JP4906042B2 - 画像投射光学ユニットおよび画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投射装置に用いられる画像投射光学ユニットに関し、特に光路に対して光学素子を出し入れすることが可能な画像投射光学ユニットに関する。

液晶プロジェクタ等の画像投射装置において、使用目的に合わせて最適な明るさや色再現性等の表示特性の切り換えが可能な装置が提案されている（特許文献１，２参照）。このような画像投射装置では、ダイクロイックフィルタやトリミングフィルタ等の光学フィルタを光路に対して出し入れすることができる構成を採用する場合が多い。
特開２０００−２７５７３０号公報(段落００１０〜００１７、図１〜図７) 特開２００１−１３５８５号公報(段落００１７〜００１９、図１、図３)

しかしながら、特許文献１，２にて提案された画像投射装置では、光学フィルタを色分解系において光路に対して出し入れする。画像投射装置の小型化に伴い、画像投射光学ユニットにおける色分解系の小型化もますます進んでいる。このため、色分解系において光学フィルタを出し入れする空間的な余裕が小さくなってきている。また、光学フィルタをアクチュエータ駆動によって出し入れする場合には、該アクチュエータの配置スペースが必要となる分、装置の小型化の妨げになる。

さらに、画像投射装置では、光源ランプ、液晶パネル、偏光板その他の光学素子の冷却や防塵に関する構造も必要であり、出し入れ可能な光学フィルタを、該冷却・防塵構造の障害とならないように配置する必要がある。

本発明は、画像投射光学ユニットや画像投射装置の小型化を妨げることなく、光路に対して出し入れ可能な光学素子を配置することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての画像投射光学ユニットは、光源からの無偏光光を所定の偏光方向の光に変換する偏光変換素子、および該偏光変換素子から射出した光束を第１の方向に圧縮する第１の光学素子を含む第１の光学系を有する。また、該第１の光学系からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く第２の光学系を有する。また、第１の光学素子から第２の光学系における最も該第１の光学素子側の構成部材までの間に配置され、該第１の方向に移動可能な可動光学素子を有する。そして、第１の光学素子は、第１の方向において、該第１の方向に直交する第２の方向よりも高い光束圧縮度を有することを特徴とする。

本発明では、色分解を行う第２の光学系に至る前の第１の光学系において、偏光変換素子から射出される光束の幅が第１の光学素子によって狭められた（圧縮された）位置に可動光学素子を設け、該圧縮方向（第１の方向）に該可動光学素子を移動させる。これにより、本発明によれば、画像投射光学ユニットを大型化することなく、表示特性を切り換えるための可動光学素子を配置することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である画像投射装置の構成を示している。図１において、１は光源ランプ、２はランプ１を保持するランプホルダー、３はランプホルダー２の前面に取り付けられる防爆ガラス、４は該防爆ガラス３をランプホルダー２との間で挟み込むガラス押さえである。

αはランプ１からの光を後述する色分解合成光学系に導く照明光学系である。βは照明光学系αから射出した光をＲＧＢの３色に分離して後述する３つの液晶パネルに導き、かつ該液晶パネルからの３つの画像光を合成する色分解合成光学系である。５は色分解合成光学系βからの射出光を図示しないスクリーン（被投射面）に投射する投射レンズである。

６はランプ１、照明光学系αおよび色分解合成光学系βを収納するとともに、投射レンズ鏡筒（以下、単に投射レンズという）５が固定される光学ボックス（画像投射光学ユニット）である。該光学ボックス６には、ランプ１の周囲を囲むランプ周辺部材としてのランプケース部材６ａが設けられている。

７は光学ボックス６内に照明光学系α、色分解合成光学系βを収納した状態で蓋をする光学ボックス蓋、８は電源、９は電源フィルタである。１０は電源８とともにランプ１を点灯するためのバラスト電源である。１１は電源８からの電力により液晶パネルを駆動したりランプ１の点灯指令を出力する回路基板である。

１２Ａ，１２Ｂは後述する外装キャビネット２１の吸気口２１ａから空気を吸い込むことで、色分解合成光学系β内の液晶パネル等の素子を冷却する光学系冷却ファンＡおよび冷却ファンＢである。１３は光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの冷却風を色分解合成光学系β内の液晶パネル等の素子に送るＲＧＢダクトＡである。

