JP3414164B2 - 液晶プロジェクタ - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーン上に光
学画像を拡大投写するための液晶プロジェクタに関する
ものである。 【０００２】 【従来技術】大画像を表示させる手段として、映像信号
に応じて形成された光学画像を照明光で照射し、その照
明光により照射された光学画像を投影レンズ（投写レン
ズ）によりスクリーン上に拡大投写する手段が従来より
よく知られている。 【０００３】かかる液晶プロジェクタについて、その構
成図である図１１を参照しながら説明する。照明光学系
５１から照射される光は、ダイクロイックフィルター５
２，５３によりＲＧＢの３色の波長帯に分離される。即
ち、ダイクロイックフィルター５２で反射されたＲの波
長帯の光束は、全反射ミラー５４により反射され、フィ
ールドレンズ５５を透過した後、液晶パネル５６を照明
する。ＧとＢの波長帯の光束は、ダイクロイックフィル
ター５２を透過し、そのＧの波長帯の光束は、ダイクロ
イックフィルター５３により反射され、フィールドレン
ズ５７を透過した後に液晶パネル５８を照明する。Ｂの
波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター５３を透過
し、２つのレンズ５９，６０及び２つの全反射ミラー６
１，６２により構成されるリレー光学系に導かれた後、
フィールドレンズ６３を透過し、液晶パネル６４を照明
する。 【０００４】３つの液晶パネル５６，５８，６４の各々
により形成された光学画像は、ダイクロイックプリズム
６５により合成される。即ち、液晶パネル５６により形
成されたＲの光学画像は、ダイクロイックプリズム６５
の入射光としてその内部を透過直進し、第１のダイクロ
イックミラー部６５ａで４５度の入射角に対して直角に
反射し、投影レンズ６６に向けて射出する。また、液晶
パネル６４により形成されたＢの光学画像も、ダイクロ
イックプリズム６５の入射光としてその内部を透過直進
し、第２のダイクロイックミラー部６５ｂで４５度の入
射角に対して直角に反射し、投影レンズ６６に向けて射
出する。液晶パネル５８により形成されたＧの光学画像
は、ダイクロイックプリズム６５の入射光としてその内
部を透過直進し、第１及び第２のダイクロイックミラー
部６５ａ，６５ｂで反射することなく更に透過直進し、
投影レンズ６６に向けて射出する。 【０００５】このように、３つの液晶パネル５６，５
８，６４の各々により形成された光学画像は、光軸及び
光学画像の方向性を一致させて同一方向にある投影レン
ズ６６に向けて射出されることにより合成される。この
合成された光学画像は、投影レンズ６６によりスクリー
ン上に拡大投影される。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の液晶プロジェクタでは、リレー光学系等で使
用されるレンズの収差の影響を受けるため、液晶パネル
６４に照射を行うための照明エリアを大きく設定しなけ
ればならない。収差がない場合の理想の照明エリアを図
１２（ａ）に、収差がある場合の照明エリアを図１２
（ｂ）に示す。図１２（ａ）及び（ｂ）において、破線
で囲まれたエリアは照明エリアを表し、実線で囲まれた
四角の領域は液晶パネル５６の表示面を表す。レンズ６
０及びフィールドレンズ６３の収差が大きいと、図１２
（ｂ）に示すように、液晶パネル６４上の照明エリア
は、液晶パネル６４の表示面に対して相似でなくなり、
四隅に丸みを帯びるようになる。照明エリアは、レンズ
の位置ズレやミラーの位置ズレ等を考慮して、液晶パネ
ル６４の表示面よりも大きく設定される。但し、光量損
失は、その分に応じて大きくなる。この状態において、
レンズ６０及びフィールドレンズ６３の収差が大きいと
いうことは、四隅に帯びる丸みも大きいということであ
り、位置ズレに対する許容量がその分小さいということ
になる。この状態で目的の許容量を確保するためには、
更に照明エリアを大きくする必要がある。しかし、光量
損失は、その分に応じて更に大きくなる。 【０００７】また、レンズ６０及びフィールドレンズ６
３には、光の利用率を向上させるために、３層の反射防
止膜がコートされていた。 【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、光量損失を大きくせずに、照明エリアを大きくする
ことができるリレー光学系及びその射出側に位置するフ
ィールドレンズを備えた液晶プロジェクタを提供するこ
とを目的とする。 【０００９】また、本発明は、レンズにコートされる反
射防止膜が単層であっても、従来と同程度の透過率を保
持することができるリレー光学系及びその射出側に位置
するフィールドレンズを備えた液晶プロジェクタを提供
することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、第１及び第２のダイクロイックフィルタ
ーを用いて、照明光学系から射出される光を第１、第２
及び第３原色光に分離し、前記第１、第２及び第３原色
光を導光してそれぞれ第１、第２及び第３の液晶パネル
に照射し、前記第１、第２及び第３の液晶パネルからの
光学画像の各々を合成し、その合成された光学画像をス
クリーン上に投写する液晶プロジェクタにおいて、前記
照明光学系から前記第１、第２及び第３の液晶パネルの
うちのいずれかに至る光路上にリレー光学系が設置さ
れ、前記リレー光学系の射出側にフィールドレンズが設
置され、前記フィールドレンズ及び前記リレー光学系で
使用されるリレーレンズのうち少なくとも１つのレンズ
の屈折率は１．７５以上である液晶プロジェクタであ
る。 【００１１】上記構成の液晶プロジェクタでは、リレー
光学系及びその射出側に位置するフィールドレンズは、
前記第１、第２及び第３原色光のいずれかを、光量損失
を大きくせずに、照明エリアが大きくなるように、前記
第１、第２及び第３の液晶パネルのいずれかに導光す
る。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
構成図である。光源１は、ランダム偏光の白色光を放射
するメタルハライドランプである。楕円面鏡２は、回転
楕円面の極を含む一部の面で、断面が線対称に成形され
た反射面２ａを有しており、焦点（光源１はこの焦点の
位置に設置される。）から放射されて到来する光を開口
部２ｂの外側（図１では下方）に反射させる鏡である。
ＩＲ−ＵＶカットフィルター３は、開口部２ｂの近傍に
配置され、光源１からの直接光及び反射面２ａからの反
射光から、３原色の光に対して不要となる波長域の光を
除去するためのフィルターである。オプティカルインテ
グレータを構成する第１のレンズアレイ４は、３原色の
光に対して不要となる波長域の光が除去された、光源１
からの直接光及び楕円面鏡２の反射面２ａからの反射光
を入射し、複数の光束に分割して射出するための二次元
状に配列された複数の第１のレンズ４ａを有するレンズ
アレイである。複数の第１のレンズ４ａの各々の開口形
状は同一である。また、第１のレンズアレイ４の入射面
４ｂは、反射面２ａからの反射光と光源１からの直接光
とが実質的に平行光となるように凹状に成形され、凹レ
ンズとして機能するようになっている。これにより、楕
円面鏡２から収束しながら到来する光束は実質的な平行
光となる。なお、第１のレンズアレイ４は、楕円面鏡２
により近い位置となるように、ＩＲ−ＵＶカットフィル
ター３の出力側近傍に配置される。 【００１４】偏光ビームスプリッタ５は、三角柱状の偏
光変換光学系の分離部であり、第１のレンズアレイ４に
より分割された複数の光束の各々を、互いに偏光方向が
直交する第１の直線偏光成分の光束６と第２の直線偏光
成分の光束７とに分離する。偏光ビームスプリッタ５が
有する直角プリズムの斜面である後面には、偏光分離面
５ａが形成されており、第１のレンズアレイ４から入射
する光のうちの第１の直線偏光成分は、偏光分離面５ａ
で４５度の入射角に対して直角に反射し、光束６として
射出する。偏光分離面５ａから厚み５ｂの間隔を隔てて
全反射面５ｃが対向するように形成されており、第１の
レンズアレイ４から入射する光の内の第１の直線偏光成
分に対して直交する第２の直線偏光成分は、全反射面５
ｃで４５度の入射角に対して直角に反射し、光束７とし
