JP2010160409A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度で高コントラストの画像を投射でき、さらには高い解像性能を維持しつつ投射光学系をシフトさせることが可能な画像投射装置を提供する。
【解決手段】画像投射装置は、原画を形成する画像形成素子ＬＰと、光源１からの光を画像形成素子に照射する照明光学系αと、画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射光学系５と、投射光学系を画像形成素子に対して該画像形成素子の短辺方向に対応する第１の方向と該画像形成素子の長辺方向に対応する第２の方向とにシフトさせるシフト機構Ｓとを有する。照明光学系は、第１の方向でのＦナンバーが第２の方向でのＦナンバーより大きい。そして、シフト機構による投射光学系の第１の方向でのシフト可能量が、第２の方向でのシフト可能量より大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置に関し、特に液晶パネル等の画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射光学系をシフトさせるシフト機構を有する画像投射装置に関する。

画像投射装置では、光源からの光を高効率に利用し、かつ画像形成素子を均一な照度で照明することで明るさむらや色むらが少なく、高輝度かつ高コントラストの画像を投射できる照明光学系が求められている。

特許文献１にて開示された照明光学系では、画像形成素子の短辺方向と長辺方向とでＦナンバーを異ならせている。Ｆナンバーは、照明光学系の明るさを示す数値であり、画像形成素子に対する光線の入射角度の大きさに反比例する。この照明光学系では、色分離合成光学系に用いられる偏光ビームスプリッタが入射角度特性を有するため、該偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線を含む断面（以下、第１の断面という）でのＦナンバーをなるべく大きくして、入射角度特性の影響を低減している。これにより、投射画像のコントラストを向上させている。一方、第１の断面に直交する第２の断面でのＦナンバーはなるべく小さくして、光量を増加させている。これにより、高輝度で高コントラストの画像を投射できる照明光学系を実現している。

また、画像投射装置には、設置性を向上させるために、投射光学系を画像形成素子に対して、その短辺方向と長辺方向にシフトさせることで、画像の投射位置を移動させることができる投射シフト機能が搭載されているものがある。

さらに、画像投射装置の小型化と投射画像の高解像度化のために、画像形成素子は、そのサイズが小さくなる一方で画素数が増大しており、このため、画素ピッチがますます小さくなってきている。
特開２００４−２４５９７７号公報

画像形成素子の画素ピッチが小さくなることで、投射光学系の解像性能の向上が必要となってきている。一般に、投射光学系の焦点深度は、画素ピッチと照明光学系のＦナンバーとの積に比例する。つまり、明るさの向上と画素ピッチの減少によって、投射光学系の焦点深度が小さくなる。

投射光学系の焦点深度が小さくなると、投射光学系の倒れや偏心等の機構的な誤差の影響が大きくなり、投射画像にぼけが生じ易くなる。このため、上述した投射シフト機能を実現するためのシフト機構には、投射光学系を機構的な誤差ができるだけ少ない状態で投射光学系をシフトさせることが要求される。

しかしながら、十分なシフト可能量を持ち、そのように機構的な誤差の少ないシフト機構を、かつ低コストで実現することは難しい。

本発明は、高輝度で高コントラストの画像を投射でき、さらには高い解像性能を維持しつつ投射光学系をシフトさせることが可能な画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、原画を形成する画像形成素子と、光源からの光を画像形成素子に照射する照明光学系と、画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、投射光学系を画像形成素子に対して該画像形成素子の短辺方向に対応する第１の方向と該画像形成素子の長辺方向に対応する第２の方向とにシフトさせるシフト機構とを有する。照明光学系は、第１の方向でのＦナンバーが第２の方向でのＦナンバーより大きい。そして、シフト機構による投射光学系の第１の方向でのシフト可能量が、第２の方向でのシフト可能量より大きいことを特徴とする。

本発明によれば、高輝度で高コントラストの画像を投射でき、さらには高い解像性能を維持しつつ、投射光学系を第１及び第２の方向にシフトさせることが可能な画像投射装置を実現することができる。また、第１及び第２の方向へのシフト可能量も十分に確保することができる。

