JP2001255605A

JP2001255605A - プロジェクタ

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Publication number: JP2001255605A
Application number: JP2000063519A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: JP3337022B2

Abstract

(57)【要約】【課題】明るさや色バランス等の光学特性を所望の状
態にすることが容易であり、かつ高価なレンズを用いる
必要がなく低コスト化を図り易いプロジェクタを提供す
ること。【解決手段】光源１０、色分離光学系３０、光変調光
学系５０、色合成光学系７０を備えたプロジェクタにお
いて、光変調光学系５０は、色分離光学系で分離された
３種類の色光のうちの１種類の色光を変調する単色変調
電気光学装置５１と、他の２種類の色光を変調するマイ
クロレンズアレイが形成された２色変調電気光学装置６
１を備えている。２種類の色光を変調する画素の大きさ
を、単板式プロジェクタに使用される３色変調電気光学
装置よりも大きくできるので、電気光学装置から射出さ
れる光束の拡がり角を小さく抑えられ、明るい投写画像
を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から射出され
た光束を３種類の色光に分離する色分離光学系と、この
色分離光学系で分離された各色光を画像情報に応じて変
調し色光毎の光学像を形成する光変調光学系と、この光
変調光学系で形成された色光毎の光学像を合成する色合
成光学系と、を備えたプロジェクタに関する。

【０００２】

【背景技術】特開平４−６０５３８号公報に開示された
カラー液晶表示装置のように、マイクロレンズアレイを
具備した１つの液晶表示装置（電気光学装置）を特殊な
配置の３枚のダイクロイックミラー（色分離光学系）に
よって色分解した色光で照明する形態を有する単板式プ
ロジェクタが知られている（以下では、このような形態
のプロジェクタを空間色分離型プロジェクタと呼称す
る）。この形態のプロジェクタでは、１つの電気光学装
置でカラーの投写画像を形成できるのでプロジェクタの
小型化を図りやすく、一方、単板式であるにも係わらず
比較的明るい投写画像を実現できるという点で注目され
ている。

【０００３】このような空間色分離型プロジェクタの要
部を図９に示す。図９に示すように、空間色分離型プロ
ジェクタ１００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各
色光を反射する３枚のダイクロイックミラー１３１Ｒ、
１３１Ｇ、１３１Ｂを、光束の入射方向に対して互いに
異なる角度となるように配置し、３枚のダイクロイック
ミラー１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂにより分離された
各色光が互いに異なる方向から電気光学装置１５０に入
射するように構成される。例えば、電気光学装置１５０
に対して緑色光Ｇは入射角０度で、赤色光Ｒは入射角β
０で、青色光Ｂは入射角−β０で、入射するという具合
である。電気光学装置１５０には、図１０に示すよう
に、ＲＧＢの各色光に対応した長方形状の３つのサブ画
素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂが並置配列され、
これら３つのサブ画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１
Ｂに対して１つのマイクロレンズ１５３が形成されてい
る。マイクロレンズ１５３に対して異なる方向から入射
した各色光は、マイクロレンズ１５３により集光され、
対応する各サブ画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂ
に入射して色光毎に変調された後、投写レンズ１９０を
介して射出され、カラーの投写画像を形成する。

【０００４】ここで、空間色分離型プロジェクタ１００
では、１つの電気光学装置１５０の画像形成領域に、Ｒ
ＧＢの各色光を独立に変調するためのサブ画素電極１５
１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂを、３つ１組の単位で並置配
列する必要がある（この様な電気光学装置を３色変調液
晶パネルと呼称する）。そのため、３板式プロジェクタ
で使用される電気光学装置の画素と比較して、３色変調
液晶パネルのサブ画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１
Ｂの大きさは約１／３に微細化されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】レンズの集光作用によ
って光束を細く絞り込む場合、レンズに入射する光束の
平行性が高いほど、また、レンズの焦点距離が短いほ
ど、絞り込まれた光束の断面寸法（光束径）を小さくで
きる。逆に、レンズの焦点距離が長くなれば、必然的に
光束の断面寸法は大きくなってしまう。従って、空間色
分離型プロジェクタ１００において、電気光学装置１５
０における光利用効率を低下させることなく、その電気
光学装置１５０のサブ画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１
５１Ｂを微細化していく場合には、マイクロレンズ１５
３の焦点距離をより短くし、また、電気光学装置１５０
に入射する光束の平行性をより高めて、小さな寸法のサ
ブ画素を通過できるように、光束をより細く絞り込む必
要がある。しかしながら、この様な短焦点のマイクロレ
ンズ１５３を用いた場合には、集光後の光束の発散角α
０は非常に大きくなってしまう。

【０００６】さらに、空間色分離型プロジェクタ１００
では、色分離光学系で分離されたＲＧＢの各色光は電気
光学装置に対してある角度（入射角β０）を伴って異な
る方向から入射するため、結局、電気光学装置１５０か
らの光束は最大でα０＋β０の大きな角度で射出される
発散光となる。この様な大きな角度（α０＋β０）で射
出される色光を漏れなく投写レンズ１９０で集めて投写
画像を形成するためには、レンズのＦ値が小さく、か
つ、各色光の発散時の光束径を包含できる大口径の投写
レンズを使用することが必要となるが、このようなレン
ズは非常に高価であり、かつ、大型であるという問題が
ある。

【０００７】また、マイクロレンズ１５３の製法上の制
限からマイクロレンズ１５３の短焦点化には限界があ
り、よって、光束を細く絞り込むことにも限界がある。
従って、電気光学装置１５０のサブ画素電極１５１Ｒ、
１５１Ｇ、１５１Ｂを微細化していく場合には、サブ画
素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂとそこに入射する
光束の断面寸法との関係から、電気光学装置１５０にお
ける光利用効率が低下するという問題がある。

