JP2007199192A - プロジェクタ - Google Patents

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JP2007199192A
JP2007199192A JP2006015373A JP2006015373A JP2007199192A JP 2007199192 A JP2007199192 A JP 2007199192A JP 2006015373 A JP2006015373 A JP 2006015373A JP 2006015373 A JP2006015373 A JP 2006015373A JP 2007199192 A JP2007199192 A JP 2007199192A
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Koichi Akiyama
光一 秋山
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Abstract

【課題】照度ムラの発生を低減することができ、高いコントラストを実現することができ
るプロジェクタを提供すること。
【解決手段】このプロジェクタ10では、第1光変調部40で輝度変調された各色の像光
は、一組のリレーレンズ61a(62a),61b(61c,62b)によって、第2光
変調部70に設けた各色の液晶パネル72r,72g,72b上に等倍率で投影される。
さらに、フーリエ変換を行うリレーレンズ61a(62a)と、逆フーリエ変換を行うリ
レーレンズ61b(61c,62b)との間に遮光部材63を着脱可能に配置しており、
液晶パネル42aのブラックマトリックスと液晶パネル72r(72g,72b)のブラ
ックマトリックスとの位置ずれ等に起因して発生する投射画像の照度ムラやモアレ縞の発
生を抑制することができる。
【選択図】図5

Description

本発明は、画像のコントラストを向上させるため、画像形成用の液晶パネルとは別に輝
度調整用の液晶パネルを備えるプロジェクタに関する。
従来のプロジェクタとして、RGBの三色の光路上に配置された各色用液晶パネルの透
過率を変調するとともに、分光された光を合成した後の光路上に設けた高精細液晶パネル
の透過率を変調し、カラー画像表示時には、高精度液晶パネルから射出する各成分の光の
透過率をR,G,Bの逆γ補正値に比例させるものが存在する(特許文献1参照)。
同様のプロジェクタとして、映像表示液晶パネルと、照度表示液晶パネルとを備えるも
の(特許文献2参照)、各色用の第1〜第3の光変調器と、合成光用の光変調器とを備え
るもの(特許文献3参照)、第1の光変調器と、第2の光変調器とを備えるもの(特許文
献4参照)が存在する。
なお、上記とは別タイプのプロジェクタとして、液晶パネルの像をスクリーンに投射す
るための投射レンズをタンデム系の前レンズ群と後レンズ群とで構成し、両レンズ群の間
にブラックマトリックスの幅と一致する空間周波数を遮断するための遮光部材を配置する
ものが存在する。この場合、解像度を低下させることなく、ブラックマトリックスを目立
たなくすることができる。(特許文献5参照)。
特開平6−167690号公報 特開平9−116840号公報 欧州特許公開第EP1427221号公報 米国特許第5987142号公報 特開2005−115070号公報
しかし、各色用液晶パネルと高精細液晶パネルとを用いる前者のタイプのプロジェクタ
では、実際の組立において両液晶パネルのブラックマトリックス同士が多少位置ずれする
ことを避けることができず、画像が局所的に暗くなる照度ムラが発生し、ひどくなると画
像中にモアレ縞が観察される可能性もある。
また、投射レンズ中に遮光部材を配置する後者のタイプのプロジェクタは、輝度調整用
の液晶パネルを有しておらず、単一の液晶パネルの能力以上に投射像のコントラストを向
上させることができない。なお、画像形成用の液晶パネルと、輝度調整用の液晶パネルと
を備える前者のタイプのプロジェクタにおいて、投射レンズ中に遮光部材を配置しても、
ブラックマトリックス同士の位置ずれに起因する輝度ムラを効果的に抑えることはできな
い。
そこで、本発明は、照度ムラの発生を低減することができ、高いコントラストを実現す
ることができるプロジェクタを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、(a)光源を含む照明装置と
、(b)照明装置からの光を画像情報に応じて変調する第1液晶ライトバルブと、(c)
前側レンズ群と後側レンズ群と有し、第1液晶ライトバルブで変調された変調光を一旦結
像させるリレーレンズ系と、(d)前側レンズ群と後側レンズ群との間に配置され、所定
の空間周波数を遮断する遮光部材と、(d)リレーレンズ系によって結像された像光を画
像情報に応じて変調する第2液晶ライトバルブと、(e)第2液晶ライトバルブで変調さ
れた変調光を像光として投射する投射光学系とを備える。
上記プロジェクタでは、第1液晶ライトバルブと第2液晶ライトバルブとをリレーレン
ズ系を介して2段に設置することによって、高いコントラストの画像を投射することがで
きる。また、上記プロジェクタでは、リレーレンズ系を構成する前側レンズ群と後側レン
ズ群との間に所定の空間周波数を遮断する遮光部材を設けているので、第1液晶ライトバ
ルブが有するブラックマトリックス等の影が第2液晶ライトバルブに投影されることを抑
制できる。つまり、第1及び第2液晶ライトバルブが互いに正確に位置決めされていない
場合や、第1液晶ライトバルブが第2液晶ライトバルブに歪んで投影されている場合にも
、第1液晶ライトバルブのブラックマトリックス等の影が第2液晶ライトバルブのブラッ
クマトリックス等に対して位置ずれして投影される現象を抑制できるので、両ブラックマ
トリックスの位置ずれ等に起因して発生する投射画像の照度ムラやモアレ縞の発生を抑制
することができる。
本発明の具体的な態様では、上記プロジェクタにおいて、第1液晶ライトバルブが、輝