１４はランプ１に対して冷却風を吹き付け、ランプ１を冷却するランプ冷却ファンである。１５はランプ冷却ファン１４を保持しつつ、冷却風をランプ１に送るランプダクトＡである。１６はランプ冷却ファン１４をランプダクトＡとの間に挟み、ランプダクトＡ１５と合わせてダクトを構築するランプダクトＢである。

１７は外装キャビネット２１に設けられた吸気口２１ｂから空気を吸い込むことで、電源８とバラスト電源１０内に冷却風を流通させ、これらを同時に冷却する電源冷却ファンである。

１８は排気ファンであり、該排気ファン１８はランプ冷却ファン１４からランプ１に吹き付けられ、ランプ１を冷却した後の熱風を排出する。

１９はランプ排気ルーバーＡ、２０はランプ排気ルーバーＢである。これらは、ランプ１からの光が装置外部に漏れないような遮光機能を有している。

外装キャビネット（外装ケース下部）２１は、光学ボックス６等を収納する。外装キャビネット２１には、光学ボックス６等を収納した状態で外装キャビネット蓋（外装ケース上部）が取り付けられる。

２３は側板Ａ、２４は側板Ｂである。外装キャビネット２１には上述した吸気口２１ａ、２１ｂが形成されており、側板Ｂ２４には上述した排気口２４ａが形成されている。

２５は各種信号を取り込むコネクタが搭載されるインターフェース基板である。２６は側板Ａ２３の内側に取り付けられたインターフェース補強板である。

２７はランプ１からの排気を排気ファン１８まで導き、装置内部に排気の熱を放散させないようにするためのランプ排気ボックスである。該ランプ排気ボックス２７はランプ排気ルーバーＡ１９とランプ排気ルーバーＢ２０を保持する。

２８はランプ蓋である。該ランプ蓋２８は、外装キャビネット２１の底面に着脱自在に設けられており、図示を省略したビスにより固定されている。また、２９はセット調整脚である。該セット調整脚２９は、外装キャビネット２１に固定されており、その脚部２９ａの高さを調整可能となっている。脚部２９ａの高さ調整により、装置本体の傾斜角度を調整できる。

３０は外装キャビネット２１の吸気口２１ａ外側に取り付けられる不図示のフィルタを保持するＲＧＢ吸気プレートである。

３１は色分解合成光学系βを保持するプリズムベース（ベース部材）である。３２は、色分解合成光学系βを構成する各光学素子と反射型液晶パネルを冷却するために冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの冷却風を導くダクト形状部を有するボックスサイドカバーである。３３はボックスサイドカバー３２と合わさってダクトを形成するＲＧＢダクトＢである。

３４は色分解合成光学系β内に配置されたＲＧＢ基板であり、該ＲＧＢ基板３４は、反射型液晶パネルとフレキシブル基板を介して接続されされている。また、ＲＧＢ基板３４は、回路基板１１にも接続されされている。３５はＲＧＢ基板３４に電気ノイズが入り込まないようにするための電磁シールド機能を有するのＲＧＢ基板カバーである。

次に、前述したランプ１、照明光学系α、色分解合成光学系β、画像形成素子としての反射型液晶パネルおよび投射レンズ５にて構成される画像投射光学ユニットの光学構成について図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、該画像投射光学ユニットの平面図、図２（Ｂ）は側面図である。以下、図２（Ａ）の紙面に直交する方向および図２（Ｂ）の左右方向を垂直方向といい、図２（Ａ）の紙面に平行な方向および図２（Ｂ）の紙面に直交する方向を水平方向という。

図２（Ａ），（Ｂ）において、４１は連続スペクトルで白色光を発光する発光管、４２は発光管４１からの光を所定の方向に集光するリフレクタである。発光管４１とリフレクタ４２により光源としてのランプ１が形成される。

４３ａは水平方向において屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズで構成された第１のシリンダアレイである。４３ｂは第１のシリンダアレイ４３ａを構成する個々のシリンドリカルレンズに対応した複数のシリンドリカルレンズを有する第２のシリンダアレイである。４４は紫外線吸収フィルタ、４５は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。

