JP2016170302A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】小型化できるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】本発明のプロジェクター１は、第１の偏光を出射する照明装置と、出射光に含まれる複数の色光のそれぞれを変調する複数の光変調装置と、照明装置と複数の光変調装置との間に配置され、入出射面を介して内部に入射される出射光から複数の色光を分離してそれぞれ複数の光変調装置に入射させ、複数の光変調装置により変調されて入射される複数の色光を合成した合成光を入出射面を介して出射する色分離合成装置と、照明装置と色分離合成装置との間に配置され、第１の偏光と前記第１の偏光に直交する第２の偏光との一方を透過し、他方を反射する偏光分離装置と、偏光分離装置から出射された合成光を投射する投射光学装置と、を備え、投射光学装置は、複数のレンズを有し、複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズは、照明装置と色分離合成装置との間に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来、光源と、光源から出射された光から複数の色光を分離する色分離装置と、分離された複数の色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、変調された複数の色光を合成する色合成装置と、合成された光を投射する投射光学装置と、を備えたプロジェクターが知られている。このようなプロジェクターとして、上記色分離装置及び色合成装置を１つのプリズム・アセンブリーにより構成したプロジェクター（投射装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のプロジェクターでは、光源から出射された光は、組み合わせレンズを通過し、コールドミラーにより赤外線が除去され、組み合わせレンズを通過してＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）に入射される。このＰＢＳの内面の被膜は、ｐ偏光を通過させ、ｓ偏光を反射させるため、ｐ偏光の反射光がプリズム・アセンブリーに入射される。そして、プリズム・アセンブリーにより３色に分離された光がそれぞれ光変調装置としての３つの反射型液晶ライトバルブに入射される。これら反射型液晶ライトバルブにより変調された光は、再度プリズム・アセンブリーに入射されて合成され、ＰＢＳを介して投射レンズにより投射される。

特表２００３−５２２９６６号公報

ところで、投射レンズは、一般的に複数のレンズにより構成され、当該複数のレンズのうち最も光入射側のレンズのバックフォーカス位置に、上記反射型液晶ライトバルブが配置される。
これに対し、特許文献１に記載の投射装置では、投射レンズと反射型液晶ライトバルブとの間に、上記プリズム・アセンブリーの他、ＰＢＳが配置されている。このため、上記最も光入射側のレンズと反射型液晶ライトバルブとの間の距離（バックフォーカス）が長くなる。このように、当該距離が長くなると、投射レンズの中心軸に沿う寸法が大きくなり、投射レンズ、ひいては、プロジェクターが大きくなるという問題がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、小型化できるプロジェクターを提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様に係るプロジェクターは、第１の偏光を出射する照明装置と、前記照明装置により出射された前記出射光に含まれる複数の色光のそれぞれに応じて設けられ、前記複数の色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、前記照明装置と前記複数の光変調装置との間に配置され、入出射面を介して内部に入射される前記出射光から前記複数の色光を分離してそれぞれ前記複数の光変調装置に入射させ、前記複数の光変調装置により変調されて入射される前記複数の色光を合成した合成光を前記入出射面を介して出射する色分離合成装置と、前記照明装置と前記色分離合成装置との間に配置され、前記第１の偏光と前記第１の偏光に直交する第２の偏光との一方を透過し、他方を反射する偏光分離装置と、前記偏光分離装置から出射された前記合成光を投射する投射光学装置と、を備え、前記投射光学装置は、複数のレンズを有し、前記複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記照明装置と前記色分離合成装置との間に配置されることを特徴とする。

なお、上記色分離合成装置としては、ダイクロイックプリズムを例示できる。
また、偏光分離装置としては、プレート型ＰＢＳや、プリズム型ＰＢＳを例示できる。
更に、投射光学装置としては、投射光学装置を構成する複数のレンズの他、上記色分離合成装置により合成された合成光を通過するレンズを例示できる。
上記一態様によれば、レンズ設計において投射光学装置を構成する複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズが、照明装置と色分離合成装置との間に配置されている。これによれば、当該少なくとも１つのレンズが、投射光学装置において最も光入射側のレンズとなり、当該少なくとも１つのレンズのバックフォーカス位置に光変調装置を配置できる。このため、当該少なくとも１つのレンズと光変調装置との距離を、上記特許文献１に記載の構成に比べて短縮できるので、投射光学装置の中心軸に沿う寸法を小さくできる。従って、プロジェクターを小型化できる。

上記一態様では、前記照明装置と前記色分離合成装置との間に配置されるレンズは、前記照明装置から入射される光を平行化するレンズを含むことが好ましい。
上記一態様によれば、偏光分離装置を通過した光が、上記照明装置と色分離合成装置との間に配置されるレンズに含まれる照明装置から入射される光を平行化するレンズを通過することにより、色分離合成装置に入射される光を平行化できる。従って、入出射面に入射される光が広がることを抑制でき、光変調装置に光を確実に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。また、当該入出射面から出射された光を集光して投射光学装置を構成する他のレンズに入射させることができる。

上記一態様では、前記照明装置は、光源装置と、前記光源装置から出射された出射光を第１の偏光に揃える偏光変換素子と、を備えることが好ましい。
上記一態様によれば、第１の偏光を確実に偏光分離装置に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。

上記一態様では、前記色分離合成装置は、複数のプリズムと色分離層とを備えたダイクロイックプリズムであることが好ましい。
上記一態様によれば、当該ダイクロイックプリズムに入射された複数の色光を複数のプリズム及び色分離層により確実に分離させ、当該分離された色光を当該色光のそれぞれに対応する光変調装置に入射させることができる。また、１つのダイクロイックプリズムにより、各色光の分離及び合成ができるので、プロジェクターを小型化できる。