て射出する。厚み５ｂの寸法は、光束６と光束７が射出
されるピッチ（厚み５ｂの21/2倍）と、第２のレンズ８
ａのピッチとに基づいて設定される。 【００１５】オプティカルインテグレータを構成する第
２のレンズアレイ８は、光ビームスプリッタ５により分
離された複数の光束６・光束７が収束する近傍に二次元
状に配列され、その複数の光束６及び複数の光束７と同
数の第２のレンズ８aを有するレンズアレイである。即
ち、第２のレンズアレイ８は、第１のレンズアレイ４が
有する複数の第１のレンズ４ａの数の２倍の個数のレン
ズを有し、図１の上下方向に隣接する各２個の第２のレ
ンズ８ａは、第１のレンズ４ａの各１個に対応する。第
２のレンズアレイ８の射出面のうち光束７が射出される
部分には、光束７の第２の直線偏光光を光束６の第１の
直線偏光光と同一の偏光方向に変換するための半波長板
９が取り付けられている。なお、この半波長板９は、偏
光変換光学系の変換部であって、前述の偏光ビームスプ
リッタ５とともに偏光変換光学系を構成する。 【００１６】液晶パネル１０は、透過型液晶パネルであ
り、ＲＧＢのうちのＢの光学画像を形成する。液晶パネ
ル１１は、透過型液晶パネルであり、ＲＧＢのうちのＧ
の光学画像を形成する。液晶パネル１２は、透過型液晶
パネルであり、ＲＧＢのうちのＲの光学画像を形成す
る。 【００１７】３枚の液晶パネル１０〜１２の各々に、対
応する原色の光を照明するための３原色の各々を分離す
る色分離光学系は、２つのダイクロイックフィルター１
３，１６によって構成される。ダイクロイックフィルタ
ー１３は、波長５１０ｎｍのカットオフ値を有し、Ｂの
波長帯の光束を反射し、ＲとＧの波長帯の光束を透過さ
せる。全反射ミラー１４は、分離されたＢの波長帯の光
束を液晶パネル１０側に向けるためのものである。フィ
ールドレンズ１５は、全反射ミラー１４で反射されたＢ
の波長帯の光束を液晶パネル１０に照射するためのもの
である。ダイクロイックフィルター１６は、波長５８５
ｎｍのカットオフ値を有し、ダイクロイックフィルター
１３を透過したＲとＧの波長帯の光束のうち、Ｇの波長
帯の光束を反射し、Ｒの波長帯の光束を透過させる。フ
ィールドレンズ１７は、ダイクロイックフィルター１６
で分離されたＧの波長帯の光束を液晶パネル１１に照射
するためのものである。レンズ１８，１９および全反射
ミラー２０，２１は、ダイクロイックフィルター１６を
透過したＲの波長帯の光束を、その照度を保持しながら
液晶パネル１２に導くためのリレー光学系を構成し、フ
ィールドレンズ２２は、リレー光学系により導かれたＲ
の波長帯の光束を液晶パネル１２に照射するためのもの
である。なお、レンズ１８はフィールドレンズといい、
レンズ１９はリレーレンズという。 【００１８】ダイクロイックプリズム２３は、前述のＲ
ＧＢの光学画像の各々を合成するための３原色合成光学
系である。ダイクロイックプリズム２３は、立方体又は
直方体をなす接合された４個の直角プリズム２３ａを有
する。接合部には、前述のＢの光学画像を４５度の入射
角に対して直角に反射し、Ｒ及びＧの光学画像を透過さ
せる第１のダイクロイックミラー部２３ｂと、前述のＲ
の光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射し、Ｇ
及びＢの光学画像を透過させる第２のダイクロイックミ
ラー部２３ｃとが形成されている。 【００１９】投影レンズ２４は、ダイクロイックプリズ
ム２３により合成されたカラーの光学画像をスクリーン
（図示省略）上に拡大投写するための投写光学系であ
る。 【００２０】ここで、図２は、光源１からリレー光学系
を経て液晶パネル１２に至る光路上にある各構成部の詳
細を示す図である。楕円面鏡２は、近軸曲率半径Ｒが１
９ｍｍで、２次曲面のパラメータεが０．１１となる反
射面２ａを有する。この時、図２に示すように、光軸を
Ｘ軸とし、反射面２ａの断面が光軸と交差する点を原点
としたとき、光軸から高さＨの点に位置する反射面２ａ
の断面のＸ座標は、次の（数１）で与えられる。 【００２１】 【数１】Ｘ＝Ｈ2／Ｒ2｛１＋（１−εＨ2／Ｒ2）1/2｝ 第１のレンズアレイ４は、光軸と交差する入射面４ｂの
点が光軸と交差する反射面２ａの点から７４．１ｍｍ離
れて位置し、アッベ数νｄが６５．４１で、６５６．２
８ｎｍの波長のＣ線に対して１．４６９７６の屈折率を
有する。また、第１のレンズアレイ４の形状について
は、入射面４ｂ又は射出面４ｃの大きさは１０．８ｍｍ
×１３．８ｍｍであり、光軸方向の厚みは３ｍｍであ
り、凹面状の入射面４ｂの曲率半径は１３２ｍｍであ
り、射出面４ｃに位置する各凸面状の第１のレンズ４ａ
の曲率半径は３８．５ｍｍである。 【００２２】第２のレンズアレイ８は、光軸と交差する
入射面８ｂの点が光軸と交差する射出面４ｃの点から７
１．６ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが６５．４１
で、Ｃ線に対して１．４６９７６の屈折率を有する偏芯
レンズアレイである。また、第２のレンズアレイ８の形
状については、入射面８ｂ又は射出面８ｃの大きさは１
０．８ｍｍ×６．９ｍｍであり、光軸方向の厚みは６ｍ
ｍであり、入射面８ｂに位置する各凸状の第１のレンズ
８ａの曲率半径は２４．８ｍｍであり、射出面８ｃは平
面である。 【００２３】レンズ１８は、光軸と交差する入射面１８
ａの点が光軸と交差する射出面８ｃの点から１６４ｍｍ
離れて位置し、アッベ数νｄが６４．１２で、Ｃ線に対
して１．５１４３２の屈折率を有する凸レンズである。
また、レンズ１８の形状については、光軸方向の厚みは
１２ｍｍであり、凸面状の入射面１８ａ及び射出面１８
ｂはともに５８．２８５ｍｍの曲率半径を有する。 【００２４】レンズ１９は、光軸と交差する入射面１９
ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から５７．４
ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが２５．４３で、Ｃ線
に対して１．７９６１の屈折率を有する凸レンズであ
る。また、レンズ１９の形状については、光軸方向の厚
みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及び射出面
１９ｂはともに６８．０８９ｍｍの曲率半径を有する。 【００２５】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが２５．４
３であり、Ｃ線に対して１．７９６１の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４９．０１５ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、第１及び第２のレンズアレイ４，８の硝材はとも
にパイレックスであり、レンズ１８の硝材はＢＫ７であ
り、レンズ１９及びフィールドレンズ２２の硝材はとも
にＳＦ６である。 【００２６】液晶パネル１２は、１．３インチの大きさ
の液晶パネルであり、光軸と交差する入射面１２ａの点
が光軸と交差する射出面２２ｂの点から１５．５ｍｍ離
れて位置する。 【００２７】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。 【００２８】図１において、光源１から放射されたラン
ダム偏光の光束は、楕円面鏡２の反射面２ａで反射した
反射光とともに、ＩＲ−ＵＶカットフィルター３により
ＲＧＢの三つの波長帯にとって不要となる波長域が除去
される。不要な波長域が除去された光は、第１のレンズ
アレイ４により複数の光束に分割される。 【００２９】第１のレンズアレイ４により分割された複
数の光束の各々は、偏光ビームスプリッタ５により、互
いに偏光方向が直交する第１の直線偏光成分の光束６と
第２の直線偏光成分の光束７とに分離される。即ち、第
１のレンズアレイ４の射出面４ｃから到来する光束は、
入射光として偏光ビームスプリッタ５内を透過直進す
る。その入射光のうちの第１の直線偏光成分は、偏光分
離面５ａで４５度の入射角に対して直角に反射し、光束
６として射出する。また、偏光分離面５ａで反射するこ
となく、厚み５ｂにより生ずる光路を更に透過直進する
