JP2004347700A

JP2004347700A - 液晶プロジェクタ

Info

Publication number: JP2004347700A
Application number: JP2003142218A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Inamoto; 雅之稲本
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US20040233341A1; US6982767B2

Abstract

【課題】部品を削減することにより、３板方式の液晶プロジェクタを低コストで提供する。
【解決手段】Ｓ偏光に変換された白色光が３色の光束に色分離され、それぞれの光束が、反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの各々に照射される。反射型ライトバルブ１３Ｇでは、白表示画素の場合はＳ偏光をＰ偏光に変調して出射し、黒表示画素の場合は、Ｓ偏光を変調せずに出射させ、検光子である偏光板１４Ｇにより黒表示であるＳ偏光がカットされてＰ偏光のみがクロスダイクロイックプリズムに入射する。反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂでは、白表示画素の場合はＳ偏光を変調せずに出射し、黒表示画素の場合は、Ｓ偏光をＰ偏光に変調して出射させ、検光子である偏光板１４Ｒ，１４Ｂにより黒表示であるＰ偏光がカットされてＳ偏光のみがクロスダイクロイックプリズムに入射する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色分離されたＲＧＢの３色の光束に対応する３枚の液晶表示素子を用いる３板方式の液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタは、小さな液晶パネルに表示した画像を投写レンズで拡大投写して大画面表示を行う装置である。このような液晶プロジェクタのカラー表示方式としては、単板（１枚パネル）方式と、３板（３枚パネル）方式とが知られている。これらの特徴としては、単板方式は構成が簡単なため、安価で小型の装置が実現できるという利点があるが、その反面、光利用効率が悪いため明るい表示を実現し難く、また１枚のパネルに３倍の液晶セル（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を作り込む必要があることから、高精細化が難しくなるという問題がある。これに対して、３板方式では、単板方式と比べて高価になり、大型化するという問題があるが、ＲＧＢの各色に対応する３枚のパネルを使用するため、高精細な装置を実現できるという利点がある。
【０００３】
３板方式の液晶プロジェクタとして、直線偏光の光束に偏光された白色光の光束をＲＧＢの各色の光束に色分離する色分離光学系と、色分離光学系により分離されたＲＧＢの各色の光束に対して表示画像に対応するように画素毎に変調を行って反射光を出射する３枚の反射型ライトバルブ（反射型液晶表示素子）と、ＲＧＢの各色の光束を色合成する色合成光学系と、色合成光学系により合成された合成光をスクリーン上に拡大表示させる投射レンズとを設けてフルカラー画像を表示する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００１−５２０４０３号公報
（ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＰａｔｅｎｔ６０４６８５８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１記載の投射型液晶表示装置では、色合成光学系としてクロスダイクロイックプリズムを用いている。クロスダイクロイックプリズムでは、ダイクロイックミラーの性質上、プリズム内を透過する緑光（Ｇ）のみＰ偏光で入射させ、プリズム内で反射される赤光・青光（Ｒ，Ｂ）をＳ偏光で入射させれば、光の利用効率が向上することが知られている（ＳＰＳ合成）。このようなＳＰＳ合成を行うために、図３（Ａ）に示すように、反射型ライトバルブとクロスダイクロイックプリズムとの間に１／２波長板を設けてプリズム内に入射する光束に対して偏光方向の変換を行っている。このため、部品点数が増加するとともに、組立時のアライメントコストが増加して製造コストが増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、部品点数を削減して投影型画像表示装置を低コストで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】
