JP2005099512A - 画像投影光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の面から入射した該各色成分をそれぞれ異なる入射出面から射出させる機能と、該入射出面から入射される各色成分を合成する機能とを有した合成プリズムを利用することで光学系全体を小型化させるとともに、ゴーストが発生しない鮮明な画像を投影する。
【解決手段】 照明手段と、上述の合成プリズムと、該プリズムの入射出面から射出された各色成分を、所定の画像情報に対応して変調させるとともに、他の偏光状態に変換して該入射出面へ反射させる、各色に対応した、第一から第三の反射型液晶素子と、変調後、該プリズムにより各色成分が合成された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ群から構成し、入射出面の各々近傍で前記投影レンズ群が結像しないように、第一から第三の反射型液晶素子の各々を、入射出面の各々から所定の距離をおいて配置する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、反射型液晶を利用してスクリーン上に画像を投影する画像投影光学系に関する。

従来、例えばカラー液晶プロジェクタ等の装置に備えられた画像投影光学系には、光変調手段として使用する液晶素子の種類によって、透過型液晶を備えたタイプと反射型液晶を備えたタイプとの二種類に分類される。反射型液晶を備えたタイプは、透過型液晶を備えたタイプに比べ、液晶膜が薄く構成されており、ＯＮ−ＯＦＦの応答速度が速い、ライフサイクルが長い、光の利用効率が高い等の利点を有する。従って、反射型液晶を備えた画像投影光学系は、その実用性の高さから近年急速に普及している。

反射型液晶を備えた画像投影光学系には、代表的な構成として、１枚の反射型液晶を備えた反射液晶単板式と、３枚の反射型液晶を備えた反射液晶３板式とがある。単板式は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分を１枚の液晶で変調することにより所定の画像を投影する。これに対して３板式は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分を各液晶で変調することにより所定の画像を投影する。従って３板式は、単板式と比べて、大型化し、かつ製造コストも掛かる。しかし３板式は、各色成分を各液晶で変調させている為、単板式と比べて画質が高いという利点を有している。近年、３板式について種々の開発がなされ、様々な構造を有した画像投影光学系が実用に供されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−１６２５２０号公報

上述した特許文献１では、画像投影光学系を小型化する為の特殊な合成プリズムが提案されている。該文献で利用されている合成プリズムは、その内部に、対角線を含む面上に配置された、各々が直交しない３つの偏光ビームスプリッタを含んでいる。画像投影光学系内に該合成プリズムを採用すると、合成プリズムと各反射型液晶との間に偏光ビームスプリッタ等の偏光部材を配置する必要がない。そのため、該プリズムの面に直接反射型液晶を貼り付ける（若しくは各面近傍に配置する）ことができ、該画像投影光学系を小型化させられる。

図１は、特許文献１に記載されている合成プリズム１近傍の構成を模式的に示した図である。以下に、図１を参照して該プリズム１の作用を簡単に説明する。

合成プリズム１は、正方形のプリズムであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分を含む光束５が入射される面２ａと、該面２ａと対向する面２ｂと、図中上面となる面２ｃと、該面２ｃと対向する面２ｄと、図中前面となる面２ｅと、該面２ｅと対向する面２ｆとを有している。さらに、その内部に、面２ｃ及び面２ｄの対角線を含む面上に配置された偏光ビームスプリッタ３ａと、面２ｅ及び面２ｆの対角線を含む面上に配置された偏光ビームスプリッタ３ｂと、面２ａ及び面２ｂの対角線を含む面上に配置された偏光ビームスプリッタ３ｃとを有している。また、合成プリズム１の各面近傍には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分に対応した反射型液晶素子（反射型液晶をパッケージングした素子）が配置されている。具体的に説明すると、面２ｂ近傍にはＢ成分用の反射型液晶４Ｂ_ＬＣをパッケージングした反射型液晶素子４Ｂ_ｄ、面２ｆ近傍にはＧ成分用の反射型液晶４Ｇ_ＬＣをパッケージングした反射型液晶素子４Ｇ_ｄ、面２ｃ近傍にはＲ成分用の反射型液晶４Ｒ_ＬＣをパッケージングした反射型液晶素子４Ｒ_ｄが配置されている。

