JP2001305484A

JP2001305484A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2001305484A
Application number: JP2001001860A
Authority: JP
Inventors: Jiyouji Karasawa; 穣児唐澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: JP3496643B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投写画像に混色が生じることのない単板型の
プロジェクタを提供すること。【解決手段】光源１１、色分離光学系３０、および電
気光学装置４２を備えた単板型のプロジェクタ１は、色
分離光学系３０の前段に設けられた偏光変換光学系８０
を備え、この偏光変換光学系８０は、２種類の偏光光束
のうち一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射
する偏光分離膜と、偏光分離膜によって反射された偏光
光束を一方の偏光光束とほぼ同じ方向に向けて反射する
反射膜と、２種類の偏光光束の偏光方向を揃える波長板
とを備え、色分離光学系３０は、複数のミラー３１Ｒ、
３１Ｇ、３１Ｂを備え、偏光分離膜によって他方の偏光
光束が反射される方向は、ミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１
Ｂに入射する光束の中心軸と、反射される光束の中心軸
とにより規定される面Ｘ−Ｚ平面に対して略直交してい
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、光源と、この光源
から出射された光束を複数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それぞれ
異なる方向から入射させ、各色光毎に画像情報に応じて
変調して光学像を形成する電気光学装置とを備えた単板
型のプロジェクタに関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、光源と、この光源から出射され
た光束を複数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それぞれ異なる方向か
ら入射させ、各色光毎に画像情報に応じて変調して光学
像を形成する電気光学装置とを備えた単板型のプロジェ
クタが知られている。このようなプロジェクタによれ
ば、画像情報に基づいて光束を変調する電気光学装置１
つでカラー投写画像を形成できるので、プロジェクタの
小型化を図り易く、三板型のプロジェクタに比較して低
コストで製造できるという利点がある。

【０００３】このような単板型のプロジェクタでは、色
分離光学系により光源からの出射光束をＲＧＢ等の複数
の色光に分離する場合、赤、緑、青の各色光を反射する
３枚のダイクロイックミラーを、光源からの出射光束が
互いに異なる角度で入射するように配置する。ダイクロ
イックミラーに対する各色光の入射角度が異なるため、
それぞれのダイクロイックミラーで反射された各色光
は、互いに異なる方向から電気光学装置に入射する。電
気光学装置では、互いに異なる方向から入射する色光に
応じて画素を設定し、各色光に応じた変調を行って、投
写レンズを介してカラーの投写画像をスクリーン上に表
示する。

【０００４】ここで、上述した電気光学装置において、
Ｒ、Ｇ、Ｂを組み合わせた画素領域は略正方形状に設定
され、各色光毎に変調するサブ画素は、この略正方形状
の画素領域を各色光の入射方向に沿って分割することに
より構成され、各サブ画素は、色分離光学系による色分
離方向を短辺とする略長方形状となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造の単板型のプロジェクタでは、各色光毎のサブ
画素が長方形状に設定されているため、長方形状の短辺
方向に各色光の平行度が失われると、他の色光のサブ画
素に漏れ、スクリーン上に投写された画像に混色等を発
生するという問題がある。特に、光源からの出射光束を
より効率的に利用するために、色分離光学系の前段に偏
光変換光学系が設けられている場合、偏光変換により出
射光束の平行度が失われ易いので、混色の発生が大きな
問題となる。

【０００６】本発明の目的は、単板型のプロジェクタに
おいて、投写画像に混色が生じることのないプロジェク
タを提供することにある。

【０００７】

【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
ら出射された光束を複数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それぞれ異
なる方向から入射させ、各色光毎に画像情報に応じて変
調して光学像を形成する電気光学装置とを備えた単板型
のプロジェクタであって、前記色分離光学系の前段に設
けられた偏光変換光学系を備え、この偏光変換光学系
は、２種類の偏光光束のうち一方の偏光光束を透過し、
他方の偏光光束を反射する偏光分離膜と、前記偏光分離
膜によって反射された偏光光束を前記一方の偏光光束と
ほぼ同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記２種類の
偏光光束の偏光方向を揃える波長板とを備え、前記色分
離光学系は複数のミラーを備え、前記偏光分離膜によっ
て前記他方の偏光光束が反射される方向は、前記ミラー
に入射する光束の中心軸と、前記ミラーにより反射され
る光束の中心軸とにより規定される面に対して略直交し
ていることを特徴とする。

【０００８】このような本発明によれば、偏光分離膜に
よって他方の偏光光束が反射される方向が、ミラーに入
射する光束の中心軸と、ミラーにより反射される光束の
中心軸とにより規定される面に対して略直交しているの
で、偏光変換光学系を介した出射光束は、複数の色光の
色分離方向と直交する方向に拡散する。この出射光束
は、電気光学装置における各色光の長方形状のサブ画素
の長辺方向に広がることとなるため、隣接する他の色光
のサブ画素への漏れが少なくなり、投写画像に混色が生
じることを防止できる。

【０００９】以上において、上述した偏光変換光学系の
前段に、光源からの光を複数の部分光束に分割する柱状
の導光体を含む均一照明光学系が配置され、導光体の光
入射端面と偏光変換光学系を共役関係とする第１結像光
学系と、導光体の光出射端面と電気光学装置を共役関係
とする第２結像光学系とが形成されている場合、この第
２結像光学系における共役比は、４以上であるのが好ま
しい。

