JP2007179076A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】表示画質に優れ、製造コストの低い反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】第３色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向を、第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向とは逆にする。さらには電気接続ケーブルを垂直駆動方向の下側に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタに関し、特に反射型液晶ライトバルブを利用した電気光学装置の画像を拡大投写するプロジェクタに好適なものである。

従来から、反射型液晶ライトバルブを使用したプロジェクタとして、特開昭６３−３９２９４号公報に記載された装置が知られている。図８はこのプロジェクタの一例を示す構成図である。このプロジェクタは、偏光ビームスプリッタ８０６、第１乃至第３プリズム８０７Ａ、８０７Ｂ、８０７Ｃの３個のプリズムで構成される色分解合成プリズム８０７、第１乃至第３の反射型液晶ライトバルブ８０８Ｒ，８０８Ｇ，８０８Ｂを備えている。

光源８０１から射出された光束は、リフレクター８０２で反射された後、集光レンズ８０３を介して偏光ビームスプリッタ８０６に導かれ、偏光分離面８０６Ａに入射する。偏光分離面８０６Ａに入射した光のうち、Ｓ偏光成分の光は反射されて系外に導かれ、Ｐ偏光成分の光は偏光分離面８０６Ａを透過して色分離合成光学系８０７に入射する。

色分離合成光学系８０７は、入射したＰ偏光光束を第１、第２及び第３の色光成分光束にそれぞれ分離して射出するものである。第１プリズム８０７Ａの第２プリズム８０７Ｂ側の面８０７ＡＤ、第２プリズム８０７Ｂの第３プリズム８０７Ｃ側の面８０７ＢＤには、ダイクロイック膜が形成されている。一例として、面８０７ＡＤに、青色光を反射しそれより長波長域の光を透過させるダイクロイック膜が形成され、面８０７ＢＤに、赤色光を反射し緑色光を透過させるダイクロイック膜が形成されている場合には、青色光束が面８０７ＡＤで反射されて第１の反射型液晶ライトバルブ８０８Ａに入射し、赤色光束が面８０７ＢＤで反射されて第２の反射型液晶ライトバルブ８０８Ｂに入射し、緑色光束は第３の反射型液晶ライトバルブ８０８Ｃに入射する。

反射型液晶ライトバルブ８０８Ａ、８０８Ｂ、８０８Ｃは、映像信号に応じて各色光束の位相状態を変調する。反射型液晶ライトバルブ８０８Ａ、８０８Ｂ、８０８Ｃによって変調された後の各色光束は、映像信号に応じてＰ偏光成分やＳ偏光成分を含む光束となり、入射時とは逆の経路をたどって色分解合成光学系８０７にて合成される。合成された光束は、偏光ビームスプリッタ８０６の偏光分離面８０６Ａに入射し、Ｓ偏光成分のみが反射され、投写レンズ８０９を介してスクリーン８１０に投写される。

米国特許６，０８２，８６１には第１乃至第３プリズムと第１乃至第３反射型液晶ライトバルブの間に位相補償板を配置し、光学系と反射型液晶ライトバルブにより付加される光学位相を補償し、投写画像のコントラスト向上を図る例が開示されている。

従来のプロジェクタにおいては、反射型液晶ライトバルブを反射ミラーと同等の静的な光学素子とみなし、その動的な特性を考慮せずに光学系の構成や性能の改良を行なっているため、充分に高い画質の画像表示を行なうことができなかった。また、反射型液晶ライトバルブとその駆動回路を容易に実装するための反射型液晶ライトバルブの配置、電気的接続ケーブルの引き回し方向等について考慮されることが無かったため、複雑な実装に起因するコストの増大を招くという課題があった。

本発明は上記課題を解決するものであり、その目的とするところは、表示画質に優れ、製造コストの低いプロジェクタを実現することにある。

前記課題を解決するために、本発明の第１のプロジェクタの態様は、光源手段から射出された光束を偏光ビームスプリッタにより偏光分離し、前記偏光ビームスプリッタにより偏光分離された一方の偏光を第１、第２および第３のプリズムからなる色分解合成光学系により色分解し、前記各プリズムの射出面近傍に設けられた第１色光用、第２色光用および第３色光用の各反射型液晶ライトバルブに入射させ、前記反射型液晶ライトバルブにて変調後反射された各色光を再度前記色分解合成光学系により色合成し、前記偏光ビームスプリッタにて検光して投写レンズによりスクリーン上に投写するプロジェクタにおいて、前記第１および第２のプリズムは、光束が入射する第１面、該第１面からの入射光のうち特定色光を反射するダイクロイック膜が形成された第２面、該第２面を反射した特定色光が前記第１面により全反射され、前記第１色光用もしくは前記第２色光用反射型液晶ライトバルブへと射出する第３面をそれぞれ備え、前記第３のプリズムは光束が入射する第１面、該第１面からの入射光を全反射する第２面、該第２面で全反射された前記入射光を、前記第３の反射型液晶ライトバルブへと射出する第３面を備え、前記偏光ビームスプリッタにより偏光分離された一方の偏光は、前記色分解合成光学系を第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムの順に通過し、前記偏光の第１色光は前記第１プリズムの第２面で反射され、第２色光は前記第２プリズムの第２面で反射されてそれぞれの前記第１もしくは第２色光用反射型液晶ライトバルブへ導かれ、第３色光は第１プリズムおよび第２プリズムで反射されること無く前記第３プリズムを透過して第３色光用反射型液晶ライトバルブに導かれるように前記色分離合成光学系が構成され、さらには前記第１乃至第３色光用反射型液晶ライトバルブの垂直駆動方向を一致させ、かつ前記第３色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向を、前記第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向とは逆にしたことを特徴とする。

