JP2002229003A

JP2002229003A - 反射型液晶パネルを用いたプロジェクション光学系

Info

Publication number: JP2002229003A
Application number: JP2001025891A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 宏太郎林
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】フレア成分に起因するコントラストの低下が
ない、低コスト・高性能のプロジェクション光学系を提
供する。【解決手段】投影レンズ(12)の絞り位置(ST)付近に配
置されている反射ミラー(11)で、照明光が絞り位置(ST)
付近から絞り径の約半分に相当する半瞳を通って反射型
液晶パネル(13)に導かれる。液晶パネル(13)からの反射
光は投影光として絞り径の残り約半分に相当する半瞳を
通る。照明光の光路中には第１偏光板(P1)、投影光の光
路中には第２偏光板(P2)が配置されており、偏光板(P1,
P2)の透過軸は互いに直交している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型液晶パネルを
用いたプロジェクション光学系に関するものであり、更
に詳しくは、反射型液晶パネルの表示画像をスクリーン
に投影する液晶プロジェクター用のプロジェクション光
学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶パネルに表示される画像をス
クリーンに投影するプロジェクション光学系において、
絞り位置付近に絞り径の約半分までを占めるように反射
ミラーを配置し、その反射ミラーで照明光を反射型液晶
パネルに導く照明方式(いわゆる半瞳方式)が従来より知
られている。この半瞳方式を３板式のプロジェクション
光学系に採用した場合(特開平１１−２４９０１０号公
報等)、絞り位置から入射した照明光は投影レンズの後
群を通過し、クロスダイクロイックプリズムで色分解さ
れた後、各反射型液晶パネルに入射することになる。

【０００３】クロスダイクロイックプリズムの分光特性
には偏光依存性があるため、クロスダイクロイックプリ
ズム内を往復する光が同じ偏光状態となるようにする必
要がある。特開平１１−２４９０１０号公報等で提案さ
れているプロジェクション光学系では、液晶によって偏
光面が変換されない光のみを透過させる偏光板を反射型
液晶パネルの直前に備えている。このため、反射型液晶
パネルからの反射光の偏光状態は反射型液晶パネルへの
入射光の偏光状態と同じになり、その結果、クロスダイ
クロイックプリズム内を往復する光が同じ偏光状態とな
る。また、照明光の有効利用を図るために、偏光板に入
射する照明光の偏光状態は偏光変換光学系によって予め
揃えられている。したがって、光源からの照明光を偏光
変換光学系でＰ偏光に揃え、Ｐ偏光を透過させる偏光板
を反射型液晶パネル直前に配置した場合には、反射型液
晶パネルはＰ偏光で照明され、反射型液晶パネルで反射
したＳ偏光(OFF光)とＰ偏光(ON光)のうち、Ｓ偏光は偏
光板でカットされ、Ｐ偏光は偏光板を透過してクロスダ
イクロイックプリズムで色合成されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記プロジェク
ション光学系の構成では、絞り位置から入射した照明光
が反射型液晶パネルに至るまでの間に、投影レンズの後
群やクロスダイクロイックプリズムで面間反射し、パネ
ル表示とは関係のないフレア成分としてスクリーンに到
達するおそれがある。そのフレア成分は照明光の１回の
反射で発生してしまうため画質に与える影響が大きく、
コントラストの低下を招いてしまう。しかも、上記フレ
ア成分は反射型液晶パネルからの正規の投影光(ON光)と
偏光状態が同じであるため、偏光板等を用いてもカット
することは困難である。