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。

（プロジェクタの全体構成）
図５には、本発明の実施例１である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。

この図において、１は光源ランプ（以下、単にランプという）であり、本実施例では、高圧水銀放電ランプが用いられている。ただし、光源ランプ１として、高圧水銀放電ランプ以外の放電型ランプ（例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ）を用いてもよい。

２はランプ１を保持するランプホルダ、３は防爆ガラス、４はガラス押えである。αはランプ１からの光束を均一な明るさ分布を有する平行光束に変換する照明光学系、βは照明光学系αからの光を色分解して、後述するＲＧＢの３色用の液晶パネルに導き、さらに該液晶パネルからの光を色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からの光（画像）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。投射レンズ５内には、不図示の投射光学系が収納されている。

６はランプ１、照明光学系α及び色分解合成光学系βを収納するとともに、投射レンズ５が固定される光学ボックスである。該光学ボックス６には、ランプ１の周囲を囲むランプケース６ａが形成されている。

７は光学ボックス６内に照明光学系α及び色分解合成光学系βを収納した状態で蓋をする光学ボックス蓋である。８は商用電源から各基板へのＤＣ電源を作り出すＰＦＣ電源基板、９は電源フィルタ基板、１０はＰＦＣ電源基板８とともに動作してランプ１を点灯駆動するバラスト電源基板である。

１１はＰＦＣ電源基板８からの電力により、液晶パネルの駆動とランプ１の点灯制御を行う制御基板である。１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、後述する下部外装ケース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内の液晶パネルや偏光板等の光学素子を冷却するための第１及び第２光学系冷却ファンである。１３は両光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの風を、色分解合成光学系β内の光学素子に導く第１ＲＧＢダクトである。

７０は第１ＲＧＢダクト１３に形成された後述する第１の吸気口を覆う第１のゴミ除去フィルタである。

１４はランプ１に対して吹き付け風を送り、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に導く第１ランプダクトである。１６はランプ冷却ファン１４を保持して、第１ランプダクト１５とともにダクトを構成する第２ランプダクトである。

１７は下部外装ケース２１に設けられた吸気口２１ｂから空気を吸い込み、ＰＦＣ電源基板８とバラスト電源基板１０内に風を流通させることで、これらを冷却するための電源冷却ファンである。１８は排気ファンであり、ランプ冷却ファン１４からランプ１に送られてこれを冷却した後の熱風を、後述する第２側板Ｂ２４に形成された排気口２４ａから排出する。

下部外装ケース２１は、ランプ１、光学ボックス６及び電源系基板８〜１０及び制御基板１１等を収納する。２２は下部外装ケース２１に光学ボックス６等を収納した状態で蓋をするための上部外装ケースである。２３は第１側板であり、第２側板２４とともに外装ケース２１，２２により形成される側面開口を閉じる。下部外装ケース２１には、上述した吸気口２１ａ，２１ｂが形成されており、第２側板２４には上述した排気口２４ａが形成されている。下部外装ケース２１、上部外装ケース２２、第１側板２３及び第２側板２４によって、該プロジェクタの筐体が構成される。

２５は各種信号を取り込むためのコネクタが搭載されたＩＦ基板であり、２６は第１側板２３の内側に取り付けられたＩＦ補強板である。

２７はランプ１からの排気熱を排気ファン１８まで導き、筐体内に排気風を拡散させないようにするための排気ダクトである。排気ダクト２７は、ランプ１からの光が装置の外部に漏れないようにするための遮光機能を有するランプ排気ルーバー１９，２０を内部に保持する。

２８はランプ蓋である。ランプ蓋２８は、下部外装ケース２１の底面に着脱可能に配置され、不図示のビスにより固定される。また、２９はセット調整脚である。セット調整脚２９は、下部外装ケース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、プロジェクタの傾斜角度を調整できる。

３０は下部外装ケース２１の吸気口２１ａの外側に取り付けられる第２のゴミ除去フィルタ７１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である。３２は色分解合成光学系β内の光学素子と液晶パネルを冷却するために、第１及び第２光学系冷却ファン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第２ＲＧＢダクトである。