本態様の光学構成においては、第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブで変調を受けた画像光は、それぞれ第１および第２プリズム内で２回反射された後、偏光ビームスプリッタにて１回の反射を受けるため計３回の反射を受ける。一方で、第３色光用反射型液晶ライトバルブで変調を受けた画像光は、第３プリズム内で１回反射された後、偏光ビームスプリッタにて１回の反射を受けるため計２回の反射を受ける。このように、第１および第２色光は奇数回の反射を受け第３色光は偶数回の反射を受けるので、全ての反射型液晶ライトバルブを同じ方向に駆動するとスクリーン投写画像では各色光成分の映像走査方向に差異を生じ、その結果、各色光用反射型液晶ライトバルブの液晶時定数に起因する色ムラが目立つようになる。本態様においては第３色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向を第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブのそれと反転させることにより、全ての色光画像のスクリーン上における走査方向を一致させることが可能となり、それによって色ムラのない、均一性の高い画像表示を行なうことが可能となる。

本発明の第２の態様のプロジェクタは、前記プロジェクタにおいて、前記反射型液晶ライトバルブの垂直駆動方向は、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線および前記色分離合成光学系の光軸を含む面に平行であり、かつ前記反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルが、前記垂直駆動方向の下側に接続されていることを特徴とする。

本態様によれば、反射型液晶ライトバルブの垂直駆動方向を、偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線および前記色分離合成光学系の光軸を含む面に平行とすることにより、偏光ビームスプリッタおよび色分離合成光学系のサイズを小さくすることができ、ひいてはプロジェクタ全体の小型化、低コスト化が可能となる。さらには、反射型液晶ライトバルブの電気接続ケ―ブルを垂直駆動方向の下側から引き出すことにより、第１もしくは第２色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルと第３色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルの機械的な干渉を避けることができるために、反射型液晶ライトバルブや駆動回路基板の実装が容易になり、ひいてはプロジェクタ全体の小型化、低コスト化が可能となる。

本発明の第３の態様のプロジェクタは、前記プロジェクタにおいて、前記反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルが、水平駆動方向に接続されており、かつ前記第１色光用反射型液晶ライトバルブおよび第２色光用反射型液晶ライトバルブと第３色光用反射型液晶ライトバルブでは前記電気接続ケーブルの接続位置が左右逆転していることを特徴とする。

本態様によれば、第１乃至第３色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルを互いに機械的な干渉が無く、実装の容易な方向に引き出すことができるために反射型液晶ライトバルブや駆動回路基板の実装が容易になり、ひいてはプロジェクタ全体の小型化、低コスト化が可能となる。

本発明の第４の態様のプロジェクタは、前記プロジェクタにおいて、前記色分離合成光学系の第１、第２および第３プリズムの光束射出面と前記各色光用反射型液晶ライトバルブの間に所望の光学的位相差を発生する位相素子を配置し、前記反射型液晶ライトバルブの黒表示状態における光学的位相差を補償する光学的位相差を発生することを特徴とする。

本態様では、反射型液晶ライトバルブで発生する不必要な光学位相発生を補償するための位相素子を、色分離合成光学系とは独立に設けることにより、色分離合成光学系の設計の自由度が増す。さらには、位相素子の特性を変更することは容易なため、個々の反射型液晶ライトバルブの発生位相差のばらつきに容易に対応することが可能となり、より性能の高いプロジェクタを実現することが可能となる。

本発明の第５の態様のプロジェクタは、前記プロジェクタにおいて、前記第１、第２および第３色光用反射型液晶ライトバルブの液晶は垂直配向モードで配向されており、前記位相素子は垂直配向モードで配向された液晶セルで構成され、光線入射側から見たときの該位相素子の液晶配向方位と、光線入射側から見たときの前記第１、第２および第３色光用反射型液晶ライトバルブの液晶配向方位が直交し、該位相素子のリターデーションの絶対値と前記第１、第２および第３色光用反射型液晶ライトバルブの黒表示状態におけるリターデーションの絶対値が略同一であることを特徴とする。