４６は垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたフロントコンプレッサである。４７は光軸を８８度変換するための全反射ミラーである。

４３ｃは垂直方向において屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズアレイで構成された第３のシリンダアレイである。４３ｄは第３のシリンダアレイ４３ｃを構成する個々のシリンドリカルレンズに対応した複数のシリンドリカルレンズを有する第４のシリンダアレイである。

５０は色座標を所定値に調整するために特定波長域の色をランプ１に戻すための可動光学素子としてのカラーフィルタである。４８はコンデンサーレンズである。４９は垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたリアコンプレッサである。以上により照明光学系αが構成される。

５８は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を反射し、緑（Ｇ）の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーである。５９は透明基板に偏光素子を貼り付けたＧ用の入射側偏光板であり、Ｐ偏光光のみを透過する。６０はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッタであり、偏光分離面を有する。

６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂはそれぞれ、入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶パネル、緑用の反射型液晶パネルおよび青用の反射型液晶パネルである。これら液晶パネルは、画像形成素子や画像変調素子等とも称される。該液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂには、これらを駆動する駆動回路１１０が接続されており、該駆動回路１１０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤー、ビデオデッキ、テレビチューナー等の画像情報供給装置１２０が接続されている。駆動回路１１０は、画像情報供給装置１２０からの映像（画像）情報を受け、該映像情報に応じて液晶表示素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに原画像を形成させる。

６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。６４ａはＲ光の色純度を高めるためにオレンジ光をランプ１に戻すトリミングフィルタである。６４ｂは透明基板に偏光素子を貼り付けたＲＢ用の入射側偏光板であり、Ｐ偏光のみを透過する。

６５はＲ光の偏光方向を９０度変換し、Ｂ光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板である。６６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッタであり、偏光分離面を有する。

６８ＢはＢ用射出側偏光板（偏光素子）であり、Ｂ光のＳ偏光のみを整流する。６８ＧはＳ偏光のみを透過させるＧ用射出側偏光板である。６９はＲ，Ｂ光を透過し、Ｇ光を反射するダイクロイックプリズムである。以上のダイクロイックミラー５８からダイクロイックプリズム６９により、色分解合成光学系βが構成される。

ここで、Ｐ偏光とＳ偏光について説明する。偏光変換素子４５は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換するが、ここでいうＰ偏光とＳ偏光は偏光変換素子４５を基準とした偏光光である。一方、ダイクロイックミラー５８に入射する光は、偏光ビームスプリッタ６０，６６を基準として考えるので、Ｐ偏光である。偏光変換素子４５から射出された光はＳ偏光であるが、同じＳ偏光を、ダイクロイックミラー５８に入射する光としてはＰ偏光として本実施例では説明する。

次に光学的な作用を説明する。発光管４１から発した光はリフレクタ４２により所定の方向に集光される。リフレクタ４２は放物面形状を有しており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。但し、発光管４１からの光源は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの光束は、第１のシリンダアレイ４３ａに入射する。第１のシリンダアレイ４３ａに入射した光束はそれぞれのシリンドリカルレンズに応じた複数の光束（垂直方向に延びる帯状の複数の光束）に分割され、集光される。そして、これらの分割光束は、紫外線吸収フィルタ４４を介して第２のシリンダアレイ４３ｂを経て、複数の光源像を偏光変換素子４５の近傍に形成する。

偏光変換素子４５は、偏光分離面と反射面と１／２波長板とを有する。複数の光源像からの光束は、各光束に対応した偏光分離面に入射し、該偏光分離面を透過するＰ偏光成分と該偏光分離面で反射するＳ偏光成分とに分離される。反射されたＳ偏光成分は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に射出する。一方、透過したＰ偏光成分は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換される。これにより、偏光方向が揃った光（Ｓ偏光）が偏光変換素子４５から射出する。