上記一態様では、前記出射光に含まれる３つの色光のそれぞれに応じて設けられる前記光変調装置を３つ備え、前記ダイクロイックプリズムは、前記３つの光変調装置のうち、対応する光変調装置にそれぞれ対向する第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムと、前記入出射面を有する第１プリズム、及び、前記第１プリズムに対向する前記第２プリズムの間に位置し、前記第１プリズム内に入射された前記出射光に含まれる前記３つの色光のうち、第１色光と、第２色光及び第３色光とを分離する第１色分離層と、前記第２プリズム、及び、前記第２プリズムに対向する第３プリズムの間に位置し、前記第１色分離層を介して前記第２プリズム内に入射された前記第２色光及び前記第３色光のうち、前記第２色光を反射させ、前記第３色光を透過させる第２色分離層と、を有し、前記第１色分離層と前記第２プリズムとの間には、隙間が設けられ、前記第１プリズムと前記第１色分離層との間、前記第２プリズムと前記第２色分離層との間、及び、前記第２色分離層と前記第３プリズムとの間には、それぞれ隙間がなく、前記第１色分離層に対する前記３つの色光の入射角と、前記第２色分離層に対する前記第２色光及び前記第３色光の入射角とは、それぞれ異なり、かつ、前記第１色分離層への前記３つの色光の入射角は、前記第２色分離層への前記第２色光及び前記第３色光の入射角よりも大きいことが好ましい。

このようなダイクロイックプリズムでは、第１色分離層にて反射された光は、第１プリズムの上記入出射面にて全反射されて、対応する光変調装置に導かれる。また、第２色分離層にて反射された光は、第１色分離層との間に隙間が形成される第２プリズムの面にて、当該第２プリズムの内側にて全反射されて、対応する光変調装置に導かれ、当該第２色分離層を透過した光は、第３プリズムを透過して、対応する光変調装置に導かれる。このため、制御することが難しい第１色分離層と第２プリズムとの間に形成される隙間が必要となる。
しかしながら、このようなダイクロイックプリズムが採用される場合には、各色分離層及び各プリズムが隙間なく組み合わされたダイクロイックプリズムが採用される場合に比べ、第１色分離層及び第２色分離層の各入射角を小さくすることができる。従って、各色分離層の色分離特性を向上させることができる。

上記一態様では、前記出射光に含まれる３つの色光のそれぞれに応じて設けられる前記光変調装置を３つ備え、前記ダイクロイックプリズムは、前記３つの光変調装置のうち、対応する光変調装置にそれぞれ対向する第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムと、前記入出射面を有する第１プリズム、及び、前記第１プリズムに対向する前記第２プリズムの間に位置し、前記第１プリズム内に入射された前記出射光に含まれる前記３つの色光のうち、第１色光と、第２色光及び第３色光とを分離する第１色分離層と、前記第２プリズム、及び、前記第２プリズムに対向する第３プリズムの間に位置し、前記第１色分離層を介して前記第２プリズム内に入射された前記第２色光及び前記第３色光のうち、前記第２色光を反射させ、前記第３色光を透過させる第２色分離層と、を有し、前記第１色分離層と前記第２プリズムとの間、前記第１プリズムと前記第１色分離層との間、前記第２プリズムと前記第２色分離層との間、及び、前記第２色分離層と前記第３プリズムとの間には、それぞれ隙間がなく、前記第１色分離層に対する前記３つの色光の入射角と、前記第２色分離層に対する前記第２色光及び前記第３色光の入射角とは、それぞれ異なり、かつ、前記第１色分離層への前記３つの色光の入射角度は、前記第２色分離層への前記第２色光及び前記第３色光の入射角よりも小さいことが好ましい。

このようなダイクロイックプリズムでは、第１色分離層にて反射された光は、上記と同様に、第１プリズムの上記入出射面にて全反射されて、対応する光変調装置に導かれる。また、第２色分離層にて反射された光は、第２プリズム内を通過して、対応する光変調装置に導かれ、当該第２色分離層を透過した光は、上記と同様に、第３プリズムを透過して、対応する光変調装置に導かれる。このようなダイクロイックプリズムでは、上記隙間を設ける必要がない。

上記一態様では、前記偏光分離装置は、前記第１の偏光を透過させ、前記合成光に含まれる前記第２の偏光を投射光学装置に向けて反射させることが好ましい。
ここで、偏光分離装置がプレート型ＰＢＳで構成されている場合、変調された光が傾斜した当該プレートを透過すると収差が発生する場合がある。これに対し、上記一態様によれば、光変調装置により変調された第２の偏光が、当該偏光分離装置のプレートを反射するので、当該偏光分離装置を第１の偏光が透過する場合に比べて、上記収差の発生を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクターの概略を示す概略図。 上記実施形態に係るプロジェクターにおける投射光学装置のバックフォーカス位置を示す図。 上記実施形態に係る投射光学装置の比較例としての投射光学装置及び当該投射光学装置のバックフォーカス位置を示す図。 上記実施形態におけるダイクロイックプリズムの変形を示す模式図。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の概略を示す概略図である。
プロジェクター１は、内部に設けられた光源から出射された光束を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面上に拡大投射する表示装置である。このプロジェクター１は、図１に示すように、外装を構成する外装筐体２を備える。
外装筐体２の内部には、光学ユニット３が配置されている。この他、外装筐体２内には、図示を省略するが、プロジェクター１の構成部品を冷却する冷却装置、プロジェクター１の構成部材に電力を供給する電源装置、及び、プロジェクター１の動作を制御する制御装置等を備える。