上記問題点を解決するために、本発明の液晶プロジェクタは、３色の光束に色分離され、所定の振動方向の直線偏光に変換された光束を３枚の液晶ライトバルブの各々に照射し、それぞれの液晶ライトバルブで変調された画像光を色合成光学系で色合成して、合成画像光を投影光学系によりスクリーン上に結像させる３板方式の液晶プロジェクタであり、白表示を行う画素に入射する光束を特定の振動方向の直線偏光である第１の直線偏光で出射させ、黒表示を行う画素に入射する光束を前記第１の直線偏光と直交する振動方向の直線偏光である第２の直線偏光で出射させる第１液晶ライトバルブと、白表示を行う画素に入射する光束を第２の直線偏光で出射させ、黒表示を行う画素に入射する光束を第１の直線偏光で出射させる第２及び第３液晶ライトバルブとを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
前述の３色の光束はＳ偏光に変換されたＲＧＢ各色の光束であり、Ｇ色光は第１液晶ライトバルブに入射して、白表示画素ではＰ偏光の光束に変調されて出射され、黒表示画素ではＳ偏光のまま出射され、Ｂ，Ｒ色光は、第２及び第３液晶ライトバルブの各々に入射して、白表示画素ではＳ偏光のまま出射され、黒表示画素ではＰ偏光の光束に変調されて出射されることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前述の３色の光束はＰ偏光に変換されたＲＧＢ各色の光束であり、Ｇ色光は前記第１液晶ライトバルブに入射して、白表示画素ではＰ偏光のまま出射され、黒表示画素ではＳ偏光の光束に変調されて出射され、Ｂ，Ｒ色光は、前記第２及び第３液晶ライトバルブの各々に入射して、白表示画素ではＳ偏光の光束に変調されて出射され、黒表示画素ではＰ偏光のまま出射されることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の液晶プロジェクタ１０の光学的構成を示す斜視図である。液晶プロジェクタ１０は、ＲＧＢの各色に対応する３枚の反射型ライトバルブを備えた３板型の反射型液晶プロジェクタである。このプロジェクタ１０は、照明光学系１１と、色分離光学系であるクロスダイクロイックプリズム１２と、ＬＣＯＳで構成され、クロスダイクロイックプリズム１２でＲＧＢの各色に分離された光束が入射する３枚の反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにて変調されたそれぞれの出射光を偏光する偏光板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと、偏光板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂからの出射光を色合成する色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１５と、この合成された光を拡大して図示せぬスクリーン（表示面）に投射させる投射レンズ１６とで構成されている。
【００１１】
照明光学系１１は、発光部２０が設けられ照明光を出射する発光ライト２１と、この照明光を白色光の状態で偏光変換を行う偏光変換インテグレータ光学系２２で構成されている。偏光変換インテグレータ光学系２２は、第１レンズアレイ２２ａ、第２レンズアレイ２２ｂ、１／２波長板が貼付られたＰＢＳプリズムアレイ２２ｃ等で構成されており、偏光変換インテグレータ光学系２２に入射した白色光は、直線偏光度が高められ、すべてＳ偏光の光束に変換されて出射する。このように、色分離光学系によりＲＧＢの各色に分離される前に白色光の状態で偏光変換することにより、色分離光学系でＲＧＢの各色に分離した後に偏光変換を行う場合と比較して、部品点数を削減することができるため、スペース的に有利である。
【００１２】
色分離光学系であるダイクロイックプリズム１２は、４個の直角三角プリズムの直角を挟む面にダイクロイックミラーを成膜して接着剤で張り合せたプリズムである。貼り合わせた面はレッドダイクロイックミラー（ＲＤＭ）１２ａと、ブルーダイクロイックミラー（ＢＤＭ）１２ｂとがクロス（十字形）状に形成されている。このクロスダイクロイックプリズム１２に入射した白色光は、赤光がＲＤＭ１２ａで反射されてプリズム外に出射し、青光がＢＤＭ１２ｂで反射されてプリズム外に出射し、緑光は、ＲＤＭ１２ａ、ＢＤＭ１２ｂを透過してプリズム外に出射する。これにより、白色光がＲＧＢの各色の光束に色分離される。また、色分離にクロスダイクロイックプリズムを使用せず、２枚のダイクロイックミラーを用いて色分離を行っても良い。
【００１３】
