JP2003337375A

JP2003337375A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2003337375A
Application number: JP2002145161A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takezawa; 武士竹澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】透過型液晶パネルの出射面側に反射型偏光分
離素子を配置したプロジェクタであってさらにコントラ
スト特性が向上されたプロジェクタを提供する。【解決手段】偏光光束を出射する照明装置と、この照
明装置からの偏光光束を変調する透過型液晶パネルと、
この透過型液晶パネルの出射面側に配置された偏光分離
素子であって、入射面が光軸に対して略４５度傾斜した
状態で配置され、前記透過型液晶パネルの透過光を２つ
の直交成分に分離して、一方の直線偏光を透過し、他方
の直線偏光を反射する偏光分離素子と、この偏光分離素
子の出射面側に配置された出射側偏光板と、この出射側
偏光板を透過した光束を拡大投写する投写レンズと、を
備え、前記照明装置と前記出射側偏光板との間に、前記
偏光分離素子における光束の偏光軸の回転を補償する光
学補償板をさらに備えたプロジェクタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は液晶プロジェクタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、従来のプロジェクタの光学系
を示す図である。図１３に示されるように、このプロジ
ェクタ８０は、照明装置１００と、色分離装置２００
と、リレー光学装置２４０と、反射ミラー２２０と、２
つのフィールドレンズ２８０Ｒ、２８０Ｇと、３つの液
晶パネル３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、ダイクロイ
ックプリズム４００と、投写レンズ５００とを備えてい
る。色分離装置２００は、ダイクロイックミラー２１
０，２１２を備えている。リレー光学装置２４０は、入
射側レンズ２６２、反射ミラー２５２、リレーレンズ２
６４、反射ミラー２５４及びフィールドレンズ２６６Ｂ
を備えている。

【０００３】このプロジェクタ８０の照明装置１００
は、照明領域である液晶パネル３００Ｒ，３００Ｇ，３
００Ｂの有効領域をほぼ均一に照明するためのインテグ
レータ光学系であって、略平行な光束を出射する光源１
１０と、第１のレンズアレイ１２０と、第２のレンズア
レイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５
０とを備えている。

【０００４】光源１１０は、光源ランプ１１２と、この
光源ランプ１１２から出射された放射光をほぼ平行な光
線束として出射するリフレクタ１１４とを備えている。
光源ランプ１１２としては、輝度の高い高圧水銀ランプ
等が用いられている。

【０００５】第１のレンズアレイ１２０は、複数の第１
の小レンズを備え、これら複数の第１の小レンズによっ
て光源１１０から出射された光束を複数の部分光束に分
割する機能を有している。

【０００６】第２のレンズアレイ１３０は、複数の第２
の小レンズを備え、これら複数の部分光束が集光される
位置近傍に配置されている。第２のレンズアレイ１３０
も、第１のレンズアレイ１２０の小レンズに対応するよ
うに、小レンズが配列された構成を有している。第２の
レンズアレイ１３０は、第１のレンズアレイ１２０から
出射された各部分光束の中心軸（主光線）が重畳レンズ
１５０の入射面に垂直に入射するように構成されてい
る。

【０００７】偏光変換素子１４０は、第２のレンズアレ
イ１３０から出射された光束をほぼ一種類の偏光光束
（例えばＳ偏光光束）に変換する機能を有している。こ
のため、従来利用されていなかったＰ偏光成分又はＳ偏
光成分のいずれか一方の偏光成分をも利用することがで
き、照度の高い光を、液晶パネル３００Ｒ，３００Ｇ，
３００Ｂに照射することが可能となり、その結果、スク
リーン上には輝度の高い画像を表示することができる。

【０００８】重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０
を出射したほぼ一種類の偏光光束（例えばＳ偏光光束）
を、液晶パネル３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに重畳さ
せる機能を有している。このため、第１のレンズアレイ
１２０、第２のレンズアレイの作用とあいまって、液晶
パネル３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの有効領域をほぼ
均一に照明することができる。

【０００９】照明装置１００から出射された光は色分離
装置２００によって赤、緑及び青の３つの色光に分離さ
れ、それぞれの色光は３つの液晶パネル３００Ｒ、３０
０Ｇ、３００Ｂによって変調され、ダイクロイックプリ
ズム４００によって合成され、この合成光は投写レンズ
４００を介してスクリーンＳ上などに投写されることに
なる。

【００１０】しかしながら、このプロジェクタ８０にお
いては、各液晶パネル３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの
出射側偏光板で、透過する偏光成分（例えばＳ偏光成
分）に直交する偏光成分（例えばＰ偏光成分）が吸収さ
れて熱が発生し、この部分で温度が上昇するため、プロ
ジェクタのさらなる高輝度化を図るのが容易ではない。
このため、この熱の発生を軽減するために、従来の他の
プロジェクタが提案されている（特開平１１−８４３６
８号公報参照。）。この従来の他のプロジェクタは、透
過型液晶パネルの出射面側に反射型の偏光分離素子を配
置したプロジェクタであって、上記した熱の発生を軽減
することができるのに加えて、液晶パネルへの戻り光を
発生させず液晶パネルの電気回路の駆動に不具合を生じ
させることもないので、さらなる高輝度化を図ることが
容易な優れたプロジェクタである。この従来の他のプロ
ジェクタの作用を図１４及び図１５を用いて説明する。