【００１０】すなわち、導光体の光出射端面上における
２次光源像の角度分布は、導光体の側面形状、例えば、
導光体が互いに対向する一対の側面が光源側に向かって
広がるテーパ側面を有している場合、そのテーパ側面の
形状と、光源のＦ値、および光源固有の角度分布等によ
り決定される。そして、一般に、共役比が大きいほど電
気光学装置上で結像する光の平行度を確保することがで
きる。この光の平行度は、電気光学装置上の各色光のサ
ブ画素ピッチによって異なるが、１０μｍ程度の微細ピ
ッチの画素に対しては共役比を４以上とするのが好まし
く、共役比を４以上とすれば、各色光の平行度を確保し
て隣接する他の色光の画素への漏れを防止でき、投写画
像における混色の発生を一層確実に防止できる。

【００１１】また、第２結像光学系が、偏光変換光学系
の後段に配置される重畳レンズと、電気光学装置の前段
に配置される平行化レンズとを含んで構成される場合、
この色分離光学系を重畳レンズと平行化レンズの間に配
置するのが好ましい。

【００１２】すなわち、第２結像光学系における共役比
を４以上とすることにより、前述のように、電気光学装
置に入射する各色光の平行度を確保できるが、重畳レン
ズと平行化レンズの間にある程度の距離が形成される。
従って、このような位置に複数のミラーを備えた色分離
光学系を配置して、狭い空間でも光束を折り曲げて必要
な共役比を確保することができ、かつ他の光学系に影響
を及ぼすことなく色分離光学系を配置して、プロジェク
タの小型化を図ることができる。

【００１３】さらに、上述した導光体は、前記ミラーに
入射する光束の中心軸と、前記ミラーにより反射される
光束の中心軸とにより規定される面と直交する方向の寸
法が、該導光体の光出射端面から光入射端面に向かって
次第に幅広となるテーパ側面を備えているのが好まし
い。

【００１４】すなわち、導光体の光入射端面から入射し
た光束を、このようなテーパ側面で内面反射させると、
内面反射を繰り返す毎に該テーパ側面に対する光束の入
反射角が小さくなる。従って、色分離光学系を構成する
ミラーへの入反射光束の中心軸により規定される面と直
交する方向の寸法が光出射端面から光入射端面に向かっ
て次第に幅広となるようなテーパ側面とすれば、光出射
端面から出射される３次光源像の間隔が広がるため、偏
光変換後に利用可能な光束が増し、偏光変換光学系によ
る偏光変換の効率が向上する。

【００１５】そして、上述した光源と導光体の間には、
該光源からの出射光束を反射して導光体の光入射端面に
供給する反射ミラーが設けられているのが好ましい。こ
こで、前記反射ミラーに入射する光束の入射方向は、色
分離光学系を構成する複数のミラーからの光束の出射方
向と略平行に設定されているのが好ましい。

【００１６】すなわち、光源からの出射光束を導光体の
光入射端面に供給する場合、ランプ等の光源はリフレク
タ、レンズ等で導光体の光入射端面に集光される。従っ
て、このように光源からの出射光束の集光途中に反射ミ
ラーを配置することにより、該反射ミラーを小型化する
ことが可能となるので、プロジェクタの小型化を図るこ
とができる。また、反射ミラーに入射する光束の入射方
向を、色分離光学系を構成する複数のミラーからの光束
の出射方向と略平行に設定することにより、光源から投
写光学系に至る出射光束の光路をコ字状とすることがで
きるので、プロジェクタの小型化を図る上で一層有利で
ある。

【００１７】また、上述した他方の偏光光束は、偏光分
離膜に対してＳ偏光光束であり、このＳ偏光光束は前記
波長板によりＰ偏光光束に変換されるのが好ましい。

【００１８】すなわち、偏光変換光学系によりＳ偏光光
束がＰ偏光光束に変換されることにより、この偏光変換
光学系の後段に配置される色分離光学系を構成するミラ
ーに対してはＳ偏光光束として光束が入射することにな
り、ミラーの反射効率が向上するので、光源系から出射
された光の利用効率のよいプロジェクタとすることがで
きる。

【００１９】さらに、上述した偏光変換光学系が偏光分
離膜を複数有し、これら複数の偏光分離膜を、反射面が
互いに平行となるように配置したり、入射する光束の拡
散状態に応じて配置することが考えられる。

【００２０】すなわち、反射面が互いに平行となるよう
に偏光分離膜を配置した偏光変換光学系であれば、構造
が簡単化されるので、偏光変換光学系の製造の容易化が
図られる。また、反射面が入射する光束の拡散状態に応
じて配置されていれば、導光体の光出射端面から出射さ
れた拡散光に応じて効率的に偏光分離変換を行うことが
できるので、偏光分離特性が向上する。

【００２１】

【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。

【００２２】図１に示すように、本発明の実施形態に係
るプロジェクタ１は、光源系１０、均一照明光学系２
０、色分離光学系３０、光変調系４０、および投写光学
系５０を含んで構成されている。均一照明光学系２０か
ら光変調系４０に至る光路中には、偏光変換光学系とな
る偏光変換アレイ６０、および集光レンズ７１、７２、
８１、８２が配置されている。そして、光源系１０から
出射された光束は、均一照明光学系２０、色分離光学系
３０、光変調系４０、および投写光学系５０を介してス
クリーン面上に投写画像を表示するように構成されてい
るが、出射光束の光路は、後述する反射ミラーとなる折
り返しミラー２１と、色分離光学系３０を構成するダイ
クロイックミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂによって平面
コ字型に設定されている。尚、以下の説明では、互いに
直交する３つの軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、光の進行方向をＺ
軸、図１の紙面に対して垂直な方向をＹ軸方向と規定し
て説明する。