度変調用の液晶パネルを含み、第2液晶ライトバルブが、画像情報変調用の液晶パネルを
含む。この場合、画像情報変調用の液晶パネルについて、相対的に照明光のダメージを受
けにくくすることができる。
本発明の別の態様では、第2液晶ライトバルブが、複数の色光を個別に変調する複数の
各色用液晶ライトバルブを含む。そして、第1液晶ライトバルブを経た光を各色光に分離
して各色用液晶ライトバルブに供給する色分離光学系と、各色用液晶ライトバルブで変調
された各色の変調光を合成する光合成光学系とをさらに備える。このプロジェクタにおい
て、第1液晶ライトバルブから各色用液晶ライトバルブまでの光路の長さがすべて等しい
か、又は、第1液晶ライトバルブから各色用液晶ライトバルブのうち少なくとも2つまで
の光路の長さが等しく、各色用液晶ライトバルブのうち残った少なくとも1つまでの延長
光路上に、リレーレンズ系によって一旦形成される像の正立かつ当倍像を投影する転写レ
ンズ系を有する。この場合、第1液晶ライトバルブの像を各色用液晶ライトバルブ上に倍
率を一致させて正立系で投射することができる。
本発明のさらに別の態様では、第1液晶ライトバルブが、画像情報変調用の液晶パネル
を含み、第2液晶ライトバルブが、輝度変調用の液晶パネルを含む。この場合、輝度変調
用の液晶パネルについて、相対的に照明光のダメージを受けにくくすることができる。
本発明のさらに別の態様では、第1液晶ライトバルブが、光変調領域を仕切るように形
成されて照明装置からの光を遮光するブラックマトリックスを有し、所定の空間周波数が
、遮光体の幅に相当するものである。この場合、第1液晶ライトバルブのブラックマトリ
ックスの影が第2液晶ライトバルブに投影される現象を抑えることができる。なお、ブラ
ックマトリクッスを有する液晶ライトバルブすなわち液晶パネルとしては、TFTアクテ
ィブマトリクス型液晶表示パネルを好ましく用いることができるが、本発明においてはこ
れに限られず、TFT以外のアクティブ素子を有する液晶表示パネルやアクティブ素子を
有しない液晶表示パネルを用いることもできる。
本発明のさらに別の態様では、遮光部材がリング状の遮光帯を有する。このように構成
することにより、簡単な構成で望ましくないブラックマトリックスの影が第2液晶ライト
バルブに投影されることを防止できる。
本発明のさらに別の態様では、遮光部材が脱着可能である。遮光部材については、所定
の空間周波数を遮断することに起因してスクリーン上に投射される画像の明るさが若干低
下する。このため、例えばパソコン画面のような画像を投射する場合のように、ブラック
マトリクッス等に起因する輝度ムラが許容される用途でプロジェクタを使用する場合には
、脱着可能な遮光部材を光路から取り除くことにより、画像の明るさの低下を防止するこ
とができる。
本発明のさらに別の態様では、遮光部材を光路上に進退可能に配置する第1進退機構と
、第1及び第2液晶ライトバルブのいずれか一方を光路上に進退可能に配置する第2進退
機構と、第1及び第2進退機構を連動させる連動手段とをさらに備える。本発明のプロジ
ェクタにおいては、液晶ライトバルブを2段に配置して用いるため、スクリーン上に投写
される画像の明るさが低下する。このため、プロジェクタを輝度重視の用途に使用する場
合には、上記連動手段を介して、遮光部材のみならず一方の液晶ライトバルブを光路から
退避させることにより、投射画像を明るくすることができる。
本発明のさらに別の態様では、遮光部材が、前側レンズ群の投射方向側の焦点位置であ
って後側レンズ群の反投射方向側の焦点位置に配置され、第1液晶ライトバルブが、前側
レンズ群の反投射方向側の焦点位置に配置され、第2液晶ライトバルブが、前側レンズ群
の投射方向側の焦点位置に配置される。この場合、解像度を低下させることなく、投射画
像の照度ムラやモアレ縞を目立たなくすることができるプロジェクタを提供することがで
きる。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るプロジェクタ10の光学系を示す模式図である。
このプロジェクタ10は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を
形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器であり、光源ランプユ
ニット20、均一照明光学系30、第1光変調部40、色分離投射装置50、第2光変調
部70、クロスダイクロイックプリズム80、及び、投射光学系90を備えて構成される
光源ランプユニット20は、光源ランプ21から周囲に放射された光束を集めて射出し
、均一照明光学系30を介して第1光変調部40を照明するための光源であり、発光管で
ある光源ランプ21と、光源ランプ21から射出された光源光を反射する楕円の凹面鏡2
2と、凹面鏡22で反射された光源光をコリメートする凹レンズ23とを備える。この光
源ランプユニット20において、光源ランプ21から射出された光源光は、凹面鏡22及
び凹レンズ23を通過し平行光束として均一照明光学系30側に射出される。なお、上述
した楕円の凹面鏡22に代えて放物面等の各種凹面鏡を用いることができ、放物面鏡を用
いた場合、上述の凹レンズ23は不要となる。
均一照明光学系30は、光源ランプユニット20から射出された光束を複数の部分光束
に分割し、これら複数の光束を対象とする照明領域に重畳して入射させ、この照明領域の
面内照度を均一化するための光学系であり、光源ランプユニット20と協働して均一な照
明光を発生するための照明装置として機能する。均一照明光学系30は、第1レンズアレ
イ31、第2レンズアレイ32、偏光変換部材34、及び、コンデンサレンズ35を備え
ている。
第1レンズアレイ31は、光源ランプユニット20からの光束を複数の部分光束に分割
する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸OAと直交する面内にマトリッ