本態様によれば、位相素子を反射型液晶ライトバルブとほぼ同等の工程で作成することができるために生産性の向上が図ることができ、ひいてはプロジェクタの低コスト化が可能となる。

以上詳しく説明したように、本発明のプロジェクタによれば、反射型液晶ライトバルブの駆動方向、実装方向、電気接続ケーブルの引き出し方向を所望の組み合わせに定めることにより投写画像の画質の向上、反射型液晶ライトバルブの実装の容易性を図ることが可能になる。さらには、反射型液晶ライトバルブの液晶プレチルトに起因する光学位相発生を補償する位相素子として透過型の垂直配向モード液晶セルを用いることにより、位相素子の低コスト化が可能となり高いコントラストを有するプロジェクタを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明によるプロジェクタの第１の実施形態を示す図である。

図１においては以降の説明をわかりやすくするために座標系を１１２のごとく右手系で定める。すなわちｘ軸とｙ軸は紙面内にありｙ軸の正方向を紙面上方向に定め、ｘ軸の正方向を紙面右方向に定める。またｚ軸は紙面に垂直に手前側に向けて正方向に定める。

光源ランプ１０１から射出された光束は、照明光学系１０２を介して偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０３Ａに入射する。光源ランプ１０１としては演色性にすぐれた、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプ等が使用されるが、これらに限定されるものではない。照明光学系１０２と偏光ビームスプリッタ１０３の間には、色フィルター１１０が配置されている。色フィルターは、光源ランプ１０１の発光スペクトルのうち、スクリーン上に投写される画像の色再現性に悪影響を及ぼす色成分を除去するために設けられたものである。

偏光分離面１０３Ａに入射した光束のＳ偏光成分は反射されてｘ軸の正方向に向けて系外に導かれる。一方、Ｐ偏光成分は透過してプリズム１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃで構成される色分離合成光学系に入射する。

色分離光学系の第１プリズム１０４Ａの入射面１０４ＡＩを透過した光束は第１プリズム１０４Ａの第２プリズム側の第２面１０４ＡＤに入射する。この第２面１０４ＡＤには入射光束の第１色光を反射し、第２色光および第３色光を透過する色分離特性をもつダイクロイック膜が形成されており、第１色光成分はこの面で反射され、再び第１プリズムの入射面１０４ＡＩに入射する。この際、第１色光成分の入射面１０４ＡＩへの入射角が全反射条件を満たすように第１プリズム１０４Ａの形状が設定されている。したがって第１色光は全反射され、引き続き射出面１０４ＡＥおよび位相素子１０７Ａを透過して第１色光用反射型液晶ライトバルブ１０５Ａに入射して映像信号に応じた変調作用を受ける。なお、入射面１０４ＡＩにおいて第１色光が全反射条件を満たす入射角度範囲を広くするために、偏光ビームスプリッタ１０３と第１プリズム１０４Ａの間には、空気層が介在することが望ましい。

第１プリズムの第２面１０４ＡＤを透過した第２、第３色光成分は、色分離光学系の第２プリズム１０４Ｂの入射面１０４ＢＩを透過し、第３プリズム側の第２面１０４ＢＤに入射する。この第２面１０４ＢＤには第２色光を反射し、第３色光を透過する色分離特性をもつダイクロイック膜が形成されており、第２色光成分はこの面で反射され、再び第２プリズムの入射面１０４ＢＩに入射する。この際、第２色光成分の入射面１０４ＢＩへの入射角が全反射条件を満たすように第２プリズム１０４Ｂの形状が設定されている。したがって第２色光は全反射され、引き続き射出面１０４ＢＥおよび位相素子１０７Ｂを透過して第２色光用反射型液晶ライトバルブ１０５Ｂに入射して、映像信号に応じた変調作用を受ける。なお、入射面１０４ＢＩにおいて第２色光が全反射条件を満たす入射角度範囲を広くするために、第１プリズム１０４Ａと第２プリズム１０４Ｂの間には、空気層が介在することが望ましい。

第２プリズムの第２面１０４ＢＤを透過した第３色光成分は、色分離光学系の第３プリズム１０４Ｃの入射面１０４ＣＩを透過し、第２面１０４ＣＤに入射する。この際、第３色光成分の第２面１０４ＣＤへの入射角が全反射条件を満たすように第３プリズム１０４Ｂの形状が設定されている。したがって第３色光は全反射され、引き続き射出面１０４ＣＥおよび位相素子１０７Ｃを透過して第３色光用反射型液晶ライトバルブ１０５Ｃに入射し、映像信号に応じた変調作用を受ける。

各色光用反射型液晶ライトバルブ１０５Ａ乃至１０５Ｃで変調作用を受けた各色光は反射され、入射経路とは逆の経路を辿り再び偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０３Ａに入射し、うち変調されたＳ偏光成分は反射され、偏光板１１１を透過後、投写レンズ１０８によりスクリーン１０９に投写される。