【００１１】図１４は、従来のプロジェクタの光学系を
説明する図であり、図１５は、従来の他のプロジェクタ
の光学系を説明する図である。図１４に示された従来の
プロジェクタ８０は、図１３に示された従来のプロジェ
クタ８０と同じプロジェクタである。なお、図１４、図
１５においては、説明を簡単にするために、色分離装置
２００、色合成装置４００及びリレー光学装置２４０な
どを省略するとともに、照明装置１００中の第１のレン
ズアレイ１２０、第２のレンズアレイ１３０、偏光変換
素子１４０及び重畳レンズ１５０を省略してある。ま
た、緑の光路のみを示している。さらにまた、光軸を引
き伸ばして直線で表している。

【００１２】図１４に示されるように、従来のプロジェ
クタ８０においては、光源ランプ１１２から放射された
光はリフレクタ１１４で略平行光にされ、図示しない第
１及び第２のレンズアレイ１２０，１３０、偏光変換素
子１４０及び重畳レンズ１５０を経て、面内の輝度分布
が均一化され、ほぼ一方の偏光成分（Ｓ偏光成分）を有
する偏光光束にされる。このＳ偏光光束は、透過型液晶
パネル３００Ｇの入射側偏光板３１０Ｇを透過した後に
透過型液晶パネル３００Ｇにより画像信号に応じて変調
される。その後、透過型液晶パネル３００Ｇより変調さ
れた偏光光束のうちＳ偏光光束が出射側偏光板３２０Ｇ
を透過して、この出射側偏光板３２０Ｇの透過光が、図
示しないダイクロイックプリズム４００を経て、投写レ
ンズ５００によりスクリーン上などに拡大投影される。
なお、照明装置からの光束のうち完全にはＳ偏光光束に
変換されずに残存しているＰ偏光光束は、入射側偏光板
３１０Ｇにより吸収され、透過型液晶パネル３００Ｇに
入射されないようになっている。

【００１３】しかしながら、従来のプロジェクタ８０に
おいては、透過型液晶パネル３００Ｇにより変調された
偏光光束のうちＰ偏光光束は、出射側偏光板３２０Ｇで
吸収されてしまうため、熱が発生する。

【００１４】これに対して、従来の他のプロジェクタ９
０においては、図１５に示されるように、Ｓ偏光光束
は、透過型液晶パネル３００Ｇの入射側偏光板３１０Ｇ
を透過した後に透過型液晶パネル３００Ｇにより画像信
号に応じて変調される。その後、透過型液晶パネル３０
０Ｇより変調された偏光光束のうちＳ偏光光束は偏光分
離素子３３０Ｇ及び出射側偏光板３２０Ｇを透過して、
図示しないダイクロイックプリズム４００を経て、投写
レンズ５００によりスクリーン上などに拡大投影され
る。このとき、透過型液晶パネル３００Ｇにより変調さ
れた偏光光束のうちＰ偏光光束は偏光分離素子３３０Ｇ
により反射され系外に出るため、出射側偏光板３２０Ｇ
における熱の発生が軽減されている。さらに、偏光分離
素子３３０Ｇの表面で反射されたＰ偏光光束は透過型液
晶パネル３００Ｇに戻ることはないため、液晶パネルの
電気回路の駆動に不具合を生じさせることがない。この
ため、従来の他のプロジェクタ９０は、従来のプロジェ
クタ９０に比べて、高輝度化が容易な優れたプロジェク
タである。

【００１５】しかしながら、従来の他のプロジェクタ９
０は、高輝度化が容易な優れたプロジェクタであるが、
スクリーン上などに投影される画像のコントラストが低
下するという問題点があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、透
過型液晶パネルの出射面側に反射型の偏光分離素子を配
置したプロジェクタであってさらにコントラスト特性が
向上されたプロジェクタを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、従来
の他のプロジェクタにおいて、スクリーン上などに投影
される画像のコントラストが低下してしまう原因を鋭意
努力して解析した結果、従来の他のプロジェクタにおい
ては、反射型の偏光分離素子の入射面で、入射される光
束のうち特定の角度成分の光束の偏光軸が回転してしま
うことを見出した。すなわち、従来の他のプロジェクタ
においてスクリーン上などに投影される画像のコントラ
ストが低下してしまうのは、「反射型の偏光分離素子の
入射面で、本来この偏光分離素子を透過すべき偏光光束
であっても、そのうち特定の角度成分の偏光光束が偏光
分離素子で反射されて」しまったり、「本来偏光分離素
子の入射面で反射されるべき偏光光束であっても、その
うち特定の角度成分の偏光光束がこの偏光分離素子を透
過して」しまったりするのが原因であることを見出した
のである。本発明の発明者は、この知見に基づいて本発
明を完成させたものである。

【００１８】（１）本発明のプロジェクタは、偏光光束
を出射する照明装置と、この照明装置からの偏光光束を
変調する透過型液晶パネルと、この透過型液晶パネルの
出射面側に配置された偏光分離素子であって、入射面が
光軸に対して略４５度傾斜した状態で配置され、前記透
過型液晶パネルの透過光を２つの直交成分に分離して、
一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射する偏
光分離素子と、この偏光分離素子の出射面側又は反射面
側に配置された出射側偏光板と、この出射側偏光板を透
過した光束をスクリーン上などに拡大投写する投写レン
ズと、を備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置と
前記出射側偏光板との間に、前記偏光分離素子における
偏光光束の偏光軸の回転を補償する光学補償板をさらに
備えたことを特徴とする。

【００１９】上記したように、従来の他のプロジェクタ
において、スクリーン上などに投影される画像のコント
ラストが低下してしまうのは、いわゆる反射型の偏光分
離素子の入射面で、入射される光束のうち特定の角度成
分の光束の偏光軸が回転してしまうのが原因である。こ
れに対して、本発明のプロジェクタにおいては、その特
定の角度成分の光束の偏光軸が回転する分を補償する光
学補償板を備えるようにしたため、「本来反射型偏光分
離素子の入射面で反射されたり出射側偏光板で吸収され
る結果、投写レンズに到達されるべきでない偏光光束が
投写レンズに到達すること」はなくなり、コントラスト
特性を向上させることができる。