３４は色分解合成光学系β内に配置される液晶パネルから延びたフレキシブル基板が接続され、制御基板１１に接続されるＲＧＢ基板である。

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ＲＧＢ基板カバーである。

（光学構成）
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及び投射レンズ（投射光学系）５により構成される光学系の構成について図６を用いて説明する。図６において、（Ａ）は光学系の水平断面を、（Ｂ）は垂直断面をそれぞれ示す。

同図において、４１は連続スペクトルで白色光を発光する放電発光管（以下、単に発光管という）である。４２は発光管４１からの光を所定の方向に集光する凹面鏡を有するリフレクタである。発光管４１とリフレクタ４２により光源ランプ１が構成される。

４３ａは図６（Ａ）に示す水平方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズセルを複数配列した第１シリンダアレイである。４３ｂは第１シリンダアレイ４３ａの個々のレンズセルに対応したシリンドリカルレンズセルを複数有する第２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変換する偏光変換素子である。

４６は図６（Ｂ）に示す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はランプ１からの光軸を、ほぼ９０度（より詳しくは８８度）折り曲げるための反射ミラーである。

４３ｃは垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズセルを複数配列した第３シリンダアレイである。４３ｄは第３シリンダアレイ４３ｃの個々のレンズセルに対応したシリンドリカルレンズアレイを複数有する第４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：例えば４３０〜４９５ｎｍ）と赤（Ｒ：例えば５９０〜６５０ｎｍ）の波長領域の光を反射し、緑（Ｇ：例えば５０５〜５８０ｎｍ）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は多層膜により構成された偏光分離面においてＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１偏光ビームスプリッタである。

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光変調素子（若しくは画像形成素子）としての赤用反射型液晶パネル、緑用反射型液晶パネル及び青用反射型液晶パネルである。６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂはそれぞれ、赤用１／４波長板、緑用１／４波長板及び青用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は偏光分離面においてＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２偏光ビームスプリッタである。

６８ＢはＢ用射出側偏光板（偏光素子）であり、Ｂ光のうちＳ偏光成分のみを整流する。６８ＧはＧ光のうちＳ偏光成分のみを透過させるＧ用出側偏光板である。６９はＲ光及び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〜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。

本実施例において、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における光の偏光方向を基準として述べている。一方、ダイクロイックミラー５８に入射する光は、第１及び第２偏光ビームスプリッタ６０，６６での偏光方向を基準として考え、Ｐ偏光光であるとする。すなわち、本実施例では、偏光変換素子４５から射出された光をＳ偏光光とするが、同じＳ偏光光をダイクロイックミラー５８に入射する場合はＰ偏光光として定義する。

（光学的作用）
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は放物面形状の凹面鏡を有し、放物面の焦点位置からの光は該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シリンダアレイ４３ａに入射する。第１シリンダアレイ４３ａに入射した光束は、シリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、垂直方向に並ぶ帯状の複数の光束となる。そして、これら複数の分割光束は、紫外線吸収フィルタ４４及び第２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。複数の光束は、それぞれの列に対応した偏光分離面に入射し、これを透過するＰ偏光成分とここで反射するＳ偏光成分とに分割される。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、偏光分離面を透過した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。こうして、同じ偏光方向を有する複数の光束が射出する。

偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子４５から射出した後、フロントコンプレッサ４６で圧縮され、反射ミラー４７によって８８度反射され、第３シリンダアレイ４３ｃに入射する。

第３シリンダアレイ４３ｃに入射した光束は、シリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、水平方向に並ぶ帯状の複数の光束となる。該複数の分割光束は、第４シリンダアレイ４３ｄ及びコンデンサーレンズ４８を介してリアコンプレッサ４９に入射する。

フロントコンプレッサ４６、コンデンサーレンズ４８及びリアコンプレッサ４９の光学作用によって、複数の光束によって形成される矩形像は互いに重なり合い、矩形の均一な明るさの照明エリアを形成する。この照明エリアに、反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが配置される。