クス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。各小レンズの輪郭形状は、後述
する第1光変調部40を構成する液晶パネル42aの画像形成領域(有効領域)の形状と
ほぼ相似形をなすように設定されている。第2レンズアレイ32は、前述した第1レンズ
アレイ31により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第1レンズアレ
イ31と同様にシステム光軸OAに直交する面内にマトリックス状に配列される複数の小
レンズを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が上記液晶パ
ネル42aの画像形成領域の形状と対応している必要はない。
偏光変換部材34は、PBSアレイで形成されており、第1レンズアレイ31により分
割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。この偏光変換
部材34は、詳細な図示を省略しているが、システム光軸OAに対して傾斜配置される偏
光分離膜及び反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。前者の偏光分離膜は、各部分
光束に含まれるP偏光光束及びS偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光
光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、後者の反射ミラーによって光路を折り曲
げられ、一方の偏光光束の射出方向、すなわちシステム光軸OAに沿った方向に射出され
る。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換部材34の光束射出面にストライプ状に
設けられる位相差板によって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。
このような偏光変換部材34を用いることにより、光源ランプ21から射出される光束を
、一方向の偏光光束に揃えることができるため、第1光変調部40で利用する光源光の利
用率を向上させることができる。
コンデンサレンズ35は、第1レンズアレイ31、第2レンズアレイ32、及び偏光変
換部材34を経た複数の部分光束を集光して第1光変調部40に設けた液晶パネル42a
の画像形成領域(有効領域)上に重畳させつつ入射させるための重畳光学素子である。つ
まり、コンデンサレンズ35によって、第1レンズアレイ31によって分割された各部分
光束を、液晶パネル42a上にずれなく重ね合わせて入射させることができ、液晶パネル
42aの均一な照明が可能になる。
第1光変調部40は、均一照明光学系30を経て均一化された照明光をシステム光軸O
Aに垂直な面内で空間的に輝度変調するためのものである。第1光変調部40は、入射レ
ンズ41、液晶パネル(液晶表示パネル)42a、偏光フィルタ43b,43b、及び、
射出レンズ44を備え、第1光変調装置として機能する。ここで、液晶パネル42aと、
これを挟む一対の偏光フィルタ43b,43bとは、照明光を画像情報に基づいて2次元
的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。
この第1光変調部40において、均一照明光学系30側から入射した照明光は、入射レ
ンズ41を介して輝度変調用の液晶パネル42a内の画像形成領域を照明する。液晶パネ
ル42aは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したもので
ある。液晶パネル42aは、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与
えられた画像信号に従って、入射した偏光光束の偏光方向を変調するTFTアクティブマ
トリクス型液晶表示パネルである。つまり、液晶パネル42aは、入射した照明光の偏光
方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、液晶パネル4
2aに入射した照明光は、この液晶パネル42aに電気的信号として入力された駆動信号
或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ43
b,43bによって、液晶パネル42aに入射する照明光の偏光方向が調整されるととも
に、液晶パネル42aから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。つ
まり、第1光変調部40によって、均一な照明光が画素単位で減光され、画像情報に対応
する2次元的分布で輝度変調が達成される。
なお、入射レンズ41は、均一照明光学系30からの部分光束が液晶パネル42aに入
射する角度を調整するためのものであり、射出レンズ44は、液晶パネル42a等からの
変調光の射出角度を調整するためのものである。入射レンズ41と射出レンズ44は、ど
ちらか一方または両方とも省略することも可能であるが、その場合、光束が拡散し後続の
リレーレンズ61a,62a等を非常に大きくする必要があるため、少なくとも何れか一
方を備えるのが好ましい。
色分離投射装置50は、第1光変調部40を経て輝度変調された像光を各色光に分離し
て第2光変調部70に投影するためのものであり、第1及び第2ダイクロイックミラー5
1a,51b、反射ミラー53a,53b,53c,53d、両面ミラー54、フィール
ドレンズ55r,55g,55b、リレーレンズ61a,61b,61c,62a,62
b、及び、遮光部材63,64を備える。
これらのうち、第1及び第2ダイクロイックミラー51a,51bを含んで構成される
色分離光学系は、第1光変調部40によって輝度変調された像光を、青(B)色光、緑(
G)色光、及び赤(R)色光の3つの像光に分離する。各ダイクロイックミラー51a,
51bは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する
