考慮した上で、光学部材を透過した後の照度分布を設計する必要がある。しかし、光変調素子の直前に配置されると、光学部材により制御された照度分布を有する光が、すぐに光変調素子に入射するため、色ムラが低減した画像表示を行うのに適した照度分布を設計しやすくなる。

本発明においては、前記光源と前記光学部材との間の光路上に、フライアイインテグレーターまたはロッドインテグレーターを有することが望ましい。
これらフライアイインテグレーターやロッドインテグレーターは、非対称な照度分布による明るさムラを解消させることはできないまでも、明るさムラを低減させることは可能である。したがって、光学部材に入射する前に予め明るさムラを低減させておくことで、光学部材を透過した後の光の明るさムラをより確実に抑制することが可能となる。

本発明においては、前記光源と前記光学部材との間の光路上にフライアイインテグレーターを有し、前記フライアイインテグレーターと前記光変調素子との間の光路上に、球面収差を有する光重畳光学系を有することが望ましい。
光重畳光学系が球面収差を有することにより、フライアイインテグレーターに入射する光成分のうち、照度の低い光成分が光変調素子に入射しなくなる。また、光変調素子上の像がぼけるため、個々の光変調素子上の明るさムラが緩和される。そのため、光変調素子を介した色光を重畳した際に、明るさムラが色ムラとしてより顕在しにくくなり、良好な画像表示を行うことができる。

本発明の実施形態に係るプロジェクターを示す模式図である。 本実施形態のプロジェクターが有する照明系を示す概略断面図である。 比較例を説明する説明図である。 本発明の効果を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクターの変形例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクターの変形例を示す模式図である。

以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態のプロジェクターを示す模式図である。図に示すように、プロジェクター１は、基板Ｐ上に、照明系１０、色分離光学系２０、液晶ライトバルブ（光変調素子）３０ａ〜３０ｃ、色合成素子（色合成光学系）４０、投写光学系５０が設けられている。

以下、図に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定し、これに基づいて各部材の位置関係を説明することがある。このＸＹＺ直交座標系においては、照明系１０から射出された光Ｌの光軸と平行な方向をＸ軸方向、Ｘ軸に直交し基板Ｐの表面と平行な方向をＹ軸方向、Ｘ軸に直交し基板Ｐの法線方向をＺ軸方向とする。

プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。照明系１０から射出された光は、色分離光学系２０により複数の色光に分離される。色分離光学系２０により分離された複数の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃに入射して変調される。

液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃにより変調された複数の色光は、色合成素子４０に入射して合成される。色合成素子４０により合成された光は、投写光学系５０により壁やスクリーン等の被投写面６０に拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。以下、プロジェクター１の各構成要素について説明する。

図２は、照明系１０の概略構成を示す断面図である。図に示すように、照明系１０は、光源装置（光源）１１及び照明光学系１００を含んでいる。照明光学系１００の構成要素は、照明系１０の光軸１０Ａに沿って配列されている。光軸１０Ａは、光源装置１１から射出される光の中心軸と略一致している。照明光学系１００は、光源装置１１から光軸１０Ａの下流に向かって、平行化レンズ１１０、レンズアレイ１２０、１３０、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０がこの順に配置された構成になっている。

光源装置１１は、アーク放電型発光管（以下、単に「発光管」と称することもある）１０ａと、主リフレクター（第１反射鏡）１２と、副リフレクター（第２反射鏡）１３と、を有している。主リフレクター１２、副リフレクター１３は、それぞれが凹面状の反射面を含んでおり、互いの反射面が向かい合うように配置されている。

発光管１１ａは、主リフレクター１２と副リフレクター１３とに囲まれる領域に配置されている。発光管１１ａは、概ね光源軸（以下、ランプ軸と称する）１１Ａの軸方向に延在しており、ランプ軸１１Ａ周りで略軸対称な形状になっている。光源装置１１の光軸は、ランプ軸１１Ａと略平行になっている。

発光管１１ａは、バルブ部１４と、封止部１５と、給電端子１６と、を含んで構成されている。バルブ部１４は内部空間を有する中空の略球状の管体であり、バルブ部１４の両端には、棒状の封止部１５がバルブ部１４と一体に形成されている。バルブ部１４および封止部１５は、例えば石英ガラス、サファイア等の耐熱性が高い透明材料で構成されている。