偏光変換素子４５によってＳ偏光とされた光は、ダイクロイックミラー５８に入射する。以下、ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光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を基準とする場合は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用反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。

ここで、該プロジェクタのＩＦ基板２５には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置８０が接続されている。制御基板１１は、画像供給装置８０から入力された画像情報に基づいて反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂを駆動し、これらに各色用の原画を形成させる。これにより、各反射型液晶パネルに入射した光は、反射されるとともに原画に応じて変調（画像変調）される。画像供給装置８０とプロジェクタとにより画像表示システムが構成される。

Ｇ用反射型液晶パネル６１Ｇにおいては、Ｇ光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧ光のうちＰ偏光成分は、再び第１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光のうちＳ偏光成分は、第１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偏光ビームスプリッタ６０とＧ用反射型液晶パネル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偏光ビームスプリッタ６０とＧ用反射型液晶パネル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偏光ビームスプリッタ６０から射出したＧ光は、ダイクロイックプリズム６９に対してＳ偏光として入射し、該ダイクロイックプリズム６９のダイクロイック面で反射して投射レンズ５へと至る。

一方、ダイクロイックミラー５８で反射したＲ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４aに入射する。Ｒ光と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。そして、Ｒ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４aでオレンジ光成分がカットされた後、入射側偏光板６４ｂを透過し、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光の偏光方向のみを９０度回転させる作用を有し、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偏光ビームスプリッタ６６に入射する。

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

Ｒ用反射型液晶パネル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光のうちＳ偏光成分は、再び第２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光のうちＰ偏光成分は、第２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光のうちＰ偏光成分は、再び第２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光のうちＳ偏光成分は、第２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偏光ビームスプリッタ６６とＲ用，Ｂ用反射型液晶パネル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光の場合と同じように、Ｒ，Ｂ光それぞれの黒表示状態で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偏光ビームスプリッタ６６から射出したＲ光と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偏光のまま射出側偏光板６８Ｂを透過して、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光は、該Ｂ光が第２偏光ビームスプリッタ６６、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂ及び１／４波長板６２Ｂを通ることによって生じた無効な成分が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光とＢ光は、ダイクロイック面を透過して、該ダイクロイック面にて反射した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光は、投射レンズ５によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。

以上説明した光路は、反射型液晶パネルが白表示状態の場合である。以下では、反射型液晶パネルが黒表示状態の場合での光路について説明する。

まず、Ｇ光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偏光光は、入射側偏光板５９に入射し、その後第１偏光ビームスプリッタ６０に入射してその偏光分離面で透過され、Ｇ用反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。しかし、反射型液晶パネル６１Ｇが黒表示状態であるため、Ｇ光は画像変調されずに反射される。このため、Ｇ用反射型液晶パネル６１Ｇで反射された後も、Ｇ光はＰ偏光光のままである。したがって、Ｇ光は再び第１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光とＢ光の光路について説明する。ダイクロイックミラー５８で反射したＲ光とＢ光のＰ偏光光は、入射側偏光板６４ｂに入射する。そして、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光の偏光方向のみを９０度回転する作用を持つため、Ｒ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射する。

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

ここで、Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒは黒表示状態であるため、Ｒ用反射型液晶パネル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用反射型液晶パネル６１Ｒで反射された後も、Ｒ光はＳ偏光光のままである。したがって、Ｒ光は再び第２偏光ビームスプリッタ６６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、黒表示がなされる。

一方、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光は、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂが黒表示状態であるため、画像変調されないまま反射される。このため、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂで反射された後も、Ｂ光はＰ偏光光のままである。したがって、Ｂ光は再び第２偏光ビームスプリッタ６６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、投射光から除去される。

図６（Ｂ）中の点線ＯＰ１は、各液晶パネルの短辺方向に対応する第１の方向（以下、パネル短辺方向という）を含む第１の断面での光路を示す。また、図６（Ａ）中の点線ＯＰ２は、各液晶パネルの長辺方向に対応する第２の方向（以下、パネル長辺方向という）を含む第２の断面での光路を示している。