波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システ
ム光軸OAに対してともに傾斜した状態で配置される。第1ダイクロイックミラー51a
は、モノクロの像光から青色成分である青色光LBを反射分岐し、残った緑色光LGと赤
色光LRとを透過させる。また、第2ダイクロイックミラー51bは、第1ダイクロイッ
クミラー51aを通過してリレーレンズ61a等を経た像光のうち緑色成分である緑色光
LGを反射し、赤色成分である赤色光LRを透過させる。
この色分離投射装置50において、均一照明光学系30から第1光変調部40を経て入
射した輝度変調後の像光は、まず第1ダイクロイックミラー51aに入射する。像光のう
ち赤色光LRは、第1光路OP1に導かれるべきものであり、第1ダイクロイックミラー
51aを透過する。第1ダイクロイックミラー51aを通過した赤色光LRは、リレーレ
ンズ61a、反射ミラー53a、及び、遮光部材63を順次経て第2ダイクロイックミラ
ー51bを透過し、リレーレンズ61b、及び反射ミラー53bを経て最終段のフィール
ドレンズ55rに入射する。また、像光のうち緑色光LGは、第2光路OP2に導かれる
べきものであり、第1ダイクロイックミラー51aを透過し、リレーレンズ61a、反射
ミラー53a、及び、遮光部材63を順次経て第2ダイクロイックミラー51bで反射さ
れ、リレーレンズ61c、及び両面ミラー54を経て最終段のフィールドレンズ55gに
入射する。さらに、像光のうち青色光LBは、第3光路OP3に導かれるべきものであり
、第1ダイクロイックミラー51aで反射され、リレーレンズ62a、両面ミラー54、
遮光部材64、反射ミラー53c、リレーレンズ62b、及び、反射ミラー53dを順次
経て最終段のフィールドレンズ55bに入射する。
ここで、赤色用の第1光路OP1と、緑色用の第2光路OP2と、青色用の第3光路O
P3とは、互いに光路の実効長さが等しい等価系となっている。具体的に説明すると、第
1光変調部40で輝度変調された像光のうち赤色成分は、第1光路OP1において、リレ
ーレンズ系であるリレーレンズ61a,61bによって等倍率で後述する第2光変調部7
0に設けた画像情報変調用の液晶パネル72r内の画像形成領域に投影される。同様に、
第1光変調部40で輝度変調された像光のうち緑色成分は、第2光路OP2において、リ
レーレンズ系であるリレーレンズ61a,61cによって赤色と同様に等倍率で、上記第
2光変調部70に設けた画像情報変調用の液晶パネル72g内の画像形成領域に投影され
る。また、第1光変調部40で輝度変調された像光のうち青色成分は、第3光路OP3に
おいて、リレーレンズ系であるリレーレンズ62a,62bによって赤色及び緑色と同様
に等倍率で、上記第2光変調部70に設けた画像情報変調用の液晶パネル72b内の画像
形成領域に投影される。
第2光変調部70は、3色の像光LR,LG,LBがそれぞれ入射する3つの液晶パネ
ル72r,72g,72bと、各液晶パネル72r,72g,72bを挟むように配置さ
れる3組の偏光フィルタ73r,73g,73bとを備え、第2光変調装置として機能す
る。ここで、赤色光LR用の液晶パネル72rと、これを挟む一対の偏光フィルタ73r
,73rとは、輝度変調後の像光のうち赤色光LRを画像情報に基づいて2次元的に輝度
変調するための赤色用の液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光LG用の液晶パネ
ル72gと、対応する偏光フィルタ73g,73gも、緑色用の液晶ライトバルブを構成
し、青色光LB用の液晶パネル72bと、偏光フィルタ73b,73bも、青色用の液晶
ライトバルブを構成する。
各液晶パネル72r,72g,72bは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質で
ある液晶を密閉封入したものである。各液晶パネル72r,72g,72bは、例えば、
ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれ
に入射した偏光光束の偏光方向を変調するTFTアクティブマトリクス型液晶表示パネル
である。つまり、各液晶パネル72r,72g,72bは、入射した光束の偏光方向の空
間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル72r,
72g,72bにそれぞれ入射した各色光LR,LG,LBは、各液晶パネル72r,7
2g,72bに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位
で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ73r,73g,73bによって、各液
晶パネル72r,72g,72bに入射する輝度変調後の像光の偏光方向が調整されると
ともに、各液晶パネル72r,72g,72bから射出される光から所定の偏光方向の変
調光が取り出される。
なお、各液晶パネル72r,72g,72bの画像形成領域(有効領域)の輪郭は、第
1光変調部40に設けた液晶パネル42aの画像形成領域(有効領域)の輪郭と同一形状
となっており、輝度変調用の液晶パネル42aで形成された像光は、画像サイズを一致さ
せて、画像情報変調用の各液晶パネル72r,72g,72b上に、それぞれ1倍で投影
される。この際、液晶パネル42aを構成する縦横画素数は、各液晶パネル72r,72
g,72bを構成する縦横画素数と一致しており、画素同士が1対1対応した投影が実現
されている。
以上の説明から明らかなように、第2光変調部70は、第1光変調部40で輝度変調さ
れたモノクロの像光を表示画像データに基づいて再度光変調する。つまり、第2光変調部
70を経た各色の像光は、2段階の変調によって極めてコントラストの高いものとなって
いる。
クロスダイクロイックプリズム80は、偏光フィルタ73r,73g,73bから射出