【００２０】上記した「特定の角度成分の光束」とは、
主として偏光分離素子の透過軸と反射軸とで構成される
平面に対して角度成分を有する光束のことであり、言い
換えると、偏光分離素子の透過軸と反射軸とで構成され
る平面に対して平行でない光束である。

【００２１】この光学補償板は、前記照明装置と前記出
射側偏光板との間に配置されるようにすると、前記透過
型液晶パネルの入射面側に配置しても出射面側に配置し
ても、上記効果が得られる。但し、透過型液晶パネルの
入射面側に入射側偏光板が配置されている場合には、こ
の入射側偏光板の出射面側に配置するのが好ましい。

【００２２】（２）本発明のプロジェクタは、偏光光束
を出射する照明装置と、この照明装置からの偏光光束を
変調する透過型液晶パネルと、この透過型液晶パネルの
出射面側に配置された偏光分離素子であって、入射面が
光軸に対して略４５度傾斜した状態で配置され、前記透
過型液晶パネルの透過光を２つの直交成分に分離して、
一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射する偏
光分離素子と、前記偏光分離素子で分離された一方の出
力光をスクリーン上などに拡大投写する投写レンズと、
を備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置と前記偏
光分離素子との間に、前記偏光分離素子における光束の
偏光軸の回転を補償する光学補償板をさらに備えたこと
を特徴とする。

【００２３】本発明のプロジェクタにおいては、前記光
学補償板を前記照明装置と前記偏光分離素子との間に配
置するようにしたため、上記（１）に記載のプロジェク
タとは異なって出射側偏光板がない場合であっても、
「本来反射型偏光分離素子の入射面で反射される結果、
投写レンズに到達されるべきでない偏光光束が投写レン
ズに到達すること」がなくなり、コントラスト特性を向
上させることができる。

【００２４】（３）上記（１）又は（２）に記載のプロ
ジェクタにおいては、前記光学補償板は、入射面が前記
偏光変換素子の透過軸と反射軸とで構成される第１の平
面に垂直な軸を回転軸として、光軸に対して所定角度傾
斜した状態で配置された光学補償板であることが好まし
い。

【００２５】このように構成することにより、前記光学
補償板は、前記偏光分離素子における偏光光束の偏光軸
の回転を効果的に補償することができる。この所定角度
は、実験的に定めることもできるし、光学シミュレーシ
ョンによって定めることもできる。

【００２６】（４）上記（３）に記載のプロジェクタに
おいては、前記光学補償板は、遅相軸が前記第１の平面
に垂直な軸を回転軸として、光軸に対して前記所定角度
傾斜している光学補償板であることが好ましい。

【００２７】このように構成することにより、前記光学
補償板は、前記偏光分離素子における偏光光束の偏光軸
の回転を効果的に補償することができる。

【００２８】（５）上記（１）又は２に記載のプロジェ
クタにおいては、前記光学補償板は、前記透過型液晶パ
ネルと平行に配置されるとともに、遅相軸が前記偏光変
換素子の透過軸と反射軸とで構成される第１の平面に垂
直な軸を回転軸として、光軸に対して所定角度傾斜して
いる光学補償板であることもできる。

【００２９】このように構成することによっても、前記
光学補償板は、前記偏光分離素子における偏光光束の偏
光軸の回転を効果的に補償することができる。また、こ
のよに構成すれば、透過型液晶パネルの出射面に貼り付
けることもできるようになる。

【００３０】（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに
記載のプロジェクタにおいては、前記光学補償素子は、
複屈折フィルム、一軸性単結晶又は液晶フィルムである
ことが好ましい。

【００３１】複屈折フィルムとしては一軸延伸フィルム
が、一軸性単結晶としては水晶板やサファイア板、液晶
フィルムとしてはＴＡＣフィルム上に液晶を配向させた
フィルムなどを好適に用いることができる。

【００３２】（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに
記載のプロジェクタにおいては、前記偏光分離素子は、
その偏光分離面が誘電体多層膜又は回折格子により構成
されてなることが好ましい。

【００３３】このように構成することにより、十分な偏
光分離特性を得ることができる。誘電体多層膜として
は、基板上にＳｉＯ_２やＴｉＯ_２などの異なる屈折率を
有する誘電体薄膜を何十層も積層したものを好適に用い
ることができる。また、回折格子としては、透明基板上
に金属薄膜細線パターンを光の波長よりも十分短いピッ
チで配列させたものを好適に用いることができる。

【００３４】（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに
記載のプロジェクタにおいては、前記偏光分離素子は、
貼り合わせ面が偏光分離面になるように２枚の三角柱プ
リズムを貼りあわせて得られる直方体プリズムであっ
て、その光軸方向に平行な辺の長さが光軸に直交する方
向に平行ないずれの辺の長さより短い直方体プリズムで
あることもできる。

【００３５】このように構成することにより、光学系の
光軸方向における長さを短くすることができ、プロジェ
クタをコンパクトに構成することができる。

【００３６】（９）上記（１）乃至（８）のいずれかに
記載のプロジェクタにおいては、前記照明装置と前記透
過型液晶パネルとの間に、入射側偏光板をさらに備えた
ものとすることが好ましい。