両側の封止部１５の内部には、棒状の給電端子１６が内部を貫通するようにそれぞれ埋設され、給電端子の端部は、バルブ部１４の内部空間において対向する一対の電極として配置されている。また、バルブ部１４の内部空間には、発光物質と気体とが封入されている。発光物質としては例えば水銀、金属ハロゲン化物等が用いられ、気体としては例えば希ガス、ハロゲンガス等が用いられる。本実施形態では、発光管１１ａは、給電端子１６が延在する方向がランプ軸１１Ａと一致する姿勢で主リフレクター１２に固定されている。

このような発光管１１ａとしては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が該当する。

主リフレクター１２、副リフレクター１３は、例えばガラスや結晶化ガラス等の耐熱性が高く、機械的強度が大きい基材と、基材の内面（発光管が配置された側の面）の全領域に形成された、例えば誘電体多層膜や金属膜からなる反射ミラーと、から構成されている。

主リフレクター１２は、発光管１１ａから射出された光を照明対象に向けて反射させ概ね光軸１０Ａの軸方向に進行させるものである。主リフレクター１２の発光管１１ａに対向する内面は、反射ミラーが存在する反射面１２ａとなっている。

副リフレクター１３は、発光管１１ａから射出された光を主リフレクター１２に向けて反射させる機能を主に担っており、球面状に窪んだ反射面を有する反射ミラーで構成されている。

平行化レンズ１１０は、凹レンズにより構成されており、光源装置１１から射出された光を平行化するものである。

レンズアレイ（フライアイインテグレーター）１２０、１３０は、平行化レンズ１１０から射出された光の輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ１２０は、複数のレンズ部１２１を含んでおり、レンズアレイ１３０は複数のレンズ部１３１を含んでいる。レンズ部１２１は、レンズ部１３１と１対１で対応している。平行化レンズ１１０から射出された光は、複数のレンズ部１２１に空間的に分かれて入射する。レンズ部１２１は、入射した光を対応するレンズ部１３１に結像させる。これにより、複数のレンズ部１３１の各々に、二次光源像が形成される。

偏光変換素子１４０は、レンズアレイ１２０、１３０から射出された光Ｌの偏光状態を揃えるものである。偏光変換素子１４０は、レンズ部１３１と１対１で対応した複数の偏光変換セルを含んでいる。偏光変換セルを透過することにより、入射光は、Ｐ偏光とＳ偏光のいずれか一方の偏光状態に変換されて射出される。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された光を被照明領域にて重畳させるものである。光源装置１１から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより輝度分布が均一化されて光軸１０Ａ周りの軸対称性が高められる。

このような照明系１０が備える光源装置１１は、主リフレクター１２が、発光管１１ａの全周を囲んだ一般的なリフレクターを半分に割ったＺ軸方向に非対称な形状である。そのため、主リフレクター１２から射出される光の照度分布は、発光管１１ａから遠い側（＋Ｚ側）で照度が低く、発光管１１ａに近い側（−Ｚ側）では照度が高いという特性を持つ、非対称な照度分布となっている。

図１に戻って、色分離光学系２０は、ダイクロイックミラー２１、２２、ミラー２３〜２５、フィールドレンズ２６ａ〜２６ｃ、リレーレンズ（リレー光学系）２７、２８を含んでいる。ダイクロイックミラー２１、２２は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー２１、２２は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー２１が緑色光と青色光とを反射させ、ダイクロイックミラー２２が緑色光を反射させる。

照明系１０から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー２１に入射する。光Ｌのうちの赤色光Ｌａは、ダイクロイックミラー２１を通ってミラー２３に入射し、ミラー２３で反射してフィールドレンズ２６ａに入射する。赤色光Ｌａは、フィールドレンズ２６ａにより平行化された後に、液晶ライトバルブ３０ａに入射する。

光Ｌのうちの緑色光Ｌｂと青色光Ｌｃとは、ダイクロイックミラー２１で反射して、ダイクロイックミラー２２に入射する。緑色光Ｌｂは、ダイクロイックミラー２２で反射してフィールドレンズ２６ｂに入射する。緑色光Ｌｂは、フィールドレンズ２６ｂにより平行化された後に、液晶ライトバルブ３０ｂに入射する。