【０００５】偏光板を反射型液晶パネルの直前に配置す
ると、単板式のプロジェクション光学系に半瞳方式を採
用した場合でも、上記と同様のフレア成分が発生してコ
ントラストの低下を招いてしまう。このため単板式のプ
ロジェクション光学系では、照明光と投影光との分離を
ＰＢＳ(polarizing beam splitter)プリズムを用いて行
うのが一般的である。しかし、ＰＢＳプリズムを用いる
には長いレンズバックが必要であり、レンズバックを長
くすると投影レンズの広角化を図る上で不利になる。ま
た、カラーシーケンシャル方式{カラーホイール等を使
ってＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)を順次切り替える方式}を
採用する場合には、可視域全域に対応した製作困難なＰ
ＢＳプリズムを用いる必要があるため、生産時の性能確
保，コスト面等で不利になる。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、フレア成分に起因するコントラストの低
下がない、低コスト・高性能のプロジェクション光学系
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明のプロジェクション光学系は、反射型液
晶パネルをカラーシーケンシャル方式で照明し、前記反
射型液晶パネル側にテレセントリックな投影レンズで前
記反射型液晶パネルの表示画像を投影する単板式のプロ
ジェクション光学系であって、光源と、その光源からの
光の色を前記表示画像と対応するように時間的に順次切
り替える色切り替え光学系と、前記光源からの光の空間
的なエネルギー分布を均一化するとともに複数の光源像
を前記投影レンズの絞り位置付近に形成するインテグレ
ータ光学系とで、前記反射型液晶パネルを照明するため
の照明光が発生し、その照明光が前記投影レンズの絞り
位置付近から絞り径の約半分に相当する半瞳を通って前
記反射型液晶パネルに導かれ、前記反射型液晶パネルか
らの反射光が投影光として前記絞り径の残り約半分に相
当する半瞳を通り、前記照明光と前記投影光とが重なら
ない位置において、前記照明光の光路中には第１偏光板
が配置され、前記投影光の光路中には第２偏光板が配置
され、前記第１，第２偏光板の透過軸が互いに直交する
ことを特徴とする。

【０００８】第２の発明のプロジェクション光学系は、
上記第１の発明の構成において、前記第１，第２偏光板
が、前記投影レンズの絞り位置付近に配置されているこ
とを特徴とする。

【０００９】第３の発明のプロジェクション光学系は、
上記第１又は第２の発明の構成において、前記反射型液
晶パネルが、前記投影レンズの光軸に関して非対称に配
置されており、前記投影光が通る半瞳側に偏っているこ
とを特徴とする。

【００１０】第４の発明のプロジェクション光学系は、
上記第１〜第３のいずれか一つの発明の構成において、
レンズアレイ方式の前記インテグレータ光学系を有する
とともに、さらに前記第１偏光板に入射する照明光の偏
光状態を揃える偏光変換光学系を有することを特徴とす
る。

【００１１】第５の発明のプロジェクション光学系は、
上記第１〜第３のいずれか一つの発明の構成において、
ロッド方式の前記インテグレータ光学系を有するととも
に、さらに前記第１偏光板に入射する照明光の偏光状態
を揃える偏光変換光学系を有し、その偏光変換光学系が
回折光学素子で構成された偏光分離素子を有することを
特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したプロジェ
クション光学系を、図面を参照しつつ説明する。図１
に、レンズアレイ方式のインテグレータ光学系を有する
プロジェクション光学系の実施の形態を示す。このプロ
ジェクション光学系は、反射型液晶パネル(13)をカラー
シーケンシャル方式で照明し、反射型液晶パネル(13)側
にテレセントリックな投影レンズ(12)で反射型液晶パネ
ル(13)の表示画像を投影する単板式のプロジェクション
光学系である。投影レンズ(12)は、拡大側(すなわちス
クリーン)側から順に、前群(GrF)及び後群(GrR)から成
っている。そして、前群(GrF)と後群(GrR)との間の絞り
位置(ST)付近には、照明光を反射型液晶パネル(13)に導
く反射ミラー(11)が絞り径の約半分までを占めるように
配置されている。つまり、このプロジェクション光学系
に採用されている照明方式は、反射ミラー(11)で照明光
を反射型液晶パネル(13)に導く半瞳方式である。

【００１３】プロジェクション光学系の照明部は、光路
の順に、ランプ(1)，ＵＶ(ultraviolet ray)−ＩＲ(inf
rared ray)カットフィルター(2)，集光レンズ(3)，カラ
ーホイール(4)，コリメートレンズ(5)，第１レンズアレ
イ(6a)，ＰＢＳプリズム(7)，１／２波長板(8)，第２レ
ンズアレイ(6b)，集光レンズ(9)，リレーレンズ(10)，
第１偏光板(P1)及び反射ミラー(11)を備えている。ただ
し、反射ミラー(11)で投影レンズ(12)内に取り込まれた
照明光は、投影レンズ(12)の後群(GrR)によって反射型
液晶パネル(13)に導かれるため、投影レンズ(12)の後群
(GrR)も照明部の一部として機能することになる。