【０００８】さらに、サブ画素電極１５１Ｒ、１５１
Ｇ、１５１Ｂが小さくなるにしたがって、平行性の高い
照明光束が要求されるが、平行性が高い光束を得るため
には、点光源に近い短アーク長の光源ランプが必要とな
る。しかし、現存する短アーク長の光源ランプでは、高
出力化と長寿命化が難しく、また、赤色光或いは青色光
の強度が弱いという問題がある。

【０００９】さらにまた、電気光学装置１５０の画素
（サブ画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂ）が小さ
くなるにしたがって、光源１１０を含む照明光学系、投
写レンズ１９０等との間で高い相対位置精度を確保しな
ければ、明るさや色バランス等の光学特性を所望の状態
にすることが困難であるという問題がある。

【００１０】そこで、本発明の目的は、明るさや色バラ
ンス等の光学特性を所望の状態にすることが容易であ
り、かつ高価な投写レンズを用いることなく、光利用効
率に優れたプロジェクタを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係るプロジェクタは、光源と、この光源か
ら射出された光束を３種類の色光に分離する色分離光学
系と、この色分離光学系で分離された３種類の色光のう
ち、いずれか１種類の色光を変調する単色変調電気光学
装置と、他の２種類の色光を変調する２色変調電気光学
装置と、前記単色変調電気光学装置と前記２色変調電気
光学装置とによって変調された各色光を合成する色合成
光学系とを備えたプロジェクタであって、前記単色変調
電気光学装置と前記２色変調電気光学装置とは、一対の
基板と、これら一対の基板間に挟持された電気光学材料
と、一方の前記基板上に形成された複数の画素電極とを
備え、前記２色変調電気光学装置は、さらに前記色分離
光学系側の前記基板にマイクロレンズを備えていること
を特徴とする。

【００１２】ここで、色分離光学系としては、光源から
射出された光束を２種類の色光に分離する第１色分離光
学素子と、この第１色分離光学素子により分離された２
種類の色光のいずれか一方を、さらに２種類の色光に分
離する第２色分離光学素子とを備えた色分離光学系を採
用することができる。そして、第１および第２色分離光
学素子としては、ダイクロイックミラーまたはダイクロ
イックプリズムを採用することができる。

【００１３】また、色合成光学系としては、色分離光学
素子と同様に、ダイクロイックミラーまたはダイクロイ
ックプリズムを採用することができる。

【００１４】ダイクロイックミラーは比較的安価であり
軽量であるというメリットと、光合成面であるミラー面
に反りを生じ易く、また、ミラーの厚み分だけ光路がシ
フトするというディメリットを有する。一方、ダイクロ
イックプリズムは比較的高価であり重いというディメリ
ットと、光合成面に反りが生じたり光路シフトを生じる
ことがないというメリットを有する。そのため、高精度
の光束分離を必要としない色分離光学系にはダイクロイ
ックミラーを、高精度の光束合成を必要とする色合成光
学系にはダイクロイックプリズムを使用することが望ま
しい。

【００１５】このような本発明によれば、光変調光学系
が単色変調電気光学装置および２色変調電気光学装置を
含んで構成されているので、明るさや色バランス等の光
学特性を所望の状態にすることが容易であり、かつ高価
なレンズを用いる必要がなく低コスト化を図り易い。す
なわち、１つの電気光学装置で３色の色光を変調する場
合に比較して、２色変調電気光学装置の場合、画像形成
領域を構成する画素の寸法を大きくすることができる。
そして、画素が大きくなれば、前段に配置されるマイク
ロレンズの集光角を小さくすることができ、電気光学装
置から射出される光束の発散角を小さくすることができ
る。さらに、１つの電気光学装置に入射する色光が最大
で２色であるから、色分離光学系でこの２色の色光を分
離する際の分離角を小さくして２色変調電気光学装置に
対して小さな入射角で光束を入射させることができ、こ
れに伴い、２色変調電気光学装置から射出される光束の
発散角を一層小さくすることができる。また、２つの電
気光学装置でプロジェクタを構成できるので、３板式の
プロジェクタよりも低コスト化を図ることができる。

【００１６】以上において、単色変調電気光学装置は、
色分離光学系側の基板にマイクロレンズを備えているの
が好ましい。すなわち、単色変調電気光学装置の色分離
光学系側の基板にもマイクロレンズが設けられているの
で、該単色変調電気光学装置における光利用効率を向上
することができ、より明るく、色バランスに優れた投写
画像を実現することができる。

【００１７】また、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸とし、光の進行方向をＺ軸方向、色分離光学系
によって色光が分離される方向をＸ軸方向としたとき、
単色変調電気光学装置の画素電極の面積およびＸ軸方向
の寸法を、２色変調電気光学装置の前記画素電極の面積
およびＸ軸方向の寸法の略２倍に設定し、単色変調電気
光学装置の前記画素電極のＹ軸方向の寸法を、２色変調
電気光学装置の画素のＹ軸方向の寸法と略同一とするこ
とが考えられる。すなわち、単色変調電気光学装置およ
び２色変調電気光学装置のそれぞれの画素をこのように
設定すれば、各電気光学装置の画像形成領域を構成する
画素数は同じとなるので、単色変調電気光学装置の画素
電極の面積は２色変調電気光学装置のそれの略２倍とな
る。従って、光強度の弱い色光単色変調電気光学装置に
入射させる構成とすれば、明るさ、色バランスに優れた
投写画像を実現できる。

