JP3550261B2 - 液晶プロジェクタ - Google Patents
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Description
【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６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５２，５３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を透過した後に、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６１，６２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。なお、従来の液晶プロジェクタでは、このような短波長透過タイプのダイクロイックフィルター５２，５３を使用する他に、短波長透過タイプ及び長波長透過タイプ混在のダイクロイックフィルターを使用するものが知られている。
【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５６，５８，６４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パネルでは、スクリーン上に投影される画像の色度の不均一性の度合いが大きい。即ち、一般的に、オプティカルインテグレータを用いる液晶プロジェクタでは、ダイクロイックフィルターに入射する光束の入射角は、中心値４５度に対して±２０度程度の幅を持つ。この２５度から６５度の範囲内の入射角で光束が入射してきても、ダイクロイックフィルターの目的の波長に対するカットオフ値が変動しなければよいことになるが、実際にはその変動はさけられない。図６において、例えば、Ｇの波長帯の光束の場合、液晶パネル５８を照明する緑色の色度（Ｙｘｙ値）は、ダイクロイックフィルター５３の入射角依存性により、液晶パネル５８の左Ｐ１と右Ｐ２とでズレてしまう。このため、投影レンズ６６によりその色度がズレた画像がそのままスクリーン上に投影され、色ムラが発生する。
【０００７】
また、オプティカルインテグレータを使用する液晶プロジェクタでは、各ダイクロイックフィルターに入射する角度の振れが、それを使用しないものよりも大きくなるため、色ムラの度合いが大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明では、このような課題を解決するべく、スクリーン上の色度のズレを別の部材を付設することなく可及的に低減することができる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、オプティカルインテグレータを用いても、それを用いない従来の液晶プロジェクタと同程度の色ムラに抑えることができる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】
上記課題を解決するための本発明は、照明光源からの照明光の照射路中に第１及び第２のダイクロイックフィルターを、この順に介在させることで前記照明光を波長の異なる第１、第２及び第３原色光に色分離し、この色分離された第１、第２及び第３原色光をそれぞれ対応する液晶パネルに導光して照射し、各液晶パネルからの各色の光学画像を合成した後、投影レンズでスクリーン上に投写するようにしたオプティカルインテグレータと偏光変換光学系を用いた液晶プロジェクタにおいて、前記第１、第２及び第３原色光は、この順で短波長側からの波長成分を有し、Ｆナンバー３より明るいナンバーを有する投影レンズを使用し、前記オプティカルインテグレータは、前記照明光源からの照明光が入射される二次元状に配列された複数のレンズを有する第１及び第２のレンズアレイからなり、前記偏光変換光学系は前記第１のレンズアレイにより分割された複数の光束を互いに偏光方向が直交する方向にそれぞれ分離する偏光分離面及び前記分離された一方の偏光光束を他方の偏光光束と平行な方向に反射する前記偏光分離面に対向する反射面を有する偏光変換光学系の分離部と、前記第１のダイクロイックフィルターへ単一成分から成る単一の偏光面を持つ偏光状態で射出すべく前記分離された偏光光束の一方の光路でかつ前記第１のレンズアレイにより集光された小光源の位置に配置された半波長板とを備え、かつ前記第１のダイクロイックフィルターは、前記第２及び第３原色光を通過させ、前記第２のダイクロイックフィルターは、前記第３原色光を通過させるものであること、を特徴とする液晶プロジェクタである。そして、この液晶プロジェクタにおいて、好ましくは、色分離された前記第３原色光は、リレー光学系を介して対応する液晶パネルに導光される。
【００１１】
上記構成の液晶プロジェクタでは、色ズレを抑制する効果を有するダイクロイックフィルターは、前記照明光学系から射出される光を分離して、前記第１、第２及び第３原色光の各々を別々に照射する。
【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。放物面鏡２は、回転放物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、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り、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からの直接光及び放物面鏡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。複数の第１のレンズ４ａの各々の開口形状は同一である。なお、第１のレンズアレイ４は、放物面鏡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から入射する光のうちの第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５ｃで４５度の入射角に対して直角に反射して、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８ａ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１３，１６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５８５ｎｍ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。