このように、ＲＧＢの各色に分離された光束は、それぞれ反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射する。これらの反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、色合成光学系のクロスダイクロイックプリズム１５の３つの側面に対面する位置に配置されている。図２に示すように、反射型ライトバルブ１３Ｇからの反射光が、プリズム１５の側面に対して垂直に入射するような角度に設置されており、反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂについても同様に設置されている。この反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、反射型液晶表示素子（ＬＣＯＳ）で構成されており、その各々には、フルカラー画像を構成する赤色画像、緑色画像、青色画像の濃度パターン画像が表示される。以下に、反射型ライトバルブについて説明を行う。
【００１４】
反射型ライトバルブは、電気書き込み式反射型ライトバルブである。すなわち、シリコン基板上にＴＦＴ等の非線形スイッチング素子が複数の画素にそれぞれ対応するように設けられ、これらＴＦＴの画素を構成する液晶層に対して画像信号に応じて選択的に電圧が印加される。電圧が印加された液晶層は、液晶分子の配列が変わり、当該液晶層が位相板の役目を果たすようになる。したがって、反射型ライトバルブに入射された偏光を当該液晶層を経由して反射層に導き、反射層で反射して反射型ライトバルブから出射させることにより、入射された偏光と振動方向が異なる偏光が変調光として出射される。
【００１５】
一方、反射型ライトバルブの非選択の画素に対応する部分、すなわち、電圧が印加されないＴＦＴに入射された偏光は、液晶分子の初期の配向の捻れ構造に従って進行して反射層にて反射される。この反射光は再び捻れ構造に従って逆に進行することより、入射された偏光と振動方向が同じ偏光として出射される。このように、反射型ライトバルブの反射出射光は、変調光であるＰ偏光と、非変調光であるＳ偏光とからなる混合光である。
【００１６】
反射型ライトバルブ１４Ｇでは、選択画素である白表示に対して電圧印加、非選択画素である黒表示に対して電圧を印加させない。つまり、選択画素の画素の場合は、Ｓ偏光をＰ偏光に変調して反射し、非選択画素の画素の場合は、Ｓ偏光を変調せずにＳ偏光を反射する。
【００１７】
また、２つの反射型ライトバルブ１４Ｒ，１４Ｂでは、選択画素である白表示に対して電圧を印加しない、非選択画素である黒表示に対して電圧印加して動作させて、白黒を反転して駆動させる。つまり、選択画素である白表示の画素の場合は、Ｓ偏光を変調せずにＳ偏光を反射し、非選択画素の画素の場合は、Ｓ偏光をＰ偏光に変調して反射する。
【００１８】
この反射ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、色合成系であるクロスダイクロイックプリズム１５との間には、偏光板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが設けられている。この偏光板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは検光子として作用し、黒表示に対応する偏光方向の光束をカットする。
【００１９】
また、反射ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂからの反射光が、偏光板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを介して合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１５に入射する。図３（Ｂ）に示すように、このクロスダイクロイックプリズム１５は、反射ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂから光学的に等距離となる位置に中心がくるように配置されており、ＲＧＢの各色の光が合成される。クロスダイクロイックプリズム１５の構成は、前述のクロスダイクロイックプリズム１２と同様であり、ＲＤＭ１５ａとＢＤＭ１５ｂとが成膜されている。
【００２０】
クロスダイクロイックプリズムによる色合成では、偏光方向の使い方に２つの方法があり、「ＳＳＳ合成」と「ＳＰＳ合成」とがある。「ＳＳＳ合成」は、クロスダイクロイックプリズムへの入射光の偏光方向を、ＲＧＢの３色ともにダイクロイックミラー入射面に対して垂直（Ｓ偏光）とするものである。また、「ＳＰＳ合成」は、クロスダイクロイックプリズムを透過する緑光（Ｇ）のみＰ偏光とし、他の２色である赤光・青光（Ｒ，Ｂ）をＳ偏光とするものである。
【００２１】
クロスダイクロイックプリズムでは、Ｓ偏光に比較して、Ｐ偏光ではプリズム内での反射帯域が顕著に狭くなるという特性を有しており、Ｐ偏光で透過する光の透過帯域は非常に広いものとなる。この特性を利用し、緑の反射ライトバルブの出射光の偏光方向をＳ偏光からＰ偏光に変えるとともに、赤（Ｒ）と青（Ｂ）のダイクロイックミラーのカットオフ波長を緑側にシフトさせたものが、「ＳＰＳ合成」であり、緑の透過ロスとともに、赤・青の反射ロスも減少して、その結果利用効率が増加する。