された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である
。このクロスダイクロイックプリズム80は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視
略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、X字状に交差する一対の
誘電体多層膜81,82が形成されている。一方の第1誘電体多層膜81は青色光を反射
し、他方の第2誘電体多層膜82は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズ
ム80は、液晶パネル72rからの赤色光LRを第2誘電体多層膜82で反射して進行方
向右側に射出させ、液晶パネル72gからの緑色光LGを第1及び第2誘電体多層膜81
,82を介して直進・射出させ、液晶パネル72bからの青色光LBを第1誘電体多層膜
81で反射して進行方向左側に射出させる。
このようにクロスダイクロイックプリズム80で合成された像光は、拡大投影レンズと
しての投射光学系90を経て、適当な拡大率でスクリーン(不図示)にカラー画像として
投射される。
図2は、第1光変調部40から第2光変調部70への投射を説明する展開図である。第
1光変調部40に設けた液晶パネル42aの画像形成領域に形成された像は、前側レンズ
群である第1のリレーレンズ61a(62a)と、後側レンズ群である第2のリレーレン
ズ61b(61c,62b)とを介して、第2光変調部70に設けた液晶パネル72r(
72g,72b)の画像形成領域に投影される。第1のリレーレンズ61a(62a)の
焦点距離F1と、第2のリレーレンズ61b(61c,62b)の焦点距離F2とは等し
くなっており、両者は距離2×F1=2×F2だけ離れて配置され、両者の中間に遮光部
材63(64)を配置している。結果的に、一組のリレーレンズ61a(62a),61
b(61c,62b)からなるリレーレンズ系は、アフォーカル系の構成となっており、
遮光部材63(64)は、第1のリレーレンズ61a(62a)の投射方向側の前側焦点
位置であって、かつ、第2のリレーレンズ61b(61c,62b)の反投射方向側の後
側焦点位置に配置されていることになる。
そして、輝度変調用の液晶パネル42aは、第1のリレーレンズ61a(62a)の反
投射方向側の焦点位置に配置され、画像情報変調用の液晶パネル72r(72g,72b
)は、第2のリレーレンズ61b(61c,62b)の投射方向側の焦点位置に配置され
ている。このことは、第1のリレーレンズ61a(62a)がフーリエ変換レンズとして
機能し、第2のリレーレンズ61b(61c,62b)が逆フーリエ変換レンズとして機
能することを意味する。そして、フーリエ面に配置された遮光部材63(64)は、これ
に形成した透過パターンによって空間周波数フィルタとして機能する。
図3(a)は、輝度変調用の液晶パネル42aを構成する画素を説明する拡大図である
。図からも明らかなように、液晶パネル42aは、照明光を画像情報に応じて輝度変調す
るマトリックス配置の光変調領域MAと、各光変調領域MAを仕切るように形成されたブ
ラックマトリックスBMとを有する。なお、画像情報変調用の液晶パネル72r(72g
,72b)も、上記液晶パネル42aと同様の構造を有しており、サイズも一致している
ので、説明を省略する。
図3(b)は、遮光部材63の構造を説明する図である。遮光部材63は、例えば透明
基板63a上にこのリング状の遮光帯63bを形成したものである。
このリング状の遮光帯63bの半径は、以下のような条件で形成されている。すなわち
、液晶パネル42aのブラックマトリクッスBMの幅をd(μm)とし、設計波長をλ(
μm)としたときに
d・sinθ1=1×λ … (1)
の条件を満足する角度θ1の方向に、ブラックマトリクッスBMの幅に相当する空間周波
数の光成分L1が射出される(図2参照)。具体的に説明すると、ブラックマトリクッス
BMの幅dを例えば2μm、設計波長を例えば0.55μmとした場合に、上記光空間周
波数成分L1が射出する角度θ1は16°となる。そして、以上のように液晶パネル42
aから射出される光線のうち、光軸OAとθ1の角度をなす光空間周波数成分L1は、第
1のリレーレンズ61a(62a)で屈折されて遮光部材63上にリング状の帯を形成す
ることになる。しかしながら、光空間周波数成分L1のリング状の帯に対応して遮光部材
63にリング状の遮光帯63bが形成されているので、光空間周波数成分L1が遮断され
、ブラックマトリクッスBMのエッジパターンがボケた状態で液晶パネル72r(72g
,72b)に入射する。よって、輝度変調用の液晶パネル42aのブラックマトリクッス
BMの影が、画像情報変調用の液晶パネル72r(72g,72b)のブラックマトリッ
クスに対して位置ずれして投影されることを抑制でき、両ブラックマトリックスの位置ず
れ等に起因して発生する投射画像の照度ムラやモアレ縞の発生を抑制することができる。
なお、遮光部材63としては、上記式(1)に代えて或いは加えて、
d・sinθn=n×λ … (2)
の条件を満足する角度θn(n=2,3,4,…)方向に射出されるリング状の光成分を
遮光するものとできる。つまり、液晶パネル42aから射出される光線のうち、光軸OA
とθnの角度をなす光成分Lnを第1のリレーレンズ61a(62a)を介して遮光部材
63上に入射させるが、このようなリング状の光成分Lnを代替の或いは追加の遮光帯6
3bによって遮光する。これによっても、輝度変調用の液晶パネル42aのブラックマト
リクッスBMの影が、画像情報変調用の液晶パネル72r(72g,72b)のブラック
マトリックスに対して位置ずれして投影されることを抑制できる。
なお、以上は、ブラックマトリクッスBMの縦方向の幅と横方向の幅とが一致すること
が前提であったが、ブラックマトリクッスBMの縦方向の幅と横方向の幅とが異なる場合