ダイクロイックミラー２２を通った青色光Ｌｃは、リレーレンズ２７を通りミラー２４で反射した後、リレーレンズ２８を通りミラー２５で反射してフィールドレンズ２６ｃに入射する。青色光Ｌｃは、フィールドレンズ２６ｃにより平行化された後に、液晶ライトバルブ３０ｃに入射する。

液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃにより変調（形成）された光（画像）は、色合成素子４０に入射する。

色合成素子４０は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系５０によって被投写面６０に拡大投写される。
本実施形態のプロジェクター１は、このような基本構成を備えている。

ここで、赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃのそれぞれの挙動をみると、赤色光Ｌａはダイクロイックミラー２３で、緑色光Ｌｂはダイクロイックミラー２２で反射した上で液晶ライトバルブに入射しているのに対し、青色光Ｌｃは、ダイクロイックミラー２４，２５において反射しつつ、リレーレンズ２７，２８を透過した上で液晶ライトバルブに入射している。このリレーレンズ２７，２８を透過する際に、青色光Ｌｃは照度分布が反転するため、結果、赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂと比べて青色光Ｌｃのみが反転した照度分布を備えることとなる。

プロジェクター１は、このような照度分布の違いを低減するために、通常のリレーレンズの配置と異なり、図中二点鎖線で示す青色光Ｌｃの光路の中心と、リレーレンズ２８のレンズ光軸２８Ａと、がずれるように、リレーレンズ２８の位置を＋Ｚ方向に離れて配置している。

このように配置位置をずらしたリレーレンズ２８による色ムラ低減の効果は、シミュレーションによって確認した。シミュレーションにおいては、液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃの各々に入射する色光を重畳させた場合に形成される仮想的な画像内で、複数点のＲＢＧの輝度から各点の色度を算出し、複数点における２点間の色度の差を求めて、色度差の最大値を求めた。リレーレンズ２８の配置箇所の違いによって、この色度差最大値が変化することを確かめた。

図３，４は、本発明の効果を説明する説明図であり、上述のシミュレーション結果を示す概略図である。図３は、比較例として、リレーレンズ２８のレンズ光軸２８Ａが、青色光Ｌｃの光路の中心と重なる配置（通常の配置）の場合における、投写画像の色ムラの様子を示す図であり、図４は、リレーレンズ２８が本実施形態の配置である場合における投写画像の色ムラの様子を示す図である。各図において、上側が図１，２における＋Ｚ方向、下側が同じく図１，２における−Ｚ方向に対応している。

まず、図３に示すように、光路の中心軸に垂直な仮想面において、光Ｌは、＋Ｚ方向が暗く−Ｚ方向が明るい非対称な照度分布を有している。図においては、着色が濃い領域ほど暗く、着色が薄い領域ほど明るくなっていることを示している。

そして、光Ｌは、ダイクロイックミラーで分離され赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃとなる。更に青色光Ｌｃは、リレーレンズを透過する際に反転するため、図に示すように、＋Ｚ方向が明るく−Ｚ方向が暗い明るさムラ（色ムラ）を有する。

図３に示すように、リレーレンズ２８の配置が通常の位置の場合、赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃを重ね合わせると、赤色光Ｌａ，緑色光Ｌｂについては、互いに明るい領域同士、暗い領域同士が重なり合うため、どちらかの色が強調されることなく、良好な混色状態となる。しかし、これら赤色光Ｌａ，緑色光Ｌｂに対して青色光Ｌｃを重ね合わせると、図中符号ＡＲで示す領域は、一方の明るい領域に対して他方の暗い領域が重なる関係となっているため、明るい光の色が強調されて白色光とならず、色ムラを生じることとなる。

これに対し、リレーレンズ２８の配置が図１に示すようにずれていると、集光位置がＺ軸方向にずれるため、図４に示すように青色光Ｌｃの明るさムラが変化し、青色光Ｌｃの明るい領域が面内中心側、すなわち赤色光Ｌａ，緑色光Ｌｂの明るい領域に近づき、一方で＋Ｚ側の周縁が暗くなる。