[光学ユニットの構成]
光学ユニット３は、上記制御装置から入力される画像情報に応じた画像を形成及び投射する機能を有する。この光学ユニット３は、照明装置３１、リレー装置３２、ダイクロイックプリズム３４、光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）及び投射光学装置３６を備える。

［照明装置の構成］
照明装置３１は、光源装置３１Ａ及び均一照明装置３１Ｂを備え、リレー装置３２に、偏光方向が揃えられた均一な照明光を出射する。なお、当該照明光は、本発明の第１の偏光に相当する。
光源装置３１Ａは、固体光源装置３１１、集光光学系３１２、回転蛍光板３１３及びモーター３１４を有する。
固体光源装置３１１は、励起光として、青色のレーザー光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を出射するレーザー光源である。なお、固体光源装置３１１は、１つのレーザー光源からなるものであってもよいし、多数のレーザー光源からなるものであってもよい。また、発光強度のピークが４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を出射する光源装置を用いることもできる。
集光光学系３１２は、第１レンズ３１２１及び第２レンズ３１２２を備える。集光光学系３１２は、固体光源装置３１１から回転蛍光板３１３までの光路中に配置され、青色光を略集光した状態で当該回転蛍光板３１３の蛍光体層３１３２（後述）に入射させる。この第１レンズ３１２１及び第２レンズ３１２２は、凸レンズである。

回転蛍光板３１３は、モーター３１４により回転可能な円板３１３１上に、入射される光の波長を変換する蛍光体層３１３２が円板３１３１の周方向に沿って形成されたものである。この回転蛍光板３１３は、青色光が入射される側とは反対側に向けて赤色光及び緑色光を出射する。
円板３１３１は、青色光を透過する材料からなる。円板３１３１の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス及び透明樹脂等を採用できる。

固体光源装置３１１から出射された青色光は、円板３１３１側から蛍光体層３１３２に入射される。この蛍光体層３１３２と円板３１３１との間には、青色光を透過し赤色光及び緑色光を反射させるダイクロイック膜３１３３が設けられている。
蛍光体層３１３２は、波長が約４４５ｎｍの青色光によって励起される。この蛍光体層３１３２は、固体光源装置３１１からの青色光の一部を赤色光及び緑色光を含む光に変換し、かつ、青色光の残りの一部を変換せずに通過させる。この蛍光体層３１３２は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層である。

このような光源装置３１Ａでは、固体光源装置３１１から出射された青色光のうち、一部の光が、蛍光体層３１３２を通過し、他の光が、蛍光体層３１３２によって赤色光及び緑色光に波長変換される。なお、蛍光体層３１３２にて、波長変換された赤色光及び緑色光は散乱されるが、ダイクロイック膜３１３３によって、固体光源装置３１１側に進行することが抑制される。これら赤色光及び緑色光は、青色光とともに、均一照明装置３１Ｂに入射される。なお、これら赤色光、緑色光及び青色光は、それぞれ、本発明の第１色光、第２色光及び第３色光に相当する。

均一照明装置３１Ｂは、光源装置３１Ａから入射される光の中心軸に直交する面内の強度分布（照度分布）を均一化するものであり、コリメートレンズ３１５、第１レンズアレイ３１６、第２レンズアレイ３１７、偏光変換素子３１８及び重畳レンズ３１９を有する。
コリメートレンズ３１５は、凸レンズからなり、光源装置３１Ａからの光を略平行化する。
第１レンズアレイ３１６は、コリメートレンズ３１５からの光を複数の部分光束に分割する複数の第１小レンズ３１６１を有する。複数の第１小レンズ３１６１は、照明光軸Ａｘ（設計上の光軸であり、光源装置３１Ａから出射された光の中心軸）と直交する面内にマトリクス状に配列されている。
第２レンズアレイ３１７は、上記複数の第１小レンズ３１６１に対応する複数の第２小レンズ３１７１を有する。この第２レンズアレイ３１７は、重畳レンズ３１９とともに、第１レンズアレイ３１６の各第１小レンズ３１６１の像を各光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２小レンズ３１７１は照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子３１８は、第１レンズアレイ３１６により分割された各部分光束の偏光方向を揃える機能を有する。
具体的に、偏光変換素子３１８は、回転蛍光板３１３からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分を照明光軸Ａｘに垂直な方向に反射させる偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸Ａｘに平行な方向に反射させる反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有する。なお、本実施形態では、偏光変換素子３１８は、ｐ偏光を出射する構成とされているが、ｓ偏光を出射する構成としてもよい。

［リレー装置の構成］
リレー装置３２は、照明装置３１から出射された出射光をダイクロイックプリズム３４に導く機能を有する。このリレー装置３２は、全反射ミラー３２１と偏光分離装置３２２とを備える。
全反射ミラー３２１は、照明装置３１から入射される光を、偏光分離装置３２２に向けて反射させる。
偏光分離装置３２２は、いわゆるプレート型の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ： Polarization Beam Splitter）であり、ｐ偏光及びｓ偏光のうち、一方の偏光光を通過させ、他方の偏光光を反射させる。
本実施形態では、偏光分離装置３２２は、ｐ偏光（第１の偏光）を透過し、ｓ偏光（第２の偏光）を反射させる。このため、全反射ミラー３２１及び凸レンズ３６６を介して入射される光、すなわち、偏光変換素子３１８によってｐ偏光に揃えられた光は、偏光分離装置３２２を通過して、ダイクロイックプリズム３４に出射される。一方、後述する光変調装置３５によって変調されて、後述するダイクロイックプリズム３４を介して入射される変調光は、偏光分離装置３２２によって反射されて、後述する投射光学装置３６のレンズ３６５（図２参照）に入射される。