【００１４】反射型液晶パネル(13)を照明するための照
明光を発生させる主な構成要素は、ランプ(1)；カラー
ホイール(4)；及び第１，第２レンズアレイ(6a,6b)であ
る。ランプ(1)は白色光を発生する光源であり、カラー
ホイール(4)はランプ(1)からの光の色を反射型液晶パネ
ル(13)の表示画像と対応するように時間的に順次切り替
える色切り替え光学系である。第１，第２レンズアレイ
(6a,6b)は、ランプ(1)からの光の空間的なエネルギー分
布を均一化するとともに複数の光源像を投影レンズ(12)
の絞り位置(ST)付近に形成するレンズアレイ方式のイン
テグレータ光学系である。

【００１５】ランプ(1)からの光は、ＵＶ−ＩＲカット
フィルター(2)を通過した後、集光レンズ(3)で収束光と
なり、カラーホイール(4)位置で光源像となる。カラー
ホイール(4)は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分を透過させるカ
ラーフィルターを有しており、回転することにより透過
光の色を時間的に順次切り替える。ＬＣＤ(liquid crys
tal display)制御装置(14)は、反射型液晶パネル(13)の
表示画像と対応するように、入力した画像信号に基づい
てカラーホイール(4)の回転を制御する。カラーホイー
ル(4)を透過した光は、コリメートレンズ(5)で平行光と
なり、第１レンズアレイ(6a)に入射する。

【００１６】インテグレータ光学系の一部を成す第１レ
ンズアレイ(6a)は、第２レンズアレイ(6b)上に光源像を
形成し、その光源像はリレーレンズ(10)により絞り位置
(ST)付近で再結像される。第１レンズアレイ(6a)の各レ
ンズと反射型液晶パネル(13)の表示面とは、第２レンズ
アレイ(6b)の各レンズを介して共役な関係にある。した
がって、反射型液晶パネル(13)の表示面はムラなく均一
に照明される。第１レンズアレイ(6a)と第２レンズアレ
イ(6b)との間に配置されているＰＢＳプリズム(7)及び
１／２波長板(8)は、照明光の有効利用を図るために、
第１偏光板(P1)に入射する照明光の偏光状態を揃える偏
光変換光学系である。第１レンズアレイ(6a)を射出した
光は、偏光分離用のＰＢＳプリズム(7)によって２つの
偏光(Ｐ偏光とＳ偏光)に分けられ、そのうちの一方が１
／２波長板(8)を通過することにより、他方の偏光と同
じ偏光状態になる。したがって、第２レンズアレイ(6b)
には偏光状態の揃った光が入射することになる。

【００１７】第２レンズアレイ(6b)を射出した光は、集
光レンズ(9)とリレーレンズ(10)を通って第１偏光板(P
1)に入射する。第１偏光板(P1)の透過軸方向は、前記偏
光変換光学系{ＰＢＳプリズム(7)，１／２波長板(8)}に
より揃えられた偏光が透過する方向と一致させてある。
したがって、照明光は第１偏光板(P1)を透過する。第１
偏光板(P1)を透過した照明光は、反射ミラー(11)で反射
されることにより、絞り位置(ST)付近から絞り径の約半
分に相当する半瞳を通って投影レンズ(12)内に取り込ま
れる。そして、投影レンズ(12)の後群(GrR)によって反
射型液晶パネル(13)に導かれ、反射型液晶パネル(13)の
表示面全域を照明する。反射型液晶パネル(13)はＬＣＤ
制御装置(14)により制御され、その表示面には画像信号
に基づく表示画像が表示される。

【００１８】反射型液晶パネル(13)に達した照明光は、
各画素の表示に応じて選択的に反射され、その反射光は
偏光状態の異なった２種類の偏光(Ｐ偏光及びＳ偏光)と
なる。反射型液晶パネル(13)からの反射光は、投影光と
して投影レンズ(12)に入射する。まず後群(GrR)を通
り、反射ミラー(11)が配置されている絞り位置(ST)にお
いて、前記絞り径の残り約半分に相当する半瞳を通る。
その半瞳位置には第２偏光板(P2)が配置されており、第
２偏光板(P2)の透過軸方向は第１偏光板(P1)の透過軸方
向に対して垂直になっている。したがって、反射型液晶
パネル(13)に入射する照明光とは異なった偏光状態の投
影光が、第２偏光板(P2)を透過することになる。そし
て、絞り位置(ST)で反射ミラー(11)に当たらず、かつ、
第２偏光板(P2)を透過した投影光は、前群(GrF)を通っ
てスクリーン(不図示)に表示像を形成する。