なお、本構成においては偏光分離面１０３Ａは白色帯域にわたり均一な偏光分離性能を発揮するよう作成されている。そのような偏光分離面の一般的な反射特性はＳ偏光成分に対しては９５％以上の高い反射率を示すと同時にＰ偏光成分に対しても数％程度の反射率を示す。本構成では画像光としてＳ偏光成分をスクリーン１０９に投写するのであるが、前記のような偏光ビームスプリッタの反射特性では本来画像光として使用しないＰ偏光成分もスクリーン側に反射してしまい画質の低下を招く。この画質の低下を防ぐためには、Ｐ偏光成分を吸収もしくは反射してスクリーン１０９には到達しないようにする偏光板１１１を偏光ビームスプリッタ１０３と投写レンズ１０８の間に挿入する事が有効である。

また、本構成においては偏光分離面１０３Ａと各色光用反射型液晶ライトバルブの間の光路上に存在する媒質や媒質界面にて本来の映像信号の変調による光学位相差とは異なる光学位相差が発生すると、各色光は本来あるべき変調状態とは異なる変調状態となって画質の低下を招く。このような望ましくない光学位相差は色分離膜を形成してある面１０４ＡＤや１０４ＢＤで発生しやすく、これを抑制するためには各プリズムの全反射面１０４ＡＩ、１０４ＢＩ、１０４ＣＤに望ましくない光学位相差を補償する機能を有する位相補償膜を形成する事が有効である。

次に図２を参照しながらスクリーン１０９上に投写されたスクリーン投写画像と第１乃至第３色光用反射型液晶ライトバルブ１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃにおける元画像の向きについて説明する。本構成においてはスクリーン１０９上の投写画像は図２（ａ）に示すごとく水平方向はｚ軸に、垂直方向はｙ軸に略平行であり、ｙ軸の正方向が上になるように投写されている。説明をわかりやすくするために表示画像の中には矢印の先端をｙ軸の正方向とｚ軸の正方向に向けた直交する２つの矢印パターンが含まれているものとする。

図２（ａ）の表示画像に対応する各色光用ライトバルブの元画像を、図２（ｂ）乃至（ｄ）に示す。図２（ｂ）は第１色光用反射型液晶ライトバルブ１０５Ａの、図２（ｃ）は第２色光用反射型液晶ライトバルブ１０５Ｂの、図２（ｄ）は第３色光用反射型液晶ライトバルブ１０５ｃの、元画像である。各図はそれぞれの元画像を照明光入射側から見たときのものであり、説明をわかりやすくするためにそれぞれの方向から見たときの座標系１１２をｙ軸正方向を紙面上方向に統一してしめす。第１色光用および第３色光用反射型液晶ライトバルブに対して照明光はｘ軸の負側から入射するので、図２（ｂ）と（ｄ）では図中右側をｚ軸の正方向としてある。第２色光用反射型液晶ライトバルブに対して照明光はｘ軸の正側から入射するので、図２（ｃ）では図中左側をｚ軸の正方向としてある。

図２（ｂ）から（ｄ）に示すごとく、本実施形態においては座標１１５を基準としてみた場合に各色光の元画像として等しいものはなく複雑である。この理由は本実施例においては、第１色光用および第２色光用反射型液晶ライトバルブの元画像と、第３色光用反射型液晶ライトバルブの元画像は、各色光用反射型液晶ライトバルブで反射された後スクリーン１０９に至るまでに画像の上下方向であるｙ軸方向に異なる回数の反転をうけるからである。

すなわち第１色光用反射型液晶ライトバルブの元画像は、スクリーンに至るまでに第１プリズム入射面１０４ＡＩ、第１プリズム第２面１０４ＡＤおよび偏光分裏面１０３Ａの３回の奇数回の反射を受ける。同様に、第２色光用反射型液晶ライトバルブの元画像は、スクリーンに至るまでに第２プリズム入射面１０４ＢＩ、第２プリズム第２面１０４ＢＤおよび偏光分裏面１０３Ａの３回の奇数回の反射を受ける。一方、第３色光用反射型液晶ライトバルブの元画像は第３プリズム第２面１０４ＣＤおよび偏光分裏面１０３Ａの２回の偶数回の反射を受ける。

なお、いずれの色光用反射型液晶ライトバルブの元画像も、上記反射にくわえてさらに投写レンズ１０８により上下および左右方向に反転をうけることは言うまでもない。

本実施例においては、投写画像の画質、反射型液晶ライトバルブの実装の容易性、および製造コストの低減を考慮して、以下に述べるところの反射型液晶ライトバルブの駆動方向、実装方向、電気接続ケーブルの引き出し方向を定め、これらの各色光の元画像を表示している。

