JP2006145837A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】各液晶パネルにおける各色光の分光特性の変動に起因する弊害を防止し、投写画像の照度およびコントラスト比を確保できる液晶プロジェクタを提案すること。
【解決手段】液晶プロジェクタ１では、白色光源２からの射出光が均一照明光学系３を介して均一な照度分布を有する均一照明光とされ、第１偏光変換光学系４を介してＳ偏光光に変換された後に、色分離光学系５を介して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光成分に分離される。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光成分は３枚の液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂを備えた光変調光学系６を介してカラー画像の各色成分に対応した光変調が施され、変調後の各色光成分のうち、Ｇ光成分は第２偏光変換光学系７を介してＰ偏光光に変換され、それ以外のＲおよびＢ光成分はＳ偏光光のまま、合成光学系８に入射される。合成光学系８において各色光成分が合成されカラー画像が再生され、投写光学系９を介してスクリーン上に拡大投写される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの白色光をＲＧＢの各色光成分に分離し、各色光成分に対応して配置されている３枚の液晶パネルにより各色光成分に対して画像情報に対応した変調を施し、変調後の各色光成分を合成してカラー画像を再生し、当該カラー画像をスクリーン上に拡大投写する液晶プロジェクタに関するものである。

液晶プロジェクタとしては、透過型液晶パネルを用いたものと反射型液晶パネルを用いたものが知られている。透過型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタでは、光源からの白色光を透過型液晶パネルに通すことにより画像に対応した変調を施し、これを投写光学系によってスクリーン上に拡大投写するようになっている。カラー画像を表示する場合には、光源からの白色光をＲＧＢの各色光成分に分離し、各色光成分に対して各液晶パネルによりカラー画像に対応した変調を施し、各色の変調光を合成してカラー画像を再生してスクリーン上に拡大投写するように構成されている。

ここで、各液晶パネルにおいては、そこに入射される各色光の入射角度によって各色光の分光特性が変化する。各色光の分光特性が変化すると、シェーディングが発生し、スクリーン上に投影されるカラー画像の照度の劣化またはコントラストの劣化を招くおそれがある。

このような問題点を解消するために、特許文献１においては、光源から射出される光に含まれている少なくとも一つの色光成分を選択的に減衰させる色選択性を有する減衰板を備え、照明ムラによる投写画像の画質劣化を防止し、スクリーン上に投写される投写画像のコントラストを改善することが提案されている。また、特許文献２においては、各液晶パネルを介して変調された３原色の変調光を合成プリズムにより合成することで非点収差の発生を低減し、３原色相互の位相ズレの発生を防止して色ムラが発生しないようにすることが提案されている。
特開２００３−１０７５７９号公報 特開平８−２９２３９５号公報

本発明の課題は、各液晶パネルにおける各色光の分光特性の変動に起因する弊害を防止し、投写画像の照度およびコントラスト比を確保できる液晶プロジェクタを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の液晶プロジェクタは、光源と、前記光源からの射出光を均一な照度分布を有する均一照明光にする均一照明光学系と、前記均一照明光をＲ、Ｇ、Ｂの各色光成分に分離する色分離光学系と、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光成分に画像情報に対応した変調を施す３枚の液晶パネルを備えた光変調光学系と、各色の変調光を合成してカラー画像を生成するＰＢＳプリズムを備えた合成光学系と、前記カラー画像をスクリーン上に拡大投写する投写光学系とを有していることを特徴としている。

ここで、前記均一照明光を、各色光に分離する前に、Ｓ偏光光に変換する第１偏光変換光学系と、各色の変調光を合成する前に、Ｇ変調光をＰ偏光光に変換する第２偏光変換光学系とを有していることが望ましい。

また、前記色分離光学系は、前記均一照明光からＲ色光を分離するＲ分離用ダイクロイックミラーと、Ｒ色光が分離された後の光をＧ色光およびＢ色光に分離するＧ・Ｂ分離用ダイクロイックミラーとを備えた構成とすることができる。前記合成光学系は、Ｒ変調光およびＢ変調光を合成するダイクロイックプリズムと、当該ダイクロイックプリズムから射出される合成光に前記Ｇ変調光を合成して前記カラー画像を生成する前記ＰＢＳプリズムとを備えた構成とすることができる。

このように構成した本発明の液晶プロジェクタでは、合成光学系に広域のＰＢＳプリズムを用いているので、赤、緑、青の各分光特性の角度依存性があってもケラレが発生することなく各色光を合成できる。よって、スクリーン上に拡大投写されたカラー画像の照度およびコントラスト比を確保できる。

ここで、スクリーン上に表示されるカラー画像のコントラストは、各液晶パネルの視野角特性と、各色光の各液晶パネルに対する入射角度によって変化する分光特性と、各色光の光線強度によって支配される。これに加えて、各色光を合成するときにおいても同様に入射角度により分光特性が変化する。すなわち、Ｒ成分とＧ成分、Ｇ成分とＢ成分のように分光特性が接近していると、その境界付近においていずれか一方の分光特性におけるバンド幅が増大し、他方のバンド幅が減少してカラーバランスが崩れると共に明るさとコントラストも変動する。