【００２３】前記光源系１０は、光源となるランプ１１
と、放物面状の反射面を有するリフレクタ１２と、集光
レンズ１３とを備えている。ランプ１１は、メタルハラ
イドランプや高圧水銀ランプ等から構成され、リフレク
タ１２の焦点近傍に配置され、このランプ１１から出射
された光束は、リフレクタ１２により出射方向が一定に
揃えられるとともに平行化され、集光レンズ１３で集光
されて出射される。

【００２４】前記均一照明光学系２０は、折り返しミラ
ー２１、および柱状の導光体であるロッド２２から構成
されている。折り返しミラー２１は、ロッド２２の光入
射端面近傍に配置され、光源系１０から出射された光束
は、この折り返しミラー２１で反射されて９０°折り曲
げられ、ロッド２２の光入射端面に導かれる。尚、前記
集光レンズ１３による集光光束は、このロッド２２の光
入射端面上で結像し、該光入射端面上で１次光源像Ｇ１
（後述）を形成する。ここで、折り返しミラー２１は、
集光レンズ１３による集光途中に配置されているので、
ランプ１１とリフレクタ１２による光束の出射面の面積
よりも小さな面積のミラー面を有するものが採用され
る。なお、リフレクタ１２は楕円リフレクタであっても
よく、その場合には、第１焦点近傍にランプ１１を配置
すれば、第２焦点近傍で結像するので、集光レンズ１３
を省略することができる。

【００２５】ロッド２２は、図２（ａ）に示すように、
光入射端面に入射した光を内面反射させて光出射端面の
位置でほぼ重畳させて出射する光学素子であり、ガラス
製の中実ロッドから構成されている。ランプ１１から出
射された光は、集光手段であるリフレクタ１２と集光レ
ンズ１３によって集光され、ロッド２２の光入射端面に
１次光源像Ｇ１を形成する。ロッド２２に入射した光
は、反射面における反射位置と反射回数の違いに応じて
複数の部分光束に分離され、図４に示すように、所定位
置に複数の３次光源像Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ３３を形成す
る。３次光源像Ｇ３１は、ロッド２２の内面で反射され
ずに出射される光成分の像である。３次光源像Ｇ３２
は、ロッド２２の内面で１回反射されて出射される光成
分の像である。３次光源像Ｇ３３は、ロッド２２の内面
で２回反射されて出射される光成分の像である。一方、
ロッド２２の光出射端面側からロッド２２を覗くと、ロ
ッド２２の光入射端面を含むＸＹ平面内に、虚像Ｇ２
１、Ｇ２２、Ｇ２３が観察できる。虚像Ｇ２１は、ロッ
ド２２の内面での反射なしに出射される光成分の虚像、
虚像Ｇ２２は、ロッド２２の内面で１回反射されて出射
される光成分の虚像、虚像Ｇ２３は、ロッド２２の内面
で２回反射されて出射される光成分の虚像である。

【００２６】ロッド２２の断面形状は図２（ｂ）に示す
ように、Ｘ軸方向に沿った横寸法は光入射端面２２Ａお
よび光出射端面２２Ｂともに寸法ａであるが、Ｙ軸方向
に沿った縦寸法は、光出射端面２２Ｂでは寸法ｂである
のに対して、光入射端面２２Ａでは寸法ｂよりも大きい
寸法ｃに設定されている。すなわち、Ｙ−Ｚ平面に沿っ
た一対の側面は互いに平行であるが、図３に示すよう
に、Ｚ−Ｘ平面と対応する一対の側面は、光出射端面２
２Ｂから光入射端面２２Ａに向かうに従って互いに離間
する一対のテーパ側面とされている。

【００２７】また、光出射端面２２Ｂにおけるａとｂの
比は被照射面である液晶パネル４２（後述）の表示領域
の形状の比と略等しく、それらは相似形である。ロッド
２２の長さは、仮想的な２次光源像である虚像Ｇ２１，
Ｇ２２，Ｇ２３，…からの光束の中心光線（一点鎖線で
図示される光軸）がロッド２２の光出射端面の中心を通
るように設定されている。この際、この断面形状を、ロ
ッド２２の光入射端面へ集光レンズ１３によって集光さ
れる入射光束が、ロッド２２がない状態の場合に生じう
る光束の広がりＥ（図２（ａ）参照）よりも十分に小さ
くなるように設定すると、光束の一部がロッド２２の内
面で反射されて、反射面における反射位置と反射回数の
違いに応じて複数の部分光束に分離されることとなる。

【００２８】ここで、ロッド２２の光入射端面２２Ａか
ら入射した光束の内面反射は、平行な一対の側面とテー
パ側面とで相違する。すなわち、互いに平行な一対の側
面の内面反射は、側面に対する光束の入反射角度が常に
一定なので、光入射端面２２Ａに対して所定の角度で入
射した光束は、光出射端面２２Ｂに対しても入射角度と
同様の角度で出射される。一方、一対のテーパ側面の内
面反射は、図３に示すように、ロッド２２の中心軸２２
Ｃに対してテーパ側面が傾斜しているので、内面反射を
繰り返すたびにロッド２２の中心軸２２Ｃに対する角度
が徐々に大きく、すなわち、テーパ側面に対する入反射
角が大きくなる。従って、光入射端面２２Ａに対して所
定の角度で入射した光束は、光出射端面で入射角度より
も大きな角度で出射することとなる。

【００２９】このロッド２２によって分離された複数の
部分光束は、図４および図５に示すように、第１結像光
学系７０を構成する集光レンズ７１および集光レンズ７
２によって集光され、それぞれ仮想的な２次光源像であ
る虚像Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、…に対応する３次光源
像Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ３３、…が偏光変換アレイ６０上
に形成される。