【００１８】一方、上記とは逆に、単色変調電気光学装
置の画素電極の面積およびＸ軸、Ｙ軸方向の寸法を、２
色変調電気光学装置の画素電極の面積およびＸ軸、Ｙ軸
方向の寸法と略同一とすることが考えられる。この場
合、単色変調電気光学装置で変調するのは、緑色光であ
るのが好ましい。

【００１９】すなわち、このようにすれば、単色変調電
気光学装置の画像形成領域の画素数は、２色変調電気光
学装置の各色光ごとの画素の画素数の略２倍となるの
で、単色変調電気光学装置で変調した色光の解像度を高
くすることができる。特に、観察者の解像度に対する感
覚は、緑色光の解像度に影響され易いので、単色変調電
気光学装置で緑色光を変調すれば、解像度の高い投写画
像であると観察者に意識させることができる。

【００２０】また、単色変調電気光学装置の画素電極の
面積が、２色変調電気光学装置の各色光ごとの画素の面
積と同じ場合、単色変調電気光学装置の画像形成領域内
における画素の配列と、２色変調電気光学装置の画像形
成領域内における画素の配列とは、１／２画素分ずれた
位置で対応させるのが好ましい。さらに、この１／２画
素分のずれは、Ｘ軸方向（色光が分離される方向）であ
ることがより好ましい。すなわち、このように１／２画
素分のずれを生じさせるので、両電気光学装置から射出
された光束が色合成光学系で合成されると、平面的に並
ぶ画素構造を目立たなくすることができ、投写画像の視
認性を向上できるうえ、高解像度を実現できる。また、
Ｘ軸方向（色光が分離される方向、電気光学装置におい
ては水平方向）でずらせば、人間の視特性から画素構造
を一層目立たなくすることができる。

【００２１】さらに、上述した単色変調電気光学装置で
緑色光を変調しない場合、赤色光或いは青色光を変調す
るのが好ましい。プロジェクタに使用される光源ランプ
には、赤色光、緑色光、青色光の強度比が理想状態にあ
るものは、残念ながら存在せず、例えば、超高圧水銀ラ
ンプや一部のメタルハライドランプでは赤色光が少な
く、逆に、ハロゲンランプやキセノンランプ及び一部の
メタルハライドランプでは青色光が少ないといった状況
である。従って、単色変調電気光学装置で光強度が理想
値よりも小さい色光を変調するように設定すれば、上記
のような光源ランプを使用しても、画素数、または画素
面積の大きい単色変調電気光学装置を用いて、光強度が
小さい色光を無駄なく利用することができるので、これ
により他の色光との強度バランスを取って色バランスに
優れた投写画像を実現できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。１．第１実施形態図１には、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの
構造を表す模式図が示されている。このプロジェクタ
は、光源１０、色分離光学系３０、光変調光学系５０、
色合成光学系７０、および投写光学系としての投写レン
ズ９０を備えている。光源１０から射出された光束は、
色分離光学系３０で３種類の色光に分離され、光変調光
学系５０により、各色光ごとに画像情報に応じた光学像
が形成され、それらの各光学像は、色合成光学系７０に
より合成され、投写レンズ９０によってスクリーン上に
カラー画像として拡大投写される。ここで、本実施形態
では、光束の進行方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向をＺ軸
方向に向かって３時の方向、Ｙ軸方向を１２時の方向と
する。

【００２３】尚、図１では図示を略したが、光源１０お
よび色分離光学系３０の間には、明るさが均一な投写画
像を形成するための均一照明光学系、さらに、光源から
の非偏光な光束を偏光方向が揃った偏光光束に変換する
ための偏光変換光学系などを配置しても良い。均一照明
光学系は、光源１０から射出された光束を複数の部分光
束に分割し、後述する単色変調液晶パネル５１および２
色変調液晶パネル６１の画像形成領域を均一な明るさで
照明するものであり、具体的には、レンズアレイやロッ
ドレンズ等を含んで構成することができる。偏光変換光
学系は、光源１０から射出された非偏光な光束を、偏光
方向が直交する２種類の偏光光束に空間的に分離し、一
方の偏光光束の偏光方向を回転して他方の偏光光束のそ
れと揃えて射出するものであり、偏光分離膜、反射膜、
および位相差板等を含んで構成することができる。

【００２４】前記光源１０は、放射状に光線を射出する
光源ランプ１１と、光源ランプ１１から放射された光線
を略平行化し、一方向に向けて射出する放物面リフレク
タ１２とを備えている。なお、放物面リフレクタに代え
て、楕円面リフレクタや球面リフレクタを使用すること
ができる。

【００２５】前記色分離光学系３０は、第１色分離光学
素子となるダイクロイックミラー３１Ｒと、第２色分離
光学素子となるダイクロイックミラー３１Ｇおよびダイ
クロイックミラー３１Ｂと、ダイクロイックミラー３１
Ｒを透過した色光の光路を後述する単色変調液晶パネル
５１に向けて折り曲げる折り返しミラー３３とを備えて
いる。