本発明によれば、光源からの白色光を分離および合成するに当り、ＲＧＢの光成分のうち、中間波長のＧ成分によって他の光成分が影響されないように、Ｇ成分をＰ偏光光とし、ＲおよびＢ成分をＳ偏光光として扱うと共に、ＲおよびＢ成分を合成した後にＧ成分を合成してカラー画像を再生している。したがって、拡大投写されるカラー画像の照度およびコントラストを改善することができる。

以上説明したように、本発明の液晶プロジェクタにおいては、合成光学系として広域のＰＢＳプリズムを用いている。また、ＲＧＢの各色光成分のうち干渉しやすいＧ光成分を分離して偏光変換させた後に他の色光成分と合成するようにしている。したがって、ケラレを生ずることなく各色光成分を合成することができ、シェーディングを抑制できる。よって、投写画像の照度およびコントラスト比を確保することができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した液晶プロジェクタの一例を説明する。図１は本例の液晶プロジェクタの光学系を示す概略構成図である。液晶プロジェクタ１は白色光源２を備え、この白色光源２から射出される白色光は均一照明光学系３を介して均一な照度分布を有する均一照明光とされる。均一照明光は、第１偏光変換光学系４を介してＳ偏光光に変換された後に、不図示の平凸レンズなどからなる集光レンズを介して、色分離光学系５に入射して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光成分に分離される。次に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光成分は、ライトバルブとして３枚の液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂを備えた光変調光学系６を介してカラー画像の各色成分に対応した光変調が施される。

変調後の各色光成分のうち、Ｇ光成分は第２偏光変換光学系７を介してＰ偏光光に変換され、それ以外のＲおよびＢ光成分はＳ偏光光のまま、合成光学系８に入射される。合成光学系８において各色光成分が合成されカラー画像が再生される。カラー画像は投写光学系９を介してスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

次に、各部分の構成を説明する。まず、白色光源２は、光源ランプ２１とリフレクタ２２を備えており、光源ランプ２１はリフレクタ２２の焦点位置に配置されている。光源ランプ２１からの射出光は、リフレクタ２２によって反射されて、光軸１ａにほぼ平行な光となってリフレクタ２２の開口部２３から射出される。開口部２３の前方には赤外線領域および紫外線領域の不要光成分を除去するためのＩＲ−ＵＶカットフィルタ２４が配置されており、射出光はここを介して不要光成分が除去された後に、均一照明光学系３に入射する。

均一照明光学系３は、第１マルチレンズアレイ３１および第２マルチレンズアレイ３２を備えている。これらは、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの有効開口のアスペクト比とほぼ等しい外径比を有するレンズセルがマトリクス状に複数配列された構成となっている。また、第１マルチレンズアレイ３１を構成している各レンズセルを透過した光が第２マルチレンズアレイ３２を構成している各レンズセルに入射するように、双方のアレイの各レンズセルが対応するように配置されている。光源２からの射出光は均一照明光学系３を介して均一な照度分布の均一照明光になる。

均一照明光学系３の射出側に配置されている第１偏光変換光学系４はＰ／Ｓインテグレータからなり、ここを通った均一照明光は、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂに対応した偏光方向であるＳ偏光光に変換される。Ｓ偏光光は不図示の集光レンズを介して色分離光学系５に入射する。

色分離光学系５は、２枚のダイクロイックミラー５１、５２と、全反射ミラー５３とを備えている。ダイクロイックミラー５１は光軸１ａに対して４５度傾斜した状態に配置されており、ここに入射した均一照明光（Ｓ偏光光）のＲ光成分のみを透過させ、ＧおよびＢ光成分を反射する。ダイクロイックミラー５１の背面側には、全反射ミラー５３が同じく光軸１ａに対して４５度傾斜した状態に配置されており、Ｒ光成分が当該全反射ミラー５３によって反射されて進行方向が直角に折り曲げられて、光変調光学系６のＲ変調用の液晶パネル６Ｒに入射して、画像情報に対応した光変調が施される。

ダイクロイックミラー５１によって反射されたＧおよびＢ光成分は、その前方に配置されているダイクロイックミラー５２に向かい、当該ダイクロイックミラー５２において、Ｂ光成分が反射され、Ｇ光成分が透過する。Ｂ光成分の進行方向の前方にはＢ変調用の液晶パネル６Ｂが配置されており、Ｂ光成分は、ここにおいて画像情報に対応した光変調が施される。また、ダイクロイックミラー５２の背面側にはＧ変調用の液晶パネル６Ｇが配置されており、ここにおいてＧ光成分には画像情報に対応した光変調が施される。