まず、投写画像の画質を高めるために液晶の動的特性を考慮して駆動方向を定めた。図３（ａ）は反射型液晶ライトバルブの一画素における液晶へかかる電圧の経時特性を示す図である。今、時間ゼロで画素トランジスタがＯＮ状態になると液晶に電圧がかかる。映像信号の１画素への書き込み時間ｔ１はわずかの時間であり、この時間を経過した後は画素トランジスタはＯＦＦとなるが、時間ｔ１の期間に画素トランジスタに接続して形成してあるキャパシタにも同時に電荷が貯えられ、その蓄積電荷により液晶には電圧がかかりつづける。しかし、キャパシタに蓄積された電荷は時間とともに放電され液晶にかかる電圧は徐々に低下していく。

液晶としてノーマリー黒液晶を使用した場合、電圧がかかっている間は白表示をしているが図３（ａ）の特性から明らかなようにその明るさは経時的に低下して行く。したがってＮＴＳＣ信号のように、一方の水平端から水平ラインを走査し、その走査を画面の上から下にむけた垂直方向に順次行なっていく画像表示法においては、図３（ｂ）に示すごとく、表示面内に明暗ムラを生じる。この明暗ムラは水平方向よりも垂直方向のほうが大きい。これは、水平ライン内の走査時間に比べて垂直走査時間の方が長いためである。

本発明のようなプロジェクタにおいては、Ｒ，Ｇ，Ｂ各３原色画像はそれぞれの色光用ライトバルブで表示され、個々の元画像は前述した液晶の動的特性に基づく画面内の輝度ムラを有する。各元画像のムラがほぼ同じ場合は合成画像上のムラはあまり目立たないが、ムラが個々の元画像でばらつくと、それらの合成画像はそのばらつきに起因する色むら、明るさムラを生じ画質が大幅に低減する。

そこで本実施形態においては、ムラの最も大きな要因である上下方向ムラを低減するために、第１乃至第３反射型液晶ライトバルブの垂直駆動方向を統一した。すなわち、図４（ａ）乃至（ｃ）に示すごとく、各反射型液晶ライトバルブの垂直方向駆動方向を４０１Ａ乃至４０１Ｃのごとく定めた。なお、図４（ａ）乃至（ｃ）の座標系は図２（ｂ）乃至（ｄ）で説明したものとまったく同一である。

次に、図４（ａ）乃至（ｃ）の垂直駆動方向を同じ向きにして並べた場合の、反射型液晶ライトバルブにおける元画像表示状態およびそれらに対応する座標系を図４（ａ）’乃至（ｃ）’に示す。

同図における元画像の向きを見ると上下方向は同一であるが、水平方向は第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブと第３式色光用反射型液晶ライトバルブでは向きが逆になっている。したがって、各色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向を同一のものとすると、スクリーン投写画像においては第１および第２色光成分と第３色光成分は水平方向において逆方向に走査されてしまい、輝度ムラ出方が異なり、それがスクリーン表示画像の画質低下をもたらす。そこで本実形態においては第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向４０２Ａおよび４０２Ｂと第３式色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向４０２Ｃを逆方向にすることにより、スクリーン投写画像の画質低下をなくした。

次に、本実施形態においては各色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブル１０６Ａ乃至１０６Ｃを垂直駆動方向４０１Ａないし４０１Ｃの下側に接続した。このように接続方向を定めると、第１色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブル１０６Ａはｙ軸負方向に引き出され、第２色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブル１０６Ｂおよび第３色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブル１０６Ｃはいずれもｙ軸正方向に引き出されるようになる。

図１にもどってこれらの引き出し方向を見ると、第１色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続系―ブル１０６Ａと第３色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブル１０６Ｃは互いに反対方向に引き出され、機械的に干渉することが無い。また、第２色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続系―ブル１０６Ｂは投写レンズ１０８とは逆方向に引き出されそれと機械的に干渉することはない。このように、本実施形態においては各色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルの機械的干渉が無いため、反射型液晶ライトバルブの実装やそれに接続される駆動回路基板の実装が容易になり製造コストの低減を図ることが可能になる。

なお、これまでにも説明したように、図１ではｘ−ｚ平面が水平面となる。したがって、図示したままの構成では表示装置全体の形状は鉛直方向に伸びたものとなり安定性が悪い。この課題は、照明光学系１０２と色フィルター１１０の間に折り返しミラーを配置し、照明光学系光軸１１３をｘ−ｚ面内で折り返したり、ｙ−ｚ面内に折り返す事により回避できる。