ここで、色分解合成光学系βは、複数の色分離面（偏光分離面やダイクロイック面）を含む光学系であって、照明光学系αからの光を複数の色光に分解して、該複数の色光を複数の液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６２Ｂに導く。また、色分解合成光学系βは、複数の液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６２Ｂからの複数の色光を合成して投射レンズ５に導く。そして、各色分離面の法線（図２のｎ参照）は、パネル短辺方向８１に平行な断面（第１の断面）に含まれる。

パネル短辺方向（第１の断面）では、各偏光ビームスプリッタに入射角度特性がある。このため、パネル短辺方向において照明光学系αから各偏光ビームスプリッタの偏光分離面及び各液晶パネルに入射する光線の入射角度は、パネル長辺方向（第２の断面）での入射角度よりも小さく（Ｆナンバーとしては大きく）設定されている。

一方、パネル長辺方向では、ランプ１からの光をより多く取り込むため、パネル短辺方向に比べて、上記入射角度は大きく（Ｆナンバーとしては小さく）設定されている。

このように、本実施例の照明光学系αでは、パネル短辺方向の方がパネル長辺方向よりもＦナンバーが大きい。

（シフト機構）
次に、図１、図２、図３、図４、図７、図８及び図９を用いて、投射レンズ５のシフト機構について説明する。図１は、パネル長辺方向（第２の断面）７６における色分解合成光学系β（ただし、第２の偏光ビームスプリッタ６６及びダイクロイックプリズム６９のみを示す：図２でも同じ）とシフト機構Ｓとを示す。図２は、パネル短辺方向（第１の断面）８１における色分解合成光学系βとシフト機構Ｓとを示す。また、図１及び図２では、説明を簡単にするために、液晶パネルは１つのみをＬＰとして示している（Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒ又はＢ用反射型液晶パネル６１Ｂに相当する）。

図１に示したパネル長辺方向７６において液晶パネルＬＰから射出した主光線の拡がり角度７７は、図２に示したパネル短辺方向８１において液晶パネルＬＰから射出した主光線の拡がり角度８２よりも大きい。このことは、図１及び図２には示していないが、ランプ１からの光を液晶パネルＬＰに照射する照明光学系αのＦナンバーが、パネル短辺方向８１においてパネル長辺方向７６よりも大きいことを意味する。

図１及び図２において、液晶パネルＬＰから拡がりながら射出した主光線は、第２の偏光ビームスプリッタ６６及びダイクロイックプリズム６９を介して投射レンズ５に導かれる。第２の偏光ビームスプリッタ６６及びダイクロイックプリズム６９（実際には色分解合成光学系βの全体）は、支持部材としてのプリズムベース７８に位置決めされて取り付けられている。すなわち、プリズムベース７８は、第２の偏光ビームスプリッタ６６及びダイクロイックプリズム６９を支持している。

第２の偏光ビームスプリッタ６６及びダイクロイックプリズム６９に対して投射レンズ５が倒れると画像劣化の原因となる。焦点深度は、液晶パネルＬＰの画素ピッチ×Ｆナンバーに比例する。このため、Ｆナンバーが倍異なると、焦点深度も倍異なる。

シフト機構Ｓは、投射レンズ５を保持しつつ、投射レンズ５を各液晶パネルに対してパネル短辺方向８１とパネル長辺方向７６にシフトさせる機構である。なお、図６（Ｂ）から分かるように、実際のＢ用反射型液晶パネル６１Ｂの長辺方向はシフト機構Ｓによる投射レンズ５のシフト方向とは異なる。しかし、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂの長辺方向を含む断面（第２の断面）において投射レンズ５はシフトする。このような場合を含めて、本実施例では、シフト機構Ｓが投射レンズ５をパネル長辺方向７６にシフトさせるという。このことは、液晶パネルがどのような向きで配置されていても同じである。