【００１９】上述した第１，第２偏光板(P1,P2)の配置
を更に詳しく説明する。照明光と投影光とが重ならない
位置において、照明光の光路中には第１偏光板(P1)が配
置されており、投影光の光路中には第２偏光板(P2)が配
置されている。そして、第１，第２偏光板(P1,P2)の透
過軸が互いに直交する構成になっている。したがって、
反射型液晶パネル(13)に入射する照明光の偏光状態と、
表示像を形成する投影光の偏光状態と、は異なったもの
となる。

【００２０】例えば、照明光を前記偏光変換光学系でＰ
偏光に揃え、Ｐ偏光が透過する第１偏光板(P1)を使用す
る場合には、第２偏光板(P2)はＳ偏光が透過するものに
する。すると、反射型液晶パネル(13)はＰ偏光で照明さ
れ、反射型液晶パネル(13)で反射したＰ偏光(OFF光)と
Ｓ偏光(ON光)のうち、Ｐ偏光は第２偏光板(P2)でカット
され、Ｓ偏光は第２偏光板(P2)を透過して表示像を形成
することになる。逆に、照明光を前記偏光変換光学系で
Ｓ偏光に揃え、Ｓ偏光が透過する第１偏光板(P1)を使用
する場合には、第２偏光板(P2)はＰ偏光が透過するもの
にする。すると、反射型液晶パネル(13)はＳ偏光で照明
され、反射型液晶パネル(13)で反射したＳ偏光(OFF光)
とＰ偏光(ON光)のうち、Ｓ偏光は第２偏光板(P2)でカッ
トされ、Ｐ偏光は第２偏光板(P2)を透過して表示像を形
成することになる。

【００２１】上記構成によれば、絞り位置(ST)から入射
した照明光が反射型液晶パネル(13)に至るまでの間に後
群(GrR)で面間反射し、パネル表示とは関係のないフレ
ア成分が発生したとしても、そのフレア成分は第２偏光
板(P2)でカットされるためスクリーンに到達するおそれ
はない。したがって、コントラストの低下を招くことも
ない。クロスダイクロイックプリズムを使用する３板式
の場合、クロスダイクロイックプリズム内を往復する光
が同じ偏光状態となるようにする必要があるが、単板式
の場合、クロスダイクロイックプリズムを使用しないの
で、表示像を形成する投影光(ON光)の偏光状態が、反射
型液晶パネル(13)を照明する照明光の偏光状態と異なっ
たものであっても問題はない。

【００２２】先に述べたように、単板式のプロジェクシ
ョン光学系では照明光と投影光との分離をＰＢＳプリズ
ムを用いて行うのが一般的であるが、ＰＢＳプリズムを
用いるには長いレンズバックが必要であり、レンズバッ
クを長くすると投影レンズの広角化を図る上で不利にな
る。また、カラーシーケンシャル方式を採用する場合に
は、可視域全域に対応した製作困難なＰＢＳプリズムを
用いる必要があるため、生産時の性能確保，コスト面等
で不利になる。本実施の形態のプロジェクション光学系
のように、第１，第２偏光板(P1,P2)を透過軸が互いに
直交するように配置すれば、投影レンズ(12)のレンズバ
ックを短くすることができ、投影レンズ(12)の広角化を
図る上で有利になる。また、製作困難なＰＢＳプリズム
を用いる必要ないため、生産時の性能確保，コスト面等
でも有利になる。したがって、プロジェクション光学系
の広角化，低コスト化及び高性能化を達成することがで
きる。

【００２３】本実施の形態のように、第１，第２偏光板
(P1,P2)が投影レンズ(12)の絞り位置(ST)付近に配置さ
れることが望ましく、後述する図２の実施の形態のよう
に、第１，第２偏光板(P1,P2)が共に投影レンズ(12)の
絞り位置(ST)に配置されることが更に望ましい。第１，
第２偏光板(P1,P2)を絞り位置(ST)又はその付近に配置
すれば、第１，第２偏光板(P1,P2)間の距離が短くなる
ため、照明や投影光の偏光状態に乱れが生じにくくな
る。したがって、更に高画質の画像投影が可能となる。