（第２の実施形態）
本発明第２の実施形態を図５を用いて説明する。本実施形態においては、電気接続系ケーブルは反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向に接続されている。図５（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ第１乃至第３色光用反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブル５０１Ａ乃至５０１Ｃの接続状態を示すものである。なお、各図の座標系は図４（ａ）’乃至（ｃ）’で説明したものと同様である。第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブではその水平駆動方向４０２Ａおよび４０２Ｂの終点方向に電気接続ケーブル５０１Ａおよび５０１Ｂが接続されている。一方第３色光用反射型液晶ライトバルブではその水平駆動方向４０２Ｃの開始方向に電気接続ケーブル５０１Ｃが接続されている。このように、第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブと第３色光用反射型液晶ライトバルブに電気接続ケーブルを水平方向にかつ逆方向に接続することにより、いずれの電気接続ケーブルもｚ軸正方向に引き出される。すなわち、図１ではいずれの電気接続ケーブルも紙面手前側にひきだされることとなり、電気接続ケーブル同士や光学素子との機械的干渉が無い。したがって反射型液晶ライトバルブの実装やそれに接続される駆動回路基板の実装が容易になり製造コストの低減を図ることが可能になる。

（プロジェクタの第３の実施形態）
本発明の第１および第２の実施形態においては、図１のスクリーン投写画像の上下方向が座標系１１５のｙ軸に平行である場合を説明したが、本発明はこれに限定される事はなく、スクリーン上下方向をｚ軸に平行にとってもよい。この場合は、各反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向がｘ−ｙ平面に平行になるよう垂直駆動方向がｚ軸に平行にかつｚ軸の負側から正側にむけて駆動されるように反射型液晶ライトバルブを光軸周りに回転させる必要がある。この場合においても、各色光用反射型液晶ライトバルブの上下駆動方向を同じくし、第１色光用および第２色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向と第３色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向を逆にする事によりスクリーン投写画像の画質を高く保つ事ができる。また、反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルを垂直駆動方向の下側に接続する事により、全ての電気接続ケーブルを図１の紙面手前側に向けて引き出す事ができ実装が容易になる。なお、この場合は電気接続ケーブルを垂直駆動方向の上側に接続しても同様の効果が得られる。さらには、電気接続ケーブルは反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向に接続をしてもよく、この場合、第１色光用および第２色光用反射型液晶ライトバルブの接続位置と第３色光用反射型液晶ライトバルブの位置を逆にする事により、電気接続ケーブル同士もしくは電気接続ケーブルと光学素子の間の機械的干渉をなくす事が可能となり実装が容易となる。本実施形態においては、図１のｘ−ｙ平面が水平面になるため、図１記載の本発明の光学系の全ての光軸を水平面内に配置する事が可能となり、プロジェクタ全体の薄型化が可能になる。

（プロジェクタの第４の実施形態）
本発明のプロジェクタにおける、反射型液晶ライトバルブの液晶モードとして４５°、６３．６°ツイストネマチックモード、ハイブリッドアライメントモード、ミックスドTNモード、自己補償TNモード、垂直配向モード等の様々なモードを使用することが可能であるが、なかでもとりわけ垂直配向モードは高いコントラスト特性を示し本発明において最も好ましいモードである。

この垂直配向モードは負の誘電異方性を有したネマティック液晶を用い、基板に垂直な方向に配列させた液晶分子を印可電圧に対応させて配向を制御するものである。

ところで、表示画像の解像度を上げるために画素電極のピッチを小さくすると隣接した画素電極間に生じる横方向電界が液晶に与える影響が大きくなり、垂直配向モードでは配向の乱れによってディスクリネーションが発生して明るさの低下やムラを生じ、投写画像の画質の低下をもたらす。

そのため、一般の液晶について採用されているように、配向膜にラビング処理で液晶に傾きをもたせ配向規制力を強くしてディスクリネーションの発生を防止する対策が取られている。基板法線に対するこの液晶の傾き角をプレチルト角と称する。

このようなプレチルト角を伴なう場合の無電界印可時の液晶の配向状態を図６に示す。反射型液晶ライトバルブを照明光入射側から見ると、図６（ａ）のごとく液晶分子は反射型液晶ライトバルブ１０５の画素配列水平方向６０４に対して矢印６０１にしめすように角度をもって配向され、この角度は一般的には４５°近傍に設定される。以後この角度を方位角と称する。さらに、詳細を見ると、図６（ｂ）に示すごとく液晶分子６０２は画素配列水平駆動から方位角４５°、基板法線６０３からプレチルト角θ°で配向されている。プレチルト角θは数度程度に設定されることが多い。

しかし、垂直配向モードの液晶ではプレチルト角があると、無電界時においても液晶分子で比較的大きな複屈折が発生してしまう。すなわち、反射型液晶ライトバルブを照明光入射側から見ると、図６（ｃ）のごとく、液晶分子６０２の方位角方向とそれに直交する方向の屈折率に差が生じる。その結果として、入射照明光に光学位相差を発生させてしまい、黒表示の明るさの上昇をもたらしコントラストが低下してしまう。この位相差量Ｒは液晶分子の方位角方向の屈折率をｎ１、それと直交する方向の屈折率をｎ２、液晶のセル厚をｄ、とすると式（１）であらわされる。