第２の直線偏光成分の入射光は、全反射面５ｃで４５度
の入射角に対して直角に反射し、光束７として射出す
る。 【００３０】複数の光束６と複数の光束７は、それぞ
れ、第１のレンズアレイ４の結像作用により第２のレン
ズアレイ８の近傍で、第１のレンズアレイ４により分割
された複数の光束の数と同じ個数の小光源を形成する。
ここで、第２のレンズアレイ８上に形成される小光源の
うち、光束７により形成される小光源が位置する第２の
レンズ８ａの射出面に、半波長板９が取り付けられてい
る。このため、光束７の第２の直線偏光成分の偏光方向
が光束６の第１の直線偏光成分の偏光方向に変換され、
全ての小光源の偏光方向が揃えられる。 【００３１】半波長板９が取り付けられた第２のレンズ
アレイ８から射出する偏光方向が揃えられた光束は、ダ
イクロイックフィルター１３，１６によりＲＧＢの３色
の波長帯に分離される。すなわち、ダイクロイックフィ
ルター１３で分離されたＢの波長帯の光束は、全反射ミ
ラー１４により反射されフィールドレンズ１５を透過し
た後に、液晶パネル１０を照明する。ＲとＧの波長帯の
光束はダイクロイックフィルター１３を透過し、そのＧ
の波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６によ
り反射され、フィールドレンズ１７を透過した後に液晶
パネル１１を照明する。 【００３２】Ｒの波長帯の光束は、ダイクロイックフィ
ルター１６を透過し、第２のレンズアレイ８により、液
晶パネル１２とほぼ相似形の照明エリアをもってレンズ
１８の近傍に結像する。その結像されたＲの波長帯の照
明光は、レンズ１８によりレンズ１９の近傍に集光さ
れ、そのレンズ１９によりフィールドレンズ２２に導か
れる。その導かれたＲの波長帯の照明光は、フィールド
レンズ２２により、レンズ１８の近傍に結像された液晶
パネル１２とほぼ相似形の照明エリアをもって、液晶パ
ネル１２を照射する。 【００３３】フィールドレンズ２２は、レンズ１９近傍
のＲの波長帯の照明光を投影レンズ２４の瞳に結像させ
る。ここで、フィールドレンズ２２は、各硝材の屈折率
およびアッベ数νｄを示す図３から分かるように、Ｃ線
（６５６．２８ｎｍ）に対して１．７９６１という高屈
折率を有するため、曲率をきつくする必要がなく、レン
ズの入射高の高い位置でも大きく屈折されることがない
ので、Ｒの波長帯の照明光の照明エリアがたる型の歪曲
をもって結像する不都合が防止される。なお、図３にお
いて、縦軸が屈折率（上が大）を表し、横軸はアッベ数
（右が大）を表す。また、フィールドレンズ２２の屈折
率が高いために、その屈折率が低いものよりも、フィー
ルドレンズ２２の像面湾曲はより平面化され、レンズ１
９の近傍に結像される照明光の像面により近づくため
に、液晶パネル１２はより均一な像側開口数ＮＡで照明
されることとなる。このように、フィールドレンズ２２
の屈折率は高い方が好ましい。また、レンズ１９につい
ても、屈折率が高い方が収差が小さくなり、レンズ１９
の近傍に結像される照明光の像面に有利に作用する。こ
の結果として得られる第１及び第２のレンズアレイ４，
８の光軸上の球面収差を図４（ａ）に、非点収差を図４
（ｂ）に、歪曲を図４（ｃ）に示す。（ａ）の縦軸は有
効Ｆ値、（ｂ）及び（ｃ）の縦軸は像高Ｙ’を表す。ま
た、各収差図中実線ｄはｄ線に対する収差を表し、破線
ＳＣは正弦条件を表している。破線ＤＭと実線ＤＳは、
それぞれメリディオナル面とサジタル面でのｄ線に対す
る非収差を表している。これらは、以降の実施の形態に
おける図６，８，９，１０についても同様である。 【００３４】更に、液晶パネル１２上に照射されるＲの
波長帯の照明光の照明エリアの様子を図５に示す。図５
の四角の実線で囲まれた領域が液晶パネル１２の表示エ
リアに対応する。 【００３５】本実施の形態のリレー光学系における各波
長に対する透過率を次の（表１）の（ａ）に示し、従来
のリレー光学系における各波長の透過率を（表１）の
（ｂ）に示す。 【００３６】 【表１】 【００３７】このように、高屈折率のレンズを用いてリ
レー光学系を構成すれば、レンズ１８の反射防止膜は従
来と同じ３層マルチコートであるが、レンズ１９及びフ
ィールドレンズ２２の反射防止膜を単層コートにして
も、リレー用のレンズ及びフィールドレンズの反射防止
膜も３層マルチコートである従来のリレー光学系におけ
る透過率と大差なく、製造工程を簡素化することができ
る。 【００３８】図１に戻って、３つの液晶パネル１０〜１
２の各々により形成された光学画像は、ダイクロイック
プリズム２３により合成される。即ち、液晶パネル１０
により形成されたＢの光学画像は、ダイクロイックプリ
ズム２３の入射光としてその内部を透過直進し、第１の
ダイクロイックミラー部２３ｂで４５度の入射角に対し
て直角に反射し、投影レンズ２４に向けて射出する。液
晶パネル１２により形成されたＲの光学画像も、ダイク
ロイックプリズム２３の入射光としてその内部を透過直
進し、第２のダイクロイックミラー部２３ｃで４５度の
入射角に対して直角に反射し、投影レンズ２４に向けて
射出する。液晶パネル１１により形成されたＧの光学画
像は、ダイクロイックプリズム２３の入射光としてその
内部を透過直進し、第１及び第２のダイクロイックミラ
ー部２３ｂ，２３ｃで反射することなく更に透過直進
し、投影レンズ２４に向けて射出する。 【００３９】このようにして、３つの液晶パネル１０〜
１２の各々により形成された光学画像は、光軸及び光学
画像の方向性を一致させた状態で、同一方向にある投影
レンズ２４に向けて射出されることにより合成される。
この合成された光学画像は、投影レンズ２４によりスク
リーン上に拡大投影される。 【００４０】以上のことから本実施の形態の効果は明ら
かであるが、より正確な比較のために、本実施の形態に
おけるレンズ１９及びフィールドレンズ２２のみを、従
来のリレーレンズ光学系等で使用されているものに置き
換えて求めた、図４に対応する収差に関するグラフを図
６に示す。図６のリレーレンズ及びフィールドレンズに
は、ともにＢＫ７の硝材を用いた。図４と図６とを比較
すれば、本実施の形態において、特に歪曲が改善されて
いるのが分かる。また、同様に、図５に対応する照明エ
リアに関するスポットダイヤグラムを図７に示す。図５
と図７とを比較すれば、本実施の形態の方が図７のもの
よりも液晶パネルの表示面の四隅に対して許容量が大き
くなっているのが分かる。 【００４１】なお、本実施の形態では、第２のレンズア
レイ８の射出面において、光束７が射出される部分の全
てに半波長板９を配するとしたが、必ずしもこれに限ら
ず、光束７が射出される部分の一部に半波長板９を配す
るとしてもよい。 【００４２】また、本実施の形態では、半波長板９は、
光束７により形成される小光源が位置する第２のレンズ
８ａの射出面に取り付けられるとしたが、光束６により
形成される小光源が位置する第２のレンズ８ａの射出面
に取り付けられるとしてもよい。また、半波長板９は、
光束６又は光束７により形成される小光源の全部又は一
部が位置する第２のレンズ８ａに取り付けられればよ
い。 【００４３】更に、本実施の形態では、光源１にメタル
ハライドランプを用いたが、キセノンランプやハロゲン
ランプでもよい。 【００４４】本発明の第２の実施の形態について説明す
る。この第２の実施の形態の構成の大部分と作用につい
ては第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略
し、第１の実施の形態と異なる構成の部分について説明
する。図２において、レンズ１９は、光軸と交差する入
射面１９ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から
５７．４ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが５１．５７
で、Ｃ線に対して１．７５００７の屈折率を有する凸レ
ンズである。また、レンズ１９の形状については、光軸
方向の厚みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及
び射出面１９ｂはともに６３．７３８ｍｍの曲率半径を
有する。 【００４５】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが５１．５