【００３７】このように構成することにより、透過型液
晶パネルに入射される偏光光束の偏光度を高めて、コン
トラスト特性をさらに向上させることができる。

【００３８】（１０）本発明のプロジェクタは、偏光光
束を出射する照明装置と、この照明装置からの光をダイ
クロイックミラーの作用により複数の色光に分離する色
分離装置と、この色分離装置で分離された複数の色光を
それぞれ変調する複数の電気光学変調装置と、前記電気
光学変調装置で変調された色光を合成する色合成装置
と、この色合成装置で合成された光をスクリーン上など
に投写する投写レンズと、を備えたプロジェクタにおい
て、前記照明装置と前記投写レンズとの間に、前記色分
離装置における偏光光束の偏光軸の回転を補償する光学
補償板をさらに備えたことを特徴とする。

【００３９】このため、本発明のプロジェクタにおいて
は、光学補償板の作用により、色分離装置におけるダイ
クロイックミラーや誘電体多層反射ミラーの入射面で、
入射される光束のうち特定の角度成分の偏光光束の偏光
軸が回転してしまうことに起因する偏光度の低下を効果
的に抑制することができる。その結果、本発明のプロジ
ェクタにおいては、入射側偏光板での熱の発生を抑制す
ることができるという効果がある。また、そのため、光
利用効率が向上し、高輝度化に寄与することができると
いう効果がある。

【００４０】（１１）上記（１０）に記載のプロジェク
タにおいては、前記光学補償素子は、前記色分離装置に
おける前記照明装置に最も近い側に配置されたダイクロ
イックミラーと、前記電気光学変調装置との間に、各色
光毎に配置されてなることが好ましい。

【００４１】このように構成することにより、各色光ご
とにきめ細かく光学補償が行えるため、上記（１０）の
効果が大きくなる。

【００４２】（１２）上記（１０）又は（１１）に記載
のプロジェクタにおいては、前記光学補償板は、入射面
が前記ダイクロイックミラーの透過軸と反射軸とで構成
される第２の平面に垂直な軸を回転軸として、光軸に対
して所定角度傾斜した状態で配置された光学補償板であ
ることが好ましい。

【００４３】このように構成することにより、前記光学
補償板は、前記偏光分離素子における偏光光束の偏光軸
の回転を効果的に補償することができる。この所定角度
は、実験的に定めることもできるし、光学シミュレーシ
ョンによって定めることもできる。

【００４４】（１３）上記（１２）に記載のプロジェク
タにおいては、前記光学補償板は、遅相軸が前記第２の
平面に垂直な軸を回転軸として、光軸に対して前記所定
角度傾斜している光学補償板であることが好ましい。

【００４５】このように構成することにより、前記光学
補償板は、前記偏光分離素子における偏光光束の偏光軸
の回転を効果的に補償することができる。

【００４６】（１４）上記（１０）又は（１２）に記載
のプロジェクタにおいては、前記光学補償板は、前記光
軸に対して垂直に配置されるとともに、遅相軸が前記ダ
イクロイックミラーの透過軸と反射軸とで構成される第
２の平面に垂直な軸を回転軸として、光軸に対して所定
角度傾斜している光学補償板であることがもできる。

【００４７】このように構成することによっても、光学
補償板は、前記ダイクロイックミラーなどにおける偏光
光束の偏光軸の回転を補償することができる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態を詳しく説明する。

【００４９】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るプロジェクタ１０の光学系を示す図である。図
２は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタ１０の光
学系を説明する図であり、（ａ）は図中のｙｚ平面にお
ける断面図であり（ｂ）は図中のｘｚ平面に面における
断面図である。図１及び図２においては、上記した図１
４及び図１５と同様に、説明を簡単にするために、色分
離装置２００、色合成装置４００及びリレー光学装置２
４０などを省略するとともに、照明装置１００中の第１
のレンズアレイ１２０、第２のレンズアレイ１３０、偏
光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を省略してあ
る。これらについては、図１３のものと基本的には同じ
ものである。また、緑の光路のみを示している。さらに
また、光軸を引き伸ばして直線で表している。

【００５０】図１に示されるように、実施形態１に係る
プロジェクタ１０は、光源１１０と、入射側偏光板３１
０Ｇと、透過型液晶パネル３００Ｇと、偏光分離素子３
３０Ｇと、出射側偏光板３２０Ｇと、投写レンズ５００
と、を備えるとともに、光学補償板３４０Ｇをさらに備
えている。

【００５１】プロジェクタ１０は、光源１１０と入射側
偏光板３１０Ｇとの間に、図示されていない第１のレン
ズアレイ、第２のレンズアレイ、偏光変換素子、重畳レ
ンズ、色分離装置などをさらに備えている。また、出射
側偏光板３２０Ｇと投写レンズ５００との間に、図示し
ないダイクロイックプリズムをさらに備えている。ま
た、赤の光路、青の光路においても、同様な構成を有し
ている。

【００５２】入射側偏光板３１０Ｇは、Ｓ偏光光束に含
まれることがあるＰ偏光光束を吸収して偏光度を高める
機能を有する。また、透過型液晶パネル３００Ｇは、画
像信号に応じて、このＳ偏光光束を変調し、Ｓ偏光光束
とＰ偏光光束とを含む光束に変換する機能を有する。ま
た、偏光分離素子３３０Ｇは、入射面が光軸に対して略
４５度傾斜した状態で配置され、透過型液晶パネル３１
０Ｇの透過光を２つの直交成分に分離して、一方の直線
偏光（Ｓ偏光光束）を透過し、他方の直線偏光（Ｐ偏光
光束）を反射する機能を有する。また、出射側偏光板３
２０Ｇは、偏光分離素子３３０Ｇの出射面側に配置さ
れ、偏光分離素子で完全には反射できずに透過されたＰ
偏光光束を吸収し、スクリ−ン上などに投写される画像
のコントラストを高める機能を有する。投写レンズ５０
０は、出射側偏光板３２０Ｇを透過した出力光をスクリ
ーンなどに拡大投写する機能を有する。