【００２４】また本実施の形態のように、反射型液晶パ
ネル(13)が、投影レンズ(12)の光軸(AX)に関して非対称
に配置されており、反射型液晶パネル(13)からの反射光
(すなわち投影光)が通る半瞳側に偏っていることが望ま
しい。このように反射型液晶パネル(13)を偏心させれ
ば、投影画像位置を片側に寄せたり液晶プロジェクター
を薄型化したりすることが可能である。その場合、投影
レンズ(12)の広角化が必要となる。通常、投影レンズ(1
2)を広角化すると前玉径が大きくなるが、反射型液晶パ
ネル(13)を半瞳側に偏心させれば、前群(GrF)の径を小
さくすることが可能である。

【００２５】図２に、ロッド方式のインテグレータ光学
系を有するプロジェクション光学系の実施の形態を示
す。このプロジェクション光学系も図１の実施の形態と
同様、反射型液晶パネル(13)をカラーシーケンシャル方
式で照明し、反射型液晶パネル(13)側にテレセントリッ
クな投影レンズ(12)で反射型液晶パネル(13)の表示画像
を投影する単板式のプロジェクション光学系である。た
だし、ＬＣＤ制御装置(14)は図示省略してあり、反射型
液晶パネル(13)は光軸(AX)に関して対称に配置されてい
る{光軸(AX)に関して非対称に配置する場合には、図２
の上方へ偏心させればよい。}。

【００２６】このプロジェクション光学系の特徴は、イ
ンテグレータ光学系及び偏光変換光学系の構成と、第１
偏光板(P1)及び反射ミラー(11)の配置と、にあるので、
図１の実施の形態と同一の部分や相当する部分には同一
の符号を付して重複説明を適宜省略することにする。プ
ロジェクション光学系の照明部は、光路の順に、ランプ
(1)，ＵＶ−ＩＲカットフィルター(2)，集光レンズ
(3)，カラーホイール(4)，インテグレータロッド(16)，
偏光分離素子(17)，集光レンズ(9)，リレーレンズ(1
0)，反射ミラー(11)，１／２波長板(18)及び第１偏光板
(P1)を備えている。ただし、反射ミラー(11)で投影レン
ズ(12)内に取り込まれた照明光は、投影レンズ(12)の後
群(GrR)によって反射型液晶パネル(13)に導かれるた
め、投影レンズ(12)の後群(GrR)も照明部の一部として
機能することになる。

【００２７】反射型液晶パネル(13)を照明するための照
明光を発生させる主な構成要素は、ランプ(1)，カラー
ホイール(4)，及びインテグレータロッド(16)である。
インテグレータロッド(16)は、ランプ(1)からの光の空
間的なエネルギー分布を均一化するとともに複数の光源
像を投影レンズ(12)の絞り位置(ST)付近に形成するロッ
ド方式のインテグレータ光学系である。ランプ(1)から
の光は、ＵＶ−ＩＲカットフィルター(2)を通過した
後、集光レンズ(3)で収束光となり、カラーホイール(4)
位置で光源像となる。ここで、図２のプロジェクション
光学系の照明部を、直線的な光路展開により図３に示
す。ただし図３の光学構成では、集光レンズ(3)を用い
る代わりにランプ(1A)のリフレクタを楕円面鏡としてお
り、ＵＶ−ＩＲカットフィルター(2)は図示省略してい
る。

【００２８】カラーホイール(4)は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色
成分を透過させるカラーフィルターを有しており、回転
することにより透過光の色を時間的に順次切り替える。
カラーホイール(4)を透過した光は、インテグレータロ
ッド(16)に入射する。インテグレータロッド(16)は、多
角柱形状のガラス体、あるいは複数枚のミラーを組み合
わせて成る中空筒体であり、入射光をその側面で何度も
繰り返し反射させることにより、照明光の空間的なエネ
ルギー分布(すなわち照度分布)を均一化する。インテグ
レータロッド(16)の射出端面は反射型液晶パネル(13)の
表示面と共役な関係になっているため、反射型液晶パネ
ル(13)の表示面を効率良く均一に照明することができ
る。