このような明るさムラを有する青色光Ｌｃを赤色光Ｌａ，緑色光Ｌｂに対して重ね合わせると、図中符号ＡＲ１で示す領域では、赤色光Ｌａ，緑色光Ｌｂの暗い領域と重なる青色光Ｌｃの明るさが低減することで、図３の状態と比べて色光間の明るさの差が小さくなっている。また、図中符号ＡＲ２で示す領域では、赤色光Ｌａ，緑色光Ｌｂの明るい領域と重なる青色光Ｌｃの暗い領域が狭くなることで、図３の状態と比べて色光間の明るさの差が小さくなっている。したがって、リレーレンズ２８の位置ズレにより、上述の色度差最大値が低減し、色ムラが低減する。このような色光を用いることにより、色ムラが抑えられた画像表示が可能となる。

以上のように、フルカラー表示が可能な３板式のプロジェクターにおいては、リレー光学系を経て光が入射する青色光用の液晶ライトバルブの画像が、他の液晶ライトバルブの画像に対して反転するため、非対称な照度分布を有する照明装置を用いた場合には色ムラが生じるおそれがある。しかしながら、本実施形態のプロジェクター１によれば、青色光の光路上に設けられたリレーレンズの配置位置により、液晶ライトバルブ３０ｃを照明する青色光の明るい部分が、他の液晶ライトバルブ３０ａ、３０ｂを照明する光の明るい部分に近づき、色ムラや明るさムラが抑えられた画像が表示可能な小型のプロジェクターを実現できる。

なお、本実施形態では、リレーレンズ２８の位置をずらすことにより、集光位置をずらし、青色光Ｌｃの明るさムラ（照度分布）を制御したが、他にも、リレーレンズ２８の曲率を他のレンズと異ならせ偏心させることにより、集光位置を青色光Ｌｃの光路中心からずらすこととしても良い。

また、本実施形態では、リレーレンズ２８によって色ムラを制御することとしたが、これに限らず、青色光Ｌｃの色ムラを制御するための専用の光学部材を青色光Ｌｃの光路上に配置することとしても良い。このような光学部材としては、透過する光の照度分布を、赤色光Ｌａ，緑色光Ｌｂの明るい領域に近い側が明るくなるように制御可能なものであれば良い。例えば、透過する光の照明領域が、周縁部よりも内側のほうが明るくなるような減光フィルターや、ＣＧＨ、拡散板などを配置することとしても良い。

このような光学部材は、液晶ライトバルブの直前に配置され、光学部材を介した光が、他の光学系を介することなく液晶ライトバルブに入射することが望ましい。光学部材と液晶ライトバルブとの間に他の光学系が介在すると、光学部材をすることで形成される照度分布が、更に光学系を透過することにより変化してしまうことを考慮した上で、光学部材を透過した後の照度分布を設計する必要がある。しかし、液晶ライトバルブの直前に配置されると、そのような必要がなくなるため、色ムラが低減した画像表示を行うのに適した照度分布を設計しやすくなるためである。

また、本実施形態では、リレーレンズ２８によって色ムラを制御することとしたが、他にもリレーレンズ２７やフィールドレンズ２６ｃによって色ムラを制御することとしても良い。

また、本実施形態では、青色光Ｌｃの光路上にリレーレンズを配置する構成としたために、青色光Ｌｃが赤色光Ｌａ及び緑色光Ｌｂの照度分布と異なり色ムラが生じることとして説明したが、これに限らない。リレーレンズが赤色光Ｌａの光路上に配置されれば、赤色光の照度分布が他の色光と異なることが問題となり、リレーレンズが緑色光Ｌｂの光路上に配置されれば、緑色光の照度分布が他の色光と異なることが問題となることは言うまでもない。

また、本実施形態では、フライアイインテグレーターであるレンズアレイ１２０，１３０を用いる構成としたが、他にもロッドインテグレーターを用いることとしても良い。また、これらインテグレーターを備えない構成であるとしても、リレーレンズ２８による色ムラの低減は可能である。

また、本実施形態では、半割状のリフレクターを有する光源装置１１が有する照度分布に起因した色ムラの解消を課題としたが、光源装置の構成はこれに限らず、非対称な照度分布を有する他の光源装置を用いた場合の色ムラ解消にも、本発明を適用することができる。