ここで、偏光分離装置３２２とダイクロイックプリズム３４との間には、凸レンズ３６６が配置されている。この凸レンズ３６６は、詳しくは後述するが、投射光学装置３６が有するレンズの１つである他、偏光分離装置３２２から入射される光を略平行化して、ダイクロイックプリズム３４に入射させる機能を有する。

［ダイクロイックプリズムの構成］
ダイクロイックプリズム３４は、リレー装置３２及び凸レンズ３６６を介して入射される照明装置３１の出射光に含まれる３つの色光（赤色光、緑色光及び青色光）を分離して、光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂのそれぞれに入射させる機能を有する。また、このダイクロイックプリズム３４は、上記光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂにより変調されて入射される各色光を合成し、当該合成した光（合成光）を出射する機能を有する。また、ダイクロイックプリズム３４は、本発明の色分離合成装置に相当する。
ダイクロイックプリズム３４は、いわゆるギャップレスプリズムであり、第１プリズム３４１と、第２プリズム３４２と、第３プリズム３４３と、第１プリズム３４１及び第２プリズム３４２の間に位置する第１色分離層３４４と、第２プリズム３４２及び第３プリズム３４３の間に位置する第２色分離層３４５と、を有し、これら各プリズム３４１〜３４３が組み合わされた構成を有する。

このダイクロイックプリズム３４は、第１色分離層３４４と第２プリズム３４２との間、第１プリズム３４１と第１色分離層３４４との間、第２プリズム３４２と第２色分離層３４５との間、及び、第２色分離層３４５と第３プリズム３４３との間には、それぞれ隙間ないように形成されている。また、ダイクロイックプリズム３４は、第１色分離層３４４に対する３つの色光（赤色光、青色光及び緑色光）の入射角と、第２色分離層３４５に対する緑色光及び青色光の入射角とは、それぞれ異なり、かつ、第１色分離層３４４への３つの色光の入射角は、第２色分離層３４５への緑色光及び青色光の入射角よりも大きくなるように構成されている。

第１プリズム３４１は、三角柱状に形成されており、各プリズム３４１〜３４３のうち、最も凸レンズ３６６に近い位置、すなわち、当該凸レンズ３６６に対向する位置に配置される。この第１プリズム３４１は、凸レンズ３６６により平行化された光が入射され、かつ、上記合成光が出射される入出射面３４１１を有する。また、第１プリズム３４１は、第２プリズム３４２と接合されている。そして、これら第１プリズム３４１及び第２プリズム３４２の間に、入出射面３４１１を介して入射された光のうち、赤色光を反射させ、緑色光及び青色光を透過させる第１色分離層３４４が配置されている。
この第１色分離層３４４にて反射された赤色光は、入出射面３４１１に臨界角以上の角度で入射され、第１プリズム３４１の出射面３４１２から光変調装置３５Ｒに向けて出射される。
また、第１色分離層３４４を透過した青色光及び緑色光は、第２プリズム３４２に入射される。

第２プリズム３４２は、断面が略台形の四角柱状に形成されており、上記第１プリズム３４１と第３プリズム３４３とに接合されている。これら第２プリズム３４２と第３プリズム３４３との間には、青色光を反射させ、緑色光を透過させる上記第２色分離層３４５が配置されている。この第２色分離層３４５と第１色分離層３４４とは、入出射面３４１１に凸レンズ３６６を介して入射される光の中心軸（照明光軸Ａｘ）に対して、それぞれ異なる角度で傾斜している。
そして、上記第１色分離層３４４を介して第２プリズム３４２に入射された青色光及び緑色光のうち、青色光は、第２色分離層３４５にて反射され、第２プリズム３４２内を進行して、当該第２プリズム３４２の出射面３４２１から光変調装置３５Ｂに向けて出射される。
一方、第２色分離層３４５に入射された緑色光は、当該第２色分離層３４５を透過して、第３プリズム３４３に入射される。

第３プリズム３４３は、上記第２プリズム３４２と同様に断面が略台形の四角柱状に形成されており、上記のように、第２プリズム３４２と接合されている。この第３プリズム３４３に、上記第２色分離層３４５を介して入射された緑色光は、当該緑色光の進行方向に位置し、かつ、上記入出射面３４１１と略平行な出射面３４３１から光変調装置３５Ｇに向けて出射される。
そして、光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂにて変調された各色光は、当該各光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂへの各色光の入射経路を逆に辿って合成され、上記入出射面３４１１から合成光として凸レンズ３６６に向けて出射される。

［光変調装置の構成］
光変調装置３５（赤、緑及び青の各色光用の光変調装置を、それぞれ３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂとする）は、それぞれ入射される赤、緑及び青の色光を変調して、画像情報に応じた色画像を形成するものである。これら光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）は、入射される光を変調する機能を有する反射型光変調装置であり、詳しくは、当該光を反射させる過程で変調する機能を有する。本実施形態では、これら光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）は、反射型液晶パネルにより構成されており、それぞれ、出射面３４１２，３４２１，３４３１から入射される赤、青及び緑の色光を変調する。
このような光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂは、投射光学装置３６のバックフォーカス位置にそれぞれ配置される。