７であり、Ｃ線に対して１．７５００７の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４５．９３０ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、レンズ１９及びフィールドレンズ２２の硝材はと
もにＬａＫ５９である。 【００４６】この構成により得られる第１及び第２のレ
ンズアレイ４，８の光軸上の球面収差を図８（ａ）に、
非点収差を図８（ｂ）に、歪曲を図８（ｃ）に示す。ま
た、液晶パネル１２上に照射されるＲの波長帯の照明光
の照明エリアの様子は図５とほぼ同様である。 【００４７】また、第２の実施の形態のリレー光学系に
おける各波長に対する透過率を次の（表２）に示す。 【００４８】 【表２】 【００４９】このように、高屈折率のレンズを用いてリ
レー光学系を構成すれば、第１の実施の形態と同様に、
レンズ１９及びフィールドレンズ２２の反射防止膜を単
層コートすることができる。 【００５０】本発明の第３の実施の形態について説明す
る。この第３の実施の形態の構成の大部分と作用につい
ては第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略
し、第１の実施の形態と異なる構成の部分について説明
する。図２において、レンズ１９は、光軸と交差する入
射面１９ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から
５７．４ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが６４．１２
で、Ｃ線に対して１．５１４３２の屈折率を有する凸レ
ンズである。また、レンズ１９の形状については、光軸
方向の厚みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及
び射出面１９ｂはともに４３．４０９ｍｍの曲率半径を
有する。 【００５１】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが２５．４
３であり、Ｃ線に対して１．７９６１の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４９．０１５ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、レンズ１９の硝材はＢＫ７であり、フィールドレ
ンズ２２の硝材はＳＦ６である。 【００５２】この構成により得られる第１及び第２のレ
ンズアレイ４，８の光軸上の球面収差を図９（ａ）に、
非点収差を図９（ｂ）に、歪曲を図９（ｃ）に示す。 【００５３】本発明の第４の実施の形態について説明す
る。この第４の実施の形態の構成の大部分と作用につい
ては第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略
し、第１の実施の形態と異なる構成の部分について説明
する。図２において、レンズ１９は、光軸と交差する入
射面１９ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から
５７．４ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが６４．１２
で、Ｃ線に対して１．５１４３２の屈折率を有する凸レ
ンズである。また、レンズ１９の形状については、光軸
方向の厚みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及
び射出面１９ｂはともに４３．４０９ｍｍの曲率半径を
有する。 【００５４】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが５１．５
７であり、Ｃ線に対して１．７５００７の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４５．９３０ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、レンズ１９の硝材はＢＫ７であり、フィールドレ
ンズ２２の硝材はＬａＫ５９である。 【００５５】この構成により得られる第１及び第２のレ
ンズアレイ４，８の光軸上の球面収差を図１０（ａ）
に、非点収差を図１０（ｂ）に、歪曲を図１０（ｃ）に
示す。 【００５６】 【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、光量損失を大きくせずに、照明エリアを大き
くすることができる。また、より均一な像側開口数ＮＡ
で液晶パネルを照明することができる。 【００５７】また、本発明は、レンズにコートされる反
射防止膜が単層であっても、従来と同程度の透過率を保
持することができるリレー光学系及びその射出側に位置
するフィールドレンズを備えた液晶プロジェクタを実現
することができる。
学画像を拡大投写するための液晶プロジェクタに関する
ものである。 【０００２】 【従来技術】大画像を表示させる手段として、映像信号
に応じて形成された光学画像を照明光で照射し、その照
明光により照射された光学画像を投影レンズ（投写レン
ズ）によりスクリーン上に拡大投写する手段が従来より
よく知られている。 【０００３】かかる液晶プロジェクタについて、その構
成図である図１１を参照しながら説明する。照明光学系
５１から照射される光は、ダイクロイックフィルター５
２，５３によりＲＧＢの３色の波長帯に分離される。即
ち、ダイクロイックフィルター５２で反射されたＲの波
長帯の光束は、全反射ミラー５４により反射され、フィ
ールドレンズ５５を透過した後、液晶パネル５６を照明
する。ＧとＢの波長帯の光束は、ダイクロイックフィル
ター５２を透過し、そのＧの波長帯の光束は、ダイクロ
イックフィルター５３により反射され、フィールドレン
ズ５７を透過した後に液晶パネル５８を照明する。Ｂの
波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター５３を透過
し、２つのレンズ５９，６０及び２つの全反射ミラー６
１，６２により構成されるリレー光学系に導かれた後、
フィールドレンズ６３を透過し、液晶パネル６４を照明
する。 【０００４】３つの液晶パネル５６，５８，６４の各々
により形成された光学画像は、ダイクロイックプリズム
６５により合成される。即ち、液晶パネル５６により形
成されたＲの光学画像は、ダイクロイックプリズム６５
の入射光としてその内部を透過直進し、第１のダイクロ
イックミラー部６５ａで４５度の入射角に対して直角に
反射し、投影レンズ６６に向けて射出する。また、液晶
パネル６４により形成されたＢの光学画像も、ダイクロ
イックプリズム６５の入射光としてその内部を透過直進
し、第２のダイクロイックミラー部６５ｂで４５度の入
射角に対して直角に反射し、投影レンズ６６に向けて射
出する。液晶パネル５８により形成されたＧの光学画像
は、ダイクロイックプリズム６５の入射光としてその内
部を透過直進し、第１及び第２のダイクロイックミラー
部６５ａ，６５ｂで反射することなく更に透過直進し、
投影レンズ６６に向けて射出する。 【０００５】このように、３つの液晶パネル５６，５
８，６４の各々により形成された光学画像は、光軸及び
光学画像の方向性を一致させて同一方向にある投影レン
ズ６６に向けて射出されることにより合成される。この
合成された光学画像は、投影レンズ６６によりスクリー
ン上に拡大投影される。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の液晶プロジェクタでは、リレー光学系等で使
用されるレンズの収差の影響を受けるため、液晶パネル
６４に照射を行うための照明エリアを大きく設定しなけ
ればならない。収差がない場合の理想の照明エリアを図
１２（ａ）に、収差がある場合の照明エリアを図１２
（ｂ）に示す。図１２（ａ）及び（ｂ）において、破線
で囲まれたエリアは照明エリアを表し、実線で囲まれた
四角の領域は液晶パネル５６の表示面を表す。レンズ６
０及びフィールドレンズ６３の収差が大きいと、図１２
（ｂ）に示すように、液晶パネル６４上の照明エリア