【００２９】インテグレータロッド(16)を射出した照明
光は、偏光分離素子(17)に入射する。偏光分離素子(17)
は、第１偏光板(P1)に入射する照明光の偏光状態を揃え
る偏光変換光学系の一部を成し、そして図３に示すよう
に、表面レリーフ型(膜厚変調型)の回折光学素子(17a)
と、液晶層(17b；例えばネマティック液晶，スメクティ
ック液晶)と、を主な構成要素として備えている。回折
光学素子(17a)は、光学的な略等方性を有する樹脂製の
透明シートから成り、かつ、ブレーズ形状の回折格子面
(17c)を有している。この回折格子面(17c)に隣接する液
晶層(17b)は、光学的な異方性を有する一軸性の光学的
異方体層である。また、液晶層(17b)を回折光学素子(17
a)との間で挟むようにして、樹脂製又はガラス製の透明
な対向平板(不図示)が液晶層(17b)に隣接している。そ
の対向平板の液晶層(17b)側の面には配向膜が設けられ
ており、配向膜には回折格子面(17c)の溝方向に沿って
液晶がホモジニアス配向するようにラビング処理が施さ
れている。

【００３０】液晶層(17b)を構成している液晶は、光学
的な異方性を有する複屈折材料であるため、常光に対す
る屈折率と異常光に対する屈折率とは異なる。したがっ
て、光学的に略等方な回折光学素子(17a)との境界に位
置する回折格子面(17c)が及ぼす回折作用も、常光と異
常光とでは異なる。この偏光分離素子(17)では、常光，
異常光のうちのいずれか一方に対する屈折率が回折光学
素子(17a)の屈折率と同じになるように各材料が選択さ
れている。例えば、常光に対する液晶層(17b)の屈折率
と回折光学素子(17a)の屈折率とを同じにした場合、常
光が回折作用を受けずに回折格子面(17c)を透過し、異
常光が回折格子面(17c)での回折作用を受けて偏向する
ことになる。逆に、異常光に対する液晶層(17b)の屈折
率と回折光学素子(17a)の屈折率とを同じにした場合、
異常光が回折作用を受けずに回折格子面(17c)を透過
し、常光が回折格子面(17c)での回折作用を受けて偏向
することになる。

【００３１】上記のように液晶層(17b)を回折格子面(17
c)に隣接させることにより、入射してきた照明光を偏波
面が互いに直交する２つの直線偏光(Ｐ偏光とＳ偏光)に
分離することができる。しかも、回折格子面(17c)がブ
レーズ形状を成しているため高い回折効率が得られる。
回折格子面(17c)での回折効率が高ければ偏光変換効率
も高くなるため、光利用効率を向上させることが可能で
ある。

【００３２】上記偏光分離素子(17)の機能により、イン
テグレータロッド(16)から射出した照明光は、偏波面が
互いに直交する２つの偏光(Ｐ偏光とＳ偏光)に分離され
る。図３に示す偏光分離では、Ｐ偏光が回折格子面(17
c)で回折せずにそのまま偏光分離素子(17)を透過し、Ｓ
偏光が回折格子面(17c)での回折により偏向する。そし
てこの偏光分離により、Ｐ偏光とＳ偏光とで結像位置
(すなわち光源像位置)に光軸垂直方向のズレが生じるこ
とになる。偏光分離素子(17)を射出したＰ偏光とＳ偏光
は、集光レンズ(9)を通ってリレーレンズ(10)に入射す
る。リレーレンズ(10)等は、インテグレータロッド(16)
の射出端面と反射型液晶パネル(13)の表示面とが共役に
なるように、照明光をリレーする。

【００３３】リレーレンズ(10)を射出した照明光は、反
射ミラー(11)で反射されることにより、絞り位置(ST)付
近から絞り径の約半分に相当する半瞳を通って投影レン
ズ(12)内に取り込まれる。投影レンズ(12)の絞り位置(S
T)付近には、Ｓ偏光のみが入射するように１／２波長板
(18)が配置されている。絞り位置(ST)付近ではＳ偏光と
Ｐ偏光とが互いにズレた位置で結像するため、Ｓ偏光の
みを１／２波長板(18)に入射させることが可能である。
１／２波長板(18)は偏光変換光学系の一部を成し、光の
偏光状態が揃うようにＳ偏光の偏波面を略90°回転させ
る。この偏波面の回転によりＳ偏光はＰ偏光に変換さ
れ、その結果、照明光は全てＰ偏光となる。そして、絞
り位置(ST)に配置されている第１偏光板(P1)に入射す
る。なお、この第１偏光板(P1)の照明光入射側面には、
上記１／２波長板(18)が一体的に固定されている。

【００３４】第１偏光板(P1)の透過軸方向は、前記偏光
変換光学系{偏光分離素子(17)，１／２波長板(18)}によ
り、Ｐ偏光に揃えられた照明光が透過する方向と一致さ
せてある。したがって、照明光は第１偏光板(P1)を透過
する。第１偏光板(P1)を透過した照明光は、投影レンズ
(12)の後群(GrR)によって反射型液晶パネル(13)に導か
れ、反射型液晶パネル(13)の表示面全域を照明する。