【００３０】図５は、３次光源像Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ３
３，…の集光状態を説明するための図であり、光軸方向
から見た様子を示している。３次光源像Ｇ３１，Ｇ３
２，Ｇ３３，…の大きさ、数、間隔は、１次光源像Ｇ１
の大きさ、入射角、ロッド２２の断面形状、長さ等によ
り決定される。特に、３次光源像の大きさは１次光源像
の大きさに、また、光源像の間隔はロッド２２の断面形
状および側面形状に依存する。すなわち、光源像の間隔
はロッド２２の光出射端面２２Ｂの形状に応じて変化
し、光出射端面２２Ｂの形状が長方形であれば、長辺方
向（寸法ａ方向）の光源像間の間隔ｘ１が短辺方向（寸
法ｂ方向）の光源像間の間隔ｙ１よりも大きくなる。ま
た、光源像の間隔はロッド２２の内面反射を行う側面の
形状に応じても変化し、本実施形態のようにＺ−Ｘ平面
と対応する一対の側面がテーパ側面となっている場合、
通常の平行な一対の側面における光源像間の間隔と比較
すると、図５に示されるＹ軸方向の間隔ｙ１が大きくな
る。従って、これらの光源像を比較的隙間の大きいＹ軸
方向の光源像の隙間を使って、偏光分離および偏光変換
すればよい。

【００３１】前記色分離光学系３０は、図６に示すよう
に、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを、選択的に反
射または透過させる、互いに異なる波長選択膜が形成さ
れた３枚のダイクロイックミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１
Ｂを備えている。すなわち、ダイクロイックミラー３１
Ｒは、赤色光Ｒを反射して、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを
透過させるミラーである。また、ダイクロイックミラー
３１Ｇは、ダイクロイックミラー３１Ｒを透過した緑色
光Ｇと青色光Ｂとを分離するものであり、緑色光Ｇを反
射して、青色光Ｂを透過させる。さらに、ダイクロイッ
クミラー３１Ｂは、ダイクロイックミラー３１Ｇを透過
した青色光Ｂを反射するものである。尚、このダイクロ
イックミラー３１Ｂには、前段のダイクロイックミラー
３１Ｒ、３１Ｇにより青色光Ｂしか到達しないので、ダ
イクロイックミラー３１Ｂに代えて通常の全反射ミラー
を採用しても差し支えない。

【００３２】これら３枚のダイクロイックミラー３１
Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂは、均一照明光学系２０からの出射
光束が互いに異なる角度で入射するように配置され、各
ダイクロイックミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂで反射さ
れた赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、Ｘ―Ｙ平面上で
三方向に分岐して出射される（図６参照）。つまり、均
一照明光学系２０を経た光束が色分離光学系３０により
ＲＧＢの各色光に分離される方向は、すべてがＺ―Ｘ平
面上の方向である。

【００３３】前記光変調系４０は、図７に示すように、
マイクロレンズアレイ４１および電気光学装置としての
液晶パネル４２を備え、これらの前後には不図示の一対
の偏光板が配置されている。マイクロレンズアレイ４１
は、色分離光学系３０により分離された各色光束Ｒ、
Ｇ、Ｂを、液晶パネル４２の対応する画素に集光するた
めのものであり、各マイクロレンズ４１Ａがマトリック
ス状に配置されて構成されるものである。

【００３４】液晶パネル４２は、２枚の硝子等の透明基
板４２１、４２２の間にツイステッドネマチック（Ｔ
Ｎ）液晶４２３が封入されたものである。一方の基板４
２１には共通電極４２４および不要光を遮光するための
ブラックマトリクス４２５等が形成され、他方の基板４
２２には画素電極４２６、スイッチング素子としての薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）４２７等が形成され、ＴＦＴ
４２７を介して画素電極４２６に電圧が印加されると共
通電極４２４との間に挟まれた液晶４２３が駆動される
構成である。なお、他方の基板４２２には、複数の走査
線と複数のデータ線が交差して配置され、その交差部付
近にＴＦＴ４２７がゲートを走査線、ソースをデータ
線、ドレインを画素電極４２６に接続して配置される。
そして、走査線には順次選択電圧が印加され、それに応
じてオンした水平方向の画素のＴＦＴ４２７を介して各
画素の駆動電圧が画素電極４２６に書き込まれる。ＴＦ
Ｔ４２７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。液晶
パネル４２の開口部（ブラックマトリクス４２５の開口
部）に相当する領域に画素電極４２６は配置され、ＴＦ
Ｔ４２７と画素電極４２６（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４２３はＴＮだけでなく、強誘電型や反強誘電
型、この他水平配向型、垂直配向型など種々用いること
が可能である。

