JP3246676B2 - 液晶プロジェクタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の偏光方向を変換す
る偏光光学系を用いた液晶プロジェクタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光の偏光方向を変換する手段としては、
入射光の位相を変えてその偏光方向を変換して出射する
複屈折性結晶が知られており、その一例として１／４波
長板がある。この複屈折性結晶は、その厚さや屈折率を
適当に選択することにより、入射光の偏光方向を所望の
偏光方向に変換する機能を有する。例えば、１／４波長
板は、Ｐ成分に偏光した直線偏光光であるＰ偏光光を入
射すると、このＰ偏光光がＳ成分に偏光した直線偏光光
であるＳ偏光光に変換して出射する機能を有する。

【０００３】そして、１／４波長板のような、Ｐ偏光光
のＳ偏光光への変換、あるいは、Ｓ偏光光のＰ偏光光へ
の変換、すなわち、偏光方向を９０°変換する光学系
は、例えば、実開平３−７１３４３号公報に記載の液晶
プロジェクタ装置への適用が考えられている。

【０００４】この実開平３−７１３４３号公報に記載の
液晶プロジェクタ装置では、まず、メタルハライドラン
プによる照明光源からの光を、偏光ビームスプリッタに
よりＳ偏光光は反射させ、Ｐ偏光光は透過させて、Ｓ偏
光光とＰ偏光光とに分離している。そして、ビームスプ
リッタにより反射されたＳ偏光光を、１／４波長板によ
って偏光方向をＰ偏光光に変換した後、このＰ偏光光
を、偏光ビームスプリッタを透過したＰ偏光光と同じ液
晶表示器に導いて光強度変調を行ない、画像を得るよう
にしている。

【０００５】なお、この実開平３−７１３４３号公報以
前の液晶プロジェクタ装置では、Ｓ偏光光あるいはＰ偏
光光のいずれか一方の偏光光を非透過とし、他方の偏光
光を透過する偏光板を用いて、照明光源からの照明光を
Ｓ偏光光あるいはＰ偏光光のいずれか一方に偏光させ、
この偏光光を液晶表示器に導いて画像を得ている。この
ため、偏光板により非透過とされた光の光量分、画像が
暗化している。

【０００６】これに対し、実開平３−７１３４３号公報
の液晶プロジェクタ装置では、偏光板により非透過とな
る光がなくなるので、照明光源からの照明光を有効活用
できることとなり、明るい画像を得ることができる。

【０００７】しかし、この液晶プロジェクタ装置に用い
られる複屈折性結晶は、その厚さや屈折率に対応して決
定される特定範囲の波長の入射光に対しては正しく機能
するが、特定範囲外の波長の入射光に対しては正しく機
能しないという特性を持っている。このため、入射光が
特定範囲外の波長である場合は、この入射光を所望の偏
光方向に変換することができない。例えば、液晶プロジ
ェクタ装置の照明光源には、メタルハライドランプが用
いられるが、このメタルハライドランプは白色光源であ
り、白色光は様々な波長を含んでいるため、１／４波長
板によっては、白色光の全波長域に渡って偏光方向を正
しく９０°変換することができない。このように、偏光
方向を正しく９０°変換できなかった光は、結局偏光板
により遮光されてしまい、やはり光量の損失となってし
まっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、光の偏
光方向の変換手段として用いられていた複屈折性結晶
は、特定範囲の波長の入射光に対しては正しく機能する
が、特定範囲以外の波長の入射光に対しては正しく機能
しないという問題点を有している。

【０００９】請求項１記載の発明の目的は、全波長域に
渡って偏光方向を正しく変換することができる偏光光学
系を用い、照明光を有効活用できるようにした液晶プロ
ジェクタ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液晶プロ
ジェクタ装置は、照明光源からの照明光を画像信号に基
づいて駆動される液晶表示装置に透過させて光強度変調
された画像をスクリーンに投影する液晶プロジェクタ装
置において、前記照明光をＰ偏光光およびＳ偏光光に分
離する偏光ビームスプリッタと、前記分離されたＰ偏光
光およびＳ偏光光のいずれか一方の偏光光の光路中に設
けられた偏光光学系とを備え、この偏光光学系は、直線
偏光された入射光をこの入射光の振動面のみを方向変換
して反射する振動面変換手段と、この振動面変換手段に
対して直列配置され直線偏光された入射光をこの入射光
の振動方向のみを方向変換して反射する振動変換手段と
を有し、前記振動面変換手段および前記振動方向変換手
段で変換された偏光光を前記分離された他方の偏光光が
透過する前記液晶表示装置に入射させ、かつ、あおりの
位置関係により前記分離された他方の偏光光の光量が不
足する部分に投影させるものである。