偏光変換された複数の分割光束（垂直方向に延びる帯状の複数の光束）は、フロントコンプレッサ４６を介して反射ミラー４７にて反射し、第３のシリンダアレイ４３ｃに入射する。第３のシリンダアレイ４３ｃに入射した光束はそれぞれのシリンドリカルレンズに応じた複数の光束（水平方向に延びる帯状の複数の光束）に分割されて集光される。そして、これらの分割光束は、第４のシリンダアレイ４３ｄを経て、コンデンサーレンズ４８を介してリアコンプレッサ４９に至る。

ここで、フロントコンプレッサ４６、コンデンサーレンズ４８およびリアコンプレッサ４９の光学的作用の関係で、複数の分割光束の矩形像は互いに重なり合い、矩形の均一な照明エリアを形成する。この照明エリアには、液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが配置されている。

次に、リアコンプレッサ４６を射出したＳ偏光は、ダイクロイックミラー５８に入射する。ダイクロイックミラー５８は、Ｂ（４３０〜４９５ｎｍ）とＲ（５９０〜６５０ｎｍ）の光は反射し、Ｇ（５０５〜５８０ｎｍ）の光は透過する。

次に、Ｇの光路について説明する。ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光は、入射側偏光板５９に入射する。Ｇ光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光（偏光変換素子４５を基準とした場合はＳ偏光）となっている。そして、Ｇ光は、入射側偏光板５９から射出した後、第１の偏光ビームスプリッタ６０に対してＰ偏光として入射し、その偏光分離面を透過してＧ用の反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。

Ｇ用の反射型液晶パネル６１Ｇにおいて、Ｇ光は画像変調されて反射される。画像変調されたＧ反射光のうちＰ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。

一方、画像変調されたＧ反射光のうちＳ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面で反射され、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッタ６０とＧ用の反射型液晶パネル６１Ｇとの間に設けられた１／４波長板６２Ｇの遅相軸を所定の方向に調整する。これにより、第１の偏光ビームスプリッタ６０とＧ用の反射型液晶パネル６１Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。第１の偏光ビームスプリッタ６０から射出したＧ光は、第３の偏光ビームスプリッタ６９に対してＳ偏光として入射し、ダイクロイックプリズム６９のダイクロイック膜面で反射されて投射レンズ５へと至る。

一方、ダイクロイックミラー５８を反射したＲ光およびＢ光は、ダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光となっている。Ｒ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４ａでオレンジ光をカットされた後、６４ｂの入射側偏光板から射出し、色選択性位相差板６５に入射する。色選択性位相差板６５は、Ｒ光のみ偏光方向を９０度回転させる作用を有する。これにより、Ｒ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＲ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＢ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂへと至る。

Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒに入射したＲ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＲ反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲ反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。

また、Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＢ反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射して投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。

このとき、第２の偏光ビームスプリッタ６６とＲ用，Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｂとの間に設けられた１／４波長板６２Ｒ，６２Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇ光と同じようにＲ，Ｂ光それぞれの黒表示の調整を行うことができる。

こうして１つの光束に合成されて第２の偏光ビームスプリッタ６６から射出したＲ，Ｂ投射光のうちＢ光は、射出側偏光板６８Ｂで検光されてダイクロイックプリズム６９に入射する。また、Ｒ光はＰ偏光のまま偏光板６８Ｂを透過し、ダイクロイックプリズム６９に入射する。

射出側偏光板６８Ｂで検光されることにより、Ｂ投射光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６とＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂと１／４波長板６２Ｂとを通ることによって生じた無効な成分をカットされた光となる。

そして、ダイクロイックプリズム６９に入射したＲとＢの投射光は、ダイクロイックプリズム６９のダイクロイック膜面を透過し、該ダイクロイック膜面にて反射したＧ光と合成されて投射レンズ５に至る。

そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ５によってスクリーンなどの投射面に投射される。

以上説明した光路は反射型液晶パネルが白表示の場合であるため、以下、反射型液晶パネルが黒表示の場合での光路を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光のＰ偏光は、入射側偏光板５９に入射し、その後、第１の偏光ビームスプリッタ６０に入射して偏光分離面を透過し、Ｇ用の反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。しかし、反射型液晶パネル６１Ｇが黒表示であるため、Ｇ光は画像変調されないまま反射される。このため、反射型液晶パネル６１Ｇで反射された後もＧ光はＰ偏光のままである。したがって、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過し、入射側偏光板５９を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。