【００３５】また、一方の基板４２１の光入射側には、
色分離光学系３０により分離された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂを
液晶パネル４２の対応するサブ画素に集光するためのマ
イクロレンズアレイ４１が設けられている。マイクロレ
ンズアレイ４１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４１Ａを備えてい
る。マイクロレンズ４３は、エッチング等により硝子板
上に形成され、低屈折率の樹脂層（接着剤）４３を介し
て基板４２１に接着されている。マイクロレンズアレイ
４１の単位マイクロレンズ４１Ａ（レンズの凸部または
凹部）は、液晶パネル４２の水平方向（走査線方向）の
画素ピッチの３倍に相当するピッチを有する。ダイクロ
イックミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを異なる角度で反
射して出射する赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂがマイク
ロレンズアレイ４１の各単位マイクロレンズ４１Ａに異
なる角度で入射し、この各単位マイクロレンズ４１Ａに
より赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂがそれぞれ水平方向
に隣接して単位マイクロレンズ４１Ａと対応する３つの
画素の画素電極４２６付近に集光されるようになる。マ
イクロレンズアレイ４１の各単位マイクロレンズ４１Ａ
は、各色光Ｒ、Ｇ、Ｂをこのレンズ４１Ａと対応する３
つの隣接画素の画素電極に入射光を集光するような焦点
距離を有する。図においては、液晶パネル４２に対して
略直進して入射される緑色光Ｇは、マイクロレンズアレ
イ４１の単位マイクロレンズ４１Ａにより、画素電極４
２６Ｇに集光されてそのまま出射される。一方、ダイク
ロイックミラー３１Ｒ、３１Ｂがダイクロイックミラー
３１Ｇに対して有する角度に対応した角度で、緑色光Ｇ
に対して互いに対称に入射する赤色光Ｒと青色光Ｂは、
単位マイクロレンズ４１Ａにより画素電極４２６Ｒ、４
２６Ｂにそれぞれ集光され、緑色光Ｇと対称な角度をも
って出射される。なお、ダイクロイックミラー３１Ｒ、
３１Ｇ、３１Ｂでの分光の順序が異なれば、それに応じ
て図７に示される液晶パネル４２への色光の入射位置も
異なる。

【００３６】このような画素電極４２６は、図７（ｂ）
に示すように、各色光Ｒ、Ｇ、Ｂをそれぞれ変調する画
素電極４２６Ｒ、４２６Ｇ、４２６ＢがＸ軸方向に沿っ
て隣接配置され、各画素電極４２６Ｒ、４２６Ｇ、４２
６Ｂがサブ画素としての役割を有し、３つのサブ画素が
組み合わせられて所定の色を表示する画素が構成され
る。これらの画素電極４２６Ｒ、４２６Ｇ、４２６Ｂ
は、Ｙ軸方向に延びる長方形状に形成され、この３つの
画素電極４２６Ｒ、４２６Ｇ、４２６Ｂで正方形状を形
成している。従って、Ｘ軸方向に平行度が失われた光束
が入射した場合よりも、Ｙ軸方向に平行度が失われた光
束の方が混色（隣接するサブ画素への光の漏れ）を発生
しにくい構成となっている。尚、本実施形態において
は、長方形状の画素電極４２６Ｒ、４２６Ｇ、４２６Ｂ
の短辺方向の画素ピッチは１０．５μｍ、長辺方向の画
素ピッチは３１．５μｍに設定され、ブラックマトリク
ス４２５の開口は、短辺方向で７．５μｍ、長辺方向で
１７．５μｍに設定されている。

【００３７】上記のようにして液晶パネル４２の画素電
極４２６に対して集光した各光束は、液晶パネル４２に
印加された信号に応じた変調を受けて出射し、投写光学
系を構成する投写レンズユニット５０によって前方のス
クリーン上に拡大投写される。尚、投写レンズユニット
５０は、複数のレンズが投写レンズ用筐体内に配置され
たものである。投写レンズ用筐体の内部には、複数のレ
ンズを位置決めするための位置決め部や、フォーカス調
整やズーム調整を可能とするための調整機構が設けられ
ている。このような投写レンズユニット５０の構造につ
いては周知であるため、その詳細な説明は省略する。

【００３８】前記偏光変換アレイ６０は、ロッド２２か
ら出射された光束を偏光軸が互いに略直交する２つの偏
光光束に分離し、いずれか一方の偏光光束を偏光変換し
て偏光軸を揃える偏光変換光学系としての機能を備えて
いる。

【００３９】図８は、偏光変換アレイ６０の実施形態で
ありＹ−Ｚ平面による断面図である。偏光変換アレイ６
０は、偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６
１ｅと、反射膜６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２
ｅと、１／２波長板６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、
６３ｅと、遮光板６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６
４ｅと、これらの間隙を埋めてアレイを形成する複数の
プリズム６５とを備え、これらは偏光変換アレイ６０に
入射する光束の拡散状態に応じて配置される。具体的に
は、偏光変換アレイ６０に入射する光束の光軸ＣとＹ軸
方向にずれた軸を中心として対称となるようにこれらを
配置する。そして、上述したロッド２２から出射された
光束が光軸対称で発散する傾向になるので、光束の偏光
分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅへの入
射角が同じ向きになるように、複数のプリズム６５の部
分で折り返すように構成されている。また、偏光変換ア
レイ６０のＹ軸方向の略中央部分の偏光分離膜６１ａお
よび偏光分離膜６１ｄは、１ピッチ分の間隔を空けて配
置される。

【００４０】偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１
ｄ、６１ｅは、入射する光束を偏光軸が互いに略直交す
る２つの直線偏光光束に分離し互いに異なる方向に出射
させるための偏光分離手段としての機能を有し、光束の
入射角に合わせた特性を有している。反射膜６２ａ、６
２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅは、偏光分離膜６１ａ、
６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅによって反射されたＳ
偏光光束の進行方向を偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１
ｃ、６１ｄ、６２ｅを透過したＰ偏光光束の進行方向に
揃えるための反射手段としての機能を有する。１／２波
長板６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅは、入射
するＳ偏光光束の偏光軸を回転してＰ偏光光束に合わせ
るための偏光軸回転手段としての機能を有する。遮光板
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅは、偏光分離
膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅを経由せず
に反射膜６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅに入
射する光束を遮蔽するための遮光手段としての機能を有
する。そして、各偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、
６１ｄ、６１ｅおよび反射膜６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、
６２ｄ、６１ｅは、いずれか一つのプリズム６５の斜面
に形成されその膜を介して対向するプリズムの斜面と接
合される。