【００１１】

【作用】請求項１記載の液晶プロジェクタ装置は、偏光
ビームスプリッタで照明光をＰ偏光光およびＳ偏光光に
分離し、分離されたＰ偏光光およびＳ偏光光のいずれか
一方の偏光光の光路中に設けられた偏光光学系に直列に
配置された振動面変換手段と振動方向変換手段とによ
り、光の振動面と振動方向とをそれぞれ変換するため、
偏光光学系は光の波長に影響されることなく全波長に渡
って偏光方向を正しく変換できるので、偏光板により非
透過となる光がなくなり、照明光を有効に利用した明る
い画像を得ることができる。そして、振動面変換手段お
よび振動方向変換手段で変換された偏光光を分離された
他方の偏光光が透過する液晶表示装置に入射させ、か
つ、あおりの位置関係により分離された他方の偏光光の
光量が不足する部分に投影させることにより、スクリー
ン上で光量が不足した部分の光量を補った所定の画像が
得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の液晶プロジェクタ装置の一実
施例を図面を参照して説明する。

【００１３】まず、図２を参照して偏光光学系の原理に
ついて説明する。

【００１４】いわゆるＰ偏光成分の直線偏光光であるＰ
偏光光およびＳ偏光成分の直線偏光光であるＳ偏光光
は、これらＰ偏光光とＳ偏光光との振動面が互いに直交
するとともに、振動方向も互いに直交する関係にある。
すなわち、Ｐ偏光光は、Ｓ偏光光の振動面を直交するよ
うに変化させ、また、振動方向も直交するように変化さ
せた直線偏光光と見ることができる。同様に、Ｓ偏光光
は、Ｐ偏光光の振動面を直交するように変化させ、ま
た、振動方向も直交するように変化させた直線偏光光と
見ることができる。

【００１５】このため、Ｐ偏光光あるいはＳ偏光光を、
光を屈折する手段を用いて、振動面と振動方向をそれぞ
れ直交する方向に変化させることにより、Ｐ偏光光はＳ
偏光光に、Ｓ偏光光はＰ偏光光に、偏光方向を変換する
ことができる。

【００１６】ここで、直線偏光光が反射面で反射される
際に、この反射面に入射する直線偏光光の振動面が、入
射面に含まれるように反射面を配置すると、直線偏光光
の振動面は変化せずに振動方向のみが入射角に対応して
変化した反射光として反射する。すなわち、このように
配置構成された光を屈折する手段を振動方向変換手段と
する。

【００１７】なお、入射面は、反射面に対する入射光お
よび反射光、さらに、この反射面上の入射点に立てた垂
線を含む面である。

【００１８】また、反射面に入射される直線偏光光の振
動面が、入射面と直交するように反射面を配置すると、
この直線偏光光の振動方向は変化することなく、振動面
のみが、入射角に対応して変化させられた反射光として
反射される。すなわち、このように配置構成された光を
屈折する手段を振動面変換手段とする。

【００１９】そして、図２に示す偏光光学系はこのよう
な原理に基づいて構成されている。

【００２０】この図２に示す偏光光学系は、光を屈折す
る手段としての３枚の第１、第２および第３の全反射ミ
ラー11，12，13により構成される。まず、第１の全反射
ミラー11には、Ｓ偏光光である直線偏光光L1が４５°の
入射角で入射される。この直線偏光光L1は、振動面およ
び振動方向が共に水平方向であり、第１の全反射ミラー
11は、第１の全反射ミラー11の反射面に対する入射光お
よび反射光、さらに入射点に立てた垂線を含む面である
入射面が、振動面に対して直交しているように配置され
ている。このため、直線偏光光L1は、振動方向は水平方
向のまま、振動面のみが入射角に対応して垂直方向に変
換された直線偏光光L2として反射される。すなわち、こ
の第１の全反射ミラー11は、振動面のみを変換する振動
面変換手段として機能する。