シフト機構Ｓは、プリズムベース７８に取り付けられている。具体的には、シフト機構Ｓは、プリズムベース７８（つまりは液晶パネルＬＰ）に対してパネル長辺方向７６にシフト可能となるようにプリズムベース７８に取り付けられた第１のシフト板７９を有する。また、シフト機構Ｓは、プリズムベース７８に対してパネル短辺方向８１にシフト可能となるように第１のシフト板７９に取り付けられた第２のシフト板８０を有する。これら第１のシフト板７９及び第２のシフト板８０は、投射レンズ５の光軸方向に積層されており、それぞれ投射レンズ５の光軸方向に対して直交する方向であるパネル長辺方向７６及びパネル短辺方向８１にシフトする。

そして、シフト機構Ｓは、パネル短辺方向８１での投射レンズ５のシフト可能量（第２のシフト板８０のシフト可能量）が、パネル長辺方向７６でのシフト可能量（第１のシフト板７９のシフト可能量）よりも大きくなるように構成されている。言い換えれば、パネル長辺方向７６での投射レンズ５のシフト可能量が、パネル短辺方向８１でのシフト可能量よりも小さくなるように構成されている。

シフト板は、そのシフト可能量が小さい方がシフト用座面の面積の変化が小さいので、がた量を小さくすることができる。がた量が小さいほど、投射レンズ５の倒れを減らすことができる。このため、本実施例では、Ｆナンバーが大きいパネル短辺方向８１でシフトする第２のシフト板８０のシフト可能量を、Ｆナンバーが小さいパネル長辺方向７６でシフトする第１のシフト板７９のシフト可能量よりも大きく設定している。

これにより、シフト可能量が大きく、投射レンズ５に倒れが生じやすいシフト方向と、照明光学系αにおいてＦナンバーが大きいために焦点深度が深く、投射レンズ５の倒れの許容量が大きい方向とを一致させている。言い換えれば、シフト可能量が小さく、投射レンズ５の倒れが生じにくいシフト方向と、照明光学系αにおいてＦナンバーが小さいために焦点深度が浅く、投射レンズ５の倒れの許容量が小さい方向とを一致させている。このような設定により、シフト機構Ｓによる投射レンズ５の倒れの影響を受けにくく、画像劣化の少ないプロジェクタを実現することができる。また、パネル短辺方向８１とパネル長辺方向７６とでそれぞれ十分な投射レンズ５のシフト可能量を確保することができる。

図３には、投射レンズ５のイメージサークル７３と、長辺の長さと短辺の長さの比が４：３であり、短辺の長さがＡの液晶パネル７２との関係を示している。なお、実際には投射レンズが液晶パネルに対してシフトするが、ここでは液晶パネルが投射レンズに対してシフトするものとして説明する。このことは、図４の説明でも同じである。

図３の左図に示すように、液晶パネル７２を、イメージサークル７３の中心（投射レンズ５の光軸位置）から短辺方向に短辺の長さの５０％（０．５Ａ）だけシフト可能とした場合、イメージサークル７３の半径は、最低１．２Ａだけ必要となる。

図３の右図は、左図と同じイメージサークル７３に対して、液晶パネル７２を、イメージサークル７３の中心から長辺方向にシフトさせた場合を示す。この場合、シフト可能量は０．４３Ａとなり、短辺方向でのシフト可能量（０．５Ａ）よりも少なくなる。

図４には、投射レンズ５のイメージサークル７５と、長辺の長さと短辺の長さの比が１６：９であり、短辺の長さがＡの液晶パネル７４との関係を示している。

図４の左図に示すように、液晶パネル７４を、イメージサークル７５の中心から短辺方向に短辺の長さの５０％（０．５Ａ）だけシフト可能とした場合、イメージサークル７５の半径は、最低１．３Ａだけ必要となる。

図４の右図は、左図と同じイメージサークル７５に対して、液晶パネル７４を、イメージサークル７５の中心から長辺方向にシフトさせた場合を示す。この場合、シフト可能量は０．３４Ａとなり、短辺方向でのシフト可能量（０．５Ａ）よりも少なくなる。

