JP2008197355A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】投映画像の色ずれを防止する。
【解決手段】液晶プロジェクタの各透過型液晶素子７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの出射側に、位相差を補償する光学補償板と出射側偏光板を配し、これらをそれぞれ保持枠４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで保持する。これらの保持枠は、それぞれ対応する光軸に直交する面で回転調整可能にする。保持枠４０Ｒの固定ネジ４２Ｒ及び保持枠４０Ｂの固定ネジ４２Ｂの締付方向と、保持枠４０Ｇの固定ネジ４２Ｇの締付方向とを逆にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、３枚の透過型液晶素子を用いた液晶プロジェクタに関し、さらに詳しくは、透過型液晶素子の出射側に回転可能な光学素子を配した液晶プロジェクタに関する。

光源からの白色光を赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）の３原色光に分離して、各色に対応した透過型液晶素子にそれぞれ入射させて各色の画像光とし、この各色の画像光をクロスダイクロイックプリズムで合成してから投写光学系に入射させてスクリーンに投写させる３板式の液晶プロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。透過型液晶素子の光の入射側及び出射側にはそれぞれ偏光板が配される。この入射側偏光板及び出射側偏光板は、光の偏光方向を精度良く制御することができるように、そのいずれか一方または双方が、画像光の光軸の直交する面（以下、光軸直交面と称する）で回転させて姿勢を調整できるよう構成されているものが多い。

偏光板の姿勢調整機構には種々のものがあるが、製造コストを抑えた簡易な構成のものとして、例えば、偏光板を保持する保持枠と、この保持枠を摺動させる湾曲面を有する支持部材と、保持枠に形成されたスリットを通して支持部材に形成されたネジ穴に締め付けられる固定ネジとからなる機構が知られている。保持枠を支持部材に摺動させて偏光板の姿勢を調整した上で、固定ネジを上方から締め付けることにより、保持枠が支持部材に固定され、偏光板の姿勢が固定される。
特開２００５−１１４９１８号公報

上記構成の姿勢調整機構では、保持枠と他の部材との間のガタが製造上どうしても生じることから、固定ネジの締付時に、保持枠が光軸直交面に対して締付方向に僅かに傾いてしまう。この姿勢調整機構を入射側偏光板に適用した場合には、入射側偏光板が光軸直交面に対して傾いても、スクリーン上の投映画像にはほぼ影響は出ないが、一方、この姿勢調整機構を出射側偏光板に適用した場合には、出射側偏光板が光軸直交面に対して傾くと、この出射側偏光板を透過する光が画像情報を有することから、スクリーン上の投映画像が各色でずれて表示されるという問題が生じる。

図５を用いて、各色画像がずれて表示される場合を説明する。クロスダイクロイックプリズム１００の３の側面には、３原色光にそれぞれ対応する透過型液晶素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂが配され、各透過型液晶素子の出射側にそれぞれ偏光板１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが配されている。これらの偏光板１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂは、上方から固定ネジ（一般に締付方向は右回り）を締め付けるときに、それぞれ光軸直交面に対して締付方向に傾いてしまう。Ｒ画像光は目標よりも出射面１０３側にシフトし、Ｇ画像光は目標よりも入射面１０４Ｒ側にシフトし、Ｂ画像光は目標よりも入射面１０４Ｇ側にシフトする。クロスダイクロイックプリズム内での反射後、Ｒ画像光とＢ画像光とは重なり合うが、Ｇ画像光はＲ画像光及びＢ画像光とはずれてしまい、これが投映画像の色ずれの原因となる。

ところで、透過型液晶素子を透過するときに生じた位相差を補償する光学補償板が知られている。この光学補償板は、透過型液晶素子と、入射偏光板又は／及び出射側偏光板との間に配されるが、光学補償板は強い照明光に長い間照らされると品質が劣化してしまうことから、透過型液晶素子と出射側偏光板との間に配することが好適である。省スペースの観点や、光学補償板の交換作業の観点などから、光学補償板を出射側偏光板と同じ保持枠で保持することを考えた場合には、保持枠が光軸直交面に対して傾いたときに、各色画像光のシフト量がさらに大きくなり、投映画像の色ずれが目立ってしまう。