【００２６】３種類のダイクロイックミラー３１Ｒ、３
１Ｇ、３１Ｂは、特定の波長域の色光を透過或いは反射
させる波長選択性を備えたミラーであり、ガラス等の透
明基板上に誘電体多層膜を形成することにより実現され
る。すなわち、ダイクロイックミラー３１Ｒは赤色光Ｒ
を透過させ他の色光を反射させるミラーであり、ダイク
ロイックミラー３１Ｇは緑色光Ｇを反射させ他の色光を
反射させるミラーであり、ダイクロイックミラー３１Ｂ
は青色光Ｂを反射させ他の色光を反射させるミラーであ
る。光源１０から射出された光束は、ダイクロイックミ
ラー３１Ｒにより赤色光Ｒと、緑色光Ｇおよび青色光Ｂ
とに分離される。ダイクロイックミラー３１Ｒを透過し
た赤色光Ｒは、折り返しミラー３３で光路を略９０度曲
げられ、後述する単色変調液晶パネル５１に入射する。
ダイクロイックミラー３１Ｒで反射された緑色光Ｇおよ
び青色光Ｂは、ダイクロイックミラー３１Ｇで緑色光Ｇ
と青色光Ｂとに分離された後、緑色光Ｇは後述する２色
変調液晶パネル６１に直接入射し、青色光Ｂはダイクロ
イックミラー３１Ｂを経て同じ２色変調液晶パネル６１
に入射する。尚、ダイクロイックミラー３１Ｂでは色光
の分離を行う必要がないため、ダイクロイックミラー３
１Ｂに代えて一般的な反射ミラーを使用しても良い。

【００２７】ここで、２つのダイクロイックミラー３１
Ｇ、３１Ｂは、光源１０から射出された光束が互いに異
なる角度で入射するように配置される。具体的には、Ｚ
−Ｘ平面上で入射光束の中心軸に対して４５°をなすよ
うな仮想の軸Ｑを設定し、この軸を対称軸として２つの
ダイクロイックミラー３１Ｇ、３１Ｂが配置される。従
って、各ダイクロイックミラー３１Ｇ、３１Ｂで反射さ
れた緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、Ｚ−Ｘ平面上で僅かに
異なる２つの方向に分離されて射出される。

【００２８】次に、前記光変調光学系５０は、１種類の
色光を変調する単色変調電気光学装置である単色変調液
晶パネル５１と、２種類の色光を変調する２色変調電気
光学装置である２色変調液晶パネル６１とを備えてい
る。本実施形態では、単色変調液晶パネル５１では赤色
光Ｒを、２色変調液晶パネル６１では緑色光Ｇと青色光
Ｂを変調する設定としている。単色変調液晶パネル５１
は、入射した赤色光Ｒを図示されない外部からの画像情
報に基づいて光変調し、入射側とは反対側から変調光束
を射出する透過型の液晶パネルである。この単色変調液
晶パネル５１は、図２および図３に示すように、硝子等
で構成された２枚の透明な基板（対向基板５１１、ＴＦ
Ｔ基板５１２）の間にツイステッドネマチック（ＴＮ）
液晶５１３が封入されたものである。対向基板５１１に
は共通電極５１４および不要光を遮光するためのブラッ
クマトリクス５１５等が形成され、他方のＴＦＴ基板５
１２には画素電極５１６、スイッチング素子としての薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）５１７等が形成され、ＴＦＴ
５１７を介して画素電極５１６に電圧が印加されると、
共通電極５１４との間に挟まれた液晶５１３が駆動され
るという構成である。なお、ＴＦＴ基板５１２には、複
数の走査線５１８と複数のデータ線５１９が交差して配
置され、その交差部付近にＴＦＴ５１７がゲートを走査
線５１８、ソースをデータ線５１９、ドレインを画素電
極５１６に接続して配置される。そして、走査線５１８
には順次選択電圧が印加され、それに応じてオンしたＸ
軸方向の画素のＴＦＴ５１７を介して各画素の駆動電圧
が画素電極５１６に書き込まれる。ＴＦＴ５１７は非選
択電圧の印加によりオフとなり印加された駆動電圧を図
示されない蓄積容量等に保持する。単色変調液晶パネル
５１の開口部（ブラックマトリクス５１５の開口部）に
相当する領域に画素電極５１６は配置され、ＴＦＴ５１
７と画素電極５１６（必要に応じて画素電極に接続され
た蓄積容量）により各画素が構成される。なお、前記液
晶５１３はＴＮ型だけでなく、強誘電型や反強誘電型、
水平配向型や垂直配向型など種々用いることが可能であ
る。

【００２９】また、図３に示すように、対向基板５１１
の光入射側には、ダイクロイックミラー３１Ｒで分離さ
れた赤色光Ｒを、画素電極５１６に集光するためのマイ
クロレンズアレイ５３１が設けられている。マイクロレ
ンズアレイ５３１は、マトリックス状、モザイク状等に
構成された複数の単位マイクロレンズ５３１Ａを備えて
いる。単位マイクロレンズ５３１Ａは、エッチング等に
より硝子板上に形成され、マイクロレンズアレイが形成
された硝子板とは異なる屈折率を有する樹脂層（接着
剤）５３２を介して対向基板５１１に接着されている。
単位マイクロレンズ５３１Ａ（レンズの凸部または凹
部）のレンズピッチは、画素電極５１６の画素ピッチと
同じに設定される。そして、図２にも示すように、ＴＦ
Ｔ基板５１２の光射出側およびマイクロレンズアレイ５
３１の光入射側には、それぞれ、偏光板５４２、５４１
が設けられている。

