JP4056435B2 - プロジェクタ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタ装置に関し、特にカラー画像に色ムラが発生するのを防止したプロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、映像表示装置に液晶パネル（ＬＣＤ）を使用したプロジェクタ装置がある。このプロジェクタ装置では、その光学系が、図４の構成図に示すものがある。このプロジェクタ装置は、図４のように、超高圧水銀灯を用いた光源１に、反射鏡２が備え付けられている。
【０００３】
インテグレータ３ａ，３ｂは、多数のレンズエレメントを組み合わせたものであり、これを照明系に組み込むことにより液晶パネルに照射されたときに照明光束の照度を均一にする機能を持っている。偏光変換部４は、短冊状に偏光変換素子から成り、さらにフィールドレンズ７、コンデンサーレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが配置され、液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂへ有効に照明光を照射する働きをもつ。また、ダイクロイックミラー６，７はＲ、Ｇ、Ｂに色分離する役目があり、クロスダイクロイックプリズム１４は色分離された各色の液晶パネルを透過した光を再び合成する役目を持っている。
【０００４】
このダイクロイックプリズム１４は、４個の直角プリズムを接合してなり、その直交する２つの接合面には、各々赤色光反射ミラーおよび青色光反射ミラーとしての分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されており、赤，緑、青の３原色光を白色光の１本の光束に合成することが可能である。また、投写レンズ１５は、合成された３原色光を所定の距離に配されたスクリーン上に投射し、このスクリーン上にフルカラー画像を拡大投影することができるように構成されている。
【０００５】
一方、リレー光路には、リレーレンズ１０の後にミラー１１ｘが配置されている。投写レンズ１５は、液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ上に表示された画像をスクリーン１６に拡大投影するものであり、投影画像のピント調整を行うためのフォーカス調整機能が付いている。画面の大きさを投写距離を変えずに変化させるためのズーム機能を加えてもよい。
【０００６】
次に、このプロジェクタ動作について説明する。図４に示すように、光源１から出射された光は、反射鏡１ａにより反射される。反射された光は、平行光となってミラー２を介してインテグレータ３に入射する。このインテグレータ３は、液晶パネル１３に照射されたときに照明光束の照度を均一にする働きをもつ。インテグレータ３を透過した光は、偏光変換部４で偏光方向が統一される。
【０００７】
フィールドレンズ５を透過した光は、コンデンサーレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂへと集光される。その間、ダイクロイックミラー６により白色光は赤色光が分光され、ダイクロイックミラー７によって緑色光が分光される。最後に残るのは青色光である。それぞれ分光された赤色光、緑色光、青色光は、対応する液晶パネル１３を照射する。
【０００８】
また、２つの照明光は最終的に液晶パネル１３上で合成されるようになっている。各色の液晶パネル１３では、入力映像信号に応じて透過、遮蔽状態によって映像を表示し、クロスダイクロイックプリズム１４にて色合成される。合成された光は、投写レンズ１５により拡大され、スクリ−ン１６へと像を結ぶ。
【０００９】
また、図５は他の従来例に係る液晶ビデオプロジェクタを示す概略図で、光学系内に偶数個のリレーレンズを配することにより、リレーレンズによる照明光像の上下左右の反転が元に戻るようにしたものてある。この液晶ビデオプロジェクタは、光源１ｂと、３原色光を分離する第１および第２のダイクロイックミラー６ａ，７ａと、第１，第２および第３の全反射ミラー８，９，１１ｘと、３つの液晶表示パネル１２Ｒ（赤色光用），１２Ｇ（緑色光用），１２Ｂ（青色光用）と、３原色光を合成するダイクロイックプリズム１４と、投写レンズ１５ａとを備えている。
【００１０】
第２のダイクロイックミラー６ａは緑色光／赤色光反射ミラーであり、また第１のダイクロイックミラー７ａは緑色光反射ミラーであって、各々ガラス基板上に所定の原色光をミラーとして反射する分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されている。また、３つの液晶表示パネル１３は各々ツイステッド・ネマティック（ＴＮ）型液晶表示素子からなり、図示されない液晶ドライバからの対応する映像信号に応じて映像を表示し、入射され各原色光を輝度変調する。また、この液晶ビデオプロジェクタでは、図５のように各光学部材が一平面上に配設されている。