【００１８】
本実施の形態では、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用する従来の液晶プロジェクタとは異なり、長波長透過タイプのダイクロイックフィルター１３，１６を使用する。ここで、図２に短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図を示す。また、図３に長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図を示す。これにより、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの方が目的の波長に対するカットオフ値のシフト（いわゆる半値波長シフト）の幅を小さく抑えることができるのが分かる。具体的には、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの１０度毎の半値波長のシフト幅は５０ｎｍ程度であり、９５ｎｍ程度となる短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの半値波長のシフト幅と比較すると、約４７％のシフト幅を改善することができる。
【００１９】
図１に戻って、ダイクロイックプリズム２３は、前述のＲＧＢ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。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００２２】
光源１から放射されたランダム偏光の光束は、放物面鏡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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。即ち、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。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、２つのレンズ１８，１９及び２つの全反射ミラー２０，２１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２２を透過し、液晶パネル１２を照明する。ここで、液晶パネル１２と第２のレンズアレイ８との距離は、液晶パネル１０，１１と第２のレンズアレイ８との距離と異なるため、リレー光学系のレンズ１８，１９を使用して、液晶パネル１２の照明状態を他の液晶パネル１０，１１の照明状態と等しくなるようにしている。
【００２６】
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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
なお、本実施の形態では、２１は、全反射ミラーであるとしたが、Ｒの波長帯の光束を反射するダイクロイックミラー（以後、Ｒ反射ダイクロイックミラーという。）であるとしてもよい。Ｒ反射ダイクロイックミラーを使用した場合の作用について説明する。図１において、２６は、入射角θ１でダイクロイックミラー１６に入射する光線であるとする。但し、θ１＜４５度である。この場合、半値波長は長波長側にシフトする（図３（ａ）参照）。その後、光線２６はＲ反射ダイクロイックミラーに入射角θ２で入射する。Ｒ反射ダイクロイックミラーとダイクロイックフィルター１６とは直交するように配置されるので、θ２は４５度より大きくなり、Ｒ反射ダイクロイックミラーにおける半値波長は短波長側にシフトする。θ１とθ２との間には、次の（数１）の関係が成立する。
【００２９】
【数１】
θ１−４５゜＝４５゜−θ２
光線２６の分光特性は、θ１とθ２の関数として与えられる。光線２６は、赤色光であるから、長波長側にシフトしているθ１により決定される。これはダイクロイックフィルター１６により色が決まることを意味する。また、液晶パネル１２に到達する赤色光の全てに（数１）が成立し、θ１が４５度より大きい場合にはθ２は４５度より小さくなり、その光線２６の分光特性は長波長側にシフトしているθ２により決定される。これはＲ反射ダイクロイックミラーにより色が決まることを意味する。すなわち、液晶パネル１２を照明する赤色光の分光特性は、θ１及びθ２のいずれか小さい方によって決定されることが分かる。これに対して、２１が全反射ミラーである場合、赤色の分光特性はθ１のみで決定される。これにより、Ｒ反射ダイクロイックミラーを採用した方が、半値波長のシフト量が４０ｎｍ程度となり、そのシフト量が５０ｎｍ程度となる全反射ミラーよりも、色度のズレの度合いを小さくすることができる。
【００３０】
また、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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等でもよい。
【００３３】
本発明の第２の実施の形態について、その構成図である図４を参照しながら説明する。第１の実施の形態と同様である部分については同じ符号を付すことによりその説明を省略し、その第１の実施の形態と異なる部分について説明する。第１の実施の形態と同様である部分については説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。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１３ａ，１６ａによって構成される。ダイクロイックフィルター１３ａは、波長５８５ｎｍのカットオフ値を有し、Ｇ及びＢ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。全反射ミラー１４ａは、分離されたＲの波長帯の光束を液晶パネル１２側に向けるためのものである。フィールドレンズ１５ａは、全反射ミラー１４ａで反射された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。ダイクロイックフィルター１６ａは、波長５１０ｎｍのカットオフ値を有し、ダイクロイックフィルター１３ａを透過したＲとＧの波長帯の光束のうち、Ｂの波長帯の光束を反射し、Ｇの波長帯の光束を透過させる。フィールドレンズ１７ａは、ダイクロイックフィルター１６ａで分離された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。レンズ１８ａ，１９ａ及び全反射ミラー２０ａ，２１ａは、ダイクロイックフィルター１６ａを透過したＧの波長帯の光束を、その照度を保持しながら液晶パネル１１に導くためのリレー光学系を構成し、フィールドレンズ２２ａは、リレー光学系により導かれた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。