［投射光学装置の構成］
図２は、投射光学装置３６の構成及び投射光学装置３６の一部を構成する凸レンズ３６６のバックフォーカス位置ＢＦ１を示す図である。なお、図２では、バックフォーカス位置ＢＦ１の説明が容易になるように、緑色光のバックフォーカス位置（光変調装置３５Ｇの配置位置）を示した他、偏光分離装置３２２を省略して、照明光軸Ａｘに沿う直線上に各構成が位置するものとして記載している。
投射光学装置３６は、偏光分離装置３２２により反射されて入射される画像光である上記合成光を被投射面（図示省略）に投射する機能を有する。この投射光学装置３６は、図２に示すように、鏡筒３６０（図１参照）内にそれぞれ収納配置される複数のレンズ３６１，３６２，３６３，３６４，３６５と、上記凸レンズ３６６と、を有する。なお、実際の投射光学装置は、６つのレンズに限らず、より多くのレンズを有する場合もある。

ここで、上記投射光学装置３６のバックフォーカス位置について説明する。
上述したように、光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂは、投射光学装置３６のバックフォーカス位置にそれぞれ配置される。詳述すると、各光変調装置３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂは、投射光学装置３６を構成する複数のレンズのうち最も光入射側に位置するレンズのバックフォーカス位置ＢＦ１に配置される。
このため、本実施形態では、投射光学装置３６は、レンズ設計上、上記鏡筒３６０内のレンズ３６１〜３６５に加えて、偏光分離装置３２２とダイクロイックプリズム３４との間に位置する凸レンズ３６６を有する構成とされていることから、各光変調装置３５は、凸レンズ３６６のバックフォーカス位置ＢＦ１に配置される。

図３は、投射光学装置３６の比較例としての投射光学装置３６Ａ及び当該投射光学装置３６Ａのバックフォーカス位置ＢＦ２を示す図である。
ここで、投射光学装置３６の比較例としての投射光学装置３６Ａについて説明する。
投射光学装置３６Ａは、図３に示すように、投射光学装置３６と同様に、鏡筒３６０及びレンズ３６１〜３６５，３６６Ａを有するが、これらレンズ３６１〜３６５，３６６Ａの全てが鏡筒３６０内に収納配置されている。これらのうち、レンズ３６６Ａは、上記凸レンズ３６６と同様の機能を有する。このような投射光学装置３６Ａが採用される場合には、偏光分離装置３２２とダイクロイックプリズム３４との間に凸レンズが配置される場合であっても、当該凸レンズは、レンズ設計上、投射光学装置３６Ａに含まれない。

このような投射光学装置３６Ａが採用される場合と、本実施形態に係る投射光学装置３６が採用される場合とを比較する。
図２に示す投射光学装置３６のバックフォーカスである距離Ｌ１２（最も光入射側の凸レンズ３６６から投射光学装置３６（レンズ３６６）のバックフォーカス位置ＢＦ１までの距離Ｌ１２）は、図３に示す投射光学装置３６Ａのバックフォーカスである距離Ｌ２２（最も光入射側のレンズ３６６Ａから投射光学装置３６Ａ（レンズ３６６Ａ）のバックフォーカス位置ＢＦ２までの距離Ｌ２２）より短縮される。
このため、図２に示す投射光学装置３６において最も光出射側に位置するレンズ３６１から凸レンズ３６６までの距離Ｌ１１は、図３に示す投射光学装置３６Ａにおいて最も光出射側に位置するレンズ３６１と最も光入射側に位置するレンズ３６６Ａまでの距離Ｌ２１より短い。すなわち、投射光学装置３６は、比較例としての投射光学装置３６Ａよりバックフォーカスが短く、中心軸に沿う方向の寸法が小さな投射光学装置として構成できる。

具体的に、表１に投射光学装置３６を構成するレンズの一例を示し、表２に比較例としての投射光学装置３６Ａを構成するレンズの一例を示す。

例えば、レンズ設計において最も光入射側に位置するレンズ（凸レンズ３６６）が、偏光分離装置３２２とダイクロイックプリズム３４との間に配置される投射光学装置３６の構成では、表１に示すように、面番号「４」のレンズは、半径が４９．５２３７、面間隔が３９．７６３２５７、有効半径が１０．１７０６１９である。これに対し、投射光学装置３６Ａの構成では、表２に示すように、面番号「４」のレンズは、半径が１０２．７７７２２、面間隔が７６．８９０２７４、有効半径が１５．８６８３４３となっている。このように、投射光学装置３６では、各レンズの面間隔を、投射光学装置３６Ａを構成する各レンズの面間隔より小さく（略半分に）できる。従って、上記のように、投射光学装置３６を、中心軸に沿う方向の寸法が小さい投射光学装置として構成できる。

また、例えば、投射光学装置３６の構成では、表１に示すように、面番号「１」のレンズは、半径が１２１．６９０７３、面間隔が１．７３４３５６、有効半径が１１．９６８８７７である。これに対し、投射光学装置３６Ａの構成では、表２に示すように、面番号「１」のレンズは、半径が２５８．２２１７７、面間隔が１．７３４４６９、有効半径が１６．５６６１２２となっている。このように、投射光学装置３６では、各レンズの半径を、投射光学装置３６Ａを構成する各レンズの半径より小さく（略半分に）できる。従って、投射光学装置３６を、各レンズの径方向の寸法においても小型化された投射光学装置として構成できる。