【００１１】
また、赤色光用の系中には２つのリレーレンズ１２１，１２２が配されており、第１のリレーレンズ１２１の前段と第２のリレーレンズ１２２の後段には各々１つのフィールドレンズ１２３，１２Ｒが、また各リレーレンズ１２１，１２２の間には２つのフィールドレンズ１２４，１２５が配されている。さらに、第１のダイクロックミラー７ａと緑色光用液晶表示パネル１３Ｇおよび第３の全反射ミラー８と青色光用液晶表示パネル１３Ｂの間には各々フィールドレンズ１２Ｇ，１２Ｂが配されている。
【００１２】
このような構成の液晶ビデオプロジェクタの動作を説明する。光源１ｂから出力された光（白色光）は第２のダイクロイックミラー６ａにより青色光Ｂとその余の原色光に分離される。この第２のダイクロイックミラー６ａは上述したように緑色光Ｇおよび赤色光Ｒを反射する分光特性を有するダイクロイックミラーであって、照明光に対して青色光Ｂ以外の原色光を左直角方向に反射する。この第２のダイクロイックミラー６ａを通過した青色光Ｂは第３の全反射ミラー８により直角反射されて青色光用液晶表示パネル１３Ｂに導かれる。
【００１３】
一方、第２のダイクロイックミラー６ａにより左方向に直角反射された青色光Ｂ以外の原色光は、第１のダイクロイックミラー７ａにより緑色光Ｇと赤色光Ｒに分離される。この第１のダイクロイックミラー７ａは、上述したように緑色光Ｇを反射する分光特性を有し、また青色光Ｂ以外の原色光に対してその入射角が４５°となるように配されているので、緑色光Ｇを直角反射し、赤色光Ｒを透過する。
【００１４】
第１のダイクロイックミラー７ａにより反射された緑色光Ｇは緑色光用液晶表示パネル１３Ｇに導かれる。また、第１の全反射ミラー９は第１のダイクロイックミラー７ａから透過された赤色光Ｒを入射角４５°で入射せしめて直角方向に反射するように、また、第２の全反射ミラー１１ｘは第１の全反射ミラー９で反射された赤色光Ｒを入射角４５°で入射せしめて、直角方向である赤色光用液晶表示パネル１３Ｒの方向に反射するように配されている。
【００１５】
このようにして、対応する液晶表示パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに入射した各原色光Ｒ，Ｇ，Ｂは、これらの液晶表示パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂにおいて、各原色光Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する映像信号により輝度変調され、この後ダイクロイックプリズム１４において１本に合成され、投写レンズ１５により拡大されて所定のスクリーン１６上に投射される。これにより、各液晶表示パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに表示された映像はスクリーン１６上にフルカラー画像として投影される。
【００１６】
この従来例においては、赤色光Ｒ用の系内に２つのリレーレンズ１２１，１２２を挿入している。すなわち、光源１ｂの光像は第１のリレーレンズ１２１により、２つのリレーレンズ１２１，１２２の間の位置において一旦結像され、次に第２のリレーレンズ１２２により、赤色光用液晶表示パネル１３Ｒ上に再度結像される。そして、光源１ｂの光像は第１のリレーレンズ１２１によって上下左右が一旦反転されるが、第２のリレーレンズ１２２によって上下左右が再度反転されることとなり、元の光像と上下左右の配置が同一の光像が赤色光用液晶表示パネル１３Ｒ上に形成されることとなる（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１０−２０６８１５号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、リレー光路には、リレーレンズ１０の後にミラー１１ｘが配置されており、リレー光路に垂直にミラー１１ｘを挿入する方法がとられているが、リレー光路の照明光は、リレーレンズ１０によって上下左右反転されたままであり、強度分布に差がでてしまう。その結果、スクリーン１５上では、色むらとなって現れてしまう問題がある。
【００１９】
また、将来的に高輝度化を考えると照明光のＦナンバーが大きくなることが考えられ、ダイクロイックミラー６，７による入射角度依存の影響で色むらが発生する恐れがある。光軸に対して左右方向はダイクロイックミラー６，７のウェッジで補正できるが、上下方向の補正は難しい。
【００２０】