【００３４】
ダイクロイックプリズム２５は、前述のＲＧＢ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２５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２５ａを有する。接合部には、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１のダイクロイックミラー部２５ｂと、前述のＧの光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射し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２５ｃとが形成されている。
【００３５】
次に、第１の実施の形態と異なる作用について説明する。
【００３６】
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１３ａ，１６ａによりＲＧＢの３つ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１３ａを透過したＲの波長帯の光束は、全反射ミラー１４ａにより反射され、フィールドレンズ１５ａを透過した後に、液晶パネル１２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１３ａで反射し、そのＢの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６ａにより反射され、フィールドレンズ１７ａを透過した後に液晶パネル１０を照明する。Ｇの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６ａを透過し、２つのレンズ１８ａ，１９ａおよび２つの全反射ミラー２０ａ，２１ａ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２２ａを透過し、液晶パネル１１を照明する。
【００３７】
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、ダイクロイックプリズム２５により合成される。即ち、液晶パネル１２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２５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２５ｂ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の光学画像も、ダイクロイックプリズム２５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２５ｃ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２５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２５ｂ，２５ｃ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。
【００３８】
なお、本実施の形態では、２１ａは、全反射ミラーであるとしたが、Ｇの波長帯の光束を反射するダイクロイックミラー（以後、Ｇ反射ダイクロイックミラーという。）であるとしてもよい。この場合、Ｇ反射ダイクロイックミラーは、Ｒの波長帯の光束を透過させるダイクロイックフィルター１３ａと同一の薄膜設計で実現することができる。Ｇ反射ダイクロイックミラーを採用すれば、半値波長のシフト量が２５ｎｍ程度となり、そのシフト量が５０ｎｍ程度となる全反射ミラーよりも、色度のズレの度合いを半減させることができる。なお、緑色の長波長側の限界を決定するために、Ｒの波長帯の光束を透過させるダイクロイックフィルター１３ａとＧ反射ダイクロイックミラーとを組み合わせたが、Ｂの波長帯の光束を反射するダイクロイックフィルター１６ａとＧ反射ダイクロイックミラーとを組み合わせ、緑色光の短波長側の限界を決定することも可能である。
【００３９】
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、即ち明るさ（Ｆ値）について説明する。図１において、投影レンズ２４はＦ＝３より明るいものを使用する。このＦ＝３は、オプティカルインテグレータを使用する第３の実施の形態における液晶プロジェクタによって投影されるスクリーン上の色ムラを、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタによる色ムラと同程度に抑えるための数値である。
【００４０】
まず、投影系のＦ値は、照明系のＦ値より明るい必要がある。そうでないと照明系からの光が全て投影系に取り込まれずに、光量ロスが発生するからである。
【００４１】
一般的に、オプティカルインテグレータを使用しない照明光学系では、それから射出される光は、±２．５度程度の振れを有する略平行光となる。この場合、照明系のＦ値はＦ／１２程度（入射角の振れθ１＝±２．４度）であり、投影系のＦ値はＦ／５程度（入射角の振れθ２＝±５．７度）であるから、投影系のＦ値は、照明系のＦ値より明るい。このため、光量ロスは発生しない。このとき、ダイクロイックフィルターに入射する各光は、略テレセントリック系による入射光であるため、θ１を無視することができる。従って、ダイクロイックプリズムが有するダイクロイックミラー部における入射角の振れは、４５±５．７度程度の範囲となる。以後、オプティカルインテグレータを使用しない照明光学系における前述の入射角の振れは、一般的に、４５±７度の範囲内に収まるものとして説明する。
【００４２】