は、液晶パネル６４の表示面に対して相似でなくなり、
四隅に丸みを帯びるようになる。照明エリアは、レンズ
の位置ズレやミラーの位置ズレ等を考慮して、液晶パネ
ル６４の表示面よりも大きく設定される。但し、光量損
失は、その分に応じて大きくなる。この状態において、
レンズ６０及びフィールドレンズ６３の収差が大きいと
いうことは、四隅に帯びる丸みも大きいということであ
り、位置ズレに対する許容量がその分小さいということ
になる。この状態で目的の許容量を確保するためには、
更に照明エリアを大きくする必要がある。しかし、光量
損失は、その分に応じて更に大きくなる。 【０００７】また、レンズ６０及びフィールドレンズ６
３には、光の利用率を向上させるために、３層の反射防
止膜がコートされていた。 【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、光量損失を大きくせずに、照明エリアを大きくする
ことができるリレー光学系及びその射出側に位置するフ
ィールドレンズを備えた液晶プロジェクタを提供するこ
とを目的とする。 【０００９】また、本発明は、レンズにコートされる反
射防止膜が単層であっても、従来と同程度の透過率を保
持することができるリレー光学系及びその射出側に位置
するフィールドレンズを備えた液晶プロジェクタを提供
することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、第１及び第２のダイクロイックフィルタ
ーを用いて、照明光学系から射出される光を第１、第２
及び第３原色光に分離し、前記第１、第２及び第３原色
光を導光してそれぞれ第１、第２及び第３の液晶パネル
に照射し、前記第１、第２及び第３の液晶パネルからの
光学画像の各々を合成し、その合成された光学画像をス
クリーン上に投写する液晶プロジェクタにおいて、前記
照明光学系から前記第１、第２及び第３の液晶パネルの
うちのいずれかに至る光路上にリレー光学系が設置さ
れ、前記リレー光学系の射出側にフィールドレンズが設
置され、前記フィールドレンズ及び前記リレー光学系で
使用されるリレーレンズのうち少なくとも１つのレンズ
の屈折率は１．７５以上である液晶プロジェクタであ
る。 【００１１】上記構成の液晶プロジェクタでは、リレー
光学系及びその射出側に位置するフィールドレンズは、
前記第１、第２及び第３原色光のいずれかを、光量損失
を大きくせずに、照明エリアが大きくなるように、前記
第１、第２及び第３の液晶パネルのいずれかに導光す
る。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
構成図である。光源１は、ランダム偏光の白色光を放射
するメタルハライドランプである。楕円面鏡２は、回転
楕円面の極を含む一部の面で、断面が線対称に成形され
た反射面２ａを有しており、焦点（光源１はこの焦点の
位置に設置される。）から放射されて到来する光を開口
部２ｂの外側（図１では下方）に反射させる鏡である。
ＩＲ−ＵＶカットフィルター３は、開口部２ｂの近傍に
配置され、光源１からの直接光及び反射面２ａからの反
射光から、３原色の光に対して不要となる波長域の光を
除去するためのフィルターである。オプティカルインテ
グレータを構成する第１のレンズアレイ４は、３原色の
光に対して不要となる波長域の光が除去された、光源１
からの直接光及び楕円面鏡２の反射面２ａからの反射光
を入射し、複数の光束に分割して射出するための二次元
状に配列された複数の第１のレンズ４ａを有するレンズ
アレイである。複数の第１のレンズ４ａの各々の開口形
状は同一である。また、第１のレンズアレイ４の入射面
４ｂは、反射面２ａからの反射光と光源１からの直接光
とが実質的に平行光となるように凹状に成形され、凹レ
ンズとして機能するようになっている。これにより、楕
円面鏡２から収束しながら到来する光束は実質的な平行
光となる。なお、第１のレンズアレイ４は、楕円面鏡２
により近い位置となるように、ＩＲ−ＵＶカットフィル
ター３の出力側近傍に配置される。 【００１４】偏光ビームスプリッタ５は、三角柱状の偏
光変換光学系の分離部であり、第１のレンズアレイ４に
より分割された複数の光束の各々を、互いに偏光方向が
直交する第１の直線偏光成分の光束６と第２の直線偏光
成分の光束７とに分離する。偏光ビームスプリッタ５が
有する直角プリズムの斜面である後面には、偏光分離面
５ａが形成されており、第１のレンズアレイ４から入射
する光のうちの第１の直線偏光成分は、偏光分離面５ａ
で４５度の入射角に対して直角に反射し、光束６として
射出する。偏光分離面５ａから厚み５ｂの間隔を隔てて
全反射面５ｃが対向するように形成されており、第１の
レンズアレイ４から入射する光の内の第１の直線偏光成
分に対して直交する第２の直線偏光成分は、全反射面５
ｃで４５度の入射角に対して直角に反射し、光束７とし
て射出する。厚み５ｂの寸法は、光束６と光束７が射出
されるピッチ（厚み５ｂの21/2倍）と、第２のレンズ８
ａのピッチとに基づいて設定される。 【００１５】オプティカルインテグレータを構成する第
２のレンズアレイ８は、光ビームスプリッタ５により分
離された複数の光束６・光束７が収束する近傍に二次元
状に配列され、その複数の光束６及び複数の光束７と同
数の第２のレンズ８aを有するレンズアレイである。即
ち、第２のレンズアレイ８は、第１のレンズアレイ４が
有する複数の第１のレンズ４ａの数の２倍の個数のレン
ズを有し、図１の上下方向に隣接する各２個の第２のレ
ンズ８ａは、第１のレンズ４ａの各１個に対応する。第
２のレンズアレイ８の射出面のうち光束７が射出される
部分には、光束７の第２の直線偏光光を光束６の第１の
直線偏光光と同一の偏光方向に変換するための半波長板
９が取り付けられている。なお、この半波長板９は、偏
光変換光学系の変換部であって、前述の偏光ビームスプ
リッタ５とともに偏光変換光学系を構成する。 【００１６】液晶パネル１０は、透過型液晶パネルであ
り、ＲＧＢのうちのＢの光学画像を形成する。液晶パネ
ル１１は、透過型液晶パネルであり、ＲＧＢのうちのＧ
の光学画像を形成する。液晶パネル１２は、透過型液晶
パネルであり、ＲＧＢのうちのＲの光学画像を形成す
る。 【００１７】３枚の液晶パネル１０〜１２の各々に、対
応する原色の光を照明するための３原色の各々を分離す
る色分離光学系は、２つのダイクロイックフィルター１
３，１６によって構成される。ダイクロイックフィルタ
ー１３は、波長５１０ｎｍのカットオフ値を有し、Ｂの
波長帯の光束を反射し、ＲとＧの波長帯の光束を透過さ
せる。全反射ミラー１４は、分離されたＢの波長帯の光
束を液晶パネル１０側に向けるためのものである。フィ
ールドレンズ１５は、全反射ミラー１４で反射されたＢ
の波長帯の光束を液晶パネル１０に照射するためのもの
である。ダイクロイックフィルター１６は、波長５８５
ｎｍのカットオフ値を有し、ダイクロイックフィルター
１３を透過したＲとＧの波長帯の光束のうち、Ｇの波長
帯の光束を反射し、Ｒの波長帯の光束を透過させる。フ
ィールドレンズ１７は、ダイクロイックフィルター１６
で分離されたＧの波長帯の光束を液晶パネル１１に照射
するためのものである。レンズ１８，１９および全反射
ミラー２０，２１は、ダイクロイックフィルター１６を
透過したＲの波長帯の光束を、その照度を保持しながら
液晶パネル１２に導くためのリレー光学系を構成し、フ
ィールドレンズ２２は、リレー光学系により導かれたＲ
の波長帯の光束を液晶パネル１２に照射するためのもの
である。なお、レンズ１８はフィールドレンズといい、
レンズ１９はリレーレンズという。 【００１８】ダイクロイックプリズム２３は、前述のＲ
ＧＢの光学画像の各々を合成するための３原色合成光学
系である。ダイクロイックプリズム２３は、立方体又は
直方体をなす接合された４個の直角プリズム２３ａを有
する。接合部には、前述のＢの光学画像を４５度の入射
角に対して直角に反射し、Ｒ及びＧの光学画像を透過さ
せる第１のダイクロイックミラー部２３ｂと、前述のＲ
の光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射し、Ｇ
及びＢの光学画像を透過させる第２のダイクロイックミ
ラー部２３ｃとが形成されている。 【００１９】投影レンズ２４は、ダイクロイックプリズ