面２ａから入射した光束５は、偏光ビームスプリッタ３ａ及び偏光ビームスプリッタ３ｂの作用によりＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に分解される。このときＢ成分は、偏光ビームスプリッタ３ａ及び偏光ビームスプリッタ３ｂを透過して面２ｂから射出され、反射型液晶素子４Ｂ_ＬＣにより変調される。また、Ｇ成分は、偏光ビームスプリッタ３ａにより反射されて面２ｆから射出され、反射型液晶素子４Ｇ_ＬＣにより変調される。また、Ｒ成分は、偏光ビームスプリッタ３ａを透過し偏光ビームスプリッタ３ｂにより反射されて面２ｃから射出され、反射型液晶素子４Ｒ_ＬＣにより変調される。

反射型液晶素子４Ｂ_ＬＣにより変調されたＢ成分は、該素子４Ｂ_ＬＣにより反射されて面２ｂに入射し、偏光ビームスプリッタ３ａにより反射されて面２ｅから射出される。また、反射型液晶素子４Ｇ_ＬＣにより変調されたＧ成分は、該素子４Ｇ_ＬＣにより反射されて面２ｆに入射し、偏光ビームスプリッタ３ａを透過して面２ｅから射出される。また、反射型液晶素子４Ｒ_ＬＣにより変調されたＲ成分は、該素子４Ｒ_ＬＣにより反射されて面２ｃに入射し、偏光ビームスプリッタ３ｃにより反射されて面２ｅから射出される。各色成分は、面２ｅから合成されて射出され、該面２ｅ前面に配置されている投影レンズ群（不図示）を介してスクリーン上に投影される。このように、合成プリズム１は、各色成分を分解する機能、及び該色成分を合成する機能を有している。従って、画像投影光学系内に該合成プリズム１を採用すると、合成プリズム周辺に配置されていた光学素子を大幅に削減できる。

偏光ビームスプリッタ３ａ〜３ｃは、合成プリズム１内に高い精度で位置決めされている。一例を挙げると、偏光ビームスプリッタ３ｃは、面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆから４５度傾斜され、かつ面２ａ及び面２ｂに直交するよう位置している。ところが合成プリズム１を構成する各光学素子は必ず加工誤差及び組立誤差を含んでいる。従って、合成プリズム１を高い精度で製造しても、偏光ビームスプリッタ３ａ〜３ｃは設計値に対して必ず誤差を含む。なお、ここでいう各偏光ビームスプリッタに含まれる誤差は、例えば、各偏光ビームスプリッタの表面形状の誤差や、配置角度の誤差となって現れる。

上述したように、各反射型液晶素子は、合成プリズム１の各面に貼り付けられている、若しくは該各面近傍に対向するように配置されている。また、投影レンズ群の後側焦点位置は、各反射型液晶素子４Ｂ_ＬＣ、４Ｇ_ＬＣ、４Ｒ_ＬＣ上に位置している。従って、各偏光ビームスプリッタに含まれている表面形状の誤差や配置角度の誤差に起因してスクリーン上にゴーストが発生する可能性がある。

以下に、スクリーン上にゴーストが発生する理由を説明する。一例として、偏光ビームスプリッタ３ｃの表面形状の誤差や配置角度の誤差に起因して発生するゴーストについて説明する。

偏光ビームスプリッタ３ｃの面のうち反射型液晶素子４Ｂ_ＬＣの直前に位置する面上に表面形状の誤差があったり、偏光ビームスプリッタ３ｃ全体が設計位置から傾斜されて配置されていたりすると、該素子４Ｂ_ＬＣの直前に位置する偏光ビームスプリッタ３ｃの面上に、Ｂ成分が入射して像が写り込んでしまう。このとき投影レンズ群の後側焦点位置は反射型液晶素子４Ｂ_ＬＣ上にある。従って、偏光ビームスプリッタ３ｃの面に写り込んでしまった像は、スクリーン上に略ピントがあった状態で投影され、ゴーストとして写り込んでしまう。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、上述の如き合成プリズムを利用することで光学系全体を小型化させるとともに、ゴーストが発生しない鮮明な画像を投影できる画像投影光学系を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る画像投影光学系は、所定の偏光状態である、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分を含んだ光束を射出する照明手段と、所定の面から入射した該各色成分をそれぞれ異なる入射出面から射出させる機能と、該入射出面から入射される各色成分を合成する機能とを有した正方体状の合成プリズムと、該入射出面から射出された各色成分を、所定の画像情報に対応して変調させるとともに、他の偏光状態に変換して該入射出面へ反射させる、各色に対応した、第一から第三の反射型液晶素子と、変調後、該合成プリズムにより各色成分が合成された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ群とを備えた光学系であり、入射出面の各々近傍で前記投影レンズ群が結像しないように、第一から第三の反射型液晶素子の各々を、入射出面の各々から所定の距離をおいて配置している。すなわち本発明の如く画像投影光学系を構成すると、合成プリズムと各反射型液晶素子とが離れる為、該合成プリズムの誤差に起因して発生するゴーストは、スクリーン上でぼけて投影、すなわち軽減されて投影される。