【００５３】実施形態１に係るプロジェクタ１０の特徴
的な点は、光学補償板３４０Ｇを備えている点である。
この光学補償板３４０Ｇは、偏光分離素子３３０Ｇの入
射面における光束の偏光軸の回転を補償する機能を有す
る。プロジェクタ１０においては、光学補償板３４０Ｇ
は、透過型液晶パネル３００Ｇと偏光分離素子３３０Ｇ
との間に配置されているが、これに限られず、照明装置
（偏光変換素子）と出射側偏光板３２０Ｇとの間に配置
されれば、透過型液晶パネル３００Ｇの入射面側に配置
しても出射面側に配置しても、所定の効果が得られる。

【００５４】上記したように、従来の他のプロジェクタ
９０において、スクリーン上などに投影される画像のコ
ントラストが低下してしまうのは、偏光分離素子３３０
Ｇの入射面で、入射される光束のうち「特定の角度成分
の光束」の偏光軸が回転してしまうのが原因である。こ
れに対して、実施形態１に係るプロジェクタ１０におい
ては、その「特定の角度成分の光束」の偏光軸が回転す
る分を補償する光学補償板３４０Ｇを備えるようにした
ため、「本来偏光分離素子３３０Ｇの入射面で反射され
たり出射側偏光板３２０Ｇで吸収され投写レンズ５００
に到達されるべきでない偏光光束」は投写レンズ５００
に到達することがなくなり、コントラスト特性を向上さ
せることができる。

【００５５】ここで、「特定の角度成分の光束」とは、
主として偏光分離素子３３０Ｇの透過軸と反射軸とで構
成される平面（ｙｚ平面）に対して角度成分を有する光
束のことであり、言い換えると、この（ｙｚ）平面に対
して平行でない光束であり、図２（ｂ）で「ｍ+」や
「ｍ−」で示されたような光束である。本発明の発明者
の解析により、偏光分離素子３３０Ｇの入射面では、入
射される光束のうち、「（ｙｚ）平面対してに平行な光
束」においては偏光軸はほとんど回転しないのに対し
て、上記「特定の角度成分の光束（（ｙｚ）平面に対し
て角度成分を有する光束）」においては偏光軸が大きく
回転してしまうことが見出されたが、このことが、この
「特定の角度成分の光束」の偏光軸が回転する分を補償
してコントラストを向上させるという本発明につながっ
たのである。

【００５６】光学補償板３４０Ｇは、上記（ｙｚ）平面
に垂直な軸を回転軸として、光軸に対して所定角度傾斜
した状態で配置されている。このように構成すれば、偏
光分離素子３３０Ｇにおける偏光光束の偏光軸の回転を
効果的に補償することができる。この所定角度は、実験
的に定めることもできるし、光学シミュレーションによ
って定めることもできる。

【００５７】光学補償板３４０Ｇは、図２（ａ）及び
（ｂ）に示したように、遅相軸ｄが上記（ｙｚ）平面に
垂直な軸を回転軸として、光軸に対して前記所定角度傾
斜するように構成されている。このように構成したこと
ににより、偏光分離素子３３０Ｇにおける偏光光束の偏
光軸の回転を効果的に補償することができる。

【００５８】実施形態１においては、光学補償素子３４
０Ｇとして、一軸延伸フィルムからなる複屈折フィルム
を用いたが、これに限られず、水晶板やサファイア板な
どの一軸性単結晶、ＴＡＣフィルム上に液晶を配向させ
た液晶フィルムなども好適に用いることができる。

【００５９】実施形態１においては、偏光分離素子３３
０として、偏光分離面が誘電体多層膜により構成されて
なるものを用いたが、これに限られず、偏光分離面が回
折格子により構成されてなるものも好適に用いることが
できる。

【００６０】（実験例）図３乃至図８は、実施形態１に
係るプロジェクタにおける光学補償板の作用を説明する
図である。（ａ）は光学系の配置図であり、（ｂ）は漏
れ光強度の角度依存性を示す図である。各図（ｂ）にお
いては、漏れ光強度の単位は「％」であり、（ｘ）方
向、（ｙ）方向についての角度の単位は「°」である。
これらの図に基づいて、本実験例を説明する。

【００６１】（実験例１）図３（ａ）に示されるよう
に、実験例１においては、入射側偏光板３１０Ｅと出射
側偏光板３２０Ｅとを平行に配置する。入射側偏光板３
１０Ｅの偏光軸と出射側偏光板３２０Ｅの偏光軸とは直
交させる。この状態で、Ｓ偏光光束を入射側偏光板に入
射させる。すると、Ｓ偏光光束は、入射側偏光板３１０
Ｅを透過し、出射側偏光板３２０Ｅで吸収される。な
お、Ｓ偏光光束に含まれることがあるＰ偏光光束成分
は、入射側偏光板３１０Ｅで吸収されている。従って、
理想的には、出射側偏光板３２０Ｅを透過する漏れ光は
存在しない。しかしながら、図３（ｂ）に示されるよう
に、この漏れ光は完全には零にはならず、光軸に対する
入射光の角度に応じて変化する所定の値をとる。この漏
れ光は、スクリーン上などに投写される画像のコントラ
ストを下げる原因となるため、できるだけ小さいことが
好ましい。通常、プロジェクタにおいては、透過型液晶
パネルに照明される照明光の角度範囲はおよそ１０度以
内であるため、この範囲で、できるだけ小さいことが望
ましい。