もある。この場合、遮光部材63は、これら2つの幅に相当する2つの空間周波数を遮断
することができる遮光部材であることが好ましい。
リング状の遮光帯63bの幅は、光空間周波数成分L1,Lnが所定のマージンをもっ
て遮光できるように決定する。この所定のマージンが小さいと各種光学要素のばらつきに
よってブラックマトリクッスBMをボケた状態で液晶パネル72r(72g,72b)に
投影させにくくなる。一方、所定のマージンが大きいと遮光する光量が大きくなってスク
リーン上に投写される画像の明るさが低下する。
以上は、赤色光や緑色光に対して使用される遮光部材63の説明であったが、青色光に
対して使用される遮光部材64も同様の構造を有しており、液晶パネル42aと液晶パネ
ル72r(72g,72b)のブラックマトリックスBMの位置ずれ等に起因して発生す
る投射画像の照度ムラやモアレ縞の発生を抑制することができる。
なお、以上で説明した遮光部材63,64や液晶ライトバルブ42a,43bは、光路
に対して脱着可能に構成されている。具体的に説明すると、遮光部材63,64は、ホル
ダHD1にそれぞれ保持されており、第1進退機構としての駆動装置DR1に駆動されて
、光軸OAに沿った光路上の動作位置(実線)と、光路から外れた退避位置(点線)との
間でそれぞれ進退可能になっている。同様に、液晶ライトバルブ42a,43bは、ホル
ダHD2にそれぞれ保持されており、第2進退機構としての駆動装置DR2に駆動されて
、光軸OAに沿った動作位置(実線)と、光路から外れた退避位置(点線)との間でそれ
ぞれ進退可能になっている。両駆動装置DR1,DR2は連動手段である主制御装置10
0に駆動されて同期動作する。つまり、遮光部材63,64が実線の動作位置にあるとき
、液晶ライトバルブ42a,43bも連動して実線の動作位置に配置される。また、遮光
部材63,64が点線の退避位置にあるとき、液晶ライトバルブ42a,43bも連動し
て点線の退避位置に配置される。パソコン画面のような画像を投写する場合のように、プ
ロジェクタ10を照度ムラ等が多少あっても輝度優先で使用する場合には、遮光部材63
,64をともに光路から退避させることができ、これにより画像の明るさの低下を防止す
ることができる。
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態のプロジェクタについて説明する。なお、第2実施形態のプロジェ
クタは、第1実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、同一部分には同一の符
号を付して重複説明を省略する。また、特に説明しない部分については、第1実施形態と
同様であるものとする。
図4は、第2実施形態のプロジェクタ110を説明する平面図である。このプロジェク
タ110は、図1に示すプロジェクタ10の色分離投射装置50に変更を加えたものであ
る。本実施形態のプロジェクタ110に組み込んだ色分離投射装置150は、第2及び第
3ダイクロイックミラー51b,151a、反射ミラー53a,53b,153e,15
3f、フィールドレンズ55r,55g,55b、リレーレンズ61a,61b,61c
、及び、転写レンズ系156a〜156dを備える。これらのうち、第2及び第3ダイク
ロイックミラー51b,151aを含んで構成される色分離光学系は、強度変調すなわち
輝度変調された像光を青(B)色光、緑(G)色光、及び赤(R)色光の3つの光束に分
離する。第2ダイクロイックミラー51bは、赤・青・緑のうち赤色光LRの像光成分を
透過させ、緑色光LGと青色光LBとの像光成分を反射する。また、第3ダイクロイック
ミラー151aは、入射した緑色光LG及び青色光LBのうち緑色光LGの像光成分を反
射し、青色光LBを透過させる。
なお、リレーレンズ61a,61b,61cは、図2に示す第1実施形態と同様のもの
であり、説明を省略する。また、遮光部材63も、図1等に示す第1実施形態と同様のも
のであり、説明を省略する。
この色分離投射装置150において、均一照明光学系30から第1光変調部40を経て
入射した輝度変調後の像光は、リレーレンズ61a、反射ミラー53a、及び、遮光部材
63を経て第2ダイクロイックミラー51bに入射する。像光のうち赤色成分は、第2ダ
イクロイックミラー51bを透過し、リレーレンズ61b及び反射ミラー53bを経て最
終段のフィールドレンズ55rに入射する(第1光路OP1)。また、像光のうち緑色成
分は、第2ダイクロイックミラー51bで反射され、リレーレンズ61cを通過した後、
第3ダイクロイックミラー151aで反射され、最終段のフィールドレンズ55gに入射
する(第2光路OP2)。さらに、像光のうち青色成分は、第3ダイクロイックミラー1
51aを透過して、反射ミラー153e,153fや転写レンズ系156a〜156dを
経て最終段のフィールドレンズ55bに入射する。転写レンズ系156a〜156dは、
第1光路OP1と第2光路OP2の光路の長さが等しく第3光路OP3の光路の長さは他
の光路よりも長いために、リレーレンズ61a,61cによって第3ダイクロイックミラ
ー151aの後方に一旦形成される液晶パネル42aの青色の投影像IMを、液晶パネル
72r上に等倍かつ正立像として再結像するためのものである。
結果的に、第2実施形態のプロジェクタ110でも、第1光変調部40で輝度変調され
た各色の像光は、リレーレンズ61a〜61cや転写レンズ系156a〜156dによっ
て、第2光変調部70に設けた各色の液晶パネル72r,72g,72b上に等倍率で投
影される。さらに、フーリエ変換を行うリレーレンズ61aと、逆フーリエ変換を行うリ
レーレンズ61b,61cとの間に遮光部材63を着脱可能に配置しており、液晶パネル
42aのブラックマトリックスと液晶パネル72r(72g,72b)のブラックマトリ
ックスとの位置ずれ等に起因して発生する投射画像の照度ムラやモアレ縞の発生を抑制す
ることができる。