これに対して、オプティカルインテグレータを使用する第３の実施の形態の液晶プロジェクタでは、第２のレンズアレイ８から射出される照明光は、テレセントリック系による照明光ではないので、図１の第１又は第２のダイクロイックフィルター１３，１６における入射角の振れは、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタのその入射角の振れよりも大きくなる。このため、前述のごとくθ１を無視することができない。ところが、本実施の形態の場合、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタによる色ムラと同程度に抑えるためには、ダイクロイックフィルター１３，１６の分光特性により（図２及び図３を比較参照）、第１及び第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを、４５±１４度の範囲内に抑えればよいことになる。つまり、図２と図３との比較で理解されるように、長波長透過タイプのダイクロイックフィルタにおける入射角の振れによるシフト感度は、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターのそれよりも小さい。このため、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用している本実施の形態において、上記入射角の振れを４５±１４度の範囲に抑えれば、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用した場合には、振れを４５±７度に抑えた場合と略同様の色ムラに抑えられることになる。
【００４３】
オプティカルインテグレータを使用した場合には、上記の通り入射角の振れを小さく抑えることが困難であるため、オプティカルインテグレータを使用していない場合と同様に、入射角の振れを４５±７度に抑えることはきわめて難しい。従って、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用した場合には、色ムラを十分効果的に防止することは困難である。しかし、本実施の形態のように全てのダイクロイックフィルターを長波長透過タイプで構成すると、入射角の振れを４５±１４度まで許容してもなおオプティカルインテグレータを使用しない場合と同程度の色ムラに抑えることが可能となる。
【００４４】
第１又は第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを求めるための説明図を図５に示す。液晶パネル１０，１１，１２の各々には、対角線の長さが１インチとなる長方形状の液晶パネルが使用される。但し、その液晶パネルの表示面の比については、短辺：長辺：対角線＝３：４：５であるとする。これより、θ１を求めると５度（≒ｔａｎ−１｛（２６．４１６／２）／１５０｝）となる。このため、投影レンズ２４による入射角の振れθ２は、９度以下（＜１４−５）でなければならない。従って、投影レンズ２４のＦ値は３（≒（１／２）／ｔａｎ（９°））となる。なお、投影レンズ２４がＦ＝３であれば、設計等の容易さと効率の最適化を考えると、照明系もＦ＝３に設定するのが望ましい。
【００４５】
【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、色度の不均一性が大幅に低減された高品質な画像をスクリーンに拡大投影することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、オプティカルインテグレータを使用しても、それを使用しない液晶プロジェクタと同様の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図２】短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図である。
【図３】長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の第１又は第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを求めるための説明図である。
【図６】従来の液晶プロジェクタの構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 放物面鏡
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
１３，１３ａ，１６，１６ａ ダイクロイックフィルター
１４，１４ａ，２０，２０ａ，２１，２１ａ 全反射ミラー
１５，１５ａ，１７，１７ａ，２２，２２ａ フィールドレンズ
１８，１８ａ，１９，１９ａ 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
２５ ダイクロイックプリズム
２５ａ 直角プリズム
２５ｂ 第１のダイクロイックミラー部
２５ｃ 第２のダイクロイックミラー部
【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６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５２，５３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を透過した後に、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６１，６２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。なお、従来の液晶プロジェクタでは、このような短波長透過タイプのダイクロイックフィルター５２，５３を使用する他に、短波長透過タイプ及び長波長透過タイプ混在のダイクロイックフィルターを使用するものが知られている。
【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５６，５８，６４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パネルでは、スクリーン上に投影される画像の色度の不均一性の度合いが大きい。即ち、一般的に、オプティカルインテグレータを用いる液晶プロジェクタでは、ダイクロイックフィルターに入射する光束の入射角は、中心値４５度に対して±２０度程度の幅を持つ。この２５度から６５度の範囲内の入射角で光束が入射してきても、ダイクロイックフィルターの目的の波長に対するカットオフ値が変動しなければよいことになるが、実際にはその変動はさけられない。図６において、例えば、Ｇの波長帯の光束の場合、液晶パネル５８を照明する緑色の色度（Ｙｘｙ値）は、ダイクロイックフィルター５３の入射角依存性により、液晶パネル５８の左Ｐ１と右Ｐ２とでズレてしまう。このため、投影レンズ６６によりその色度がズレた画像がそのままスクリーン上に投影され、色ムラが発生する。