さらに、他の従来例では、リレー光路内で再度照明光を反転させるために、複数のレンズ１２１，１２２が挿入されているが、リレー光路が極端に長くなり光学エンジンのサイズが大きくなってしまうという問題がある。
【００２１】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、カラー画像に色ムラが発生するのを防止し、三色合成したときに生じる照明光の不均一差を改善すると共に、光学エンジンのサイズが大きくならないようにしたプロジェクタ装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は、光源からの光を２つのダイクロイックミラーにより３つの色光に分解し、これらの各色光を３つの液晶表示パネルに導き入力信号を用いて輝度変調させ、ダイクロイックプリズムにより合成し、この合成光を拡大投射するプロジェクタ装置であって、前記２つのダイクロイックミラーにはウエッジ補正がなされており、リレーレンズ、全反射ミラー、及び組合せミラーを有するリレー光路を備え、各色光のうち前記ダイクロイックミラーを透過した色光はリレーレンズ、全反射ミラー、組合せミラーの順にリレー光路を通過し、組合せミラーは所定の接合線部によって互いに直交するように接合された２枚のミラーを備え、前記接合線部が前記組合せミラーへ入射する色光に対して４５°傾斜するように配置され、光源の光像の上下を反転させることを特微とする。
【００２３】
本発明において、前記組合せミラーが、互いに直交させて接合形成された２枚のミラーからなり、前記２枚のミラーの接合線は入射光に対して４５°傾斜していることができ、また、前記組合せミラーは前記リレーレンズの後に配置されていることができる。
【００２４】
本発明の構成によれば、光源からの光は、ダイクロイックミラーによって複数の色光に色分離された後、各色の光路を通ることになり、リレー光路では、一旦結像された光がリレーレンズによって上下左右反転されるが、組合せミラーによって上下方向が再度反転され液晶パネルを照射するので、リレー光路の照明光の強度分布が他色の照明光と反転することによる発生する上下方向の不均一さを改善することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態のプロジェクタの構成を示す概略構成図である。本実施形態のプロジェクタは、光源１に反射鏡２が備え付けられている。ここで、光源１としては超高圧水銀灯を用いている。光源１としては、この他にメタルハロイドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の光源を使用することができる。反射鏡２は放物面鏡である。
【００２６】
インテグレータ３ａ・３ｂは、多数のレンズエレメントを組み合わせたものであり、これを照明系に組み込むことにより、液晶パネル１３が照射されたときに照明光束の照度を均一にする機能を持っている。偏光変換部４は、短冊状に偏光変換素子から成り立っている。さらにフィールドレンズ７、コンデンサレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが配置され、液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂへ有効に照明光を照射する働きをもつ。また、ダイクロイックミラー６，７はＲ、Ｇ、Ｂに色分離する役目があり、クロスダイクロイックプリズム１４は色分離された各色の液晶パネル１３を透過した光を再び合成する役目を持っている。
【００２７】
一方，リレー光路には、リレーレンズ１０の後に組合せミラー１１を配置している。このミラー１１は、図２（ａ）（ｂ）の斜視図および側面図に示すように、２枚のミラー１１ａ，１１ｂを組み合わせた構成をしている。すなわち、２枚のミラー１１ａ，１１ｂは互いに直交して接合されている。従って、図２のように、上のミラー１１ａに入射した光はミラー１１ａの反射点１１ｃで反射し、この反射光は、下のミラー１１ｂに入射し、ミラー１１ｂの反射点１１ｄで反射する。
従って、２枚のミラー１１ａ，１１ｂの接合線と直交する方向で反転した光がさらに反転され、入射光がそのまま戻ったものと同等になる。
【００２８】
この場合、図３（ａ）のように、下のミラー１１ｂに入射した光はミラー１１ｂで反射して、上のミラー１１ａに入射し、ミラー１１ａで反射した光は、ミラー１１ｂに入射した光と逆向きに出射する。また、図３（ｂ）のように、上のミラー１１ａに入射し、ミラー１１ａで反射した光は、下のミラー１１ｂに入射し、ミラー１１ｂで反射した光は、ミラー１１ａに入射した光と逆向きに出射する。
従って、図３（ｂ）において、組合せミラー１１のミラー接合線部分を入射光に対して４５°傾斜させると、図２（ｂ）のように、その傾斜方向に９０°傾いた光が出射される。図１では、組合せミラー１１をこのように使用している。