このことから分かるように、長辺と短辺の長さが異なる液晶パネルを投射レンズのイメージサークル内でシフトさせる場合には、必ず長辺方向でのシフト可能量が短辺方向でのシフト可能量よりも小さくなる。したがって、シフト可能量の大きい方向及び小さい方向と、前述したＦナンバーの大きい方向と小さい方向とを合わせることが好ましい。

なお、本実施例では、互いに異なる２方向にシフト可能な２つのシフト板７９，８９を積層配置したシフト機構について説明したが、１つのシフト板が該２方向にシフト可能なシフト機構を用いてもよい。

図７には、本発明の実施例２として、実施例１で説明したシフト機構Ｓのより具体的な構成を示している。図７は、シフト機構Ｓ′を投射レンズ５の光軸方向から見て示した図である。なお、本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付す。

第１のシフト板７９は、プリズムベース７８に対して３箇所の座面８９，９０，９１で接している。図中の右側に示す側面図において、第１のシフト板７９には座面９１が形成されており、該座面９１はプリズムベース７８に接している。

第２のシフト板８０は、第１のシフト板７９に対して、３つの座面９２，９３，９４で接している。

第１のシフト板７９の座面８９，９０，９１の中心部には、パネル長辺方向に延びる長穴部８２，８３，８４が形成されており、各長穴部には、プリズムベース７８から突出したボスが挿入されている。長穴部８２とボスとはパネル短辺方向で互いに係合している。一方、長穴部８３，８４とボスとはパネル短辺方向で係合しておらず、両長穴部８３，８４の外側の面間の幅Ｌ２でパネル短辺方向での係合精度を出している。

第２のシフト板８０の座面９２，９３，９４の中心部には、パネル短辺方向に延びる長穴部８５，８６，８７が形成されており、各長穴部には、第１のシフト板７９から突出したボスが挿入されている。長穴部８５とボスとはパネル長辺方向で互いに係合している。一方、長穴部８６，８７とボスとはパネル長辺方向で係合しておらず、両長穴部８５，８７の外側の面間の幅Ｌ３でパネル長辺方向での係合精度を出している。

図７の下図は、シフト機構Ｓ′の側面図である。第１のシフト板７９と第２のシフト板８０は、フリクション付のバネ９５〜９９によってそれぞれ、プリズムベース７８と第１のシフト板７９に押し当てられている。

なお、図７には、第１のシフト板７９と第２のシフト板８０がそれぞれ、長穴部にボスを挿入することでパネル長辺方向とパネル短辺方向にシフト可能に保持される構成を示した。ただし、これは一例であり、第１のシフト板と第２のシフト板をレール構造によってパネル長辺方向とパネル短辺方向にそれぞれシフト可能に保持してもよい。図８にその構成を示す。

図８に示すように、プリズムベース７８と第１のシフト板７９の外形部にレール部１０４〜１０９を設け、該レール部１０４〜１０９によって第１のシフト板７９と第２のシフト板８０をシフト可能に保持している。第１のシフト板７９と第２のシフト板８０はそれぞれ、レール部１０８とレール部１０５に設けられた片寄せバネ１０２，１０３によってパネル短辺方向の片側とパネル長辺方向の片側に付勢されている。

このような構成により、プリズムベース７８と第１のシフト板７９との間、及び第１のシフト板７９と第２のシフト板８０との間の接触面積を容易に増すことができ、強度的に有利な構成を実現することができる。

また、図８の上図において点線の丸で囲んだ部分の側面図を、図８の右側に示す。第２のシフト板８０には、板バネ１０８が取り付けられている。板バネ１０８は、その一部が曲面形状を有し、該曲面形状部分が撓むことにより、第１のシフト板７９をプリズムベース７８に押し付ける。また、曲面形状部分は、第１のシフト板７９のシフト方向（図中に矢印で示す）に沿った方向に曲がっているため、第１のシフト板７９がシフトしても板ばね１０８が第１のシフト板７９を傷つけることはない。