［実施形態の効果］
本実施形態のプロジェクター１は、以下の効果を奏する。
レンズ設計において投射光学装置３６を構成する複数のレンズ３６１〜３６６のうち少なくとも１つのレンズである凸レンズ３６６が、偏光分離装置３２２とダイクロイックプリズム３４との間に配置されている。これによれば、凸レンズ３６６が、投射光学装置３６において最も光入射側のレンズとなり、当該凸レンズ３６６のバックフォーカス位置に光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）を配置できる。このため、凸レンズ３６６と光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）との距離を、上記特許文献１に記載の構成に比べて短縮できるので、投射光学装置３６の中心軸に沿う寸法を小さくできる。従って、プロジェクター１を小型化できる。

照明装置３１とダイクロイックプリズム３４との間に配置される凸レンズ３６６が配置されているので、偏光分離装置３２２を通過した光が、当該凸レンズ３６６を通過することにより、ダイクロイックプリズム３４に入射される光を平行化できる。従って、入出射面３４１１に入射される光が広がることを抑制でき、光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）に光を確実に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。また、当該入出射面３４１１から出射された光を集光して投射光学装置３６を構成する他のレンズ３６１〜３６５に入射させることができる。更に、光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）が液晶パネルにより構成されているので、ダイクロイックプリズム３４に各色光を平行化して入射させることによりコントラストを向上させることができる。

照明装置３１の光源装置３１Ａから出射された光を偏光変換素子３１８によりｐ偏光に変換させ、当該ｐ偏光（第１の偏光）を確実に偏光分離装置３２２に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。

ダイクロイックプリズム３４に入射された複数の色光（赤色光、緑色光及び青色光）を複数のプリズム（第１〜第３プリズム３４１〜３４３）及び第１及び第２色分離層３４４，３４５により確実に分離させ、当該分離された色光を当該色光のそれぞれに対応する光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）に入射させることができる。また、１つのダイクロイックプリズム３４により、各色光の分離及び合成ができるので、プロジェクター１を小型化できる。

ダイクロイックプリズム３４は、いわゆるギャップレスプリズムにより構成され、第１色分離層３４４にて反射された赤色光Ｒは、第１プリズム３４１の入射／出射面３４１１にて全反射されて、対応する光変調装置３５Ｒに導かれる。また、第２色分離層３４５にて反射された青色光Ｂは、第２プリズム３４２内を通過して、対応する光変調装置３５Ｂに導かれ、当該第２色分離層３４５を透過した緑色光Ｇは、第３プリズム３４３を透過して、対応する光変調装置３５Ｇに導かれる。このようなダイクロイックプリズム３４では、第１プリズム３４１と第１色分離層３４４との間、第１色分離層３４４と第２プリズム３４２との間、第２プリズム３４２と第２色分離層３４５との間、及び、第２色分離層と第３プリズム３４３との間に、隙間がない。このため、ダイクロイックプリズム３４では、いわゆるフィリップスプリズムにより構成される場合に必要とされる隙間を必要としない。

偏光分離装置３２２はプレート型のＰＢＳであるため、変調された光（第２の偏光）が傾斜した当該プレートを透過すると収差が発生する場合がある。これに対し、本実施形態によれば、光変調装置３５により変調されたｓ偏光（第２の偏光）が、当該偏光分離装置３２２のプレートを反射するので、当該偏光分離装置３２２をｐ偏光（第１の偏光）が透過する場合に比べて、上記収差の発生を抑制できる。

［実施形態の変形］
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、ダイクロイックプリズム３４は、いわゆるギャップレスプリズムにより構成されるとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、ダイクロイックプリズム３４は、フィリップスプリズムにより構成されてもよい。

図４は、フィリップスプリズムにより構成されるダイクロイックプリズム３７を示す模式図である。
フィリップスプリズムにより構成されるダイクロイックプリズム３７は、ギャップレスプリズムにより構成されたダイクロイックプリズム３４と同様に、図４に示すように、第１プリズム３７１、第２プリズム３７２及び第３プリズム３７３と、第１色分離層３７４及び第２色分離層３７５と、を有し、これらプリズム３７１〜３７３が組み合わされた構成を有する。

第１プリズム３７１は、上記第１プリズム３４１と同様に、略三角柱状に形成され、第１〜第３プリズム３７１〜３７３のうち最も偏光分離装置３２２に近い位置に配置される。この第１プリズム３７１は、照明光軸Ａｘに直交する入出射面３７１１を有し、当該入出射面３７１１を介して、偏光分離装置３２２を通過した光が第１プリズム３７１内に入射される。
このような第１プリズム３７１と、当該第１プリズム３７１に接合される第２プリズム３７２との間には、第１色分離層３７４が、照明光軸Ａｘに対して傾斜するように配置されている。具体的に、第１色分離層３７４は、第１プリズム３７１において入出射面３７１１とは反対側の面に形成されている。

この第１色分離層３７４は、上記第１色分離層３４４と同様に、所定閾値以上又は以下の光を反射させ、その他の波長の光を透過させる。
例えば、第１色分離層３７４が、入射される光のうち、青色光Ｂを反射させ、緑色光Ｇ及び赤色光Ｒを透過させる構成である場合には、当該第１色分離層３７４によって反射された青色光Ｂは、第１プリズム３７１の内側から上記入出射面３７１１に臨界角以上の角度にて入射される。そして、当該青色光Ｂは、第１プリズム３７１の出射面３７１２から、当該出射面３７１２に対向する青色光用の光変調装置３５Ｂ（図示省略）に入射される。
一方、第１色分離層３７４に入射された緑色光Ｇ及び赤色光Ｒは、当該第１色分離層３７４を通過し、更に、第１プリズム３７１と第２プリズム３７２との間に形成された隙間ＧＰを通過して、当該第２プリズム３７２に入射される。