【００２９】
投写レンズ１５は、液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ上に表示された画像をスクリーン１６に拡大投影するものであり、投影画像のピント調整を行うためのフォーカス調整機能が付いている。画面の大きさを投写距離を変えずに変化させるためのズーム機能を加えてもよい。
【００３０】
次に、本実施形態の動作について説明する。図１に示すように、光源１から出射された光は、反射鏡２により反射される。反射された光は、平行光となってインテグレータ３に入射する。このインテグレータ３は、液晶パネル１３に照射されたときに照明光束の照度を均一にする働きをもつ。インテグレータ３を透過した光は、偏光変換部４で偏光方向が統一される。
【００３１】
フィールドレンズ５を透過した光は、コンデンサレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂへと集光される。その間、ダイクロイックミラー６により白色光は赤色光が分光され、ダイクロイックミラー７によって緑色光が分光される。
【００３２】
最後に残るのは青色光である。それぞれ分光された赤色光、緑色光、青色光は、対応する液晶パネルを照射する。また、２つの照明光は最終的に液晶パネル１３上で合成されるようになっている。各色の液晶パネル１３では、入力映像信号に応じて透過、遮蔽状態によって映像を表示し、クロスダイクロイックプリズム１４にて色合成される。合成された光は、投写レンズ１５により拡大され、スクリ−ン１６へと像を結ぶ。
【００３３】
ここで、本実施形態においては、青色用系内にリレーレンズ１０を挿入している。つまり、光源１の光はリレーレンズ１０の近傍で一旦結像され、像が左右反転される。その後組合せミラー１１によって上下方向に再度反転されることになる。
【００３４】
本発明の他の実施例として、図１の構成では、青色Ｂをリレー光路としたが、同様に赤色Ｒをリレー光路とし、同様に組合せミラー１１を挿入することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、第一に、青色光路の照明光を緑、赤色の照明光と上下方向に合わせることにより、三色合成したときに生じる照明光の不均一差を改善することが出来る効果がある。
【００３６】
また、第二に、リレー光路内で再度照明光を反転させるには、さらに複数のレンズを挿入する方法もあるが、リレー光路が極端に長くなり光学エンジンのサイズが大きくなってしまうが、本発明では、組合せミラーを挿入するだけで光学エンジンのサイズを大きくする必要がないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するプロジェクタ装置のブロック図。
【図２】（ａ）（ｂ）は図１に用いられる組合せミラー１１の一部分の斜視図およびその光路図。
【図３】（ａ）（ｂ）は図２の組合せミラー１１の光路の動作を説明する断面図。
【図４】従来例のプロジェクタ装置の構成図。
【図５】他の従来例のプロジェクタ装置の構成図。
【符号の説明】
１ 光源
１ａ 反射鏡
２，８，９，１１ａ，１１ｂ，１１ｘ ミラー
３ａ，３ｂ インテグレータ
４ 偏光変換部
５，１２３〜１２５ フィールドレンズ
６，７ ダイクロイックミラー
１０，１２１，１２２ リレーレンズ
１１ 組合せミラー
１１ｃ、１１ｄ 反射点
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ コンデンサレンズ
１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ 液晶パネル
１４ ダイクロイックプリズム
１５ 投写レンズ
１６ スクリーン

Claims (1)

1. 光源からの光を２つのダイクロイックミラーにより３つの色光に分解し、これらの各色光を３つの液晶表示パネルに導き入力信号を用いて輝度変調させ、ダイクロイックプリズムにより合成し、この合成光を拡大投射するプロジェクタ装置であって、
   前記２つのダイクロイックミラーはウエッジ補正がなされており、
   リレーレンズ、全反射ミラー、及び組合せミラーを有するリレー光路を備え、
   前記各色光のうち前記ダイクロイックミラーを透過した色光は、前記リレーレンズ、前記全反射ミラー、前記組合せミラーの順に前記リレー光路を通過し、
   前記組合せミラーは、所定の接合線部によって互いに直交するように接合された２枚のミラーを備え、前記接合線部が前記組合せミラーへ入射する色光に対して４５°傾斜するように配置され、前記光源の光像の上下を反転させることを特微とするプロジェクタ装置。

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