【００２２】
本実施形態では、緑（透過チャンネル）の反射型ライトバルブ１３Ｇからクロスダイクロイックプリズムに入射する光をＰ偏光とし、赤・青（反射チャンネル）の反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂからクロスダイクロイックプリズムに入射する光をＳ偏光として、「ＳＰＳ合成」を行って光の利用効率を高めている。
【００２３】
投射レンズ１６は、その物体側焦点面が反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの出射面に一致し、像面側焦点面がスクリーン（図示せず）に一致するように配置されているため、クロスダイクロイックミラー１５で合成された合成光がスクリーンに結像されてフルカラーの拡大画像として投射させる。
【００２４】
次に、上記構成の投射型画像表示装置１０の作用について図４のフローチャートを用いて説明を行う。照明ライト２１から出射した白色光は、偏光変換インテグレータ光学系２２により光束が全てＳ偏光にて変換されて出射する。この光束は、色分解光学系であるクロスダイクロイックプリズム１２に入射して、ＲＧＢの各色の３つの光束に分離される。Ｇ（緑）の光束は、透過チャンネルである反射ライトバルブ１３Ｇに入射し、Ｒ・Ｂ（赤・青）の光束は、反射チャンネルである反射ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂに入射する。透過チャンネルである反射ライトバルブ１３Ｇでは、選択画素である白表示の画素の場合は、Ｓ偏光をＰ偏光に変調して反射し、非選択画素の画素の場合は、Ｓ偏光を変調せずにＳ偏光を反射する。反射型ライトバルブ１３Ｇの反射出射光は、変調光であるＰ偏光と、非変調光であるＳ偏光とからなる混合光となる。
【００２５】
偏光板１４Ｇは、Ｐ偏光のみを透過させる検光子として作用し、反射型ライトバルブ１３Ｇから出射した光束に対して、Ｐ偏光の光束のみを透過し、Ｓ偏光の光束をカットする。これにより、Ｐ偏光の光束のみがクロスダイクロイックプリズム１５に入射する。
【００２６】
反射チャンネルである２つの反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂでは、選択画素である白表示の画素の場合は、Ｓ偏光を変調せずにＳ偏光を反射し、非選択画素の場合は、Ｓ偏光をＰ偏光に変調して反射する。反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂの反射出射光は、変調光であるＰ偏光と、非変調光であるＳ偏光とからなる混合光となる。
【００２７】
偏光板１４Ｒ，１４Ｂは、Ｓ偏光のみを透過させる検光子として作用し、反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂから出射した光束に対して、Ｓ偏光の光束のみを透過し、Ｐ偏光の光束をカットする。これにより、Ｓ偏光の光束のみがクロスダイクロイックプリズム１５に入射する。
【００２８】
このように透過チャンネルであるＧ（緑）の光束は、Ｐ偏光のみ入射し、反射チャンネルであるＲ・Ｂ（赤・青）の光束は、Ｓ偏光のみ入射するため、ＳＰＳ合成となる。このため、光の利用効率が高く、合成光束を明るくすることができる。
【００２９】
このように、クロスダイクロイックプリズム１５に入射したＲＧＢ各色の３本の光束が合成される。その後、合成光が投射レンズ１６に入射して、画像がスクリーン上に拡大表示される。
【００３０】
図３（Ａ）は、従来の液晶プロジェクタ３０の構成を示す概略図である。なお、液晶プロジェクタ１０を構成する部品と同一のものには、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。この液晶プロジェクタ３０には、反射型ライトバルブ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂが設けられている。この反射型ライトバルブ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂは、選択画素である白表示画素の場合は、Ｓ偏光を変調せずにＳ偏光のまま反射し、非選択画素である黒表示画素の場合は、Ｓ偏光をＰ偏光に変調して反射する。つまり、反射型ライトバルブ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂは、３枚とも同一の駆動を行う。また、この液晶プロジェクタ３０には、クロスダイクロイックプリズム１５で「ＳＰＳ合成」を行うために、透過チャンネルである反射型ライトバルブ３１Ｇと偏光板１４Ｇとの間に１／２波長板３２が設けられている。この１／２波長板により、透過チャンネルの白表示画素に対応する光束がＳ偏光からＰ偏光の光束に変調される。