また、本実施形態では、光変調素子として、透過型の液晶ライトバルブを示しているが、反射型の液晶ライトバルブやデジタルミラーデバイスを採用することもできる。この場合には、画像形成装置の種類に応じて、光源装置と画像形成装置との間の光路に配置される光学系や、画像形成装置と投写光学系との間の光路に配置される光学系、投写光学系等を適宜変更するとよい。

（変形例）
本実施形態の構成に加えて、複数のレンズの組み合わせからなる光学系（例えばリレー光学系）を用いて色ムラを制御することとしても良い。通常、複数のレンズを組み合わせることにより収差をなくすように光学系を設計するものであるが、本発明では通常と異なり、複数のレンズを組み合わせて積極的に収差を形成することにより、色ムラを改善することができる。

図５は、光源装置１１から射出された光の挙動を示す模式図である。ここでは、説明を簡略化するために、光源装置１１の光軸１０Ａ上にレンズアレイ１２０，１３０、液晶ライトバルブ３０が配列することとして示しており、レンズアレイ１３０と液晶ライトバルブ３０との間に配置されている重畳レンズ１５０、リレー光学系、フィールドレンズ等で構成される光重畳光学系を符号２００で示している。なお、図ではレンズアレイ１２０がレンズ部１２１により１６分割され、レンズアレイ１３０も同様にレンズ部１３１により１６分割されるものとして示している。

まず、光源装置１１から射出される光は、下方中央付近ほど明るく周囲に遠ざかるほど暗くなる照度分布を有している。図では、レンズアレイ１２０に照射される光が照度分布を有する様子を、図３，４と同様に図に着色の濃淡で示している。

レンズアレイ１２０に入射する光は、照度分布に応じて複数のレンズ部１２１毎に照度が異なっており（例えば、符号Ｘ１と符号Ｙ１）、各レンズ部１２１に対応するレンズ部１３１では（例えば、符号Ｘ２と符号Ｙ２）照度の異なる二次光源像が形成される。

レンズアレイ１３０上を透過した光は、光重畳光学系２００により被照明領域である液晶ライトバルブ３０上に重畳される。通常、光重畳光学系２００の焦点位置は、液晶ライトバルブ３０上に重なるように設計されている。図では、光重畳光学系２００の焦点Ｆの位置が液晶ライトバルブ３０上に重なるものとして示している。これにより、レンズアレイ１３０における照度の異なる二次光源像が液晶ライトバルブ３０上で重畳され、重畳された光により液晶ライトバルブ３０が照明される。

ここで、光重畳光学系２００の焦点位置が定まらず光軸１０Ａ方向に分散する収差、すなわち球面収差を積極的に有する設計とすると、以下のような効果を生じる。

例えば、図６（ａ）に示すように、光重畳光学系２００が光軸１０Ａから遠ざかるほど焦点位置が−の方向にずれるような球面収差を有している場合を考える。このような光重畳光学系２００の収差は、液晶ライトバルブ３０上に焦点を結ぶように設計された光重畳光学系２００について、構成するレンズの一部を非球面レンズに取り替えたり、一部に凹レンズを挿入したりすることにより適宜設計することができる。

このような場合、レンズアレイ１２０，１３０で分割された光が最も集光する位置に液晶ライトバルブ３０が配置されていないため、液晶ライトバルブ３０を照明する光は、液晶ライトバルブ３０を照明するのに必要以上の広がりを有している。したがって、照明する光は、液晶ライトバルブ３０上で一部が重畳されるものの、液晶ライトバルブ３０から外れた位置に照射される光の成分が増加することとなる。

ここで、レンズアレイ１２０，１３０において、光源装置１１から図６（ｂ）に示すような照度分布の光を分割するときに、符号Ｘで示す光軸１０Ａに近い位置のレンズ部から液晶ライトバルブ３０に照射される光は、収差による位置ズレが少ないため、大半が液晶ライトバルブ３０に照射され、光軸１０Ａから遠い側の周縁部における一部の光が液晶ライトバルブ３０に入射しないこととなる（図６（ｃ））。

対して、図６（ｂ）における符号Ｙで示すような光軸１０Ａから遠い位置のレンズ部から液晶ライトバルブ３０に照射される光は、収差による位置ズレが大きく、光軸１０Ａから遠い側の周縁部における多くの光が液晶ライトバルブ３０に入射しないこととなる（図６（ｄ））。すなわち、液晶ライトバルブ３０に入射した場合には明るさムラを形成する光成分（暗い領域）が除去された上で液晶ライトバルブ３０上において重畳されることとなる。