本発明は、透過型液晶素子の出射側に配した光学素子を姿勢調整可能に構成しながらも、投映画像の色ずれを防止することができる液晶プロジェクタを提供することを目的とする。

本発明は、３原色の照明光を各色に対応して設けられた透過型液晶素子にそれぞれ照射し、これらの透過型液晶素子を透過した各色の画像光をクロスダイクロイックプリズムに入射させて色合成した後、前記クロスダイクロイックプリズムの出射面から出射された合成画像光を投写光学系に入射させて投写する液晶プロジェクタに関し、前記透過型液晶素子の出射側に設けられ前記画像光の光学特性を変化させる板状の光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材と、前記光学素子が前記画像光の光軸と直交する面上で回転するように前記保持部材を摺動可能に支持する支持部材と、前記保持部材を前記支持部材に対して固定するために、前記クロスダイクロイックプリズムの上下方向に延びるようにして前記支持部材に形成されたネジ穴に、前記保持部材に形成された挿通孔を介して締め付けられる固定ネジとを備え、前記クロスダイクロイックプリズムを挟んで対向する前記保持部材の前記固定ネジの締付方向と、前記クロスダイクロイックプリズムの出射面とは反対側の面に対向する前記保持部材の前記固定ネジの締付方向とを、互いに逆にしたことを特徴とする。

前記光学素子は偏光板であることが好ましい。前記保持部材は、前記偏光板に加えて、前記透過型液晶素子で生じた位相差を補償するための光学補償板を前記偏光板の入射側で保持することが好ましい。

前記保持部材は、前記画像光の光軸を中心として円弧状に形成される摺動面を有し、この摺動面を前記支持部材に摺動させることが好ましい。これにより、光学素子を、前記画像光の光軸を中心にして回転させることができる。

本発明の液晶プロジェクタによれば、透過型液晶素子の出射側に配した光学素子を姿勢調整可能に構成しながらも、投映画像の色ずれを防止することができる。

図１に示すように、液晶プロジェクタ２は、照明光学系３と、ダイクロイックミラー４，５と、３枚の透過型液晶素子（以下、液晶素子）７Ｒ，７Ｇ，７Ｂと、各液晶素子に対応する入射側偏光板６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、光学補償板８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ、及び出射側偏光板９Ｒ，９Ｇ，９Ｂと、姿勢調整機構１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１１と、投映レンズ１２とを備えている。投映レンズ１２を透過した画像光はスクリーン１３上に投映画像として表示される。この液晶プロジェクタ２は、スクリーン１３上の投映画像を投映面の反対側から観察するリア方式で用いてもよいし、スクリーン１３上の投映画像を投映面と同じ側から観察するフロント方式で用いてもよい。

照明光学系３は、２つのランプ２０，２１と、合成ミラー２２と、コリメータレンズ２３と、第１及び第２レンズアレイ２４，２５と、偏光変換素子２６と、重畳レンズ２７とから構成される。ランプ２０，２１の光源は、特に限定されないが、例えばメタルハライドランプや超高圧水銀ランプなどを用いる。光源が発した白色の照明光はリフレクタで反射されて合成ミラー２２に向かって進行する。合成ミラー２２で反射した照明光は光路が重なり合うように合成されて、コリメータレンズ２３で略平行光となる。コリメータレンズ２３を出射した照明光は、第１及び第２レンズアレイ２４，２５、偏光変換素子２６、並びに重畳レンズ２７を透過して、空間的なエネルギー分布が均一化されるとともに偏光方向が揃えられて、反射ミラー２８に向かう。

ダイクロイックミラー４は、白色の照明光に含まれる青色光（Ｂ光）を透過し、赤色光（Ｒ光）及び緑色光（Ｇ光）を反射することにより、Ｂ光を分離する。分離されたＢ光は、反射ミラー２９で反射されて、入射側偏光板６Ｂに向かう。ダイクロイックミラー４に反射したＲ光及びＧ光は、ダイクロイックミラー５に照射される。ダイクロイックミラー５は、Ｒ光を透過し、Ｇ光を反射して、Ｒ光とＧ光とを分離する。Ｒ光は反射ミラー３０，３１で反射されて入射側偏光板６Ｒに向かい、Ｇ光は入射側偏光板６Ｇに向かう。