【００４１】このように構成された偏光変換アレイ６０
は、前記の３次光源像Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ３３…がその
入射面近傍に形成され偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１
ｃ、６１ｄ、６１ｅに入射するように光路中に配置され
る。

【００４２】偏光分離膜６１ａおよび偏光分離膜６１ｄ
の間に入射する光束は、偏光変換されずにそのまま出射
される。光軸Ｃ上に配置される偏光分離膜６１ａに入射
する光束のうちのＰ偏光光束はＰ偏光光束Ｐ１として透
過する。一方、偏光分離膜６１ａで反射されたＳ偏光光
束は反射膜６２ａでさらに反射され、前述の光束Ｐ１と
進行方向を揃えられ、その後、１／２波長板６３ａを透
過することによってその偏光面が略９０゜回転されＰ偏
光光束に変換されてＰ偏光光束Ｐ２として射出される。
また、偏光分離膜６１ｂに入射する光束は、拡散する傾
向にあるため、偏光分離膜６１ｂに対して所定の角度で
入射するように予めプリズム６５内で折り曲げられ、そ
の後、前記と同様にＰ偏光光束Ｐ３、Ｐ４として出射さ
れる。以下、偏光分離膜６１ｃ、６１ｄ、６１ｅについ
ても同様である。偏光軸変換手段として１／２波長板６
３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅを使うことは、
簡易な方法で確実な偏光変換を行う上で有効である。
尚、本実施形態では偏光変換アレイ６０によってＰ偏光
光束を得るようにしているが、１／２波長板６３ａ、６
３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅを偏光光束Ｐ１の出射口
に配置すれば、Ｓ偏光光束を得ることも可能である。

【００４３】遮光板６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、
６４ｅは、偏光変換後に所望の偏光光束と異なる光束、
本実施形態では偏光変換後にＳ偏光光束となる光束の進
入を軽減させるものであり、これにより偏光変換された
光の偏光度を向上させることができる。

【００４４】さらに、偏光変換アレイ６０によって偏光
方向が揃えられた各部分光束は、集光レンズ８２によっ
て、後述する液晶パネル４２上に重畳される。従って、
液晶パネル４２は、面内の照度分布が均一な１種類の偏
光光によって、照明されることになる。

【００４５】前記第１結像光学系７０は、図１に示すよ
うに、ロッド２２の光出射端面近傍に配置される集光レ
ンズ７１、および偏光変換アレイ６０の前段に配置され
る集光レンズ７２から構成され、これら２つの集光レン
ズ７１、７２により、ロッド２２の光入射端面と、偏光
変換アレイ６０の偏光分離膜６１ａ〜６１ｅとが共役関
係とされる。

【００４６】前記第２結像光学系８０は、第１結像光学
系７０を構成する集光レンズ７１、７２と、偏光変換ア
レイ６０の後段に配置される集光レンズ８１と、液晶パ
ネル４２の前段に配置される集光レンズ８２とを備え、
集光レンズ８１は偏光変換アレイ６０からの出射光束を
重畳する重畳レンズとしての機能を、集光レンズ８２は
液晶パネル４２に各色光Ｒ、Ｇ、Ｂを平行化する平行化
レンズとしての機能を有する。そして、この第２結像光
学系８０により、ロッド２２の光出射端面と液晶パネル
４２の光入射端面とが共役関係とされ、共役比は４以上
に設定されている。共役比を４以上に設定したのは、共
役比を４以上として出射光束の平行度を向上させ、液晶
パネル４２の画素電極４２６Ｒ、４２６Ｇ、４２６Ｂに
出射される色光Ｒ、Ｇ、Ｂが他の画素電極４２６Ｒ、４
２６Ｇ、４２６Ｂに漏れて混色を発生させないようにす
るためであり、共役比４という数値は、次のようなシミ
ュレーションに基づいて設定したものである。 1) シミュレーションの前提条件２次光源像である虚像の形成に影響する条件として、ラ
ンプ１１のアーク長、ロッド２２の入射側のＦ値（光源
系１０のＦ値）、ロッド２２の長さ、液晶パネル４２の
画素ピッチが考えられ、具体的には、各値を以下のよう
に設定してシミュレーションを行った。ランプのアーク長：１mm 光源のＦ値：１．３ロッド長：６０mm（一対の側面にテーパ面が形成された
もの）画素ピッチ：１０．５μｍ×３１．５μｍ（開口７．５
μｍ×１７．５μｍ） 2) 入射光に要求される平行度所定の画素に入射する光束が隣接する画素に漏れて混色
を発生させず、かつ画素本来の透過率を確保できる程度
の平行度を有することを必要条件とすると、短辺方向の
入射光の平行度は±３°以下、長辺方向の入射光の平行
度は±８°以下とする必要がある。 3) 共役比と平行度の関係ロッド２２の光出射端面２２Ｂと液晶パネル４２との間
に結像光学系を配置し、この結像光学系の共役比を変化
させ、液晶パネル４２の画素に入射した光束の９０％が
どの程度の平行度に収まっているかをシミュレーション
したところ、表１のような結果が得られた。

【００４７】

【表１】

【００４８】上記結果では、2)の要求平行度をほぼ満足
するのは、共役比５の場合のみであるが、実際に液晶パ
ネル４２の透過光の混色の程度を観察すると、共役比４
であっても、混色は許容レベルであると判定された。