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態のプロジェクタについて説明する。なお、第3実施形態のプロジェ
クタは、第1実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、特に説明しない部分に
ついては、第1実施形態と同様であるものとする。
図5は、第3実施形態のプロジェクタ210を説明する平面図である。このプロジェク
タ210は、図1に示すプロジェクタ10の第1光変調部40を第2光変調部70の後段
に配置したものである。
本実施形態のプロジェクタ210に組み込んだ色分離装置250は、ダイクロイックミ
ラー251a,251b、反射ミラー253a,253b,253c、フィールドレンズ
255r,55g,55b、及びリレー系256a,256bを備える。これらのうち、
ダイクロイックミラー251a,251bを含んで構成される色分離光学系は、照明光を
青(B)色光、緑(G)色光、及び赤(R)色光の3つの光束に分離する。一方のダイク
ロイックミラー251aは、赤・青・緑の3色のうち赤色光LR及び緑色光LGを透過さ
せ、青色光LBを反射する。また、他方のダイクロイックミラー251bは、入射した赤
色光LR及び緑色光LGのうち緑色光LGを反射し、赤色光LRを透過させる。
この色分離装置250において、均一照明光学系30からの照明光は、まず前段のダイ
クロイックミラー251aに入射する。ダイクロイックミラー251aで反射された青色
光LBは、反射ミラー253cを経てフィールドレンズ55bに入射する(光路OP3)
。また、前段のダイクロイックミラー251aを透過して後段のダイクロイックミラー2
51bで反射された緑色光LGは、そのままフィールドレンズ55gに入射する(光路O
P2)。さらに、後段のダイクロイックミラー251bを通過した赤色光LRは、反射ミ
ラー253a,253bを介してレンズ256a,256b,255rを通過する。これ
らのレンズ256a,256b,255rからなる光学系は、均一照明光学系30からか
ら各色の液晶パネル72r,72g,72bまでの光路の距離が最も長い赤色の光路OP
1に配置されている。これらのレンズ256a,256b,255rは、第1のレンズ2
56aの像を、第2のレンズ256bを介して、ほぼそのまま第3のレンズ255rに伝
達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。
以上の色分離装置250により、各色の液晶パネル72r,72g,72bが等価かつ
均一に照明される。
クロスダイクロイックプリズム80で合成されたカラーの像光は、リレーレンズ系であ
るリレーレンズ61a,61bによって輝度変調用の第3光変調部240において再結像
され、第3光変調部240で輝度変調された像光は、投射光学系90によってプロジェク
タ210の前方に配置されたスクリーン(不図示)に投射される。
ここで、第3光変調部240は、入射レンズ241、液晶パネル(液晶表示パネル)2
42a、及び偏光フィルタ243b,243bを備える。ここで、液晶パネル242aや
偏光フィルタ243b,243bは、第1実施形態に係るプロジェクタ10の第1光変調
部40に設けた液晶パネル42aや偏光フィルタ43b,43bと同一の形状及びサイズ
を有する。このため、リレーレンズ261a,261bは、前段の各液晶パネル72r,
72g,72bの画像形成領域に形成された画像を、液晶パネル242aの画像形成領域
に等倍で投影する。
本実施形態のプロジェクタ210は、液晶パネル72r,72g,72bで画像情報変
調されクロスダイクロイックプリズム80で合成されたカラーの像光は、リレーレンズ6
1a,61bによって、第3光変調部240に設けた液晶パネル42a上に等倍率で投影
される。さらに、フーリエ変換を行うリレーレンズ61aと、逆フーリエ変換を行うリレ
ーレンズ61bとの間に遮光部材63を着脱可能に配置しており、液晶パネル72r(7
2g,72b)のブラックマトリックスと液晶パネル42aのブラックマトリックスとの
位置ずれ等に起因して発生する投射画像の照度ムラやモアレ縞の発生を抑制することがで
きる。
なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能
である。
すなわち、上記実施形態では、液晶パネル42aのブラックマトリクッスと液晶パネル
72r,72g,72bのブラックマトリクッスとが等しい周期で形成されて合同な形状
となっているが、液晶パネル42aのブラックマトリクッスの周期を液晶パネル72r,
72g,72bの周期の整数倍にしたり整数分の1倍にすることができる。
また、例えば第1実施形態において、リレーレンズ61a,61bは、等倍の結像系で
なく拡大結像系や縮小結像系に変更することができる。具体的には、両リレーレンズ61
a,61bの焦点距離を異なるものとし、互いに焦点を一致させたアフォーカル系として
配置する。この場合も、共通の焦点位置すなわちフーリエ変換面に遮光部材63を着脱可
能に配置する。なお、リレーレンズ61a,61cについても同様であり、拡大結像系や
縮小結像系に変更することができる。
また、上記実施形態では、光源ランプユニット20からの光を複数の部分光束に分割す
るため、2つのレンズアレイ31,32を用いていたが、この発明は、このようなレンズ
アレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。また、レンズアレイ31,32をロ
ッドインテグレータに置き換えることもできる。さらに、光源ランプユニット20からの
光を特定方向の偏光とする偏光変換部材34を用いていたが、この発明は、このような偏
光変換部材34を用いないプロジェクタにも適用可能である。
また、上記実施形態では、液晶ライトバルブ42a,43bその他の、輝度変調用或い
は画像情報変調用の液晶ライトバルブを透過型としたが、これらの液晶ライトバルブを反
射型とすることもできる。
また、上記第1実施形態では、リレーレンズ61a〜61cによって赤及び緑色の像光