また、上記画像投影光学系は、合成プリズムは、その内部に、対角線を含む面上に配置された、各々が直交しない複数の偏向手段を含んでいる。

また、上記画像投影光学系において、第一から第三の反射型液晶素子の各々は、それぞれ異なる入射出面であって、合成プリズムの一角に接する３面のいずれかの面に対向して配置されていることが好ましい。

また、上記画像投影光学系において、投影レンズ群の後側焦点位置は、各反射型液晶素子上に位置することが好ましい。

また、上記画像投影光学系において、各入射出面と対向する各反射型液晶素子の面のサイズは、合成プリズムのサイズ、及び該合成プリズムから後側焦点位置までの距離に応じて決定されることが好ましい。

また、上記画像投影光学系において、各入射出面からそれらに対向する各反射型液晶素子上までの距離は、投影レンズ群の後側焦点距離の１０％以上の距離であることが好ましい。

また、上記画像投影光学系において、第一から第三の反射型液晶素子が反射面の中心を含み、該色成分を変調させる長方形の変調領域を有したものであるとき、該変調領域の長辺と合成プリズムの一辺は、同一長さであることが好ましい。

本発明の画像投影光学系では、各反射型液晶素子を合成プリズムから所定距離おいて配置することにより投影レンズ群の後側焦点位置が各偏光ビームスプリッタから離れる為、該ビームスプリッタに含まれている表面形状の誤差や配置角度の誤差に起因してスクリーン上で発生するゴーストが軽減される。

図２は、本発明の実施形態の画像投影光学系１０の構成を模式的に示した図である。画像投影光学系１０は、スクリーン上に所定の画像情報を投影するカラー液晶プロジェクタ等の装置に備えられた光学系であって、画像を投影する為の光を照射する光源部と、該光源部から照射された光束を所定の状態にする光学系と、該所定の状態にされた光束に画像情報を付加する液晶素子、及び該画像情報が付加された光束をスクリーン上に投影する光学系から構成されている。また、該画像投影光学系１０は、反射型の液晶を利用して画像情報を投影するものであって、３枚の液晶素子を備えた３板式からなる。以下に、図２を用いて、この画像投影光学系１０の構成及び作用を説明する。

画像投影光学系１０は、光源部１１０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１２２と、第一偏光変換素子１２４と、第二偏光変換素子１２６と、フィールドレンズ１２８と、合成プリズム１３０と、Ｒ用反射型液晶素子１４０Ｒ_ｄと、Ｇ用反射型液晶素子１４０Ｇ_ｄと、Ｂ用反射型液晶素子１４０Ｂ_ｄと、投影レンズ群１５０から構成されている。

光源部１１０は、高圧水銀ランプ１１２及び放物面リフレクタ１１４を有している。高圧水銀ランプ１１２から照射された白色光は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分を含んでおり、放物面リフレクタ１１４で反射して第１レンズアレイ１２０に導かれる。該白色光は、第１レンズアレイ１２０の作用によりその強度分布が均一化され、かつ平行光に変換されて後段にある第２レンズアレイ１２２に導かれる。第２レンズアレイ１２２に入射された白色光は、該レンズアレイ１２２の作用によりその強度分布がさらに均一化されて第一偏光変換素子１２４に導かれる。

第一偏光変換素子１２４は、入射される白色光を第一の偏光状態に変換する機能を果たす。なお、ここでいう第一の偏光状態とは、図２の紙面と直交する面を振動面とする直線偏光状態である。このとき該素子１２４に入射された白色光すなわちＲ、Ｇ、Ｂの各色成分は、該素子１２４の作用によりその偏光状態が第一の偏光状態に揃えられる。第一の偏光状態に変換された白色光は、該素子１２４から第二偏光変換素子１２６に向けて射出される。