【００６２】（実験例２）図４（ａ）に示されるよう
に、実験例２においては、入射側偏光板３１０Ｅと出射
側偏光板３２０Ｅとの間に偏光分離素子３３０Ｅを傾斜
して配置する。この状態で漏れ光強度を測定すると、図
４（ｂ）に示されるように、（ｘ）方向及び（−ｘ）方
向の角度成分をもった光束においては、漏れ強度が大き
くなり、コントラストが低下することが予想される。

【００６３】（実験例３）図５（ａ）に示されるよう
に、実験例３においては、入射側偏光板３１０Ｅと偏光
分離素子３３０Ｅとの間に光学補償板３４０Ｅを傾斜し
て配置する。この状態で漏れ光強度を測定すると、図５
（ｂ）に示されるように、実験例２と比較すると、全体
的に漏れ強度が小さくなり、コントラストの低下が抑制
されることが予想される。

【００６４】図６（ａ）に示されるように、実験例４に
おいては、入射側偏光板３１０Ｅと透過型液晶パネル３
００Ｅと出射側偏光板３２０Ｅとを平行に配置する。入
射側偏光板３１０Ｅの偏光軸と出射側偏光板３２０Ｅの
偏光軸とは直交させる。透過型液晶パネル３００Ｅにお
いては液晶分子を立てて偏光軸の回転をしない状態とす
る。この状態で、Ｓ偏光光束を入射側偏光板３１０Ｅに
入射させる。すると、Ｓ偏光光束は、入射側偏光板３１
０Ｅ及び透過型液晶パネル３００Ｅを透過し、出射側偏
光板３２０Ｅで吸収される。なお、Ｓ偏光光束に含まれ
ることがあるＰ偏光光束成分は、入射側偏光板３１０Ｅ
で吸収されている。従って、理想的には、出射側偏光板
３２０Ｅを透過する漏れ光は存在しない。しかしなが
ら、図６（ｂ）に示されるように、この漏れ光は完全に
は零にはならず、入射光の角度に応じて変化する所定の
値をとる。この漏れ光は、スクリーン上などに投写され
る画像のコントラストを下げる原因となるため、できる
だけ小さいことが好ましい。通常、プロジェクタにおい
ては、透過型液晶パネルに照明される照明光の角度範囲
はおよそ１０度以内であるため、この範囲で、できるだ
け小さいことが望ましい。

【００６５】（実験例５）図７（ａ）に示されるよう
に、実験例５においては、透過型液晶パネル３００Ｅと
出射側偏光板３２０Ｅとの間に偏光分離素子３３０Ｅを
傾斜して配置する。この状態で漏れ光強度を測定する
と、図７（ｂ）に示されるように、主として（ｘ）方向
及び（−ｘ）方向の角度成分をもった光束においては、
漏れ強度が大きくなり、コントラストが低下することが
予想される。

【００６６】（実験例６）図８（ａ）に示されるよう
に、実験例６においては、透過型液晶パネル３００Ｅと
偏光分離素子３３０Ｅとの間に光学補償板３４０Ｅを傾
斜して配置する。この状態で漏れ光強度を測定すると、
図８（ｂ）に示されるように、実験例５と比較すると、
全体的に漏れ強度が小さくなり、コントラストの低下が
抑制されることが予想される。

【００６７】以上の実験例で明らかなように、プロジェ
クタの高輝度化を図るために偏光分離素子３３０Ｅを光
軸に傾斜して配置すると、コントラストが低下するが、
光学補償板３４０Ｅを光軸に傾斜して配置すると、この
コントラストの低下を抑制することができる。

【００６８】（実施形態２）図９は、本発明の実施形態
２に係るプロジェクタ２０の光学系を示す図であり、
（ａ）は図中のｙｚ平面における断面図であり（ｂ）は
図中のｘｚ平面に面における断面図である。実施形態２
に係るプロジェクタ２０が実施形態１に係るプロジェク
タ１０と異なるのは、光学補償板の構造である。実施形
態２に係る光学補償板３４２Ｇは、図９に示されるよう
に、透過型液晶パネル３００Ｇと平行に配置されるとと
もに、遅相軸ｄが偏光変換素子３３０Ｇの透過軸と反射
軸とで構成される平面（ｙｚ平面）に垂直な軸を回転軸
にして、光軸に対して所定角度傾斜している光学補償板
である。このように構成することによっても、この光学
補償板３４２Ｇは、偏光分離素子３３０Ｇにおける偏光
光束の偏光軸の回転を補償することができる。光学補償
素子３４２Ｇとしては、ＴＡＣフィルム上に液晶を配向
させた液晶フィルムなどを好適に用いることができる。

【００６９】（実施形態３）図１０は、本発明の実施形
態３に係るプロジェクタ３０の光学系を示す図である。
実施形態３に係るプロジェクタ３０が実施形態１に係る
プロジェクタ１０と異なるのは、偏光分離素子の構造で
ある。実施形態３に係る偏光分離素子３３２Ｇは、図１
０に示されるように、貼り合わせ面が偏光分離面になる
ように２枚の三角柱プリズムを貼りあわせて得られる直
方体プリズムであって、その光軸方向に平行な辺の長さ
が光軸に直交する方向に平行ないずれの辺の長さより短
い直方体プリズムである。このプロジェクタ３０におい
ては、光学系の光軸方向における長さを短くすることが
でき、プロジェクタをコンパクトに構成することができ
る。