【０００７】
また、オプティカルインテグレータを使用する液晶プロジェクタでは、各ダイクロイックフィルターに入射する角度の振れが、それを使用しないものよりも大きくなるため、色ムラの度合いが大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明では、このような課題を解決するべく、スクリーン上の色度のズレを別の部材を付設することなく可及的に低減することができる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、オプティカルインテグレータを用いても、それを用いない従来の液晶プロジェクタと同程度の色ムラに抑えることができる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】
上記課題を解決するための本発明は、照明光源からの照明光の照射路中に第１及び第２のダイクロイックフィルターを、この順に介在させることで前記照明光を波長の異なる第１、第２及び第３原色光に色分離し、この色分離された第１、第２及び第３原色光をそれぞれ対応する液晶パネルに導光して照射し、各液晶パネルからの各色の光学画像を合成した後、投影レンズでスクリーン上に投写するようにしたオプティカルインテグレータと偏光変換光学系を用いた液晶プロジェクタにおいて、前記第１、第２及び第３原色光は、この順で短波長側からの波長成分を有し、Ｆナンバー３より明るいナンバーを有する投影レンズを使用し、前記オプティカルインテグレータは、前記照明光源からの照明光が入射される二次元状に配列された複数のレンズを有する第１及び第２のレンズアレイからなり、前記偏光変換光学系は前記第１のレンズアレイにより分割された複数の光束を互いに偏光方向が直交する方向にそれぞれ分離する偏光分離面及び前記分離された一方の偏光光束を他方の偏光光束と平行な方向に反射する前記偏光分離面に対向する反射面を有する偏光変換光学系の分離部と、前記第１のダイクロイックフィルターへ単一成分から成る単一の偏光面を持つ偏光状態で射出すべく前記分離された偏光光束の一方の光路でかつ前記第１のレンズアレイにより集光された小光源の位置に配置された半波長板とを備え、かつ前記第１のダイクロイックフィルターは、前記第２及び第３原色光を通過させ、前記第２のダイクロイックフィルターは、前記第３原色光を通過させるものであること、を特徴とする液晶プロジェクタである。そして、この液晶プロジェクタにおいて、好ましくは、色分離された前記第３原色光は、リレー光学系を介して対応する液晶パネルに導光される。
【００１１】
上記構成の液晶プロジェクタでは、色ズレを抑制する効果を有するダイクロイックフィルターは、前記照明光学系から射出される光を分離して、前記第１、第２及び第３原色光の各々を別々に照射する。
【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。放物面鏡２は、回転放物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、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り、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からの直接光及び放物面鏡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。複数の第１のレンズ４ａの各々の開口形状は同一である。なお、第１のレンズアレイ４は、放物面鏡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から入射する光のうちの第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５ｃで４５度の入射角に対して直角に反射して、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８ａ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１３，１６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５８５ｎｍ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。
【００１８】
本実施の形態では、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用する従来の液晶プロジェクタとは異なり、長波長透過タイプのダイクロイックフィルター１３，１６を使用する。ここで、図２に短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図を示す。また、図３に長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図を示す。これにより、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの方が目的の波長に対するカットオフ値のシフト（いわゆる半値波長シフト）の幅を小さく抑えることができるのが分かる。具体的には、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの１０度毎の半値波長のシフト幅は５０ｎｍ程度であり、９５ｎｍ程度となる短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの半値波長のシフト幅と比較すると、約４７％のシフト幅を改善することができる。
【００１９】
図１に戻って、ダイクロイックプリズム２３は、前述のＲＧＢ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。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００２２】