次に、ＲとＢの光路について説明する。ダイクロイックミラー５８を反射したＲ光とＢ光のＰ偏光は、入射側偏光板６４ｂに入射する。Ｒ光とＢ光は、入射側偏光板６４ｂから射出した後、色選択性位相差板６５に入射する。色選択性位相差板６５は、Ｒ光のみ偏光方向を９０度回転させる作用を有する。これによりＲ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射する。

Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＲ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＢ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂへと至る。

ここで、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒは黒表示であるため、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒに入射したＲ光は画像変調されないまま反射される。このため、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒで反射された後もＲ光はＳ偏光のままである。したがって、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面で反射し、入射側偏光板６４ｂを通過して光源側に戻され、投射光から除去される。これにより、黒表示となる。

一方、Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光はＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂが黒表示であるため、画像変調されないまま反射される。このため、Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｂで反射された後もＢ光はＰ偏光のままである。したがって、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過し、色選択性位相差板６５によりＰ偏光に変換され、入射側偏光板６４ｂを透過して光源側に戻されて投射光から除去される。以上が、反射型液晶パネルを使用した画像投射光学ユニットの光学構成である。

次に、図３〜図６を用いて本実施例の特徴的構成について説明する。図３において、θはカラーフィルタ５０を照明光学系αの光路に対して図の上下方向、すなわちフロントコンプレッサ４６によって光束幅が圧縮される垂直方向に出し入れすることにより、色座標を切換えるための切換えユニットである。カラーフィルタ５０は、第３のシリンダアレイ４３ｃと第４のシリンダアレイ４３ｄとの間に出し入れ（退避および挿入）される。

切換えユニットθを配置した位置の優位性について説明する。図４Ａ，４Ｂには、全反射ミラー４７を除き、該全反射ミラー４７の光軸（コンデンサーレンズ４８の光軸とも言える）を基準に照明光学系αを展開して示している。図４Ａは上面図であり、図４Ｂは側面図である。

照明光学系αでは、基本的にはランプ１から射出された光束が支配的である。偏光変換素子４５から射出する際の光束の幅は、図４Ｂに示す垂直方向でＹ１であり、図４Ａに示す水平方向でＸ１である。これらの光束幅に対し、色分離合成光学系βでは光束幅が垂直方向および水平方向とも大幅に狭められており、光学系としてもコンパクトにまとめられているため、ここに比較的大きなスペースを有する切換えユニットθを設けるのは非常に困難である。

仮に、垂直方向に可動な出し入れ機構を色分離合成光学系βに設けようとすると、該機構が色分離合成光学系βの垂直方向寸法から大きくはみ出し、その結果、画像投射装置としての高さ方向寸法が大きくなってしまう。また、水平方向に可動な出し入れ機構を色分離合成光学系βに設けようとする場合において、投射レンズ側に退避する構成では液晶パネルや投射レンズに干渉するため、また照明光学系α側に退避しようとすると照明光学系αに干渉するため、いずれも困難である。

仮に投射レンズや液晶パネルや照明光学系αに干渉しないように、偏光ビームスプリッタ６０，６６とダイクロイックプリズム６９との間の間隔を広げると、投射レンズのバックフォーカスが長くなり、投射レンズの全長が長くなる。この結果、装置全体の大型化を招く。さらに、照明光学系αのバックフォーカスも長くなり、光量低下の原因となる。

また、図４Ｂの上下方向には光学素子がないため、空間的に有利と考えられるが、実際には、偏光板や液晶パネルを冷却するためのダクト構造や、液晶パネルに接続された基板が配置され、余剰空間はほとんど存在しない。仮に余剰空間が存在したとしても、出し入れ機構を設けることによって、大きく突出する部分が一箇所だけ存在することになる。このため、上述した電源８およびバラスト電源１０からなる電源ユニットを画像投射光学ユニットに近接させて配置できず、空間利用効率の低い配置となる。