【００３０】２色変調液晶パネル６１も上述した単色変
調液晶パネル５１と類似の構造を有し、図４および図５
に示すように、対向基板６１１、ＴＦＴ基板６１２、液
晶６１３、共通電極６１４、ブラックマトリクス６１
５、ＴＦＴ６１７、走査線６１８、およびデータ線６１
９を備えるが、サブ画素電極６１６Ｇ、６１６Ｂの寸法
形状が単色変調液晶パネル５１の画素電極５１６とは相
違する。すなわち、単色変調液晶パネル５１における１
つの画素電極５１６に対して、２色変調液晶パネル６１
では緑色光Ｇを変調するサブ画素電極６１６Ｇと青色光
Ｂを変調するサブ画素電極６１６Ｂの２つのサブ画素電
極が対になって対応する構成となっている。ここで、２
つのサブ画素電極６１６Ｇ、６１６Ｂが並ぶ方向は、Ｘ
軸方向であり、走査線６１８が並ぶ方向であり、ダイク
ロイックミラー３１Ｇ、３１Ｂで色光が方向分離される
方向である。従って、サブ画素電極６１６Ｇ、６１６Ｂ
のＹ軸方向の長さ寸法は、画素電極５１６と同じである
が、Ｘ軸方向の幅寸法は、画素電極５１６の幅寸法の略
１／２に設定されている。その結果、２色変調液晶パネ
ル６１の総画素数は、単色変調液晶パネル５１の総画素
数の２倍となっている。

【００３１】また、図５に示すように、このような２色
変調液晶パネル６１の対向基板６１１の光入射側にも、
単色変調液晶パネル５１と同様に、複数の単位マイクロ
レンズ６３１Ａから構成されるマイクロレンズアレイ６
３１が樹脂層６３２を介して配置されている。但し、単
色変調液晶パネル５１の場合とは異なり、Ｘ軸方向に並
ぶ一対のサブ画素電極６１６Ｂ、６１６Ｇに対して１つ
の単位マイクロレンズ６３１Ａが対応するように構成さ
れている。従って、単位マイクロレンズ６３１ＡのＸ軸
方向の幅寸法はサブ画素電極６１６Ｂの幅寸法とサブ画
素電極６１６Ｇの幅寸法の和に等しく、Ｙ軸方向の長さ
寸法はサブ画素電極６１６Ｂ、６１６Ｇのそれと等し
い。尚、マイクロレンズアレイの光入射側およびＴＦＴ
基板６１２の光射出側には、偏光板６４２、６４１が設
けられている。

【００３２】図１及び図５に示すように、第１色分離光
学素子となるダイクロイックミラー３１Ｒで分離された
緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、第２色分離光学素子を構成
するダイクロイックミラー３１Ｇ、３１Ｂで反射した
後、マイクロレンズアレイ６３１の各単位マイクロレン
ズ６３１Ａに異なる角度で入射する。この各単位マイク
ロレンズ６３１Ａに入射した緑色光Ｇおよび青色光Ｂ
は、それぞれ異なる角度で単位マイクロレンズ６３１Ａ
から射出され、Ｘ軸方向に並ぶ一対のサブ画素電極６１
６Ｂ、６１６Ｇの近傍に、色光毎に分かれてそれぞれ集
光される。そして、緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、それぞ
れのサブ画素電極６１６Ｂ、６１６Ｇにより変調された
後、２色変調液晶パネル６１の光束入射端面と直交する
方向（画像形成領域６１Ａの法線方向、Ｚ軸方向）に対
して互いに対称な角度で射出される。

【００３３】このような単色変調液晶パネル５１および
２色変調液晶パネル６１において、図６に示すように、
画素電極５１６を複数配置して構成される単色変調液晶
パネル５１の画像形成領域５１Ａと、サブ画素電極６１
６Ｂ、６１６Ｇを複数配置して構成される２色変調液晶
パネル６１の画像形成領域６１Ａとは、同一形状、同一
面積に設定されている。そして、上述したように、画素
電極５１６は、サブ画素電極６１６Ｂとサブ画素電極６
１６Ｇの２つを一対とした単位と対応している。さら
に、画像形成領域６１Ａは、列毎に２種類のサブ画素電
極６１６Ｂ、６１６Ｇの配列が入れ替えられていて、例
えば、青色光Ｂが入射するサブ画素電極６１６Ｂと隣り
合う上下、左右の位置には、緑色光Ｇが入射するサブ画
素電極６１６Ｇが配置される構成となっている。

【００３４】前記色合成光学系７０は、図１に示すよう
に、ダイクロイックプリズム７１を備え、単色変調液晶
パネル５１および２色変調液晶パネル６１から射出され
た変調後の３種類の色光を合成してカラー画像を形成す
る。このダイクロイックプリズム７１は立方体形状をな
し、赤色光Ｒを透過し、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを反射さ
せる誘電体多層膜７１１が平面視正方形の対角線部分に
形成されている。そして、色合成光学系７０で合成され
たカラー画像は、投写レンズ９０から射出され、スクリ
ーン上に拡大投写される。尚、ダイクロイックプリズム
７１に代えてダイクロイックミラーを使用しても色合成
光学系７０を構成することは可能である。但し、板状の
ダイクロイックミラーを使用した場合には、光束合成面
であるミラーに反りが発生しやすく、その結果、投写画
像に歪みを生じやすいという問題がある。従って、光束
合成面に反りを発生し難いダイクロイックプリズム７１
を用いて色合成光学系７０を構成した方が、高品位の投
写画像を形成できるという点で優れている。