ム２３により合成されたカラーの光学画像をスクリーン
（図示省略）上に拡大投写するための投写光学系であ
る。 【００２０】ここで、図２は、光源１からリレー光学系
を経て液晶パネル１２に至る光路上にある各構成部の詳
細を示す図である。楕円面鏡２は、近軸曲率半径Ｒが１
９ｍｍで、２次曲面のパラメータεが０．１１となる反
射面２ａを有する。この時、図２に示すように、光軸を
Ｘ軸とし、反射面２ａの断面が光軸と交差する点を原点
としたとき、光軸から高さＨの点に位置する反射面２ａ
の断面のＸ座標は、次の（数１）で与えられる。 【００２１】 【数１】Ｘ＝Ｈ2／Ｒ2｛１＋（１−εＨ2／Ｒ2）1/2｝ 第１のレンズアレイ４は、光軸と交差する入射面４ｂの
点が光軸と交差する反射面２ａの点から７４．１ｍｍ離
れて位置し、アッベ数νｄが６５．４１で、６５６．２
８ｎｍの波長のＣ線に対して１．４６９７６の屈折率を
有する。また、第１のレンズアレイ４の形状について
は、入射面４ｂ又は射出面４ｃの大きさは１０．８ｍｍ
×１３．８ｍｍであり、光軸方向の厚みは３ｍｍであ
り、凹面状の入射面４ｂの曲率半径は１３２ｍｍであ
り、射出面４ｃに位置する各凸面状の第１のレンズ４ａ
の曲率半径は３８．５ｍｍである。 【００２２】第２のレンズアレイ８は、光軸と交差する
入射面８ｂの点が光軸と交差する射出面４ｃの点から７
１．６ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが６５．４１
で、Ｃ線に対して１．４６９７６の屈折率を有する偏芯
レンズアレイである。また、第２のレンズアレイ８の形
状については、入射面８ｂ又は射出面８ｃの大きさは１
０．８ｍｍ×６．９ｍｍであり、光軸方向の厚みは６ｍ
ｍであり、入射面８ｂに位置する各凸状の第１のレンズ
８ａの曲率半径は２４．８ｍｍであり、射出面８ｃは平
面である。 【００２３】レンズ１８は、光軸と交差する入射面１８
ａの点が光軸と交差する射出面８ｃの点から１６４ｍｍ
離れて位置し、アッベ数νｄが６４．１２で、Ｃ線に対
して１．５１４３２の屈折率を有する凸レンズである。
また、レンズ１８の形状については、光軸方向の厚みは
１２ｍｍであり、凸面状の入射面１８ａ及び射出面１８
ｂはともに５８．２８５ｍｍの曲率半径を有する。 【００２４】レンズ１９は、光軸と交差する入射面１９
ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から５７．４
ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが２５．４３で、Ｃ線
に対して１．７９６１の屈折率を有する凸レンズであ
る。また、レンズ１９の形状については、光軸方向の厚
みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及び射出面
１９ｂはともに６８．０８９ｍｍの曲率半径を有する。 【００２５】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが２５．４
３であり、Ｃ線に対して１．７９６１の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４９．０１５ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、第１及び第２のレンズアレイ４，８の硝材はとも
にパイレックスであり、レンズ１８の硝材はＢＫ７であ
り、レンズ１９及びフィールドレンズ２２の硝材はとも
にＳＦ６である。 【００２６】液晶パネル１２は、１．３インチの大きさ
の液晶パネルであり、光軸と交差する入射面１２ａの点
が光軸と交差する射出面２２ｂの点から１５．５ｍｍ離
れて位置する。 【００２７】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。 【００２８】図１において、光源１から放射されたラン
ダム偏光の光束は、楕円面鏡２の反射面２ａで反射した
反射光とともに、ＩＲ−ＵＶカットフィルター３により
ＲＧＢの三つの波長帯にとって不要となる波長域が除去
される。不要な波長域が除去された光は、第１のレンズ
アレイ４により複数の光束に分割される。 【００２９】第１のレンズアレイ４により分割された複
数の光束の各々は、偏光ビームスプリッタ５により、互
いに偏光方向が直交する第１の直線偏光成分の光束６と
第２の直線偏光成分の光束７とに分離される。即ち、第
１のレンズアレイ４の射出面４ｃから到来する光束は、
入射光として偏光ビームスプリッタ５内を透過直進す
る。その入射光のうちの第１の直線偏光成分は、偏光分
離面５ａで４５度の入射角に対して直角に反射し、光束
６として射出する。また、偏光分離面５ａで反射するこ
となく、厚み５ｂにより生ずる光路を更に透過直進する
第２の直線偏光成分の入射光は、全反射面５ｃで４５度
の入射角に対して直角に反射し、光束７として射出す
る。 【００３０】複数の光束６と複数の光束７は、それぞ
れ、第１のレンズアレイ４の結像作用により第２のレン
ズアレイ８の近傍で、第１のレンズアレイ４により分割
された複数の光束の数と同じ個数の小光源を形成する。
ここで、第２のレンズアレイ８上に形成される小光源の
うち、光束７により形成される小光源が位置する第２の
レンズ８ａの射出面に、半波長板９が取り付けられてい
る。このため、光束７の第２の直線偏光成分の偏光方向
が光束６の第１の直線偏光成分の偏光方向に変換され、
全ての小光源の偏光方向が揃えられる。 【００３１】半波長板９が取り付けられた第２のレンズ
アレイ８から射出する偏光方向が揃えられた光束は、ダ
イクロイックフィルター１３，１６によりＲＧＢの３色
の波長帯に分離される。すなわち、ダイクロイックフィ
ルター１３で分離されたＢの波長帯の光束は、全反射ミ
ラー１４により反射されフィールドレンズ１５を透過し
た後に、液晶パネル１０を照明する。ＲとＧの波長帯の
光束はダイクロイックフィルター１３を透過し、そのＧ
の波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６によ
り反射され、フィールドレンズ１７を透過した後に液晶
パネル１１を照明する。 【００３２】Ｒの波長帯の光束は、ダイクロイックフィ
ルター１６を透過し、第２のレンズアレイ８により、液
晶パネル１２とほぼ相似形の照明エリアをもってレンズ
１８の近傍に結像する。その結像されたＲの波長帯の照
明光は、レンズ１８によりレンズ１９の近傍に集光さ
れ、そのレンズ１９によりフィールドレンズ２２に導か
れる。その導かれたＲの波長帯の照明光は、フィールド
レンズ２２により、レンズ１８の近傍に結像された液晶
パネル１２とほぼ相似形の照明エリアをもって、液晶パ
ネル１２を照射する。 【００３３】フィールドレンズ２２は、レンズ１９近傍
のＲの波長帯の照明光を投影レンズ２４の瞳に結像させ
る。ここで、フィールドレンズ２２は、各硝材の屈折率
およびアッベ数νｄを示す図３から分かるように、Ｃ線
（６５６．２８ｎｍ）に対して１．７９６１という高屈
折率を有するため、曲率をきつくする必要がなく、レン
ズの入射高の高い位置でも大きく屈折されることがない
ので、Ｒの波長帯の照明光の照明エリアがたる型の歪曲
をもって結像する不都合が防止される。なお、図３にお
いて、縦軸が屈折率（上が大）を表し、横軸はアッベ数
（右が大）を表す。また、フィールドレンズ２２の屈折
率が高いために、その屈折率が低いものよりも、フィー
ルドレンズ２２の像面湾曲はより平面化され、レンズ１
９の近傍に結像される照明光の像面により近づくため
に、液晶パネル１２はより均一な像側開口数ＮＡで照明
されることとなる。このように、フィールドレンズ２２
の屈折率は高い方が好ましい。また、レンズ１９につい
ても、屈折率が高い方が収差が小さくなり、レンズ１９
の近傍に結像される照明光の像面に有利に作用する。こ
の結果として得られる第１及び第２のレンズアレイ４，
８の光軸上の球面収差を図４（ａ）に、非点収差を図４
（ｂ）に、歪曲を図４（ｃ）に示す。（ａ）の縦軸は有
効Ｆ値、（ｂ）及び（ｃ）の縦軸は像高Ｙ’を表す。ま
た、各収差図中実線ｄはｄ線に対する収差を表し、破線
ＳＣは正弦条件を表している。破線ＤＭと実線ＤＳは、
それぞれメリディオナル面とサジタル面でのｄ線に対す