そこで、本実施例では、照明光学系α内できわめて光束幅が狭くなる位置に、その光束幅の方向にカラーフィルタ５０を出し入れする切換えユニットθを配置した。切換えユニットθの位置では、光束幅が水平方向はではＸ２と、Ｙ１やＸ1より大きくなっているが、垂直方向ではＹ２となり、Ｙ１の１／２以下の約１／３にまで狭められている。これは、偏光変換素子４５から射出した光束を垂直方向にのみ大きく圧縮するフロントコンプレッサ４６を有する本実施例の照明光学系αの特殊性によるものである。但し、本発明は、本実施例の照明光学系αに限って適用されるものではなく、照明光学系において水平方向よりも垂直方向により高い圧縮度で光束を圧縮する（集光する）光学素子を有すれば適用可能である。

そして、上記のように垂直方向の光束幅Ｙ２がＹ１の１／２以下ときわめて狭いため、概ねＹ２に近い寸法のカラーフィルタ５０が垂直方向に退避しても、カラーフィルタ５０の可動範囲は概ねＹ１内に収まる。つまり、カラーフィルタ５０は、照明光学系αの垂直方向の最大幅（高さ）から大きくはみ出さずに光路から退避できる。

さらに、該切換えユニットθにこれを駆動するアクチュエータを配置しても、プリズム６０，６９を垂直方向に配置したいわゆる縦型配置の色分離合成光学系βの垂直方向寸法から大きくはみ出さずに配置可能である。

次に、図５を用いて、切換えユニットθの詳細について説明する。図５（Ａ）はカラーフィルタ５０が光路内に挿入された（下動した）状態を示し、図５（Ｂ）はカラーフィルタ５０が光路外に退避した（上動した）状態を示している。

図５において、８０はカラーフィルタ５０を保持するフィルタホルダである。８１はカラーフィルタ５０をフィルタホルダ８０とともに挟むフィルタ押さえである。８３はフィルタホルダ８０を上下に駆動するモータギヤユニット（アクチュエータ）である。８２はモータギヤユニット８３を保持するモータフランジである。８５Ｂ，８５Ｔはそれぞれ、フィルタホルダ８０（つまりはカラーフィルタ５０）が下動状態か上動状態かを検出するセンサである。８４はセンサ８５が半田付けされたセンサ基板である。該センサ基板８４は、ビス８７によりモータフランジ８２に取り付けられている。８６はセンサ基板８４と前述した回路基板１１とを結線するためのコネクタである。

次に、切換えユニットθの位置検出と駆動の制御について説明する。図５（Ａ）に示すフィルタ挿入状態では、フィルタホルダ８０は下降している。このとき、フィルタホルダ８０の上端に設けられた突起８０Ｂはセンサ８５Ｂのスイッチ部を押している。また、このとき、モータギヤユニット８０の駆動は停止している。

センサ８５Ｂのスイッチ部が突起部８０Ｂによって押されて、不図示のコントローラが停止信号を出力しているにもかかわらず、モータギヤユニット８３の誤作動によってフィルタホルダ８０が下降駆動された場合を考慮して、以下のような構成を採っている。すなわち、該突起部８０Ｂがモータフランジ８２に設けられたストッパ８２Ｂに当接してそれ以上の下動が阻止される。モータギヤユニット８３にはスリップ機構が設けられており、モータギヤユニット８３、フィルタホルダ８０およびモータフランジ８２が破損することはない。

フィルタ挿入状態では、投影される画像の色度が所定の状態に調整されている。色度は液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの駆動を制御することによって電気的に調整することができる。しかし、例えば理想的な色バランスを実現するために電気的に調整を行うと、中間諧調の色再現性が乏しくなる。そこで、本実施例では、ダイクロイックフィルタ等により構成されるカラーフィルタ５０で不要な波長の光を除去することにより、光学的に色再現性を高めるようにしている。