【００３５】このような第１実施形態によれば、以下の
ような効果がある。光変調光学系５０が単色変調液晶パ
ネル５１および２色変調液晶パネル６１を含んで構成さ
れているので、明るさや色バランス等の光学特性を所望
の状態にすることが容易であり、かつ投写レンズ９０と
して高価なレンズを用いる必要がなく低コスト化を図り
易い。すなわち、電気光学装置の大きさが同じであれ
ば、従来の３色変調液晶パネルと比較して、２色変調液
晶パネル６１を使用した場合には、サブ画素電極６１６
Ｇ、６１６ＢのＸ軸方向（入射する色光が方向分離され
る方向）の寸法を大きくすることができる。そして、サ
ブ画素電極６１６Ｇ、６１６Ｂが大きくなれば、前段に
配置される単位マイクロレンズ６３１Ａの焦点距離を相
対的に長めに設定できるので、マイクロレンズによる集
光角を小さくすることができ、２色変調液晶パネル６１
から射出される光束の発散角α１を小さくすることがで
きる（α１＜α０）。さらに、従来の３色変調液晶パネ
ルに対して、２色変調液晶パネル６１に入射する色光は
２種類であるから、色分離光学系３０の第２色分離光学
素子で方向分離され、２色変調液晶パネル６１に異なる
方向から入射する各色光の入射角度β１も小さくするこ
とができる（β１＜β０）。従って、従来の３色変調液
晶パネルを用いた空間色分離型プロジェクタに対して、
本発明の２色変調液晶パネルを用いた空間色分離型プロ
ジェクタでは、光変調光学系から射出される発散光の発
散角を小さくできる（α１＋β１＜α０＋β０）ので、
光変調光学系（電気光学装置）を高精細化していく場合
にも、Ｆナンバーが小さく大口径で高価な投写レンズを
用いることなく、光利用効率を低下させずに、明るく色
バランスに優れたカラー画像を投写表示することができ
る。逆に、２色変調液晶パネル６１から射出される発散
光の発散角（α１＋β１）を３色変調液晶パネルの場合
と同じに設定すれば、マイクロレンズの焦点距離をより
短くしてサブ画素電極６１６Ｂ、６１６Ｇに入射する光
束の径をより小さくすることができるため、サブ画素電
極への色光の入射効率を高められると共に、隣接する他
のサブ画素電極に不要な色光が入射することによって生
じる混色の発生を防止して、色表現性に優れたカラー画
像を投写表示することができる。

【００３６】また、３色変調液晶パネルに比べて、２色
変調液晶パネルではサブ画素電極６１６Ｇ、６１６Ｂの
寸法が大きいため、光源を含む照明光学系、投写レンズ
等との間で高い相対位置精度を確保する必要性が低く、
その分プロジェクタの製造が容易となる。また、本発明
の空間色分離型プロジェクタでは、２つの液晶パネル５
１、６１でプロジェクタを構成できるので、３板式のプ
ロジェクタよりも低コスト化と小型化を図ることができ
る。

【００３７】さらに、単色変調液晶パネル５１の画素電
極５１６の面積が、２色変調液晶パネル６１のサブ画素
電極６１６Ｇ、６１６Ｂの面積の略２倍に設定されてい
るので、各液晶パネル５１、６１の画像形成領域５１
Ａ、６１Ａを構成する画素数を同じにすることができ、
明るさ、色バランスに優れた投写画像を実現できる。

【００３８】さらに、１画素あたりの面積が大きい単色
変調液晶パネル５１で赤色光Ｒを変調しているので、赤
色光Ｒの強度が相対的に小さい短アーク長の光源ランプ
（例えば、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ）
を光源に使用した場合においても、赤色光Ｒを無駄なく
利用することができる。これにより他の色光との間で強
度のバランスを取り易くなり、光利用効率を低下させる
ことなく色バランスに優れた投写画像を実現することが
できる。

【００３９】さらに、単色変調液晶パネル５１の画像形
成領域５１Ａの光入射側に各画素電極５１６に対応する
単位マイクロレンズ５３１Ａが配置されているので、赤
色光Ｒの光利用効率を一層向上させることができ、より
明るく、色バランスに優れた投写画像を実現することが
できる。

【００４０】さらに、色分離光学系３０としてダイクロ
イックミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを採用しているの
で、プロジェクタの軽量化および低コスト化を図り易
い。尚、ダイクロイックミラーの使用においては、ミラ
ーの反りによる光路シフトを生じ易いという問題がある
が、色分離光学系３０は、光源１０を含む照明系側に配
置されるので、高精度性は要求されず問題とはならな
い。さらに、色合成光学系７０としてダイクロイックプ
リズム７１を採用しているので、誘電体多層膜７１１に
反りが発生することもなく、また、ダイクロイックミラ
ーのように光路シフトを生じることもないので、画像合
成を高精度に行うことができ、高品位な投写画像を表示
できる。

【００４１】２．第２実施形態次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、以
下の説明では、既に説明した部分と同一の部分について
は、同一符号を付してその説明を省略または簡略化す
る。前記第１実施形態では、単色変調液晶パネル５１の
総画素数は２色変調液晶パネル６１の総画素数の１／２
に、従って、単色変調液晶パネル５１の画素電極５１６
の面積は、２色変調液晶パネル６１のサブ画素電極６１
６Ｂ、６１６Ｒの面積の略２倍に設定されていた。

【００４２】これに対して、本実施形態では、図７およ
び図８に示すように、単色変調液晶パネル８１の総画素
数は２色変調液晶パネル６１の総画素数と等しく、従っ
て、単色変調液晶パネル８１の画素電極８１６の面積及
び形状寸法は、２色変調液晶パネル６１のサブ画素電極
６１６Ｂ、６１６Ｒの面積及び形状寸法と略同一に設定
されている点が相違する。また、前記第１実施形態で
は、単色変調液晶パネル５１は赤色光Ｒを変調していた
が、本実施形態では、単色変調液晶パネル８１は緑色光
Ｇを変調する点が相違する。尚、２色変調液晶パネル６
１は、前記第１実施形態と同様の構造であるが、第１実
施形態とは異なる青色光Ｂ、赤色光Ｒを変調するため、
サブ画素電極の符号のみ、色光に応じた６１６Ｂ、６１
６Ｒという符号を使用し、他の部分については、第１実
施形態と同様の符号を用いた（図８参照）。