第２プリズム３７２は、略三角柱状に形成されており、第１プリズム３７１との間に数μｍ程度の隙間ＧＰを介して配置されている。この第２プリズム３７２と、第３プリズム３７３との間には、第２色分離層３７５が、照明光軸Ａｘに対して上記第１色分離層３７４とは反対側に傾斜するように配置されている。
この第２色分離層３７５は、第２色分離層３４５と同様に、隙間ＧＰを介して第１プリズム３７１から入射される光のうち、第１色分離層３７４とは異なる閾値以上又は以下の光を反射させ、その他の波長の光を透過させる。
例えば、第２色分離層３７５が、入射される緑色光Ｇ及び赤色光Ｒのうち、赤色光Ｒを反射させ、緑色光Ｇを透過させる構成である場合には、当該第２色分離層３７５によって反射された赤色光Ｒは、第２プリズム３７２の内側から第１プリズム３７１に対向する端面３７２１に臨界角以上の角度で入射される。そして、当該赤色光Ｒは、第２プリズム３７２の出射面３７２２から、当該出射面３７２２に対向する赤色光用の光変調装置３５Ｒ（図示省略）に入射される。
一方、第２色分離層３７５を透過した緑色光Ｇは、第２プリズム３７２と隙間なく接合される第３プリズム３７３に入射される。

第３プリズム３７３は、断面が略台形の四角柱状に形成されている。この第３プリズム３７３は、第２プリズム３７２から光が入射される面とは反対側に、上記入出射面３７１１と平行な出射面３７３１、すなわち、照明光軸Ａｘに直交する出射面３７３１を有する。そして、第３プリズム３７３に入射された緑色光Ｇは、出射面３７３１から、当該出射面３７３１に対向する緑色光用の光変調装置３５Ｇ（図示省略）に入射される。
そして、光変調装置３５Ｂ，３５Ｇ，３５Ｒにて変調された各色光Ｂ，Ｇ，Ｒは、当該各光変調装置３５Ｂ，３５Ｇ，３５Ｒへの各色光Ｂ，Ｇ，Ｒの入射経路を逆に辿って合成され、上記入出射面３７１１から合成光として偏光分離装置３２２に向けて出射される。

このようなダイクロイックプリズム３７においても、第１色分離層３７４及び第２色分離層３７５は、それぞれ異なる角度で照明光軸Ａｘに対して交差しており、各色分離層３７４、３７５への光の入射角もそれぞれ異なる。
例えば、第１色分離層３７４は、照明光軸Ａｘに沿って入射される光の入射角が−２８°となるように傾斜しているのに対し、第２色分離層３７５は、当該照明光軸Ａｘに沿って入射される光の入射角が＋１１°となるように傾斜している。
このため、フィリップスプリズムにより構成されたダイクロイックプリズム３７が採用される場合でも、上記ギャップレスプリズムにより構成されたダイクロイックプリズム３４が採用される場合と同様に、第１色分離層３７４及び第２色分離層３７５は、入射される直線偏光の種別毎に色分離特性がそれぞれ異なる。

このようなダイクロイックプリズム３７が、上記ダイクロイックプリズム３４に代えてプロジェクターに採用される場合でも、各色分離層３７４，３７５への光の入射角と、当該プロジェクターに用いられる照明装置３１（詳しくは光源装置３１Ａ）による出射光の波長分布とに基づいて、第１色分離層３７４及び第２色分離層３７５にて分離される色光を設定することにより、上記プロジェクター１と同様の効果を奏することができる。

なお、フィリップスプリズムにより構成されたダイクロイックプリズム３７では、上記数μｍ程度の隙間ＧＰを隔てて配置する必要があるが、第２色分離層３７５にて反射された光を、第２プリズム３７２において第１プリズム３７１と対向する面にて内面反射させて、対応する光変調装置３５に導く構成であるため、上記ギャップレスプリズムにより構成されたダイクロイックプリズム３４において、色分離層に入射する光の入射角の大きい第２色分離層３４５への入射角を小さくすることができる。このため、ダイクロイックプリズム３７は、ダイクロイックプリズム３４に比べて、色分離特性が良い。
一方、ダイクロイックプリズム３４では、上記のように、ダイクロイックプリズム３７にて必要とされる隙間ＧＰの調整が不要である。

また、上記実施形態では、ダイクロイックプリズム３４は、いわゆるギャップレスプリズムにより構成されるとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、ダイクロイックプリズム３４は、クロスダイクロイックプリズムにより構成されてもよい。

上記実施形態では、投射光学装置３６の最も光入射側に位置するレンズを凸レンズ３６６により構成することとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、凹レンズ等であってもよい。この場合であっても、上記距離Ｌ１２を小さくできるので、投射光学装置３６の光源装置から出射される光の中心軸に沿う方向の距離Ｌ１１（寸法）を小さくできる。

上記実施形態では、光変調装置として反射型の光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）を用い、ダイクロイックプリズム３４により分離された光をそれぞれ変調し、反射する構成とした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）に代えて、透過型の光変調装置を用いてもよい。この場合、透過型の光変調装置を透過し、変調した光を再度ダイクロイックプリズム３４に出射する構成を当該透過型の光変調装置近傍に設ければよい。

上記実施形態では、照明装置３１の固体光源装置３１１は、青色光を出射するレーザー光源により構成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、照明装置３１の固体光源装置３１１に代えて、光源ランプ及びリフレクターを設けることとしてもよい。この場合、光源ランプ及びリフレクターから出射された光は、赤色、緑色及び青色を含むので、回転蛍光板３１３及びモーター３１４を設けなくてもよい。