入射側偏光板６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと出射側偏光板９Ｒ，９Ｇ，９Ｂとは、偏光軸が互いに直交した、いわゆる直交ニコルの関係になっている。液晶素子７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型と呼ばれるものであり、液晶分子がねじれた状態で配列される液晶層を有する。光学補償板８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、液晶素子の液晶層で生じる光学的な位相差を補償するものである。

クロスダイクロイックプリズム１１は、４つの直角プリズムを組み合わせて構成され、全体として正四角柱の形状をしている。クロスダイクロイックプリズム１１は、Ｒ光を反射するＲ反射面１１ａと、Ｂ光を反射するＢ反射面１１ｂとの２種類のダイクロイック面を有する。Ｒ反射面１１ａとＢ反射面１１ｂとは互いに直交している。クロスダイクロイックプリズム１１は、入射面（側面）１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、合成画像光が出射する出射面（側面）１４とを有する。投映レンズ１２は、合成画像光を拡大して投映画像としてスクリーン１３上に投映する。

姿勢調整機構１０Ｒは、光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒを、Ｒ光の光軸１５Ｒに直交する面（以下、光軸の直交面と称する）上で回転させて、これらの板の姿勢を調整可能にする。姿勢調整機構１０Ｇは、Ｇ光の光軸１５Ｇの直交面上で光学補償板８Ｇ及び出射側偏光板９Ｇを回転させ、姿勢調整機構１０Ｂは、Ｂ光の光軸１５Ｂの直交面上で光学補償板８Ｂ及び出射側偏光板９Ｂを回転させる。各板の姿勢を調整することにより、投映画像の色ムラを抑え、コントラストを向上させることができる。

図２に示すように、姿勢調整機構１０Ｒは、光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒを保持する保持枠（保持部材）４０Ｒと、この保持枠４０Ｒを支持する支持台（支持部材）４１Ｒと、保持枠４０Ｒを支持台４１Ｒに固定する固定ネジ４２Ｒとから構成される。

保持枠４０Ｒは、光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒの外形に合わせて形成されたコ字状の枠部４０ａと、この枠部４０ａの上端部から突出する取付部４０ｂとを有する。枠部４０ａに光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒを固定するときには、例えば、接着剤を介して各板８Ｒ，９Ｒの側端縁及び上端縁を枠部４０ａに固定する。このとき、出射側偏光板９Ｒの中心と光学補償板８Ｒの中心とが一致するように互いを位置合せするとともに、出射側偏光板９Ｒの偏光軸と光学補償板８Ｒの光学軸とが一致するように互いを位置合せする。なお、保持枠４０Ｒが光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒを着脱自在に保持する構成にしてもよい。

保持枠４０Ｒの取付部４０ｂは湾曲形状である。保持枠４０Ｒの取付部４０ｂは支持台４１Ｒに摺動可能であり、取付部４０ｂの内面（摺動面）４０ｃが支持台４１Ｒの上面４１ａに摺動する。内面４０ｃ及び上面４１ａは、保持枠４０及び支持台４１Ｒを液晶プロジェクタ２に取り付けたときに、Ｒ光の光軸１５Ｒを中心とする円弧形状となるよう形成されている。

保持枠４０Ｒ及び支持台４１Ｒを液晶プロジェクタ２に取り付けるときには、出射側偏光板９Ｒ及び光学補償板８Ｒの中心が、光軸１５Ｒに一致するように取り付ける。保持枠４０Ｒを支持台４１Ｒに摺動させると、光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒが、光軸１５Ｒを中心に回転する。

取付部４０ｂには円弧に沿うスリット（挿通孔）４０ｄが形成されている。このスリット４０ｄの短尺方向の幅は、固定ネジ４２Ｒの胴部４２ａの径とほぼ同じであり、頭部４２ｂの径よりも小さくなっている。支持台４１Ｒの頂部には上下方向にネジ穴４１ｂが形成されている。