【００３１】
従来の液晶プロジェクタ３０に対して、本発明の液晶プロジェクタ１０では、透過チャンネルである反射型ライトバルブ１３Ｇと、反射チャンネルである反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂとを白黒反転駆動している。このため、図３（Ｂ）に示すように、１／２波長板３２を使用する必要がないので、図３（Ａ）に示す液晶プロジェクタ３０よりも部品点数を削減することができる。また、組立時のアライメントコストを削減することが可能である。
【００３２】
なお、本実施形態においては、色分離光学系に入射する前に照明ライトから出射された白色光を偏光変換手段によりＳ偏光に変換して、色合成光学系でＳＰＳ合成するように説明したが、これに限るものではなく、異なる偏光構成でも本発明は適用可能である。例えば、照明からの白色光を偏光手段にてＰ偏光に変換しても良い。この場合は、反射型液晶表示素子の駆動を白黒反転駆動とすれば同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
また、本実施形態においては、本発明の液晶プロジェクタを反射型液晶表示素子で構成された反射型液晶ライトバルブを用いて説明を行ったが、これに限るものではなく、透過型液晶表示素子で構成された透過型液晶ライトバルブを用いた液晶プロジェクタにも本発明を適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶プロジェクタは、部品点数を削減することができると共に、組立時のアライメントコストを削減することが可能であり、液晶プロジェクタの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶プロジェクタの光学的構成を示す斜視図である。
【図２】液晶プロジェクタの光学的構成を示す側断面図である。
【図３】液晶プロジェクタの光学的構成を示す平面図である。
【図４】反射型ライトバルブの光束変調動作を示す説明図である。
【図５】液晶プロジェクタの作用を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０，３０プロジェクタ
１１照明光学系
１２，１５クロスダイクロイックプリズム
１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ，３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ反射型ライトバルブ
１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ偏光板
１６投射レンズ
２０発光部
２１発光ライト
２２偏光変換インテグレータ光学系
３２１／２波長板

Claims

３色の光束に色分離され、所定の振動方向の直線偏光に変換された光束を３枚の液晶ライトバルブの各々に照射し、それぞれの液晶ライトバルブで変調された画像光を色合成光学系で色合成して、合成画像光を投影光学系によりスクリーン上に結像させる３板方式の液晶プロジェクタにおいて、
白表示を行う画素に入射する前記光束を特定の振動方向の直線偏光である第１の直線偏光で出射させ、黒表示を行う画素に入射する前記光束を前記第１の直線偏光と直交する振動方向の直線偏光である第２の直線偏光で出射させる第１液晶ライトバルブと、
白表示を行う画素に入射する前記光束を前記第２の直線偏光で出射させ、黒表示を行う画素に入射する前記光束を前記第１の直線偏光で出射させる第２及び第３液晶ライトバルブとを備えたことを特徴とする液晶プロジェクタ。
前記３色の光束はＳ偏光に変換されたＲＧＢ各色の光束であり、Ｇ色光は前記第１液晶ライトバルブに入射して、白表示画素ではＰ偏光の光束に変調されて出射され、黒表示画素ではＳ偏光のまま出射され、Ｂ，Ｒ色光は、前記第２及び第３液晶ライトバルブの各々に入射して、白表示画素ではＳ偏光のまま出射され、黒表示画素ではＰ偏光の光束に変調されて出射されることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
前記３色の光束はＰ偏光に変換されたＲＧＢ各色の光束であり、Ｇ色光は前記第１液晶ライトバルブに入射して、白表示画素ではＰ偏光のまま出射され、黒表示画素ではＳ偏光の光束に変調されて出射され、Ｂ，Ｒ色光は、前記第２及び第３液晶ライトバルブの各々に入射して、白表示画素ではＳ偏光の光束に変調されて出射され、黒表示画素ではＰ偏光のまま出射されることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。