る非収差を表している。これらは、以降の実施の形態に
おける図６，８，９，１０についても同様である。 【００３４】更に、液晶パネル１２上に照射されるＲの
波長帯の照明光の照明エリアの様子を図５に示す。図５
の四角の実線で囲まれた領域が液晶パネル１２の表示エ
リアに対応する。 【００３５】本実施の形態のリレー光学系における各波
長に対する透過率を次の（表１）の（ａ）に示し、従来
のリレー光学系における各波長の透過率を（表１）の
（ｂ）に示す。 【００３６】 【表１】 【００３７】このように、高屈折率のレンズを用いてリ
レー光学系を構成すれば、レンズ１８の反射防止膜は従
来と同じ３層マルチコートであるが、レンズ１９及びフ
ィールドレンズ２２の反射防止膜を単層コートにして
も、リレー用のレンズ及びフィールドレンズの反射防止
膜も３層マルチコートである従来のリレー光学系におけ
る透過率と大差なく、製造工程を簡素化することができ
る。 【００３８】図１に戻って、３つの液晶パネル１０〜１
２の各々により形成された光学画像は、ダイクロイック
プリズム２３により合成される。即ち、液晶パネル１０
により形成されたＢの光学画像は、ダイクロイックプリ
ズム２３の入射光としてその内部を透過直進し、第１の
ダイクロイックミラー部２３ｂで４５度の入射角に対し
て直角に反射し、投影レンズ２４に向けて射出する。液
晶パネル１２により形成されたＲの光学画像も、ダイク
ロイックプリズム２３の入射光としてその内部を透過直
進し、第２のダイクロイックミラー部２３ｃで４５度の
入射角に対して直角に反射し、投影レンズ２４に向けて
射出する。液晶パネル１１により形成されたＧの光学画
像は、ダイクロイックプリズム２３の入射光としてその
内部を透過直進し、第１及び第２のダイクロイックミラ
ー部２３ｂ，２３ｃで反射することなく更に透過直進
し、投影レンズ２４に向けて射出する。 【００３９】このようにして、３つの液晶パネル１０〜
１２の各々により形成された光学画像は、光軸及び光学
画像の方向性を一致させた状態で、同一方向にある投影
レンズ２４に向けて射出されることにより合成される。
この合成された光学画像は、投影レンズ２４によりスク
リーン上に拡大投影される。 【００４０】以上のことから本実施の形態の効果は明ら
かであるが、より正確な比較のために、本実施の形態に
おけるレンズ１９及びフィールドレンズ２２のみを、従
来のリレーレンズ光学系等で使用されているものに置き
換えて求めた、図４に対応する収差に関するグラフを図
６に示す。図６のリレーレンズ及びフィールドレンズに
は、ともにＢＫ７の硝材を用いた。図４と図６とを比較
すれば、本実施の形態において、特に歪曲が改善されて
いるのが分かる。また、同様に、図５に対応する照明エ
リアに関するスポットダイヤグラムを図７に示す。図５
と図７とを比較すれば、本実施の形態の方が図７のもの
よりも液晶パネルの表示面の四隅に対して許容量が大き
くなっているのが分かる。 【００４１】なお、本実施の形態では、第２のレンズア
レイ８の射出面において、光束７が射出される部分の全
てに半波長板９を配するとしたが、必ずしもこれに限ら
ず、光束７が射出される部分の一部に半波長板９を配す
るとしてもよい。 【００４２】また、本実施の形態では、半波長板９は、
光束７により形成される小光源が位置する第２のレンズ
８ａの射出面に取り付けられるとしたが、光束６により
形成される小光源が位置する第２のレンズ８ａの射出面
に取り付けられるとしてもよい。また、半波長板９は、
光束６又は光束７により形成される小光源の全部又は一
部が位置する第２のレンズ８ａに取り付けられればよ
い。 【００４３】更に、本実施の形態では、光源１にメタル
ハライドランプを用いたが、キセノンランプやハロゲン
ランプでもよい。 【００４４】本発明の第２の実施の形態について説明す
る。この第２の実施の形態の構成の大部分と作用につい
ては第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略
し、第１の実施の形態と異なる構成の部分について説明
する。図２において、レンズ１９は、光軸と交差する入
射面１９ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から
５７．４ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが５１．５７
で、Ｃ線に対して１．７５００７の屈折率を有する凸レ
ンズである。また、レンズ１９の形状については、光軸
方向の厚みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及
び射出面１９ｂはともに６３．７３８ｍｍの曲率半径を
有する。 【００４５】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが５１．５
７であり、Ｃ線に対して１．７５００７の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４５．９３０ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、レンズ１９及びフィールドレンズ２２の硝材はと
もにＬａＫ５９である。 【００４６】この構成により得られる第１及び第２のレ
ンズアレイ４，８の光軸上の球面収差を図８（ａ）に、
非点収差を図８（ｂ）に、歪曲を図８（ｃ）に示す。ま
た、液晶パネル１２上に照射されるＲの波長帯の照明光
の照明エリアの様子は図５とほぼ同様である。 【００４７】また、第２の実施の形態のリレー光学系に
おける各波長に対する透過率を次の（表２）に示す。 【００４８】 【表２】 【００４９】このように、高屈折率のレンズを用いてリ
レー光学系を構成すれば、第１の実施の形態と同様に、
レンズ１９及びフィールドレンズ２２の反射防止膜を単
層コートすることができる。 【００５０】本発明の第３の実施の形態について説明す
る。この第３の実施の形態の構成の大部分と作用につい
ては第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略
し、第１の実施の形態と異なる構成の部分について説明
する。図２において、レンズ１９は、光軸と交差する入
射面１９ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から
５７．４ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが６４．１２
で、Ｃ線に対して１．５１４３２の屈折率を有する凸レ
ンズである。また、レンズ１９の形状については、光軸
方向の厚みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及
び射出面１９ｂはともに４３．４０９ｍｍの曲率半径を
有する。 【００５１】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが２５．４
３であり、Ｃ線に対して１．７９６１の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４９．０１５ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、レンズ１９の硝材はＢＫ７であり、フィールドレ
ンズ２２の硝材はＳＦ６である。 【００５２】この構成により得られる第１及び第２のレ
ンズアレイ４，８の光軸上の球面収差を図９（ａ）に、
非点収差を図９（ｂ）に、歪曲を図９（ｃ）に示す。 【００５３】本発明の第４の実施の形態について説明す
る。この第４の実施の形態の構成の大部分と作用につい
ては第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略
し、第１の実施の形態と異なる構成の部分について説明
する。図２において、レンズ１９は、光軸と交差する入
射面１９ａの点が光軸と交差する射出面１８ｂの点から
５７．４ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが６４．１２
で、Ｃ線に対して１．５１４３２の屈折率を有する凸レ
ンズである。また、レンズ１９の形状については、光軸
方向の厚みは１０ｍｍであり、凸面状の入射面１９ａ及