Ｒ＝（ｎ１−ｎ２）×ｄ （１）
本発明では、以上に説明した黒表示状態の液晶により発生する光学位相発生を抑制するために、図１に示すごとく第１乃至第３色光用反射型液晶ライトバルブと第１乃至第３プリズム射出面の間に、前記液晶で発生する光学位相差を補償する位相素子１０７Ａ乃至１０７Ｃを配置しコントラストの低下を抑制している。

この位相素子として、波長板、複屈折結晶板などを使用できるがこれらに限定されるものではない。特に好適な例は、透過型の垂直配向モード液晶セルを用いるものである。この透過型の垂直配向モード液晶セルを以降、位相補償セルと称する。

この位相補償セルの断面構造を図７（ａ）に示す。２枚の透明基板７０１、７０２の間には反射型液晶ライトバルブの液晶材料と同じ液晶材料がプレチルト角を持って垂直配向されている。また、セル厚は反射型液晶ライトバルブのセル厚と略一致するように作成されている。また、図７（ｂ）に示すごとく、液晶分子６０２は基板法線７０３に対して反射型液晶ライトバルブのプレチルト角と同じθで傾けてあり、反射型液晶ライトバルブの配向方位角に対して直交する方位角で配向されている。

したがって、位相補償セルを照明光入射側から見たときの複屈折は図７（ｃ）に示すものとなる。この複屈折方位は図６（ｃ）に示す反射型液晶ライトバルブの複屈折方位と完全に逆のものである。さらには、前述したように位相補償セルと反射型液晶ライトバルブのセル厚は略一致するため、それぞれで発生する光学位相差は互いに打ち消し会う関係にあり、したがって反射型液晶ライトバルブで発生する光学位相差を完全に補償することが可能となる。

以上説明した本実施例の位相素子は、反射型液晶ライトバルブの製造工程と略同等の工程で作成が可能なため、位相素子の低コスト化が可能になる。

なお、上記実施例では、位相補償セルと反射型液晶ライトバルブの液晶材料は同じでかつセル厚も略一致する場合の例を説明したが、両者で液晶分子配向方位が直交していれば液晶材料、セル厚、プレチルト角が異なっても同様な効果が得られる。この場合は反射型液晶ライトバルブの発生位相差Ｒと位相補償素子の発生位相差Ｒ’の絶対値が等しくなるように位相補償セルの液晶材料、セル厚、プレチルト角が設定される。

さらには、位相補償素子のセル基板７０１と７０２にマトリックス状に電極を形成し、面内で部分的に異なる電圧を印可して、反射型液晶ライトバルブで発生する光学位相差の分布に対応する位相差を発生させてもよい。

さらには、図７（ｄ）に示すごとく、位相補償セルの下側基板７０１を反射型液晶ライトバルブのガラス基板７０５で代用し、位相補償セルと反射型液晶ライトバルブを一体化させた構造も可能である。この場合は、位相補償セルの下側基板における不要な反射、位相発生を抑えることが可能になる。

さらには、液晶材料として高分子液晶材料を用い、所望の配向状態が達成された後に重合反応を生ぜしめ、液晶材料を高分子固定化することも可能である。この場合は、位相補償素子の熱安定性、機械強度などの向上を図ることが可能である。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形や変更が可能である。

例えば、反射型液晶ライトバルブを、偏光ビームスプリッタを透過したＰ偏光で照明するかわりに偏光ビームスプリッタを反射するＳ偏光で照明するように構成を変更してもかまわない。

また図１において第３プリズムの射出面はｘ軸正方向に向けた配置となっているが、これをｘ軸負方向に向けた配置としてもかまわない。

また、Ｒ，Ｇ，Ｂ３原色の第１色光、第２色光、第３色光への割り当ては、色分離合成光学系のダイクロイック特性、位相特性等を鑑みて決定されるものであり特定の割り当てに限定されるものではない。

本発明によるプロジェクタの第１の実施形態の構成図。 第１の実施形態におけるスクリーン投写画像と各色光用元画像の対応図。 反射型液晶ライトバルブの動的特性の説明図。 第１の実施形態における反射型液晶ライトバルブ駆動方向の説明図。 第２の実施形態における電気接続ケーブルの引き出し方向の説明図。 液晶配向方向の説明図。 第４の実施形態における位相セルの液晶配向方向の説明図。 従来のプロジェクタの構成図。