【００４９】以上のシミュレーションの結果から第２結
像光学系８０の共役比を４以上とすれば、液晶パネル４
２の画素電極４２６に入射する光束の平行度を確保して
投写画像に混色が生じることを防止できることが判る。

【００５０】このような本実施形態によれば、次のよう
な効果がある。

【００５１】すなわち、偏光変換アレイ６０の偏光分離
膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅによって他
方の偏光光束が反射される方向が、色分離光学系３０の
ダイクロイックミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂに入射す
る光束の中心軸と、ダイクロイックミラー３１Ｒ、３１
Ｇ、３１Ｂにより反射される光束の中心軸とにより規定
される面（Ｘ−Ｚ面）に対して略直交しているので、偏
光変換アレイ６０を介した出射光束は、複数の色光の色
分離方向と直交する方向に拡散する。この出射光束は、
液晶パネル４２における各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの長方形状の
画素電極４２６Ｒ、４２６Ｇ、４２６Ｂの長辺方向に広
がることとなるため、例えば、画素電極４２６Ｇへの色
光Ｇが他の色光の画素電極４２６Ｒ、４２６Ｂに漏れる
ことが少なくなり、投写画像に混色が生じることを防止
できる。

【００５２】また、第２結像光学系８０の共役比を４以
上に設定しているので、液晶パネル４２に入射する色光
Ｒ、Ｇ、Ｂの平行度を確保でき投写画像における混色の
発生を一層確実に防止できる。

【００５３】さらに、共役比４以上の第２結像光学系を
構成する、重畳レンズである集光レンズ８１と、平行化
レンズである集光レンズ８２との間に色分離光学系３０
が配置されているので、ダイクロイックミラー３１Ｒ、
３１Ｇ、３１Ｂで光束を折り曲げることで、狭い空間で
も光束を折り曲げて必要な共役比を確保することがで
き、かつ他の光学系に影響を及ぼすことなく色分離光学
系３０を配置して、プロジェクタ１の小型化を図ること
ができる。

【００５４】そして、色分離光学系３０を構成するダイ
クロイックミラー３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂへの入反射光
束の中心軸により規定される面と直交する方向の寸法が
光出射端面２２Ｂから光入射端面２２Ａに向かって次第
に幅広となるようなテーパ側面を備えたロッド２２を採
用しているので、偏光変換アレイ６０に形成される３次
光源像Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ３３…の間隔が広がり、偏光
分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅに入射
する光束が増加するため、偏光変換の効率が向上する。

【００５５】また、反射ミラーとなる折り返しミラー２
１、および色分離光学系３０のダイクロイックミラー３
１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂが光路上に配置されているので、
ランプ１１から投写光学系５０に至る光路をＺ−Ｘ平面
上でコ字状とすることができ、プロジェクタ１の小型化
を図る上で一層有利である。また、折り返しミラー２１
が集光レンズ１３とロッド２２の光入射端面２２Ａの間
に配置されることにより、集光レンズ１３の集光途中に
折り返しミラー２１が配置されることとなるので、折り
返しミラー２１を小型化でき、この点でもプロジェクタ
１の小型化に有利である。

【００５６】さらに、偏光変換アレイ６０がＳ偏光光束
（偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ
に対して）をＰ偏光光束に変換するように構成されてい
るので、後段の色分離光学系３０のダイクロイックミラ
ー３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂに対してはＳ偏光光束とな
り、これらのミラーにおける反射効率が向上し、光源系
１０から出射された光束の利用効率のよいプロジェクタ
１とすることができる。

【００５７】そして、偏光変換アレイ６０の偏光分離膜
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅの反射面が偏
光変換アレイ６０への入射光束の拡散状態に応じて配置
されているので、ロッド２２の光出射端面２２Ｂから出
射された拡散光に応じて効率的に偏光分離を行うことが
でき、偏光分離特性が向上する。

【００５８】また、偏光変換アレイ６０の偏光分離膜６
１ａおよび偏光分離膜６１ｄが１ピッチ分の間隔を設け
て配置され、その部分に入射した光束の約半分の光束は
照明光として使用できるため、光量ロスの少ない偏光変
換アレイとすることができる。

【００５９】尚、本発明は、前述の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。

【００６０】前記実施形態では、偏光変換アレイ６０の
偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ
は、ロッド２２からの出射光束の拡散状態に応じて配置
されていたが、これに限られない。すなわち、図９に示
すように、偏光分離膜１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃが
光軸Ｃに対して一定方向に傾斜して配置され、偏光分離
膜１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ…の反射面を互いに平
行に配置し、その出射側に１／２波長板１６３ａ、１６
３ｂ…、入射側に遮光板１６４ａ、１６４ｂ…を貼り付
けて構成される偏光変換アレイ１６０を採用してもよ
い。このような偏光変換アレイ１６０によれば、側面三
角形状または平行四辺形状のプリズム１６５のそれぞれ
の斜面に偏光分離膜１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ…
と、反射膜１６２ａ、１６２ｂ…を交互に配置するだけ
で、偏光変換アレイ１６０を製造することができるの
で、偏光変換光学系の製造の容易化を図ることができ
る。

【００６１】また、前記実施形態では、偏光変換アレイ
６０は、ロッド２２からの出射光束のうちＳ偏光光束
（偏光分離膜６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ
に対して）を偏光変換し、Ｐ偏光光束に揃えて出射する
ように構成していたが、これに限らず、すべてをＳ偏光
光束に偏光変換するような偏光変換光学系を採用しても
よい。この場合、Ｐ偏光光束を出射する部分に１／２波
長板を配置するだけでよく、前記実施形態の偏光変換ア
レイ６０の他の部分の構造を変更する必要はない。