の投影を行い、リレーレンズ62a,62bによって青色の像光の投影を行っているが、
これらの組み合わせは液晶パネル72r,72g,72bの配置やダイクロイックミラー
51a,51bの特性等を変更することによって任意に変更することができる。さらに、
上記第2実施形態では、青色の液晶パネル72bを比較的長い第3光路OP3に配置する
とともに当該第3光路OP3に転写レンズ系156a〜156dを配置しているが、他の
赤色や緑色を比較的長い第3光路OP3に導くことも可能である。
また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェ
クタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがある
が、図1等に示すプロジェクタ10,110,210の構成は、いずれにも適用可能であ
る。
第1実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。 第1光変調部から第2光変調部への投射を説明する展開図である。 (a)は、輝度変調用の液晶パネルを構成する画素を説明する拡大図であり、(b)は、遮光部材の構造を説明する平面図である。 第2実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。 第3実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。
符号の説明
10,110,210…プロジェクタ、 20…光源ランプユニット、 21…光源ラ
ンプ、 30…均一照明光学系、 31…第1レンズアレイ、 32…第2レンズアレイ
、 34…偏光変換部材、 35…コンデンサレンズ、 40…第1光変調部、 41…
入射レンズ、 42r,42g,42b…液晶パネル、 43r,43g,43b…偏光
フィルタ、 50…色分離投射装置、 51a,51b…ダイクロイックミラー、 53
a,53b,53c,53d…反射ミラー、 54…両面ミラー、 55r,55g,5
5b…フィールドレンズ、 61a〜61c…リレーレンズ、 62a,62b…リレー
レンズ、 63,64…遮光部材、 63a…透明基板、 63b…遮光帯、 70…第
2光変調部、 72r,72g,72b…液晶パネル、 73r,73g,73b…偏光
フィルタ、 80…クロスダイクロイックプリズム、 81,82…誘電体多層膜、 9
0…投射光学系、 BM…ブラックマトリクッス、 DR1,DR2…駆動装置、 HD
1…ホルダ、 HD2…ホルダ、 MA…光変調領域

Claims (9)

  1. 光源を含む照明装置と、
    前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する第1液晶ライトバルブと、
    前側レンズ群と後側レンズ群と有し、前記第1液晶ライトバルブで変調された変調光を
    一旦結像させるリレーレンズ系と、
    前記前側レンズ群と後側レンズ群との間に配置され、所定の空間周波数を遮断する遮光
    部材と、
    前記リレーレンズ系によって結像された像光を画像情報に応じて変調する第2液晶ライ
    トバルブと、
    前記第2液晶ライトバルブで変調された変調光を像光として投射する投射光学系と
    を備えるプロジェクタ。
  2. 前記第1液晶ライトバルブは、輝度変調用の液晶パネルを含み、前記第2液晶ライトバ
    ルブは、画像情報変調用の液晶パネルを含む請求項1記載のプロジェクタ。
  3. 前記第2液晶ライトバルブは、複数の色光を個別に変調する複数の各色用液晶ライトバ
    ルブを含み、
    前記第1液晶ライトバルブを経た光を各色光に分離して前記各色用液晶ライトバルブに
    供給する色分離光学系と、前記各色用液晶ライトバルブで変調された各色の変調光を合成
    する光合成光学系とをさらに備え、
    前記第1液晶ライトバルブから前記各色用液晶ライトバルブまでの光路の長さがすべて
    等しいか、又は、前記第1液晶ライトバルブから前記各色用液晶ライトバルブのうち少な
    くとも2つまでの光路の長さが等しく、前記各色用液晶ライトバルブのうち残った少なく
    とも1つまでの延長光路上に、前記リレーレンズ系によって一旦形成される像の正立かつ
    当倍像を投影する転写レンズ系を有する請求項2記載のプロジェクタ。
  4. 前記第1液晶ライトバルブは、画像情報変調用の液晶パネルを含み、前記第2液晶ライ
    トバルブは、輝度変調用の液晶パネルを含む請求項1記載のプロジェクタ。
  5. 前記第1液晶ライトバルブは、光変調領域を仕切るように形成されて前記照明装置から
    の光を遮光するブラックマトリックスを有し、前記所定の空間周波数は、前記遮光体の幅
    に相当するものである請求項1から請求項4のいずれか一項記載のプロジェクタ。
  6. 前記遮光部材は、リング状の遮光帯を有する請求項1から請求項5のいずれか一項記載
    のプロジェクタ。
  7. 前記遮光部材は、脱着可能である請求項1から請求項5のいずれか一項記載のプロジェ
    クタ。
  8. 前記遮光部材を光路上に進退可能に配置する第1進退機構と、前記第1及び第2液晶ラ
    イトバルブのいずれか一方を光路上に進退可能に配置する第2進退機構と、前記第1及び
    第2進退機構を連動させる連動手段とをさらに備える請求項7記載のプロジェクタ。
  9. 前記遮光部材は、前記前側レンズ群の投射方向側の焦点位置であって前記後側レンズ群
    の反投射方向側の焦点位置に配置され、前記第1液晶ライトバルブは、前記前側レンズ群
    の反投射方向側の焦点位置に配置され、前記第2液晶ライトバルブは、前記前側レンズ群
    の投射方向側の焦点位置に配置される請求項1から請求項8のいずれか一項記載のプロジ
    ェクタ。
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