第二偏光変換素子１２６は、入射される各色成分のうち１つの色成分のみの偏光状態を第二の偏光状態に変換させる機能を果たす。ここでいう第二の偏光状態とは、図２の紙面と平行な面を振動面とする直線偏光状態である。本実施形態では、第二偏光変換素子１２６は、Ｇ成分のみの偏光状態を９０度回転させることができる。

上述した第二偏光変換素子１２６の作用により、第一偏光変換素子１２４から射出された第一の偏光状態に揃えられた白色光は、Ｒ成分及びＢ成分が第一の偏光状態で、Ｇ成分が第二の偏光状態にされる。第二偏光変換素子１２６を射出した白色光は、フィールドレンズ１２８に入射され、次に合成プリズム１３０に導かれる。

図３は、本発明の実施形態の画像投影光学系１０の構成要素である合成プリズム１３０近傍の構成を拡大して示した斜視図である。以下に、図３を用いて、合成プリズム１３０近傍の構成及び作用を説明する。

合成プリズム１３０は、正方形のプリズムであり、フィールドレンズ１２８から射出された白色光が入射される入射面１３２ａと、該入射面１３２ａと対向する入射出面１３２ｂと、図３中上面となる入射出面１３２ｃと、該入射面１３２ｃと対向する面１３２ｄと、図３中前面となる射出面１３２ｅと、該射出面１３２ｅと対向する入射面１３２ｆを有している。

また、合成プリズム１３０は、その内部に、対角線を含む面上に配置された、各々が直交しない複数の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ１３４ａ、偏光ビームスプリッタ１３４ｂ、偏光ビームスプリッタ１３４ｃ）を含んでいる。

偏光ビームスプリッタ１３４ａは、入射出面１３２ｃ及び面１３２ｄの対角線を含む面上に配置されており、Ｂｓ成分及びＧｓ成分を反射させ、Ｂｐ成分、Ｇｐ成分、Ｒｐ成分、及びＲｓ成分を透過させる性質を有している。

また、偏光ビームスプリッタ１３４ｂは、射出面１３２ｅ及び入射面１３２ｆの対角線を含む面上に配置されており、Ｒｓ成分を反射させ、Ｂｐ成分、Ｂｓ成分、Ｇｐ成分、Ｇｓ成分、及びＲｐ成分を透過させる性質を有している。

また、偏光ビームスプリッタ１３４ｃは、入射面１３２ａ及び入射出面１３２ｂの対角線を含む面上に配置されており、Ｒｓ成分を反射させ、Ｂｐ成分、Ｂｓ成分、Ｇｐ成分、Ｇｓ成分、及びＲｐ成分を透過させる性質を有している。

また、入射出面１３２ｂ、入射出面１３２ｃ、及び入射面１３２ｆの各面と対向する位置には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分に対応した反射型液晶素子が配置されている。これらの反射型液晶素子の各々は、周知の反射型液晶素子であって、対応する色成分用の反射型液晶を長方体状の枠体でパッケージングしたものである。該各反射型液晶素子は、合成プリズム１３０の面と対向する面上のうち、中心部を含む領域に長方形状の反射型液晶（または、変調領域とする）を有し、該中心部を覆う周辺部に上記枠体からなる非変調領域を有している。

各反射型液晶素子は、図示しない制御部の制御下、対応する色成分用の映像情報に基づいて反射型液晶中のＯＮビットに入射した該色成分を、変調させて反射させる機能を果たす。なお変調の際、液晶の性質によって、反射光束の偏光状態は、入射光束の偏光状態が９０度回転した状態となる。また、各反射型液晶素子は、反射型液晶中のＯＦＦビットに入射した色成分を、変調させることなく該入射光路に向けて逆反射させる。このとき反射された色成分は、該入射光路を逆にたどり光源に戻ることとなる。

上述した反射型液晶素子には、Ｒ成分用の反射型液晶１４０Ｒ_ＬＣをパッケージングした反射型液晶素子１４０Ｒ_ｄと、Ｇ成分用の反射型液晶１４０Ｇ_ＬＣをパッケージングした反射型液晶素子１４０Ｇ_ｄと、Ｂ成分用の反射型液晶１４０Ｂ_ＬＣをパッケージングした反射型液晶素子１４０Ｂ_ｄがある。反射型液晶素子１４０Ｒ_ｄは、入射出面１３２ｃと対向する位置に配置されている。また、反射型液晶素子１４０Ｇ_ｄは、入射出面１３２ｆと対向する位置に配置されている。また、反射型液晶素子１４０Ｂ_ｄは、入射出面１３２ｂと対向する位置に配置されている。