【００７０】（実施形態４）図１１は、本発明の実施形
態４に係るプロジェクタ４０の光学系を示す図である。
実施形態４に係るプロジェクタ４０が実施形態１に係る
プロジェクタ１０と異なるのは、出射側偏光板がないこ
とである。このように、出射側偏光板がないプロジェク
タであっても、光学補償板３４０Ｇが透過型液晶パネル
３００Ｇと偏光分離素子３３０Ｇとの間に配置されてい
るため、「本来偏光分離素子３３０Ｇの入射面で反射さ
れ投写レンズ５００に到達されるべきでない偏光光束」
は投写レンズ５００に到達することがなくなり、コント
ラスト特性を向上させることができる。

【００７１】（実施形態５）図１２は、本発明の実施形
態５に係るプロジェクタ５０の光学系を示す図である。
図１２に示されるように、実施形態５に係るプロジェク
タ５０は、光源１１０と、この光源１１０からの光をダ
イクロイックミラー２１０及び誘電体多層反射ミラー２
２０などの作用により赤、緑、青の色光に分離する色分
離装置とを備え、色分離装置における偏光光束の偏光軸
の回転を補償する光学補償板３５０Ｒをさらに備えてい
る。図１２においては、説明を簡単にするために、透過
型液晶パネル、色合成装置、リレー光学装置、投写レン
ズなどを省略するとともに、照明装置中の第１のレンズ
アレイ、第２のレンズアレイ、偏光変換素子及び重畳レ
ンズを省略してある。これらについては、図１３のもの
と基本的には同じものである。また、赤の光路のみを示
している。

【００７２】このため、実施形態５に係るプロジェクタ
５０においては、光学補償板３５０Ｒの作用により、色
分離装置におけるダイクロイックミラー２１０や誘電体
多層反射ミラー２２０の入射面で、入射される光束のう
ち「特定の角度成分の偏光光束」の偏光軸が回転してし
まうことに起因する偏光度の低下を抑制することができ
る。その結果、このプロジェクタ４０においては、入射
側偏光板３１０Ｒでの熱の発生を抑制することができる
という効果がある。また、そのため、光利用効率が向上
し、高輝度化に寄与することができるという効果があ
る。

【００７３】このプロジェクタ５０においては、光学補
償素子３５０Ｒは、ダイクロイックミラー２１０Ｇと誘
電体多層反射膜２２０との間に配置されているが、これ
に限られず、照明装置と入射側偏光板３１０Ｒとの間に
配置されていれば所定の効果が得られる。

【００７４】光学補償板３５０Ｒは、図１２中（ｙｚ）
平面に垂直な軸を回転軸にして、光軸に対して所定角度
傾斜した状態で配置されている。このように構成すれ
ば、ダイクロイックミラー２１０や誘電体多層反射膜２
２０における偏光光束の偏光軸の回転を効果的に補償す
ることができる。この所定角度は、実験的に定めること
もできるし、光学シミュレーションによって定めること
もできる。

【００７５】光学補償板３５０Ｒは、遅相軸が上記ｙｚ
平面に垂直な軸を回転軸にして、光軸に対して前記所定
角度傾斜している。このように構成すれば、ダイクロイ
ックミラー２１０や誘電体多層反射膜２２０における偏
光光束の偏光軸の回転を効果的に補償することができ
る。光学補償板３５０Ｒは、光軸に垂直に配置されると
ともに、遅相軸ｄがダイクロイックミラー２１０の透過
軸と反射軸とで構成される平面（ｙｚ平面）に垂直な軸
を回転軸として、光軸に対して所定角度傾斜している光
学補償板とすることもでき、この場合にも、ダイクロイ
ックミラー２１０や誘電体多層反射膜２２０における偏
光光束の偏光軸の回転を補償することができる。

【００７６】実施形態５においても、光学補償素子３５
０Ｒとして、一軸延伸フィルムからなる複屈折率フィル
ムを用いたが、これに限られず、水晶板やサファイア板
などの一軸性単結晶、ＴＡＣ上に液晶を配向させた液晶
フィルムなども好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学
系を示す図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学
系を説明する図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおけ
る光学補償板の作用を説明するための図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおけ
る光学補償板の作用を説明するための図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおけ
る光学補償板の作用を説明するための図である。

【図６】本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおけ
る光学補償板の作用を説明するための図である。

【図７】本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおけ
る光学補償板の作用を説明するための図である。

【図８】本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおけ
る光学補償板の作用を説明するための図である。

【図９】本発明の実施形態２に係るプロジェクタの光学
系を示す図である。

【図１０】本発明の実施形態３に係るプロジェクタの光
学系を示す図である。

【図１１】本発明の実施形態４に係るプロジェクタの光
学系を示す図である。

【図１２】本発明の実施形態５に係るプロジェクタの光
学系を示す図である。

【図１３】従来のプロジェクタの光学系を示す図であ
る。

【図１４】従来のプロジェクタの光学系を説明するため
の図である。

【図１５】従来の他のプロジェクタの光学系を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０，５０，８０，９０・・・プロ
ジェクタ１００・・・照明装置１１０・・・光源１１２・・・光源ランプ１１４・・・リフレクタ１２０・・・第１のレンズアレイ１３０・・・第２のレンズアレイ１４０・・・偏光変換素子１５０・・・重畳レンズ２００・・・色分離装置２１０・・・第１のダイクロイックミラー２１２・・・第２のダイクロイックミラー２２０，２５２，２５４・・・反射ミラー２４０・・・リレー光学装置２８０Ｒ，２８０Ｇ，２６６Ｂ・・・フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ，３００Ｅ・・・液晶パ
ネル３１０Ｇ，３１０Ｒ，３１０Ｅ・・・入射側偏光板３２０Ｇ，３２０Ｅ・・・出射側偏光板３３０Ｇ，３３０Ｅ，３３２Ｇ・・・偏光分離素子３４０Ｇ，３４２Ｇ，３４０Ｅ，３５０Ｒ・・・光学補
償板４００・・・ダイクロイックプリズム５００・・・投写レンズｄ・・・遅相軸Ｓ・・・スクリーン