び射出面１９ｂはともに４３．４０９ｍｍの曲率半径を
有する。 【００５４】フィールドレンズ２２は、光軸と交差する
入射面２２ａの点が光軸と交差する射出面１９ｂの点か
ら５９．３ｍｍ離れて位置し、アッベ数νｄが５１．５
７であり、Ｃ線に対して１．７５００７の屈折率を有す
る。また、レンズ２２の形状については、光軸方向の厚
みは８ｍｍであり、凸面状の入射面２２ａの曲率半径は
４５．９３０ｍｍであり、射出面２２ｂは平面である。
なお、レンズ１９の硝材はＢＫ７であり、フィールドレ
ンズ２２の硝材はＬａＫ５９である。 【００５５】この構成により得られる第１及び第２のレ
ンズアレイ４，８の光軸上の球面収差を図１０（ａ）
に、非点収差を図１０（ｂ）に、歪曲を図１０（ｃ）に
示す。 【００５６】 【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、光量損失を大きくせずに、照明エリアを大き
くすることができる。また、より均一な像側開口数ＮＡ
で液晶パネルを照明することができる。 【００５７】また、本発明は、レンズにコートされる反
射防止膜が単層であっても、従来と同程度の透過率を保
持することができるリレー光学系及びその射出側に位置
するフィールドレンズを備えた液晶プロジェクタを実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。 【図２】光源１からリレー光学系を経て液晶パネル１２
に至る光路上にある各構成部の詳細を示す図である。 【図３】各硝材の屈折率及びアッベ数νｄを示すグラフ
である。 【図４】（ａ）は第１の実施の形態における第１及び第
２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）は
その非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図５】液晶パネル１２上に照射されるＲの波長帯の照
明光の照明エリアの様子を示す図である。 【図６】第１の実施の形態におけるレンズ１９及びフィ
ールドレンズ２２のみを、従来のリレーレンズ光学系で
使用されているものに置き換えて求めた、図４に対応す
る収差に関するグラフである。 【図７】第１の実施の形態におけるレンズ１９及びフィ
ールドレンズ２２のみを、従来のリレーレンズ光学系で
使用されているものに置き換えて求めた、図５に対応す
る照明エリアに関するスポットダイヤグラムである。 【図８】（ａ）は第２の実施の形態における第１及び第
２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）は
その非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図９】（ａ）は第３の実施の形態における第１及び第
２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）は
その非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図１０】（ａ）は第４の実施の形態における第１及び
第２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）
はその非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図１１】従来の液晶プロジェクタの構成図である。 【図１２】（ａ）は収差がない場合の理想の照明エリ
ア、（ｂ）は収差がある場合の照明エリアを示す図であ
る。 【符号の説明】 １ 光源 ２ 楕円面鏡 ２ａ 反射面 ２ｂ 開口部 ３ ＩＲ−ＵＶカットフィルター ４ 第１のレンズアレイ ４ａ 第１のレンズ ５ 偏光ビームスプリッタ ５ａ 偏光分離面 ５ｂ 厚み ５ｃ 全反射面 ６，７ 光束 ８ 第２のレンズアレイ ８ａ 第２のレンズ ９ 半波長板 １０，１１，１２ 液晶パネル １３，１６ ダイクロイックフィルター １４，２０，２１ 全反射ミラー １５，１７，２２ フィールドレンズ １８，１９ レンズ ２３ ダイクロイックプリズム ２３ａ 直角プリズム ２３ｂ 第１のダイクロイックミラー部 ２３ｃ 第２のダイクロイックミラー部 ２４ 投影レンズ
る。 【図２】光源１からリレー光学系を経て液晶パネル１２
に至る光路上にある各構成部の詳細を示す図である。 【図３】各硝材の屈折率及びアッベ数νｄを示すグラフ
である。 【図４】（ａ）は第１の実施の形態における第１及び第
２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）は
その非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図５】液晶パネル１２上に照射されるＲの波長帯の照
明光の照明エリアの様子を示す図である。 【図６】第１の実施の形態におけるレンズ１９及びフィ
ールドレンズ２２のみを、従来のリレーレンズ光学系で
使用されているものに置き換えて求めた、図４に対応す
る収差に関するグラフである。 【図７】第１の実施の形態におけるレンズ１９及びフィ
ールドレンズ２２のみを、従来のリレーレンズ光学系で
使用されているものに置き換えて求めた、図５に対応す
る照明エリアに関するスポットダイヤグラムである。 【図８】（ａ）は第２の実施の形態における第１及び第
２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）は
その非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図９】（ａ）は第３の実施の形態における第１及び第
２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）は
その非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図１０】（ａ）は第４の実施の形態における第１及び
第２のレンズアレイ４，８の光軸上の球面収差、（ｂ）
はその非点収差、（ｃ）はその歪曲を示す図である。 【図１１】従来の液晶プロジェクタの構成図である。 【図１２】（ａ）は収差がない場合の理想の照明エリ
ア、（ｂ）は収差がある場合の照明エリアを示す図であ
る。 【符号の説明】 １ 光源 ２ 楕円面鏡 ２ａ 反射面 ２ｂ 開口部 ３ ＩＲ−ＵＶカットフィルター ４ 第１のレンズアレイ ４ａ 第１のレンズ ５ 偏光ビームスプリッタ ５ａ 偏光分離面 ５ｂ 厚み ５ｃ 全反射面 ６，７ 光束 ８ 第２のレンズアレイ ８ａ 第２のレンズ ９ 半波長板 １０，１１，１２ 液晶パネル １３，１６ ダイクロイックフィルター １４，２０，２１ 全反射ミラー １５，１７，２２ フィールドレンズ １８，１９ レンズ ２３ ダイクロイックプリズム ２３ａ 直角プリズム ２３ｂ 第１のダイクロイックミラー部 ２３ｃ 第２のダイクロイックミラー部 ２４ 投影レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ
9/31 9/31 Ｃ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 第１及び第２のダイクロイックフィルタ
ーを用いて、照明光学系から射出される光を第１、第２
及び第３原色光に分離し、前記第１、第２及び第３原色
光を導光してそれぞれ第１、第２及び第３の液晶パネル
に照射し、前記第１、第２及び第３の液晶パネルからの
光学画像の各々を合成し、その合成された光学画像をス
クリーン上に投写する液晶プロジェクタにおいて、前記
照明光学系から前記第１、第２及び第３の液晶パネルの
うちのいずれかに至る光路上にリレー光学系が設置さ
れ、前記リレー光学系の射出側にフィールドレンズが設
置され、前記フィールドレンズ及び前記リレー光学系で
使用されるリレーレンズのうち少なくとも１つのレンズ
の屈折率は１．７５以上であることを特徴とする液晶プ
ロジェクタ。
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|---|---|---|---|
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