光源１から放射されたランダム偏光の光束は、放物面鏡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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。即ち、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。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、２つのレンズ１８，１９及び２つの全反射ミラー２０，２１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２２を透過し、液晶パネル１２を照明する。ここで、液晶パネル１２と第２のレンズアレイ８との距離は、液晶パネル１０，１１と第２のレンズアレイ８との距離と異なるため、リレー光学系のレンズ１８，１９を使用して、液晶パネル１２の照明状態を他の液晶パネル１０，１１の照明状態と等しくなるようにしている。
【００２６】
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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
なお、本実施の形態では、２１は、全反射ミラーであるとしたが、Ｒの波長帯の光束を反射するダイクロイックミラー（以後、Ｒ反射ダイクロイックミラーという。）であるとしてもよい。Ｒ反射ダイクロイックミラーを使用した場合の作用について説明する。図１において、２６は、入射角θ１でダイクロイックミラー１６に入射する光線であるとする。但し、θ１＜４５度である。この場合、半値波長は長波長側にシフトする（図３（ａ）参照）。その後、光線２６はＲ反射ダイクロイックミラーに入射角θ２で入射する。Ｒ反射ダイクロイックミラーとダイクロイックフィルター１６とは直交するように配置されるので、θ２は４５度より大きくなり、Ｒ反射ダイクロイックミラーにおける半値波長は短波長側にシフトする。θ１とθ２との間には、次の（数１）の関係が成立する。
【００２９】
【数１】
θ１−４５゜＝４５゜−θ２
光線２６の分光特性は、θ１とθ２の関数として与えられる。光線２６は、赤色光であるから、長波長側にシフトしているθ１により決定される。これはダイクロイックフィルター１６により色が決まることを意味する。また、液晶パネル１２に到達する赤色光の全てに（数１）が成立し、θ１が４５度より大きい場合にはθ２は４５度より小さくなり、その光線２６の分光特性は長波長側にシフトしているθ２により決定される。これはＲ反射ダイクロイックミラーにより色が決まることを意味する。すなわち、液晶パネル１２を照明する赤色光の分光特性は、θ１及びθ２のいずれか小さい方によって決定されることが分かる。これに対して、２１が全反射ミラーである場合、赤色の分光特性はθ１のみで決定される。これにより、Ｒ反射ダイクロイックミラーを採用した方が、半値波長のシフト量が４０ｎｍ程度となり、そのシフト量が５０ｎｍ程度となる全反射ミラーよりも、色度のズレの度合いを小さくすることができる。
【００３０】
また、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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等でもよい。
【００３３】
本発明の第２の実施の形態について、その構成図である図４を参照しながら説明する。第１の実施の形態と同様である部分については同じ符号を付すことによりその説明を省略し、その第１の実施の形態と異なる部分について説明する。第１の実施の形態と同様である部分については説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。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１３ａ，１６ａによって構成される。ダイクロイックフィルター１３ａは、波長５８５ｎｍのカットオフ値を有し、Ｇ及びＢ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。全反射ミラー１４ａは、分離されたＲの波長帯の光束を液晶パネル１２側に向けるためのものである。フィールドレンズ１５ａは、全反射ミラー１４ａで反射された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。ダイクロイックフィルター１６ａは、波長５１０ｎｍのカットオフ値を有し、ダイクロイックフィルター１３ａを透過したＲとＧの波長帯の光束のうち、Ｂの波長帯の光束を反射し、Ｇの波長帯の光束を透過させる。フィールドレンズ１７ａは、ダイクロイックフィルター１６ａで分離された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。レンズ１８ａ，１９ａ及び全反射ミラー２０ａ，２１ａは、ダイクロイックフィルター１６ａを透過したＧの波長帯の光束を、その照度を保持しながら液晶パネル１１に導くためのリレー光学系を構成し、フィールドレンズ２２ａは、リレー光学系により導かれた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。
【００３４】
ダイクロイックプリズム２５は、前述のＲＧＢ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２５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２５ａを有する。接合部には、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１のダイクロイックミラー部２５ｂと、前述のＧの光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射し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２５ｃとが形成されている。
【００３５】
次に、第１の実施の形態と異なる作用について説明する。
【００３６】
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１３ａ，１６ａによりＲＧＢの３つ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１３ａを透過したＲの波長帯の光束は、全反射ミラー１４ａにより反射され、フィールドレンズ１５ａを透過した後に、液晶パネル１２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１３ａで反射し、そのＢの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６ａにより反射され、フィールドレンズ１７ａを透過した後に液晶パネル１０を照明する。Ｇの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６ａを透過し、２つのレンズ１８ａ，１９ａおよび２つの全反射ミラー２０ａ，２１ａ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２２ａを透過し、液晶パネル１１を照明する。