【００６２】さらに、前記実施形態では、Ｙ軸方向に直
交する一対の側面がテーパ側面とされたロッド２２が採
用されていたが、これに限らず、入射面および出射面の
形状が同一の直方体状のロッドを採用してもよい。

【００６３】そして、前記実施形態では、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４２が採用されていたが、これに限られない。すなわ
ち、同じ液晶パネルであっても、ＴＦＤをスイッチング
素子として用いたものであってもよい。

【００６４】また、前記各実施形態では、ロッド２２
は、ガラス製の中実ロッドが採用されていたが、これに
限らず、内側面を鏡面とする筒状体から構成される中空
ロッドを備えたプロジェクタに本発明を採用しても、前
記実施形態で述べた効果と同様の効果を享受できる。

【００６５】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。

【００６６】

【発明の効果】前述のような本発明によれば、偏光分離
膜によって他方の偏光光束が反射される方向が、ミラー
に入射する光束の中心軸と、ミラーにより反射される光
束の中心軸とにより規定される面に対して略直交してい
るので、偏光変換光学系を介した出射光束は、複数の色
光の色分離方向と直交する方向に拡散する。この出射光
束は、電気光学装置における各色光の長方形状のサブ画
素の長辺方向に広がることとなるため、隣接する他の色
光のサブ画素への漏れが少なくなり、投写画像に混色が
生じることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るプロジェクタの構造を
表す平面図である。

【図２】前記実施形態における均一照明光学系を構成す
るロッドによる光束分割作用を説明するための模式図で
ある。

【図３】前記実施形態におけるロッドの側面図である。

【図４】前記実施形態におけるロッドによる３次光源像
の形成を説明するための模式図である。

【図５】前記実施形態におけるロッドによる３次光源像
の形成を説明するための模式図である。

【図６】前記実施形態における色分離光学系の構造を表
す平面図である。

【図７】前記実施形態における電気光学装置である液晶
パネルの構造を表す断面図である。

【図８】前記実施形態における偏光変換光学系である偏
光変換アレイの構造を表す断面図である。

【図９】前記実施形態の変形となる偏光変換光学系であ
る偏光変換アレイの構造を表す断面図である。

【符号の説明】

１１ランプ（光源）２１折り返しミラー（反射ミラー）２２ロッド３０色分離光学系３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂダイクロイックミラー４２液晶パネル（電気光学装置）６０ＰＢＳ偏光変換アレイ（偏光変換光学系）６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、１６１ａ、
１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄ、１６１ｅ偏光分離膜７０第１結像光学系８０第２結像光学系８１集光レンズ（重畳レンズ）８２集光レンズ（平行化レンズ）

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、この光源から出射された光束を複
数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それぞれ異なる方向から入射さ
せ、各色光毎に画像情報に応じて変調して光学像を形成
する電気光学装置とを備えた単板型のプロジェクタであ
って、前記色分離光学系の前段に設けられた偏光変換光学系を
備え、この偏光変換光学系は、２種類の偏光光束のうち一方の
偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する偏光分離
膜と、前記偏光分離膜によって反射された偏光光束を前
記一方の偏光光束とほぼ同じ方向に向けて反射する反射
膜と、前記２種類の偏光光束の偏光方向を揃える波長板
とを備え、前記色分離光学系は複数のミラーを備え、前記偏光分離膜によって前記他方の偏光光束が反射され
る方向は、前記ミラーに入射する光束の中心軸と、前記
ミラーにより反射される光束の中心軸とにより規定され
る面に対して略直交し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、前記偏光変換光学系の前段には、前記光源からの光を複
数の部分光束に分割する柱状の導光体を含む均一照明光
学系が配置され、前記導光体の光入射端面と前記偏光変換光学系を共役関
係とする第１結像光学系と、前記導光体の光出射端面と前記電気光学装置を共役関係
とする第２結像光学系とを備え、この第２結像光学系における共役比が４以上であること
を特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】請求項２に記載のプロジェクタにおいて、前記第２結像光学系は、前記偏光変換光学系の後段に配
置される重畳レンズと、前記電気光学装置の前段に配置
される平行化レンズとを含んで構成され、前記色分離光学系は、この重畳レンズと平行化レンズの
間に配置されることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載のプロジェ
クタにおいて、前記導光体は、前記ミラーに入射する光束の中心軸と、
前記ミラーにより反射される光束の中心軸とにより規定
される面と直交する方向の寸法が、該導光体の光出射端
面から光入射端面に向かって次第に幅広となるテーパ側
面を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】請求項２〜請求項４のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記光源と前記導光体の間には、該光源からの出射光束
を反射して前記導光体の光入射端面に供給する反射ミラ
ーが設けられてい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、前記反射ミラーに入射する光束の入射方向は、前記色分
離光学系を構成する複数のミラーからの光束の出射方向
と略平行に設定されていることを特徴とするプロジェク
タ。
【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記他方の偏光光束は前記偏光分離膜に対してＳ偏光光
束であり、このＳ偏光光束は、前記波長板によりＰ偏光
光束に変換され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、前記偏光変換光学系は前記偏光分離膜を複数有し、これ
ら複数の偏光分離膜の反射面は、互いに平行となるよう
に配置されてい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、前記偏光変換光学系は前記偏光分離膜を複数有し、これ
ら複数の偏光分離膜の反射面は、入射する光束の拡散状
態に応じて配置されていることを特徴とするプロジェク
タ。