【００４３】本実施形態に係るプロジェクタは、基本的
構造を第１実施形態に係るプロジェクタと同一とし（図
１参照）、第１色分離光学素子として赤色光Ｒを透過す
るダイクロイックミラー３１Ｒを、緑色光Ｇを透過する
ダイクロイックミラーに変更し、第２色分離光学素子を
構成するダイクロイックミラー３１Ｇを赤色光Ｒを反射
するダイクロイックミラーに変更したものである。

【００４４】本実施形態に係る単色変調液晶パネル８１
は、図７に示すように、画素電極８１６が第１実施形態
における画素電極５１６の略半分の幅寸法（長さ寸法は
同じ、図３参照）とされ、これに伴い、単色変調液晶パ
ネル８１の対向基板５１１の光入射側に設けられるマイ
クロレンズアレイ８３１の単位マイクロレンズ８３１Ａ
の大きさも変更されている。すなわち、単位マイクロレ
ンズ８３１ＡのＸ軸方向及びＹ軸方向におけるレンズピ
ッチは、画素電極８１６の対応する方向における画素電
極８１６のピッチに等しくなるように設定されている。

【００４５】このような本実施形態において、図８に示
すように、単色変調液晶パネル８１および２色変調液晶
パネル６１は、同一の面積の画像形成領域６１Ａ、８１
Ａを有するため、単色変調液晶パネル８１で緑色光Ｇを
変調する画素の数は、２色変調液晶パネル６１で赤色光
Ｒまたは青色光Ｂを変調する画素の数の２倍となる。そ
して、単色変調液晶パネル８１の各画素電極８１６およ
び２色変調液晶パネル６１のサブ画素電極６１６Ｂ、６
１６Ｒの対応は、図８に示すように、Ｘ軸方向に１／２
画素分のずれが生じるように設定されている。

【００４６】このような第２実施形態によれば、前記第
１実施形態で述べた効果の他に、以下のような効果があ
る。すなわち、人間の視覚特性上、観察者の解像度に対
する感覚は緑色光Ｇの解像度に影響され易いことを考慮
すると、本実施形態のプロジェクタでは、単色変調液晶
パネル８１で変調される緑色光Ｇの解像度が、２色変調
液晶パネル６１で変調される赤色光Ｒまたは青色光Ｂの
解像度の２倍となっていることから、より高解像度の投
写画像を表示することができる。

【００４７】また、２色変調液晶パネル６１の画像形成
領域６１Ａの画素配列と、単色変調液晶パネル８１の画
像形成領域８１Ａの画素配列とを、Ｘ軸方向（走査線が
並ぶ方向、色光が分離される方向）に１／２画素分ずれ
た位置で対応させているので、両液晶パネル６１、８１
から射出された光束を合成したカラー投写画像では、平
面的に並ぶ画素構造を目立たなくすることができ、投写
画像の視認性を向上させた高品位の投写画像を実現でき
る。また、走査線が並ぶ方向（Ｘ軸方向）にずらしてい
るので、人間の視特性から画素構造を一層目立たなくす
ることができる。

【００４８】尚、本発明は、前述の各実施形態に限定さ
れるものではなく、以下に示すような変形をも含むもの
である。前記各実施形態では、本発明を透過型液晶パネ
ルを用いたプロジェクタに採用していたが、これに限定
されない。また、電気光学装置としてＴＦＴをスイッチ
ング素子として用いた液晶パネル５１、６１が採用され
ていたが、これに限定されない。すなわち、同じ液晶パ
ネルであっても、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）をスイッチ
ング素子として用いたものであってもよい。さらには、
ＰＤＬＣ（高分子分散型液晶）パネルを用いても同様の
効果を期待できるプロジェクタを構成することができ、
要するに、光源からの出射光束を変調する形式の電気光
学装置を備えた種々のプロジェクタに本発明を採用する
ことができる。また、前記各実施形態では、２色変調液
晶パネル６１の画素配列は、マトリックス状に設定され
ていたが、これに限らず、ストライプ型、トライアング
ル型等種々の画素配列を採用してもよい。

【００４９】さらに、前記第１実施形態では、第１色分
離光学素子として赤色光Ｒを透過するダイクロイックミ
ラー３１Ｒを採用していたが、これに限定されない。す
なわち、第１色分離光学素子で分離する色光は、光源、
電気光学装置、色合成光学系の特性に応じて、適宜設定
すればよい。例えば、青色光Ｂの相対強度が小さい、ハ
ロゲンランプ、キセノンランプ、及び、ある種のメタル
ハライドランプ等を光源ランプとして用いる場合には、
単色変調液晶パネルに青色光Ｂを入射させる構成とすれ
ば、光利用効率と色バランスを両立できるため効果的で
ある。

【００５０】尚、先の２つの実施形態においては、その
何れにおいても、単色変調液晶パネル５１、８１にはマ
イクロレンズアレイを配置していたが、これらのマイク
ロレンズは単色変調液晶パネル５１、８１における光利
用効率を向上させる目的で配置されているものであるか
ら、単色変調液晶パネル５１、８１に入射する色光の光
強度が十分に大きい場合には、これらのマイクロレンズ
アレイを省略することができ、その分、光学系の低コス
ト化を図ることができる。その他、本発明の実施の際の
具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成でき
る範囲で他の構造等としてもよい。