【００３７】
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、ダイクロイックプリズム２５により合成される。即ち、液晶パネル１２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２５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２５ｂ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の光学画像も、ダイクロイックプリズム２５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２５ｃ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２５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２５ｂ，２５ｃ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。
【００３８】
なお、本実施の形態では、２１ａは、全反射ミラーであるとしたが、Ｇの波長帯の光束を反射するダイクロイックミラー（以後、Ｇ反射ダイクロイックミラーという。）であるとしてもよい。この場合、Ｇ反射ダイクロイックミラーは、Ｒの波長帯の光束を透過させるダイクロイックフィルター１３ａと同一の薄膜設計で実現することができる。Ｇ反射ダイクロイックミラーを採用すれば、半値波長のシフト量が２５ｎｍ程度となり、そのシフト量が５０ｎｍ程度となる全反射ミラーよりも、色度のズレの度合いを半減させることができる。なお、緑色の長波長側の限界を決定するために、Ｒの波長帯の光束を透過させるダイクロイックフィルター１３ａとＧ反射ダイクロイックミラーとを組み合わせたが、Ｂの波長帯の光束を反射するダイクロイックフィルター１６ａとＧ反射ダイクロイックミラーとを組み合わせ、緑色光の短波長側の限界を決定することも可能である。
【００３９】
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、即ち明るさ（Ｆ値）について説明する。図１において、投影レンズ２４はＦ＝３より明るいものを使用する。このＦ＝３は、オプティカルインテグレータを使用する第３の実施の形態における液晶プロジェクタによって投影されるスクリーン上の色ムラを、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタによる色ムラと同程度に抑えるための数値である。
【００４０】
まず、投影系のＦ値は、照明系のＦ値より明るい必要がある。そうでないと照明系からの光が全て投影系に取り込まれずに、光量ロスが発生するからである。
【００４１】
一般的に、オプティカルインテグレータを使用しない照明光学系では、それから射出される光は、±２．５度程度の振れを有する略平行光となる。この場合、照明系のＦ値はＦ／１２程度（入射角の振れθ１＝±２．４度）であり、投影系のＦ値はＦ／５程度（入射角の振れθ２＝±５．７度）であるから、投影系のＦ値は、照明系のＦ値より明るい。このため、光量ロスは発生しない。このとき、ダイクロイックフィルターに入射する各光は、略テレセントリック系による入射光であるため、θ１を無視することができる。従って、ダイクロイックプリズムが有するダイクロイックミラー部における入射角の振れは、４５±５．７度程度の範囲となる。以後、オプティカルインテグレータを使用しない照明光学系における前述の入射角の振れは、一般的に、４５±７度の範囲内に収まるものとして説明する。
【００４２】
これに対して、オプティカルインテグレータを使用する第３の実施の形態の液晶プロジェクタでは、第２のレンズアレイ８から射出される照明光は、テレセントリック系による照明光ではないので、図１の第１又は第２のダイクロイックフィルター１３，１６における入射角の振れは、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタのその入射角の振れよりも大きくなる。このため、前述のごとくθ１を無視することができない。ところが、本実施の形態の場合、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタによる色ムラと同程度に抑えるためには、ダイクロイックフィルター１３，１６の分光特性により（図２及び図３を比較参照）、第１及び第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを、４５±１４度の範囲内に抑えればよいことになる。つまり、図２と図３との比較で理解されるように、長波長透過タイプのダイクロイックフィルタにおける入射角の振れによるシフト感度は、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターのそれよりも小さい。このため、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用している本実施の形態において、上記入射角の振れを４５±１４度の範囲に抑えれば、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用した場合には、振れを４５±７度に抑えた場合と略同様の色ムラに抑えられることになる。
【００４３】
オプティカルインテグレータを使用した場合には、上記の通り入射角の振れを小さく抑えることが困難であるため、オプティカルインテグレータを使用していない場合と同様に、入射角の振れを４５±７度に抑えることはきわめて難しい。従って、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用した場合には、色ムラを十分効果的に防止することは困難である。しかし、本実施の形態のように全てのダイクロイックフィルターを長波長透過タイプで構成すると、入射角の振れを４５±１４度まで許容してもなおオプティカルインテグレータを使用しない場合と同程度の色ムラに抑えることが可能となる。