加えて、光重畳光学系２００が球面収差を有していると、液晶ライトバルブ３０上で焦点を結ばないため像がぼける。そのため、液晶ライトバルブ３０で生じる明るさムラのグラデーションも明確にはならず、明るさムラが緩和される。

これら２つの効果が合わさることにより、光重畳光学系２００が球面収差を有していると個々の液晶ライトバルブ３０（液晶ライトバルブ３０ａ〜３０ｃ）上の明るさムラが改善される。これが、上述の実施形態のようにリレーレンズ２８の位置をずらすことによる明るさムラの改善効果に加わることにより、より色ムラが抑えられた画像表示が可能となる。

ここでは、光重畳光学系２００の焦点位置が−の方向にずれるような球面収差を有している場合と示したが、＋の方向にずれるような球面収差を有することとしても良い。この場合であっても、液晶ライトバルブ３０に入射しない光成分が生まれ、この入射しない光成分は照度の低い光成分となるため、且つ焦点を結ばないため像がぼけるため、同様の効果を得ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１…プロジェクター、１１…光源装置（光源）、１１ａ…発光管、１２…主リフレクター（第１反射鏡）、１３…副リフレクター（第２反射鏡）、２０…色分離光学系、２８…リレーレンズ（光学部材）、３０ａ〜３０ｃ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、４０…色合成光学系、１２０、１３０…レンズアレイ（フライアイインテグレーター）、２００…光重畳光学系

Claims (9)

1. 非対称な照度分布を有する光を射出する光源と、
   前記光源から出射された光を変調する光変調素子と、
   前記光源と前記光変調素子との間の光路上に配置され、前記光源からの光の照度分布を変化させる光学部材と、を備え、
   前記光学部材は、該光学部材を透過する光の照度分布における最も照度の高い領域が、前記光学部材に入射する光の照度分布と比較して、前記光学部材の中心側に配置されるように、自身を透過する光の照度分布を変化させることを特徴とするプロジェクター。
2. 前記光源が、一対の電極を有する発光管と、前記発光管の光軸を中心とする全周のうちの一部を囲むように配置されて前記発光管から射出された光を照明対象に向けて反射させる第１反射鏡と、前記発光管の光軸を挟んで前記第１反射鏡と対向するように配置されて前記発光管から射出された光を前記第１反射鏡に向けて反射させる第２反射鏡と、を有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記光学部材は、該光学部材に入射する光の照度分布における照度の高い領域が、照明領域の中心にずれるように、自身を透過する光の照度分布を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクター。
4. 前記光源から射出された光を複数の色光に分離する色分離光学系と、
   複数の前記光変調素子を介して射出される複数の色光を合成する色合成光学系と、
   前記複数の色光のうち特定の一つの色光のみを反転させて前記色合成光学系に入射させるリレー光学系と、を有し、
   前記光学部材は、前記特定の色光が伝播する光路上に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプロジェクター。
5. 前記光学部材は、前記リレー光学系に含まれるリレーレンズであり、
   前記リレーレンズは、前記リレー光学系を透過した色光による照明分布において照度の高い領域が、前記リレー光学系を透過しない他の色光による照明分布において照度が高い方にずれるように、前記リレー光学系を透過した色光の光路の中心軸に対して前記リレーレンズのレンズ光軸が離れるよう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ー。
6. 前記光学部材は、前記リレー光学系に含まれるリレーレンズであり、
   前記リレーレンズは、前記リレー光学系を透過した色光による照明分布において照度の高い領域が、前記リレー光学系を透過しない他の色光による照明分布において照度が高い方にずれるように、偏心していることを特徴とする請求項４または５に記載のプロジェクター。
7. 前記光学部材を透過した光が、他の光学系を介することなく前記光変調素子に入射することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクター。
8. 前記光源と前記光学部材との間の光路上に、フライアイインテグレーターまたはロッドインテグレーターを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロジェクター。
9. 前記光源と前記光学部材との間の光路上にフライアイインテグレーターを有し、
   前記フライアイインテグレーターと前記光変調素子との間の光路上に、球面収差を有する光重畳光学系を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロジェクター。

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