上記実施例１で説明したプロジェクタは、パネル短辺方向が重力方向と一致するように設置される。このような設置方法には、台の上に置く通常の設置方法と、上下を逆にして天吊りする設置方法とがある。天吊り状態では、通常設置状態に対して、パネル短辺方向において重力方向が逆転し、シフト機構が有する重力方向の違いによるがた量の違いによって、投射レンズ５の倒れ量が変化する。

しかし、実施例１で説明したように、パネル短辺方向では照明光学系のＦナンバーが大きく、焦点深度が深いので、投射レンズ５の倒れ量の変化に対して有利な構成となっている。

図９には、本発明の実施例３として、図８に示したシフト機構に、第１のシフト板７９と第２のシフト板８０のシフト量をアクチュエータを用いて変化させることができる機能を追加したシフト機構Ｓ′″を示している。

シフト機構Ｓ′″において、第１のシフト板７９には、切り欠き部１１２が設けられており、切り欠き部１１２の内側にパネル長辺方向に延びるラックギア１１１が形成されている。また、第２のシフト板８０にも切り欠き部１１３が設けられており、切り欠き部１１３の内側にパネル短辺方向に延びるラックギア１１４が形成されている。

ラックギア１１１には、モータ１０９の出力軸に取り付けられた駆動ギア１１０が噛み合っている。モータ１０９が回転することにより、第１のシフト板７９はパネル長辺方向にシフトする。

また、ラックギア１１４には、不図示のモータの出力軸に取り付けられた駆動ギア１２０が噛み合っている。モータが回転することにより、第２のシフト板８０はパネル短辺方向にシフトする。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１であるプロジェクタの色分解合成光学系と投射レンズとそのシフト機構とを示す上面図。 実施例１における色分解合成光学系と投射レンズとそのシフト機構とを示す側面図。 実施例１における投射レンズのイメージサークルとアスペクト比４：３の液晶パネルとの関係を示す図。 実施例１における投射レンズのイメージサークルとアスペクト比１６：９の液晶パネルとの関係を示す図。 実施例１のプロジェクタの分解斜視図。 実施例１のプロジェクタの光学構成を示す図。 本発明の実施例２であるプロジェクタの色分解合成光学系と投射レンズとそのシフト機構とを示す図。 本発明の実施例２であるプロジェクタの色分解合成光学系と投射レンズとそのシフト機構の別の例を示す図。 本発明の実施例３であるプロジェクタの色分解合成光学系と投射レンズとそのシフト機構とを示す図。

１ 光源ランプ
５ 投射レンズ
５９，６４ｂ，６８Ｂ，６８Ｇ 偏光板
６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ 反射型液晶パネル
６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂ １／４波長板
７３，７５ 投射レンズのイメージサークル
７８ プリズムベース７８
７９，８０ シフト板
Ｓ シフト機構

Claims (3)

1. 原画を形成する画像形成素子と、
   光源からの光を前記画像形成素子に照射する照明光学系と、
   前記画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、
   前記投射光学系を、前記画像形成素子に対して、該画像形成素子の短辺方向に対応する第１の方向と該画像形成素子の長辺方向に対応する第２の方向とにシフトさせるシフト機構とを有し、
   前記照明光学系は、前記第１の方向でのＦナンバーが前記第２の方向でのＦナンバーより大きく、
   前記シフト機構による前記投射光学系の前記第１の方向でのシフト可能量が、前記第２の方向でのシフト可能量より大きいことを特徴とする画像投射装置。
2. 前記照明光学系からの光を複数の色光に分解して、該複数の色光を複数の前記画像形成素子に導き、前記複数の画像形成素子からの前記複数の色光を合成して前記投射光学系に導く色分解合成光学系と、
   該色分解合成光学系を支持する支持部材とを有し、
   前記シフト機構は、前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 複数の色分離面を含む光学系であって、前記照明光学系からの光を複数の色光に分解して、該複数の色光を複数の前記画像形成素子に導き、前記複数の画像形成素子からの前記複数の色光を合成して前記投射光学系に導く色分解合成光学系を有し、
   前記各色分離面の法線が、前記第１の方向に平行な断面に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射装置。