【００４４】
第１又は第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを求めるための説明図を図５に示す。液晶パネル１０，１１，１２の各々には、対角線の長さが１インチとなる長方形状の液晶パネルが使用される。但し、その液晶パネルの表示面の比については、短辺：長辺：対角線＝３：４：５であるとする。これより、θ１を求めると５度（≒ｔａｎ−１｛（２６．４１６／２）／１５０｝）となる。このため、投影レンズ２４による入射角の振れθ２は、９度以下（＜１４−５）でなければならない。従って、投影レンズ２４のＦ値は３（≒（１／２）／ｔａｎ（９°））となる。なお、投影レンズ２４がＦ＝３であれば、設計等の容易さと効率の最適化を考えると、照明系もＦ＝３に設定するのが望ましい。
【００４５】
【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、色度の不均一性が大幅に低減された高品質な画像をスクリーンに拡大投影することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、オプティカルインテグレータを使用しても、それを使用しない液晶プロジェクタと同様の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図２】短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図である。
【図３】長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の第１又は第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを求めるための説明図である。
【図６】従来の液晶プロジェクタの構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 放物面鏡
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
１３，１３ａ，１６，１６ａ ダイクロイックフィルター
１４，１４ａ，２０，２０ａ，２１，２１ａ 全反射ミラー
１５，１５ａ，１７，１７ａ，２２，２２ａ フィールドレンズ
１８，１８ａ，１９，１９ａ 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
２５ ダイクロイックプリズム
２５ａ 直角プリズム
２５ｂ 第１のダイクロイックミラー部
２５ｃ 第２のダイクロイックミラー部
Claims (2)
- 照明光源からの照明光の照射路中に第１及び第２のダイクロイックフィルターを、この順に介在させることで前記照明光を波長の異なる第１、第２及び第３原色光に色分離し、この色分離された第１、第２及び第３原色光をそれぞれ対応する液晶パネルに導光して照射し、各液晶パネルからの各色の光学画像を合成した後、投影レンズでスクリーン上に投写するようにしたオプティカルインテグレータと偏光変換光学系を用いた液晶プロジェクタにおいて、前記第１、第２及び第３原色光は、この順で短波長側からの波長成分を有し、Ｆナンバー３より明るいナンバーを有する投影レンズを使用し、前記オプティカルインテグレータは、前記照明光源からの照明光が入射される二次元状に配列された複数のレンズを有する第１及び第２のレンズアレイからなり、前記偏光変換光学系は前記第１のレンズアレイにより分割された複数の光束を互いに偏光方向が直交する方向にそれぞれ分離する偏光分離面及び前記分離された一方の偏光光束を他方の偏光光束と平行な方向に反射する前記偏光分離面に対向する反射面を有する偏光変換光学系の分離部と、前記第１のダイクロイックフィルターへ単一成分から成る単一の偏光面を持つ偏光状態で射出すべく前記分離された偏光光束の一方の光路でかつ前記第１のレンズアレイにより集光された小光源の位置に配置された半波長板とを備え、かつ前記第１のダイクロイックフィルターは、前記第２及び第３原色光を通過させ、前記第２のダイクロイックフィルターは、前記第３原色光を通過させるものであること、を特徴とする液晶プロジェクタ。
- 色分離された前記第３原色光は、リレー光学系を介して対応する液晶パネルに導光されることを特徴とする請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP29084596A JP3550261B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 液晶プロジェクタ |
| US08/958,826 US6155685A (en) | 1996-10-31 | 1997-10-28 | Projector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29084596A JP3550261B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 液晶プロジェクタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10133305A JPH10133305A (ja) | 1998-05-22 |
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ID=17761234
Family Applications (1)
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| JP29084596A Expired - Fee Related JP3550261B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 液晶プロジェクタ |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3550261B2 (ja) |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP29084596A patent/JP3550261B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH10133305A (ja) | 1998-05-22 |
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