また、射出面１３２ｅの前面には、投影レンズ群１５０が配置されており、該投影レンズ群１５０のさらに前面には、各反射型液晶素子により情報が付加されて合成された各色成分、すなわち画像が投影されるスクリーン（不図示）が配置されている。投影レンズ群１５０の後側焦点位置は、各反射型液晶素子の反射型液晶上に位置している。該後側焦点位置と投影レンズ群１５０との距離、別の言い方をすると投影レンズ群１５０のバックフォーカスが短ければ短いほどスクリーン上に大画面の画像が投影されるようになる。

次に、合成プリズム１３０に入射した後の白色光の動作をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分毎に説明する。

先ず、Ｂ成分について説明する。フィールドレンズ１２８を射出して合成プリズム１３０の入射面１３２ａに入射したＢ成分は、第一の偏光状態であるため偏光ビームスプリッタ１３４ａに対してＰ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ａを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｂに対してＳ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ｂを透過する。これらの偏光ビームスプリッタを透過したＢ成分は、入射出面１３２ｂから射出される。

入射出面１３２ｂから射出されたＢ成分は、反射型液晶１４０Ｂ_ＬＣに入射し、該液晶１４０Ｂ_ＬＣにより所定のＢ用の映像情報に基づいて変調されてその偏光状態が９０度回転される。すなわちＢ成分は、反射型液晶１４０Ｂ_ＬＣにより第二の偏光状態にされる。

第二の偏光状態にされたＢ成分は、反射型液晶１４０Ｂ_ＬＣにより入射出面１３２ｂに向けて反射され、該入射出面１３２ｂに再び入射する。そして偏光ビームスプリッタ１３４ｂに対してＰ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ｂを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｃに対してＰ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ｃを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ａに対してＳ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ａにより射出面１３２ｅに向けて反射され、該射出面１３２ｅから射出される。

次に、Ｇ成分について説明する。フィールドレンズ１２８を射出して合成プリズム１３０の入射面１３２ａに入射したＧ成分は、第二の偏光状態であるため偏光ビームスプリッタ１３４ｂに対してＰ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ｂを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｃに対してＰ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ｃを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ａに対してＳ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ａにより入射出面１３２ｆに向けて反射され、該入射出面１３２ｆから射出される。

入射出面１３２ｆから射出されたＧ成分は、反射型液晶１４０Ｇ_ＬＣに入射し、該液晶１４０Ｇ_ＬＣにより所定のＧ用の映像情報に基づいて変調されてその偏光状態が９０度回転される。すなわちＧ成分は、反射型液晶１４０Ｇ_ＬＣにより第一の偏光状態にされる。

第一の偏光状態にされたＧ成分は、反射型液晶１４０Ｇ_ＬＣにより入射出面１３２ｆに向けて反射され、該入射出面１３２ｆに再び入射する。そして偏光ビームスプリッタ１３４ａに対してＰ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ａを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｃに対してＳ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ｃを透過する。これらの偏光ビームスプリッタを透過したＧ成分は、射出面１３２ｅから射出される。

次に、Ｒ成分について説明する。フィールドレンズ１２８を射出して合成プリズム１３０の入射面１３２ａに入射したＲ成分は、第一の偏光状態であるため偏光ビームスプリッタ１３４ａに対してＰ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ａを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｃに対してＰ偏光となり、該ビームスプリッタ１３４ｃを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｂに対してＳ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ｂにより入射出面１３２ｃに向けて反射され、該入射出面１３２ｃから射出される。

入射出面１３２ｃから射出されたＲ成分は、反射型液晶１４０Ｒ_ＬＣに入射し、該液晶１４０Ｒ_ＬＣにより所定のＲ用の映像情報に基づいて変調されてその偏光状態が９０度回転される。すなわちＲ成分は、反射型液晶１４０Ｒ_ＬＣにより第二の偏光状態にされる。

第二の偏光状態にされたＲ成分は、反射型液晶１４０Ｒ_ＬＣにより入射出面１３２ｃに向けて反射され、該入射出面１３２ｃに再び入射する。そして偏光ビームスプリッタ１３４ａに対してＳ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ａを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｂに対してＰ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ｂを透過する。また、偏光ビームスプリッタ１３４ｃに対してＳ偏光となる為、該ビームスプリッタ１３４ｃにより射出面１３２ｅに向けて反射され、該射出面１３２ｅから射出される。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分が入射面１３２ａに入射して射出面１３２ｅから射出されるまでの光路長は、それぞれ略同等である。従って、各色成分は、位相がずれることなく合成され、同時に射出面１３２ｅから射出され、スクリーン上に画像として投影される。