不図示のモードセレクタの操作によってこの色再現優先モードよりも明るさを優先したモードがユーザにより選択されると、モータギヤユニット８３が駆動される。これにより、モータギヤユニット８３のギヤ部８３ａがラック部８０ａを介してフィルタホルダ８０を押し上げ、図５（Ｂ）のフィルタ退避状態へと上昇させる。フィルタホルダ８０に設けられた突起部８０Ｔがセンサ８５Ｔのスイッチ部を押すことにより、不図示のコントローラによってモータギヤユニット８３の駆動が停止される。仮に、コントローラから停止信号が出力された後も慣性力等でフィルタホルダ８０が上昇し続けた場合は、フィルタホルダ８０のフィルタ保持部８０Ｕの上面が光学ボックス蓋７（図１参照）の内壁面に当接し、それ以上のフィルタホルダ８０の上昇が阻止される。なお、モードセレクタの操作によって色再現優先モードが選択された場合は、モータギヤユニット８３が逆転し、突起８０Ｂがセンサ８５Ｂのスイッチ部を押すまでフィルタホルダ８０が下動する。

振動や落下の衝撃でフィルタホルダ８０がフィルタ挿入状態での位置やフィルタ退避状態での位置からずれた場合は、センサ８５Ｂ，８５Ｔからの信号が変化する。これにより、コントローラはエラーを検出し、元の位置にフィルタホルダ８０を駆動する。

以上説明した構成によれば、図５（Ｂ）に示すフィルタ退避状態でも、フィルタホルダ８０の上端の突起部８０Ｂがモータフランジ８２の上端よりも若干突出するに留まる。したがって、画像投射光学ユニットの全体の大きさ（高さ）をほとんど大きくすることなく、切換えユニットθを配置することができる。

図６には、図３に示した照明光学系αおよび色分解合成光学系βに、ランプ１、投射レンズ５およびその他の構成部品を取り付けた状態、すなわちいわゆる光学エンジンと称される画像投射光学ユニットの外観を示している。

図６に示すように、切換えユニットθを搭載しても、光学ボックス蓋７の上面から該切換えユニットθがそれほど大きく突出していない。言い換えれば、画像投射光学ユニットの基本的なシルエット、つまりはサイズを変えることなく、切換えユニットθを搭載している。具体的には、モータギヤユニット８３およびモータフランジ８２が光学ボックス蓋７の上外面に取り付けられているだけで、切換えユニットθが光学ボックス６内に存在していることが見かけ上分からないくらいに光学ボックス６内の空間利用効率を高めている。光学ボックス６においてランプ１を収容した部分と、プリズムベース３１上に構成された色分解合成光学系を収容している部分の高さがはもともと切換えユニットθが設けられた部分に対して高さが大きい。本実施例は、これらの高さの高い部分に挟まれて本来デッドスペースとなる空間を、切換えユニットθの配置空間として有効に利用している。

図７には、本発明の実施例２を示している。９０は板金で作られた固定絞りである。本実施例では、実施例１にて説明した切換えユニットθのフィルタホルダ８０に、固定絞り９０を保持させる。その他の構成は、実施例１（図５）と同様である。

固定絞り９０を板金から製作するのは以下の理由による。すなわち、光束が狭められた位置は集光度が高い位置であり、光エネルギー密度が高く、絞り９０は光の吸収によってかなりの高温までその温度が上昇することが考えられる。このため、絞り９０の変形を防止するための対策が必要となる。したがって、温度変形が生じ易いプラスチックよりも温度に強い金属で絞り９０を作ることとした。

この固定絞り９０を光路に対して出し入れすることで、投射画像のコントラストを変化させることができる。固定絞り９０を光路内に挿入することで、明るさは低下するがコントラストが高い良好なシネマモード画像を投射することができる。

図８には、本発明の実施例３の画像投射光学ユニットの構成を上面から見て示している。αは照明光学系、βは色分解合成光学系、θは切換えユニットである。これら照明光学系α、色分解合成光学系β、切換えユニットθの基本的な構成は、実施例１と同じである。但し、実施例１（図３）に示した画像投射光学ユニットでは、フロントコンプレッサ４６によって垂直方向に光束を圧縮したが、本実施例では、水平方向（第１の方向：図の紙面に平行な方向）に圧縮する。また、実施例１では、垂直方向に色分解合成光学系βのプリズム６０，６９が配置されていたが、本実施例では水平方向にプリズム６０，６６，６９が配置されている。