【００３５】反射型液晶パネル(13)に達した照明光は、
各画素の表示に応じて選択的に反射され、その反射光は
偏光状態の異なった２種類の偏光(Ｐ偏光及びＳ偏光)と
なる。反射型液晶パネル(13)からの反射光は、投影光と
して投影レンズ(12)に入射する。まず後群(GrR)を通
り、反射ミラー(11)が配置されている絞り位置(ST)にお
いて、前記絞り径の残り約半分に相当する半瞳を通る。
その半瞳位置には第２偏光板(P2)が配置されており、第
２偏光板(P2)の透過軸方向は第１偏光板(P1)の透過軸方
向に対して垂直になっている。したがって、反射型液晶
パネル(13)に入射する照明光とは異なった偏光状態の投
影光(すなわちＳ偏光)が、第２偏光板(P2)を透過するこ
とになる。そして、絞り位置(ST)で反射ミラー(11)に当
たらず、かつ、第２偏光板(P2)を透過した投影光は、前
群(GrF)を通ってスクリーン(不図示)に表示像を形成す
る。

【００３６】本実施の形態では、透過軸が互いに直交す
るように第１，第２偏光板(P1,P2)とも絞り位置(ST)に
配置されている。半瞳方式を採用しているので、第１偏
光板(P1)が配置されている照明光の光路と、第２偏光板
(P2)が配置されている投影光の光路と、は重ならない。
図１の実施の形態と同様、反射型液晶パネル(13)に入射
する照明光の偏光状態と、表示像を形成する投影光の偏
光状態と、は異なったものとなる。

【００３７】本実施の形態では、照明光をＰ偏光に揃え
る前記偏光変換光学系と、Ｐ偏光が透過する第１偏光板
(P1)と、Ｓ偏光が透過する第２偏光板(P2)と、を使用し
ている。このため、反射型液晶パネル(13)はＰ偏光で照
明され、反射型液晶パネル(13)で反射したＰ偏光(OFF
光)とＳ偏光(ON光)のうち、Ｐ偏光は第２偏光板(P2)で
カットされ、Ｓ偏光は第２偏光板(P2)を透過して表示像
を形成することになる。これとは逆に、照明光をＳ偏光
に揃える偏光変換光学系と、Ｓ偏光が透過する第１偏光
板(P1)と、Ｐ偏光が透過する第２偏光板(P2)と、を使用
してもよい。その場合、反射型液晶パネル(13)はＳ偏光
で照明され、反射型液晶パネル(13)で反射したＳ偏光(O
FF光)とＰ偏光(ON光)のうち、Ｓ偏光は第２偏光板(P2)
でカットされ、Ｐ偏光は第２偏光板(P2)を透過して表示
像を形成することになる。

【００３８】前述した偏光分離素子(17)は入射角依存性
が小さいため、入射角の大きな光に対しても高い効率で
偏光分離を行うことができる。したがって、高い効率の
偏光変換により光利用効率を向上させることができるた
め、反射型液晶パネル(13)を明るく照明することができ
る。また、１／２波長板(18)との組み合わせにより、安
価な偏光変換を達成することができる。これに対し、Ｐ
ＢＳプリズムのように入射角依存性の大きい偏光分離手
段は、大きな角度で照明光を射出するインテグレータロ
ッド(16)とのマッチングが良くない。したがって、ＰＢ
Ｓプリズムとインテグレータロッド(16)との組み合わせ
では、高い効率で偏光分離を行うことが困難である。偏
光分離効率が低ければ偏光変換効率も低くなるため、光
利用効率の向上は不可能である。

【００３９】高速駆動が可能な反射型液晶パネル(13)を
用いた単板式のプロジェクション光学系では、明るさを
確保するために、偏光変換が特に必要とされる。また、
カラーシーケンシャル方式を採用する場合には、インテ
グレータロッド(16)の入口のような集光部が、カラーホ
イール(4)を配置するために必要となる。図２及び図３
に示すようなインテグレータロッド(16)と偏光分離素子
(17)との組み合わせによれば、コンパクトな構成であり
ながら明るさを確保し、かつ、カラーシーケンシャル方
式を採用することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
レア成分に起因するコントラストの低下がない、低コス
ト・高性能のプロジェクション光学系を実現することが
できる。そして、本発明に係るプロジェクション光学系
を用いれば、広角で高画質の画像投影が可能となり、液
晶プロジェクターの低コスト化・高性能化を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズアレイ方式のインテグレータ光学系を有
するプロジェクション光学系の実施の形態を示す光学構
成図。