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）Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 ＺＦターム(参考） 2H049 BA05 BA06 BB03 BC22 2H088 EA14 EA47 HA13 HA16 HA18 HA20 HA24 HA25 MA02 MA06 2H091 FA05X FA05Z FA08X FA08Z FA10X FA11X FA11Z FA14Z FA19X FA19Z FA21X FA26X FA26Z FA29Z FA42Z FD10 LA04 LA17 LA18 MA07 2K103 AA01 AA05 AA16 AB01 BC01 BC14 BC20 CA19 CA40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光光束を出射する照明装置と、この照明装置からの偏光光束を変調する透過型液晶パネ
ルと、この透過型液晶パネルの出射面側に配置された偏光分離
素子であって、入射面が光軸に対して略４５度傾斜した
状態で配置され、前記透過型液晶パネルの透過光を２つ
の直交成分に分離して、一方の直線偏光を透過し、他方
の直線偏光を反射する偏光分離素子と、この偏光分離素子の出射面側又は反射面側に配置された
出射側偏光板と、この出射側偏光板を透過した光束をスクリーン上などに
拡大投写する投写レンズと、を備えたプロジェクタにお
いて、前記照明装置と前記出射側偏光板との間に、前記偏光分
離素子における光束の偏光軸の回転を補償する光学補償
板をさらに備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】偏光光束を出射する照明装置と、この照明装置からの偏光光束を変調する透過型液晶パネ
ルと、この透過型液晶パネルの出射面側に配置された偏光分離
素子であって、入射面が光軸に対して略４５度傾斜した
状態で配置され、前記透過型液晶パネルの透過光を２つ
の直交成分に分離して、一方の直線偏光を透過し、他方
の直線偏光を反射する偏光分離素子と、前記偏光分離素子で分離された一方の出力光をスクリー
ン上などに拡大投写する投写レンズと、を備えたプロジ
ェクタにおいて、前記照明装置と前記偏光分離素子との間に、前記偏光分
離素子における光束の偏光軸の回転を補償する光学補償
板をさらに備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】請求項１又は２に記載のプロジェクタに
おいて、前記光学補償板は、入射面が前記偏光変換素子の透過軸
と反射軸とで構成される第１の平面に垂直な軸を回転軸
として、光軸に対して所定角度傾斜した状態で配置され
た光学補償板であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】請求項３に記載のプロジェクタにおい
て、前記光学補償板は、遅相軸が前記第１の平面に垂直な軸
を回転軸として、光軸に対して前記所定角度傾斜してい
る光学補償板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又は２に記載のプロジェクタに
おいて、前記光学補償板は、前記透過型液晶パネルと平行に配置
されるとともに、遅相軸が前記偏光変換素子の透過軸と
反射軸とで構成される第１の平面に垂直な軸を回転軸と
して、光軸に対して所定角度傾斜している光学補償板で
あることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載のプロ
ジェクタにおいて、前記光学補償素子は、複屈折率フィルム、一軸性単結晶
又は液晶フィルムであることを特徴とするプロジェク
タ。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載のプロ
ジェクタにおいて、前記偏光分離素子は、その偏光分離面が誘電体多層膜又
は回折格子により構成されてなることを特徴とするプロ
ジェクタ。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載のプロ
ジェクタにおいて、前記偏光分離素子は、貼り合わせ面が偏光分離面になる
ように２枚の三角柱プリズムを貼り合わせて得られる直
方体プリズムであって、その光軸方向に平行な辺の長さ
が光軸に直交する方向に平行ないずれの辺の長さより短
い直方体プリズム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乃至８のいずれかに記載のプロ
ジェクタにおいて、前記照明装置と前記透過型液晶パネルとの間に、入射側
偏光板をさらに備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】偏光光束を出射する照明装置と、この照明装置からの光をダイクロイックミラーの作用に
より複数の色光に分離する色分離装置と、この色分離装置で分離された複数の色光をそれぞれ変調
する複数の電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された色光を合成する色合
成装置と、この色合成装置で合成された光をスクリーン上などに投
写する投写レンズと、を備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置と前記電気光学変調装置との間に、前記色
分離装置における偏光光束の偏光軸の回転を補償する光
学補償板をさらに備えたことを特徴とするプロジェク
タ。
【請求項１１】請求項１０に記載のプロジェクタにお
いて、前記光学補償素子は、前記色分離装置における前記照明
装置に最も近い側に配置されたダイクロイックミラー
と、前記電気光学変調装置との間に、各色光毎に配置さ
れてなることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１２】請求項１０又は１１に記載のプロジェ
クタにおいて、前記光学補償板は、入射面が前記ダイクロイックミラー
の透過軸と反射軸とで構成される第２の平面に垂直な軸
を回転軸として、光軸に対して所定角度傾斜した状態で
配置された光学補償板であることを特徴とするプロジェ
クタ。
【請求項１３】請求項１２に記載のプロジェクタにお
いて、前記光学補償板は、遅相軸が前記第２の平面に垂直な軸
を回転軸として、光軸に対して前記所定角度傾斜してい
る光学補償板であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１４】請求項１０又は１１に記載のプロジェ
クタにおいて、前記光学補償板は、前記光軸に対して垂直に配置される
とともに、遅相軸が前記ダイクロイックミラーの透過軸
と反射軸とで構成される第２の平面に垂直な軸を回転軸
として、光軸に対して所定角度傾斜している光学補償板
であることを特徴とするプロジェクタ。