図３に示すように、支持台４１Ｒは、クロスダイクロイックプリズム１１の上面に接着される天板５０の上面に例えば接着剤により固定する。なお、この支持台４１Ｒは天板５０と一体に形成してもよい。支持台４１Ｒを天板５０に固定したときに、ネジ穴４１ｂ（図２参照）はクロスダイクロイックプリズム１１の上下方向に延びて位置する。保持枠４０Ｒを支持台４１Ｒに固定するときには、固定ネジ４２Ｒを、保持枠４０Ｒのスリット４０ｄを通してネジ穴４１ｂに右回りに締め付ける。このとき、保持枠４０Ｒと他の部材との間に製造上ガタが生じてしまうことから、保持枠４０Ｒは、二点鎖線で示す目的の位置に対して、固定ネジ４２Ｒを中心にして僅かに右回りに回転して固定される。このため、光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒが、光軸１５Ｒの直交面に対して右回りに傾いて固定される。

姿勢調整機構１０Ｇ，１０Ｂは、姿勢調整機構１０Ｒと同様の構成である。ただし、姿勢調整機構１０Ｒの固定ネジ４２Ｒ及び姿勢調整機構１０Ｂの固定ネジ４２Ｂの締付方向が右回りであるのに対し、姿勢調整機構１０Ｇの固定ネジ４２Ｇの締付方向だけが左回りである点で異なり、この点が本発明の特徴である。

保持枠４０Ｇは固定ネジ４２Ｇを中心にして僅かに左回りに回転して固定され、このため、光学補償板８Ｇ及び出射側偏光板９Ｇが、光軸１５Ｇの直交面に対して左回りに傾いて固定される。また、保持枠４０Ｂは固定ネジ４２Ｂを中心にして僅かに右回りに回転して固定され、このため、光学補償板８Ｂ及び出射側偏光板９Ｂが、光軸１５Ｂの直交面に対して右回りに傾いて固定される。

以下、上記構成による作用について説明する。照明光学系３から照射された白色光は、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光に分離され、それぞれが入射側偏光板６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに照射される。

入射側偏光板６Ｒを透過したＲ光は、入射側偏光板６Ｒの偏光軸と同一の振動方向の直線偏光となり、液晶素子７Ｒに入射する。液晶素子７Ｒの液晶層が通電状態のときには、Ｒ光は偏光方向を変えずに液晶素子７Ｒを出射し、光学補償板８Ｒを透過する。ここで、Ｒ光は液晶層の一部の液晶分子によって複屈折を受けるが、この複屈折を受けたＲ光は光学補償板８Ｒによって相殺され解消される。このため、光学補償板８Ｒを出射したＲ光は出射側偏光板９Ｒで確実に吸収され、黒レベルの表示が良好に行われる。

一方、液晶素子７Ｒの液晶層が非通電状態のときには、Ｒ光は偏光方向を９０°回転させて液晶素子７Ｒを出射し、光学補償板８Ｒを透過する。光学補償板８Ｒを出射したＲ光は出射側偏光板９Ｒを透過して、白レベルの表示が行われる。Ｒ光が光学補償板８Ｒを透過するときには光学的な作用を受けるが、この光学的な作用が白レベルの表示に与える影響は小さいため問題とはならない。

このような液晶層の通電状態の制御は、液晶素子７Ｒの画素毎に行われる。このように、液晶素子７Ｒを透過したＲ光は、画像情報が付与されたＲ画像光として、光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒを透過する。Ｒ光と同様に、液晶素子７Ｇを透過したＧ光は、画像情報が付与されたＧ画像光として、光学補償板８Ｇ及び出射側偏光板９Ｇを透過する。液晶素子７Ｂを透過したＢ光は、画像情報が付与されたＢ画像光として、光学補償板８Ｂ及び出射側偏光板９Ｂを透過する。

図４に示すように、Ｒ画像光が光学補償板８Ｒ及び出射側偏光板９Ｒを透過するとき、これらの板８Ｒ，９Ｒが光軸１５Ｒの直交面に対して右回りに傾いているため、Ｒ画像光が目的の位置よりもクロスダイクロイックプリズム１１の出射面１４側にシフトする。

また、Ｇ画像光は、光学補償板８Ｇ及び出射側偏光板９Ｇを透過するとき、目的の位置よりも入射面１３Ｂ側にシフトする。Ｂ画像光は、光学補償板８Ｂ及び出射側偏光板９Ｂを透過するとき、目的の位置よりも入射面１３Ｇ側にシフトする。