【図２】ロッド方式のインテグレータ光学系を有するプ
ロジェクション光学系の実施の形態を示す光学構成図。

【図３】図２のプロジェクション光学系の照明部を直線
的な光路展開により示す光学構成図。

【符号の説明】

1,1A …ランプ(光源) 4 …カラーホイール(色切り替え光学系) 6a …第１レンズアレイ(レンズアレイ方式のインテグ
レータ光学系の一部) 6b …第２レンズアレイ(レンズアレイ方式のインテグ
レータ光学系の一部) 7 …ＰＢＳプリズム(偏光変換光学系の一部) 8 …１／２波長板(偏光変換光学系の一部) 11 …反射ミラー 12 …投影レンズ GrF …前群 GrR …後群 ST …絞り位置 AX …光軸 13 …反射型液晶パネル P1 …第１偏光板 P2 …第２偏光板 14 …ＬＣＤ制御装置 16 …インテグレータロッド(ロッド方式のインテグレ
ータ光学系) 17 …偏光分離素子(偏光変換光学系の一部) 18 …１／２波長板(偏光変換光学系の一部)

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０２Ｂ 27/28 Ｇ０２Ｂ 27/28 Ｚ２Ｈ０９９Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５１０Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５１０５Ｃ０５８Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ５Ｃ０６０Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ 9/31 9/31 ＺＦターム(参考） 2H049 AA03 AA50 AA60 AA63 BA02 BA05 BA06 BB03 BC22 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H087 KA07 KA29 RA45 2H088 EA13 EA16 EA19 HA13 HA15 HA18 HA21 HA23 HA24 HA28 KA18 MA02 MA20 2H091 FA05X FA08X FA11X FA14X FA21X FA26X FA26Z FA41X KA10 LA12 LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 CA11 DA01 5C058 AB06 BA08 EA11 EA13 EA14 EA26 EA51 5C060 AA07 BC01 DA05 DB13 HC01 HC14 HC17 HC20 JA17 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射型液晶パネルをカラーシーケンシャ
ル方式で照明し、前記反射型液晶パネル側にテレセント
リックな投影レンズで前記反射型液晶パネルの表示画像
を投影する単板式のプロジェクション光学系であって、光源と、その光源からの光の色を前記表示画像と対応す
るように時間的に順次切り替える色切り替え光学系と、
前記光源からの光の空間的なエネルギー分布を均一化す
るとともに複数の光源像を前記投影レンズの絞り位置付
近に形成するインテグレータ光学系とで、前記反射型液
晶パネルを照明するための照明光が発生し、その照明光
が前記投影レンズの絞り位置付近から絞り径の約半分に
相当する半瞳を通って前記反射型液晶パネルに導かれ、
前記反射型液晶パネルからの反射光が投影光として前記
絞り径の残り約半分に相当する半瞳を通り、前記照明光
と前記投影光とが重ならない位置において、前記照明光
の光路中には第１偏光板が配置され、前記投影光の光路
中には第２偏光板が配置され、前記第１，第２偏光板の
透過軸が互いに直交することを特徴とするプロジェクシ
ョン光学系。
【請求項２】前記第１，第２偏光板が、前記投影レン
ズの絞り位置付近に配置されていることを特徴とする請
求項１記載のプロジェクション光学系。
【請求項３】前記反射型液晶パネルが、前記投影レン
ズの光軸に関して非対称に配置されており、前記投影光
が通る半瞳側に偏っていることを特徴とする請求項１又
は請求項２記載のプロジェクション光学系。
【請求項４】レンズアレイ方式の前記インテグレータ
光学系を有するとともに、さらに前記第１偏光板に入射
する照明光の偏光状態を揃える偏光変換光学系を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
プロジェクション光学系。
【請求項５】ロッド方式の前記インテグレータ光学系
を有するとともに、さらに前記第１偏光板に入射する照
明光の偏光状態を揃える偏光変換光学系を有し、その偏
光変換光学系が回折光学素子で構成された偏光分離素子
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
に記載のプロジェクション光学系。