図４は、本発明の実施形態の画像投影光学系１０の構成要素である合成プリズム１３０と、各反射型液晶素子との位置関係を示した図である。図４（Ａ）は、射出面１３２ｅ側から合成プリズム１３０及び各反射型液晶素子を観察した図である。また、図４（Ｂ）は、入射出面１３２ｃ側から合成プリズム１３０及び各反射型液晶素子を観察した図である。以下、図４を用いて合成プリズム１３０と各反射型液晶素子との位置関係を説明する。

図４を参照すると、合成プリズム１３０は正方体状であり、一辺の長さはＬ_１となっている。また、各反射型液晶素子は、その表面上に長辺の長さがＬ_１となる長方形の変調領域として形成された反射型液晶を、長辺の長さがＬ_２となる長方体状の枠体でパッケージングしている。

また、各反射型液晶素子（すなわち、１４０Ｂ_ＬＣ、１４０Ｒ_ＬＣ、１４０Ｇ_ＬＣ）は、該各反射型液晶素子と対向する合成プリズム１３０の各面（すなわち、入射出面１３２ｂ、入射出面１３２ｃ、入射出面１３２ｆ）に対してそれぞれ距離Ｌ_３おいて配置されている。この距離Ｌ_３は、投影レンズ群１５０のバックフォーカスの１０％以上の距離である。すなわち各反射型液晶素子は、合成プリズム１３０の各面から多少離れた位置に配置されている。

上述の如く、各反射型液晶素子と、該各反射型液晶素子と対向する合成プリズム１３０の各面とを所定距離おき、該各素子と該プリズム１３０とを配置すると以下の効果が得られる。

その効果とは、各反射型液晶上に位置する投影レンズ群１５０の後側焦点位置が各反射型液晶素子の配置と共に各偏光ビームスプリッタから離れる為、該ビームスプリッタに含まれている表面形状の誤差や配置角度の誤差に起因してスクリーン上で発生するゴーストが軽減される。すなわち、各偏光ビームスプリッタを上記焦点位置から離すことにより、該各ビームスプリッタに写り込むゴーストは充分にぼける。従って、該ゴーストは、スクリーン上で充分にぼけて投影され、実質的に該スクリーン上に写り込まなくなる。

また、本実施形態では、各反射型液晶素子を合成プリズム１３０から離して配置しても画像投影光学系１０が大型化しない工夫が成されている。以下に、画像投影光学系１０が大型化しない理由を説明する。

各反射型液晶素子と合成プリズム１３０とを配置する為に必要なスペースは、各反射型液晶素子のパッケージのサイズ（ここでは長辺の長さＬ_２）により決定される。従って、長辺の長さがＬ_２である反射型液晶素子を画像投影光学系１０内に配置すると、該各素子と該プリズム１３０とを配置する為には縦、横、及び奥行きのいずれの方向に対しても少なくとも長さＬ_２のスペースが必要とされる。

また、別の言い方をすると、各反射型液晶素子と合成プリズム１３０とを配置する為に必要なスペース（または各反射型液晶素子のパッケージのサイズＬ_２）は、合成プリズム１３０のサイズ（ここでは一辺の長さＬ_１）、及びＬ_３により決定される。従って、一辺の長さがＬ_１である合成プリズム１３０から各反射型液晶素子をＬ_３離して配置すると、該各素子と該プリズム１３０とを配置する為には縦、横、及び奥行きのいずれの方向に対しても少なくとも長さＬ_１にＬ_３を加算したスペースが必要とされる。

また、別の言い方をすると、白色光の分光及び各色成分を合成する為に必要とされる合成プリズム１３０の形状は、各反射型液晶の変調領域のサイズ（ここでは長辺の長さＬ_１）により決定される。従って、長辺の長さがＬ_１である反射型液晶を各反射型液晶素子に備えると、合成プリズム１３０の一辺は、少なくとも長さＬ_１を必要とする。