【００５１】

【発明の効果】前述のような本発明に係るプロジェクタ
によれば、光変調光学系が２色変調電気光学装置を備え
ているので、従来の３色変調電気光学装置を備えたプロ
ジェクタに比べて、２色変調電気光学装置の画像形成領
域を構成する画素の寸法を大きくできる。従って、２色
変調電気光学装置の前段に配置されるマイクロレンズの
集光角αや、色光を方向分離する角度βを小さくするこ
とができので、明るさや色バランス等の光学特性を所望
の状態にすることが容易であり、かつ大型で高価な投写
レンズを用いる必要がなく、低コスト化を図り易いプロ
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実施形態に係るプロジェクタの構
造を表す模式図である。

【図２】前記実施形態における単色変調電気光学装置の
構造を表す斜視図である。

【図３】前記実施形態における単色変調電気光学装置の
構造を表す断面図である。

【図４】前記実施形態における２色変調電気光学装置の
構造を表す斜視図である。

【図５】前記実施形態における２色変調電気光学装置の
構造を表す断面図である。

【図６】前記実施形態における単色変調電気光学装置お
よび２色変調電気光学装置の画素配列の対応を表す模式
図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを構
成する単色変調電気光学装置の構造を表す断面図であ
る。

【図８】前記実施形態における単色変調電気光学装置お
よび２色変調電気光学装置の画素配列の対応を表す模式
図である。

【図９】従来のプロジェクタの構造を表す要部模式図で
ある。

【図１０】従来のプロジェクタに用いられる電気光学装
置の構造を表す断面図である。

【符号の説明】

１０光源３０色分離光学系５０光変調光学系７０色合成光学系５１、８１単色変調電気光学装置６１２色変調電気光学装置５１Ａ、６１Ａ、８１Ａ画像形成領域Ｒ赤色光Ｇ緑色光Ｂ青色光５３１Ａ、６３１Ａ、８３１Ａ単位マイクロレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ＺＨ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 ＣＦターム(参考） 2H088 EA14 EA15 HA13 HA25 2H091 FA05X FA05Z FA14X FA14Z FA26X FA29X GA03 GA06 HA07 HA12 MA07 2H092 GA13 GA15 GA20 GA23 HA03 PA07 PA08 RA05 5C060 BC03 EA01 GB06 HC01 HC21 HD02 JA14 JB06 5G435 AA04 AA17 BB17 CC12 DD05 GG02 GG04 GG28 LL15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、この光源から射出された光束を３
種類の色光に分離する色分離光学系と、この色分離光学
系で分離された３種類の色光のうち、いずれか１種類の
色光を変調する単色変調電気光学装置と、他の２種類の
色光を変調する２色変調電気光学装置と、前記単色変調
電気光学装置と前記２色変調電気光学装置とによって変
調された各色光を合成する色合成光学系とを備えたプロ
ジェクタであって、前記単色変調電気光学装置と前記２色変調電気光学装置
とは、一対の基板と、これら一対の基板間に挟持された
電気光学材料と、一方の前記基板上に形成された複数の
画素電極とを備え、前記２色変調電気光学装置は、さらに前記色分離光学系
側の前記基板にマイクロレンズを備えていることを特徴
とするプロジェクタ。
【請求項２】請求項１に記載のプロジェクタにおいて、前記単色変調電気光学装置は、前記色分離光学系側の前
記基板にマイクロレンズを備えていることを特徴とする
プロジェクタ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のプロジェ
クタにおいて、前記色分離光学系は、前記光源から射出された光束を２
種類の色光に分離する第１色分離光学素子と、この第１
色分離光学素子により分離された２種類の色光のいずれ
か一方を、さらに２種類の色光に分離する第２色分離光
学素子とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、光の
進行方向をＺ軸方向、前記色分離光学系によって前記色
光が分離される方向をＸ軸方向としたとき、前記単色変
調電気光学装置の前記画素電極の面積およびＸ軸方向の
寸法は、前記２色変調電気光学装置の前記画素電極の面
積およびＸ軸方向の寸法の略２倍に設定されており、前
記単色変調電気光学装置の前記画素電極のＹ軸方向の寸
法は、前記２色変調電気光学装置の前記画素のＹ軸方向
の寸法と略同一であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、光の
進行方向をＺ軸方向、前記色分離光学系によって前記色
光が分離される方向をＸ軸方向としたとき、前記単色変
調電気光学装置の前記画素電極の面積およびＸ軸、Ｙ軸
方向の寸法は、前記２色変調電気光学装置の前記画素電
極の面積ならびにＸ軸、Ｙ軸方向の寸法と略同一である
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】請求項５に記載のプロジェクタにおいて、前記単色変調電気光学装置の前記画素電極の配列は、前
記２色変調電気光学装置の前記画素電極の配列と１／２
画素分ずれた位置で対応していることを特徴とするプロ
ジェクタ。
【請求項７】請求項６に記載のプロジェクタにおいて、前記単色変調電気光学装置の前記画素電極の配列は、前
記２色変調電気光学装置の前記画素電極の配列と前記Ｘ
軸方向でずれていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記単色変調電気光学装置は、緑
色光を変調するものであることを特徴とするプロジェク
タ。
【請求項９】請求項１〜請求項７のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記単色変調電気光学装置は、赤
色光を変調するものであることを特徴とするプロジェク
タ。
【請求項１０】請求項１〜請求項７のいずれかに記載の
プロジェクタにおいて、前記単色変調電気光学装置は、
青色光を変調するものであることを特徴とするプロジェ
クタ。