上記実施形態では、光学ユニット３は略Ｌ字状に構成されていたが、本発明はこれに限らない。例えば、略Ｕ字状に構成された光学ユニットを採用してもよい。
上記実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）を備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。

１…プロジェクター、３１Ａ…光源装置、３１１…固体光源装置、３１８…偏光変換素子、３２２…偏光分離装置、３６６…凸レンズ（平行化レンズ）、３４，３７…ダイクロイックプリズム（色分離合成装置）、３４１，３７１…第１プリズム、３４２，３７２…第２プリズム、３４３，３７３…第３プリズム、３４４，３７４…第１色分離層、３４５，３７５…第２色分離層、３４１１，３７１１…入出射面、３５，３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ…光変調装置、３６，３６Ａ…投射光学装置、３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６Ａ…レンズ、Ａｘ…照明光軸、ＢＦ１…バックフォーカス位置、ＢＦ２…バックフォーカス位置。

Claims (7)

1. 第１の偏光を出射する照明装置と、
   前記照明装置により出射された前記出射光に含まれる複数の色光のそれぞれに応じて設けられ、前記複数の色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、
   前記照明装置と前記複数の光変調装置との間に配置され、入出射面を介して内部に入射される前記出射光から前記複数の色光を分離してそれぞれ前記複数の光変調装置に入射させ、前記複数の光変調装置により変調されて入射される前記複数の色光を合成した合成光を前記入出射面を介して出射する色分離合成装置と、
   前記照明装置と前記色分離合成装置との間に配置され、前記第１の偏光と前記第１の偏光に直交する第２の偏光との一方を透過し、他方を反射する偏光分離装置と、
   前記偏光分離装置から出射された前記合成光を投射する投射光学装置と、を備え、
   前記投射光学装置は、複数のレンズを有し、
   前記複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記照明装置と前記色分離合成装置との間に配置されることを特徴とするプロジェクター。
2. 請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
   前記照明装置と前記色分離合成装置との間に配置されるレンズは、前記照明装置から入射される光を平行化するレンズを含むことを特徴とするプロジェクター。
3. 請求項１又は請求項２に記載のプロジェクターにおいて、
   前記照明装置は、
   光源装置と、
   前記光源装置から出射された出射光を第１の偏光に揃える偏光変換素子と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプロジェクターにおいて、
   前記色分離合成装置は、
   複数のプリズムと色分離層とを備えたダイクロイックプリズムであることを特徴とするプロジェクター。
5. 請求項４に記載のプロジェクターにおいて、
   前記出射光に含まれる３つの色光のそれぞれに応じて設けられる前記光変調装置を３つ備え、
   前記ダイクロイックプリズムは、
   前記３つの光変調装置のうち、対応する光変調装置にそれぞれ対向する第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムと、
   前記入出射面を有する第１プリズム、及び、前記第１プリズムに対向する前記第２プリズムの間に位置し、前記第１プリズム内に入射された前記出射光に含まれる前記３つの色光のうち、第１色光と、第２色光及び第３色光とを分離する第１色分離層と、
   前記第２プリズム、及び、前記第２プリズムに対向する第３プリズムの間に位置し、前記第１色分離層を介して前記第２プリズム内に入射された前記第２色光及び前記第３色光のうち、前記第２色光を反射させ、前記第３色光を透過させる第２色分離層と、を有し、
   前記第１色分離層と前記第２プリズムとの間には、隙間が設けられ、
   前記第１プリズムと前記第１色分離層との間、前記第２プリズムと前記第２色分離層との間、及び、前記第２色分離層と前記第３プリズムとの間には、それぞれ隙間がなく、
   前記第１色分離層に対する前記３つの色光の入射角と、前記第２色分離層に対する前記第２色光及び前記第３色光の入射角とは、それぞれ異なり、かつ、前記第１色分離層への前記３つの色光の入射角は、前記第２色分離層への前記第２色光及び前記第３色光の入射角よりも大きいことを特徴するプロジェクター。
6. 請求項４に記載のプロジェクターにおいて、
   前記出射光に含まれる３つの色光のそれぞれに応じて設けられる前記光変調装置を３つ備え、
   前記ダイクロイックプリズムは、
   前記３つの光変調装置のうち、対応する光変調装置にそれぞれ対向する第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムと、
   前記入出射面を有する第１プリズム、及び、前記第１プリズムに対向する前記第２プリズムの間に位置し、前記第１プリズム内に入射された前記出射光に含まれる前記３つの色光のうち、第１色光と、第２色光及び第３色光とを分離する第１色分離層と、
   前記第２プリズム、及び、前記第２プリズムに対向する第３プリズムの間に位置し、前記第１色分離層を介して前記第２プリズム内に入射された前記第２色光及び前記第３色光のうち、前記第２色光を反射させ、前記第３色光を透過させる第２色分離層と、を有し、
   前記第１色分離層と前記第２プリズムとの間、前記第１プリズムと前記第１色分離層との間、前記第２プリズムと前記第２色分離層との間、及び、前記第２色分離層と前記第３プリズムとの間には、それぞれ隙間がなく、
   前記第１色分離層に対する前記３つの色光の入射角と、前記第２色分離層に対する前記第２色光及び前記第３色光の入射角とは、それぞれ異なり、かつ、前記第１色分離層への前記３つの色光の入射角度は、前記第２色分離層への前記第２色光及び前記第３色光の入射角よりも小さいことを特徴するプロジェクター。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプロジェクターにおいて、
   前記偏光分離装置は、前記第１の偏光を透過させ、前記合成光に含まれる前記第２の偏光を投射光学装置に向けて反射させることを特徴とするプロジェクター。

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