本実施形態では、各反射型液晶素子と合成プリズム１３０とを最小限のスペース（縦、横、及び奥行きにそれぞれ長さＬ_２を有するスペース）内に配置しつつ該プリズム１３０を最小限のサイズ（一辺が長さＬ_１）に抑えることにより、各反射型液晶素子と合成プリズム１３０との間にスペースを確保している。従って、各反射型液晶素子と合成プリズム１３０とが専有するスペースは従来と変わらない。結果、画像投影光学系１０は大型化しない。

また、本実施形態の如く各反射型液晶素子と合成プリズム１３０とを配置するとさらなる効果が期待できる。例えば合成プリズム１３０のサイズが小さくなる為、該プリズム１３０に掛かる材料費が従来よりも安くなる。また、合成プリズム１３０の屈折率をｎとしたとき、投影レンズ群１５０の後側焦点位置は、空気中を進行した際の投影レンズ群１５０の後側焦点位置より（１−１／ｎ）×Ｌ_１後ろにシフトする。従って、各反射型液晶素子を合成プリズム１３０から離して配置し易くなる。上記シフトの量は、各反射型液晶素子のサイズまたは合成プリズム１３０から決定される。

また、各反射型液晶素子と投影レンズ群１５０の配置場所が変わらない状態で該プリズム１３０が小さくなる為、該各素子と該レンズ群１５０との光路中に介在している該プリズム１３０の割合が従来よりも減少するとともに、該光路中に介在している空気の割合が従来よりも増加する。そのため、該各素子と該レンズ群１５０との光路長（または該レンズ群１５０のバックフォーカス）は従来よりも短くなる。従って、画像投影光学系１０に、後側焦点距離が短い投影レンズ群１５０を採用でき、その結果、スクリーン上に大画面で画像を投影できるようになる。

以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。

従来の画像投影光学系に配置された合成プリズム近傍の構成を模式的に示した図である。 本発明の実施形態の画像投影光学系の構成を模式的に示した図である。 本発明の実施形態の画像投影光学系の構成要素である合成プリズム近傍の構成を拡大して示した斜視図である。 本発明の実施形態の画像投影光学系の構成要素である合成プリズムと、各反射型液晶素子との位置関係を示した図である。

符号の説明

１０ 画像投影光学系
１３０ 合成プリズム
１４０Ｒ_ＬＣ、Ｇ_ＬＣ、Ｂ_ＬＣ 反射型液晶
１４０Ｒ_ｄ、Ｇ_ｄ、Ｂ_ｄ 反射型液晶素子

Claims (7)

1. 所定の偏光状態である、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分を含んだ光束を射出する照明手段と、
   所定の面から入射した該各色成分をそれぞれ異なる入射出面から射出させる機能と、該入射出面から入射される各色成分を合成する機能と、を有した正方体状の合成プリズムと、
   該入射出面から射出された各色成分を、所定の画像情報に対応して変調させるとともに、他の偏光状態に変換して該入射出面へ反射させる、各色に対応した、第一から第三の反射型液晶素子と、
   変調後、該合成プリズムにより各色成分が合成された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ群と、を備えた画像投影光学系であって、
   前記入射出面の各々近傍で前記投影レンズ群が結像しないように、前記第一から第三の反射型液晶素子の各々を、前記入射出面の各々から所定の距離をおいて配置すること、を特徴とする画像投影光学系。
2. 前記合成プリズムは、その内部に、対角線を含む面上に配置された、各々が直交しない複数の偏向手段を含むこと、を特徴とする請求項１に記載の画像投影光学系。
3. 前記第一から第三の反射型液晶素子の各々は、それぞれ異なる前記入射出面であって、前記合成プリズムの一角に接する３面のいずれかの面に対向して配置されていること、を特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の画像投影光学系。
4. 前記投影レンズ群の後側焦点位置は、前記各反射型液晶素子上に位置すること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像投影光学系。
5. 前記各入射出面と対向する前記各反射型液晶素子の面のサイズは、前記合成プリズムのサイズ、及び該合成プリズムから前記後側焦点位置までの距離に応じて決定されていること、を特徴とする請求項４に記載の画像投影光学系。
6. 前記各入射出面からそれらに対向する前記各反射型液晶素子上までの距離は、前記投影レンズ群の後側焦点距離の１０％以上の距離であること、を特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の画像投影光学系。
7. 前記第一から第三の反射型液晶素子は、反射面の中心を含む領域であって、該色成分を変調させる長方形の変調領域を有しており、
   該変調領域の長辺と前記合成プリズムの一辺は、同一長さであること、を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の画像投影光学系。

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