Ｒ画像光はＲ反射面１１ａで直角方向に反射し、Ｇ画像光はＲ反射面１１ａ及びＢ反射面１１ｂを通過して直進し、Ｂ画像光はＢ反射面１１ｂで直角方向に反射する。各画像光のシフト量は同程度であり、Ｒ画像光，Ｇ画像光，及びＢ画像光はずれることなく重なり合う。これにより、スクリーン１３に投写される投映画像には色ずれは生じない。

本発明の液晶プロジェクタ２によれば、光学補償板８Ｒ及び偏光板９Ｒ、光学補償板８Ｇ及び偏光板９Ｇ、光学補償板８Ｂ及び偏光板９Ｂをそれぞれ姿勢調整可能にしながらも、投映画像の色ずれを防止することができる。

なお、上記実施形態では、固定ネジ４２Ｒ及び固定ネジ４２Ｂの締付方向が右回りで、固定ネジ４２Ｇの締付方向が左回りであったが、固定ネジ４２Ｒ及び固定ネジ４２Ｂの締付方向が左回りで、固定ネジ４２Ｇの締付方向が右回りであってもよい。

上記実施形態では、保持枠が光学補償板及び出射側偏光板を保持する構成であったが、光学補償板のみを保持する構成、または出射側偏光板のみを保持する構成であってもよい。

上記実施形態では、保持枠が光学補償板及び出射側偏光板の両方を固定して保持する構成であったが、いずれか一方のみを固定して保持するとともに、他方を回転自在に保持する構成であってもよい。この場合、他方を回転自在にするために、保持枠に別の回転機構を取り付ければよい。

上記実施形態では、光学補償板と出射側偏光板を別体のものとして取り扱ったが、１枚の透明基板の入射側に光学補償フイルムを貼り付け、出射側に偏光フイルムを貼り付けて一体としたものを本発明に用いてもよい。本発明の光学素子としては、種々なものを採用することが可能であり、例えば、視野角補正板や色補正板なども採用することができる。

液晶プロジェクタの概略構成図である。 姿勢調整機構の分解斜視図である。 クロスダイクロイックプリズム周辺の構成を示す平面図である。 クロスダイクロイックプリズム周辺での各画像光の進路を説明する説明図である。 投映画像に色ずれが生じる場合における、クロスダイクロイックプリズム周辺での各色画像光の進路を説明する説明図である。

符号の説明

２ 液晶プロジェクタ
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ 透過型液晶素子
８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ 光学補償板
９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ 出射側偏光板
４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ 保持枠
４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ 支持台
４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ 固定ネジ

Claims (4)

1. ３原色の照明光を各色に対応して設けられた透過型液晶素子にそれぞれ照射し、これらの透過型液晶素子を透過した各色の画像光をクロスダイクロイックプリズムに入射させて色合成した後、前記クロスダイクロイックプリズムの出射面から出射された合成画像光を投写光学系に入射させて投写する液晶プロジェクタにおいて、
   前記透過型液晶素子の出射側に設けられ前記画像光の光学特性を変化させる板状の光学素子と、
   前記光学素子を保持する保持部材と、
   前記光学素子が前記画像光の光軸と直交する面上で回転するように前記保持部材を摺動可能に支持する支持部材と、
   前記保持部材を前記支持部材に対して固定するために、前記クロスダイクロイックプリズムの上下方向に延びるようにして前記支持部材に形成されたネジ穴に、前記保持部材に形成された挿通孔を介して締め付けられる固定ネジとを備え、
   前記クロスダイクロイックプリズムを挟んで対向する前記保持部材の前記固定ネジの締付方向と、前記クロスダイクロイックプリズムの出射面とは反対側の面に対向する前記保持部材の前記固定ネジの締付方向とを、互いに逆にしたことを特徴とする液晶プロジェクタ。
2. 前記光学素子は偏光板であることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
3. 前記保持部材は、前記偏光板に加えて、前記透過型液晶素子で生じた位相差を補償するための光学補償板を前記偏光板の入射側で保持することを特徴とする請求項２記載の液晶プロジェクタ。
4. 前記保持部材は、前記画像光の光軸を中心として円弧状に形成される摺動面を有し、この摺動面を前記支持部材に摺動させることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載の液晶プロジェクタ。

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