本実施例においては、偏光変換素子４５から射出した水平方向幅Ｘ１の光束が、フロントコンプレッサ４６′によって水平方向幅Ｘ２と１／２以下（約１／３）に圧縮される。そして、この光束の水平方向幅がＸ２である位置に、切換えユニットθを配置している。

これにより、略Ｌ字型に配置された画像投射光学ユニットから大きくはみ出すことなく切換えユニットθをレイアウトすることができる。つまり、切換えユニットθがない場合の画像投射光学ユニットを大型化することなく、切換えユニットθを追加することができる。

なお、上記各実施例では、カラーフィルタや絞りを照明光学系の光路に出し入れする場合について説明したが、これら以外の光学素子を出し入れする場合にも本発明を適用できる。

また、上記各実施例では、反射型液晶パネルを用いた画像投射光学ユニットについて説明したが、本発明は、透過型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイスを用いた画像投射光学ユニットにも適用することができる。

また、上記各実施例では、色分解と色合成の双方を行う色分解合成光学系を備えた画像投射光学ユニットについて説明したが、本発明は、透過型液晶パネルを用いる場合のように色分解系と色合成系とが分かれている画像投射光学ユニットにも適用することができる。

本発明の実施例１である画像投射装置の分解斜視図。 実施例１の画像投射光学ユニットの平面図および側面図。 実施例１の画像投射光学ユニットのうち照明光学系と色分解合成光学系のレイアウトを示す斜視図。 実施例１の画像投射光学ユニットに設けられた切換えユニットを示す平面図および側面図。 実施例１の切換えユニットの構成および動作を示す図。 実施例１の画像投射光学ユニットの外観を示す斜視図。 本発明の実施例２である切換えユニットの構成を示す正面図。 本発明の実施例３であるの画像投射光学ユニットの構成を示す平面図。

符号の説明

１ ランプ
５ 投射レンズ
４５ 偏光変換素子
４６ フロントコンプレッサ
６０ 第１の偏光ビームスプリッタ
６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ 反射型液晶パネル
６６ 第２の偏光ビームスプリッタ
６９ ダイクロイックプリズム
５０ カラーフィルタ
９０ 固定絞り
α 照明光学系
β 色分解合成光学系
θ 切換えユニット

Claims (12)

1. 画像を投射する画像投射光学ユニットであって、
   光源からの無偏光光を所定の偏光方向の光に変換する偏光変換素子、および該偏光変換素子から射出した光束を第１の方向に圧縮する第１の光学素子を含む第１の光学系と、
   該第１の光学系からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く第２の光学系と、
   前記第１の光学素子から前記第２の光学系における最も該第１の光学素子側の構成部材までの間に配置され、前記第１の方向に移動可能な可動光学素子と、を有し、
   前記第１の光学素子は、前記第１の方向において、該第１の方向に直交する第２の方向よりも高い光束圧縮度を有することを特徴とする画像投射光学ユニット。
2. 前記第１の光学素子は、前記第１の方向においてのみ光束を圧縮することを特徴とする請求項１に記載の画像投射光学ユニット。
3. 前記第１の光学系は、前記第１の光学素子からの光束を前記第１の方向および該第１の方向に直交する第２の方向において集光する第２の光学素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射光学ユニット。
4. 前記第１の光学素子は、前記偏光変換素子から射出した光束の前記第１の方向での幅を１／２以下に狭め、
   前記可動光学素子は、該１／２以下の光束幅を有する領域に配置さ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つに記載の画像投射光学ユニット。
5. 前記第１の方向は、前記画像形成素子の短辺方向に対応する方向であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
6. 前記可動光学素子は、光学フィルタであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
7. 前記可動光学素子は、色度座標を変換する光学作用を有することを特徴とする請求項６に記載の画像投射光学ユニット。
8. 前記可動光学素子は、絞りであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
9. 前記可動光学素子を駆動するアクチュエータを有し、
   該アクチュエータが、前記可動光学素子に対して前記第１の方向に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
10. 前記第２の光学系は複数の光学素子を含み、
    該複数の光学素子が前記第１の方向に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
11. 請求項１から１０のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニットを有することを特徴とする画像投射装置。
12. 請求項１１に記載の画像投射装置と、
    該画像投射装置に画像情報を供給する画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像投射システム。