Ｇ変調用の液晶パネル６Ｇの背面側には１／２波長板からなる第２偏光変換光学系７が配置されており、変調が施された後のＧ光成分がＰ偏光光に変換される。

合成光学系８は、ＰＢＳプリズム８１と、ダイクロイックプリズム８２と、三角プリズム８３とを備えている。ＰＢＳプリズム８１は２つの三角プリズムを貼り合せた正方形断面形状のものであり、その貼り合わせ面には広域の誘電体膜８１ａが形成されている。

ＰＢＳプリズム８１の入射面８１ｂには、当該ＰＢＳプリズム８１よりも小さなサイズのダイクロイックプリズム８２の射出面８２ａが対向配置あるいは貼り付けられている。ダイクロイックプリズム８２は、２つの三角プリズムを貼りあわせた正方形断面形状のものであり、その貼り合わせ面に形成されている膜８２ｄの特性は、Ｂ光成分を反射し、Ｒ光成分を透過させるものである。このダイクロイックプリズム８２における他方の二つの入射面８２ｂ、８２ｃには、それぞれ、Ｒ変調用の液晶パネル６ＲおよびＢ変調用の液晶パネル６Ｂが対向配置されている。これらの液晶パネル６Ｒ、６Ｂを介して入射する変調後のＲ光成分（Ｓ偏光光）およびＢ光成分（Ｓ偏光光）は当該ダイクロイックプリズム８２を介して合成されて、ＰＢＳプリズム８１の入射面８１ｂに入射する。

ＰＢＳプリズム８１における他方の入射面８１ｃには、三角プリズム８３の射出面８３ａが対向配置あるいは貼り付けられている。三角プリズム８３の入射面８３ｂには１／２波長板が対向配置されており、ここを介して入射するＧ光成分（Ｐ偏光光）が、斜面に形成した全反射膜８３ｃによって直角に反射され、その射出面８３ａからＰＢＳプリズム８１に入射する。

よって、ＰＢＳプリズム８１において、Ｒ光成分およびＢ光成分の合成光（Ｓ偏光光）と、Ｇ光成分（Ｐ偏光光）とが合成されてカラー画像が再生され、これが、投写光学系９を介してスクリーン上に拡大投写される。

このように、本例においては、合成光学系８に広域のＰＢＳプリズム８１を用いている。したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各分光特性に角度依存性があっても、ケラレが生ずることなく各色光成分が合成されるので、投写画像の照度およびコントラスト比を良好に保持することができる。

また、各色光成分のうち、Ｇ光成分のみを分離して最後に合成すると共に、当該Ｇ光成分をＰ偏光光に変換した後に、Ｓ偏光光であるＲおよびＢ光成分の合成光と合成している。Ｒ光成分とＢ光成分の波長域は離れているので相互に干渉することがない。また、ＲＧＢの３原色の中で最も干渉しやすいＧ光成分をＰ偏光光に変換することにより、Ｒ光成分およびＢ光成分と干渉することなく、投写光学系に伝送される。よって、シェーディングを生ずることなく良好な投写画像を得ることができる。

本発明を適用した液晶プロジェクタの光学系を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 液晶プロジェクタ
２ 光源
３ 均一照明光学系
４ 第１偏光変換光学系
５ 色分離光学系
５１、５２ ダイクロイックミラー
５３ 全反射ミラー
６ 変調光学系
６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ 液晶パネル
７ 第２偏光変換光学系
８ 合成光学系
８１ ＰＢＳプリズム
８２ ダイクロイックプリズム
８３ 三角プリズム
９ 投写光学系

Claims (3)

1. 光源と、
   前記光源からの射出光を均一な照度分布を有する均一照明光にする均一照明光学系と、
   前記均一照明光をＲ、Ｇ、Ｂの各色光に分離する色分離光学系と、
   Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に、画像情報に対応した変調を施す３枚の液晶パネルを備えた光変調光学系と、
   各色の変調光を合成してカラー画像を生成するＰＢＳプリズムを備えた合成光学系と、
   前記カラー画像をスクリーン上に拡大投写する投写光学系と
   を有している液晶プロジェクタ。
2. 請求項１において、
   前記均一照明光を、各色光に分離する前に、Ｓ偏光光に変換する第１偏光変換光学系と、
   各色の変調光を合成する前に、Ｇ変調光をＰ偏光光に変換する第２偏光変換光学系とを有している液晶プロジェクタ。
3. 請求項２において、
   前記色分離光学系は、
   前記均一照明光からＲ色光を分離するＲ分離用ダイクロイックミラーと、
   Ｒ色光が分離された後の光をＧ色光およびＢ色光に分離するＧ・Ｂ分離用ダイクロイックミラーとを備えており、
   前記合成光学系は、
   Ｒ変調光およびＢ変調光を合成するダイクロイックプリズムと、
   当該ダイクロイックプリズムから射出される合成光に前記Ｇ変調光を合成して前記カラー画像を生成する前記ＰＢＳプリズムとを備えている液晶プロジェクタ。

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