符号の説明

１０１ 光源、１０２ 照明光学系、１０３ 偏光ビームスプリッタ、１０３Ａ 偏光分離面、１０４ 色分離合成光学系、１０４Ａ 第１プリズム、１０４ＡＩ 入射面、１０４ＡＤ 第２面、１０４ＡＥ 射出面、１０４Ｂ 第２プリズム、１０４ＢＩ 入射面、１０４ＢＤ 第２面、１０４ＢＥ 射出面、１０４Ｃ 第２プリズム、１０４ＣＩ 入射面、１０４ＣＤ 第２面、１０４ＣＥ 射出面、１０５ 反射型液晶ライトバルブ、１０５Ａ 第１色光用反射型液晶ライトバルブ、１０５Ｂ 第２色光用反射型液晶ライトバルブ、１０５Ｃ 第３色光用反射型液晶ライトバルブ、１０６Ａ、Ｂ、Ｃ 電気接続ケーブル、１０７Ａ、Ｂ、Ｃ 位相素子、１０８ 投写レンズ、１０９ スクリーン、１１０ 色フィルター、１１１ 偏光板、１１２ 座標系、４０１Ａ、Ｂ、Ｃ 垂直駆動方向、４０２Ａ 第１色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向、４０２Ｂ 第２色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向、４０２Ｃ 第３色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向、５０１Ａ、Ｂ、Ｃ 電気接続ケーブル、６０１ 液晶配向方位、６０２ 液晶分子、６０３ 基板法線、６０４ 画素配列水平方向、７０１ 透明基板、７０２ 透明基板、７０３ 基板法線、８０１ 光源、８０２ リフレクター、８０３ 集光レンズ、８０６ 偏光ビームスプリッタ、８０６Ａ 偏光分離面、８０７ 色分離合成光学系、８０７Ａ 第１プリズム、８０７Ｂ 第２プリズム、８０７Ｃ 第３プリズム、８０８ 反射型液晶ライトバルブ、８０９ 投写レンズ、８１０ スクリーン。

Claims (5)

1. 光源手段から射出された光束を偏光ビームスプリッタにより偏光分離し、前記偏光ビームスプリッタにより偏光分離された一方の偏光を第１、第２および第３のプリズムからなる色分解合成光学系により色分解し、前記各プリズムの射出面近傍に設けられた第１色光用、第２色光用および第３色光用の各反射型液晶ライトバルブに入射させ、前記反射型液晶ライトバルブにて変調後反射された各色光を再度前記色分解合成光学系により色合成し、前記偏光ビームスプリッタにて検光して投写レンズによりスクリーン上に投写するプロジェクタにおいて、前記第１および第２のプリズムは、光束が入射する第１面、該第１面からの入射光のうち特定色光を反射するダイクロイック膜が形成された第２面、該第２面を反射した特定色光が前記第１面により全反射され、前記第１色光用もしくは前記第２色光用反射型液晶ライトバルブへと射出する第３面をそれぞれ備え、前記第３のプリズムは光束が入射する第１面、該第１面からの入射光を全反射する第２面、該第２面で全反射された前記入射光を、前記第３の反射型液晶ライトバルブへと射出する第３面を備え、前記偏光ビームスプリッタにより偏光分離された一方の偏光は、前記色分解合成光学系を第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムの順に通過し、前記偏光の第１色光成分は前記第１プリズムの第２面で反射され、第２色光成分は前記第２プリズムの第２面で反射されてそれぞれの前記第１もしくは第２色光用反射型液晶ライトバルブへ導かれ、第３色光成分は第１プリズムおよび第２プリズムで反射されること無く前記第３プリズムを透過して第３色光用反射型液晶ライトバルブに導かれるように前記色分離合成光学系が構成され、さらには前記第１乃至第３色光用反射型液晶ライトバルブの垂直駆動方向を一致させ、かつ前記第３色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向を、前記第１および第２色光用反射型液晶ライトバルブの水平駆動方向とは逆にしたことを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１記載のプロジェクタにおいて、前記反射型液晶ライトバルブの垂直駆動方向は、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線および前記色分離合成光学系の光軸を含む面に平行であり、かつ前記反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルが、前記垂直駆動方向の下側に接続されていることを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項１記載のプロジェクタにおいて、前記反射型液晶ライトバルブの電気接続ケーブルが、水平駆動方向に接続されており、かつ前記第１色光用反射型液晶ライトバルブおよび第２色光用反射型液晶ライトバルブと第３色光用反射型液晶ライトバルブでは前記電気接続ケーブルの接続位置が左右逆転していることを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項１乃至３記載のプロジェクタにおいて、前記色分離合成光学系の第１、第２および第３プリズムの光束射出面と前記各色光用反射型液晶ライトバルブの間に所望の光学的位相差を発生する位相素子を配置し、該位相素子は前記反射型液晶ライトバルブの黒表示状態における光学的位相差を補償する光学的位相差を有することを特徴とするプロジェクタ。
5. 請求項４記載のプロジェクタにおいて、前記第１、第２および第３色光用反射型液晶ライトバルブの液晶は垂直配向モードで配向されており、前記位相素子は垂直配向モードで配向された液晶セルで構成され、光線入射側から見たときの該位相素子の液晶配向方位と、光線入射側から見たときの前記第１、第２および第３色光用反射型液晶ライトバルブの液晶配向方位が直交し、該位相素子のリターデーションの絶対値と前記第１、第２および第３色光用反射型液晶ライトバルブの黒表示状態におけるリターデーションの絶対値が略同一であることを特徴とするプロジェクタ。

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