【００２１】また、第２の全反射ミラー12には、第１の
全反射ミラー11から反射された直線偏光光L2が４５°の
入射角でされ、かつ、この第２の全反射ミラー12の入射
面は、図示のように、直線偏光光L2の振動面を含むよう
に配置されている。このため、直線偏光光L2は、第２の
全反射ミラー12により、振動面は垂直方向のまま振動方
向のみ、入射角に対応して垂直方向に変換された直線偏
光光L3として反射される。すなわち、この第２の全反射
ミラー12は、振動方向のみを変換する振動方向変換手段
として機能する。

【００２２】そして、この直線偏光光L3は、直線偏光光
L2に対して振動方向のみが直交するので、偏光方向はこ
の直線偏光光L2と変わらないが、最初の直線偏光光L1に
対しては、振動方向と振動面がそれぞれ直交している直
線偏光光、すなわち、Ｐ偏光光となっている。

【００２３】また、この直線偏光光L3は、第３の全反射
ミラー13により直線偏光光L1と平行な方向の直線偏光光
L4として反射させれば、Ｓ偏光光であった直線偏光光L1
がＰ偏光の直線偏光光L4に変換されていることが理解で
きる。ここで、第３の全反射ミラー13は、直線偏光光L3
が４５°の入射角で入射され、かつ、入射面が直線偏光
光L3の振動面と垂直を成すように配置されており、振動
面のみを入射角に対応して直角に変換して、始めの直線
偏光光L1に対して平行な直線偏光光L4として反射する。

【００２４】そして、上記構成の偏光光学系によると、
Ｓ偏光光の直線偏光光L1は波長に関係なく、すなわち、
このＳ偏光光が様々な波長を含む白色光であっても、全
波長域に渡って偏光方向を正確に９０°変換したＰ偏光
光の直線偏光光L3または直線偏光光L4にすることができ
る。

【００２５】なお、直線偏光に対する光を屈折する手段
としての各第１、第２および第３の全反射ミラー11，1
2，13への入射角、あるいは、振動面と入射面の成す角
度を、それぞれ適当に設定して配置することにより、直
線偏光光の偏光角を任意に設定して変換できる。

【００２６】次に、このような偏光光学系を使用した液
晶プロジェクタ装置の一実施例を図１を参照して説明す
る。

【００２７】図１において、15は照明光源で、この照明
光源15は、メタルハライドランプやキセノンショートア
ーク放電灯等により構成されており、パラボラ反射鏡16
の焦点位置に配置される。この照明光源15から生じた光
は、パラボラ反射鏡16によって平行光束とされ、後方に
位置する液晶表示装置18に向けて投光される。また、液
晶表示装置18は偏光板17を備えており、外部からの画像
信号に基づいて、透過する光の透過率を制御する。すな
わち、液晶表示装置18は光度変調を行なうものであり、
光度変調された透過光は、投影レンズ19によって収光さ
れ、スクリーン20上に結像する。

【００２８】また、パラボラ反射鏡16から液晶表示装置
18に通じる光路中に偏光ビームスプリッタ22が配置さ
れ、パラボラ反射鏡16により反射された光の内、Ｐ偏光
光は上方に反射させ、Ｓ偏光光はそのまま透過させる特
性の反射面22a を有する。このため、パラボラ反射鏡16
によって反射された照明光は、偏光ビームスプリッタ22
により、この偏光ビームスプリッタ22を透過するＳ偏光
光S1と、反射面22a により上方に反射されるＰ偏光光P1
とに分離される。

【００２９】そして、偏光ビームスプリッタ22を透過し
たＳ偏光光S1は、液晶表示装置18、偏光板17および投影
レンズ19を介してスクリーン20上に投光される。

【００３０】ここで、偏光ビームスプリッタ22の反射面
22a は、パラボラ反射鏡16からの照明光の内、Ｐ偏光光
に対しては、反射面に対する入射光および反射光、さら
に、この反射面上の入射点に立てた垂線を含む面である
入射面が、このＰ偏光光の水平面の振動面と直交し、か
つ、このＰ偏光光が４５°の入射角で入射するように配
設されている。このため、Ｐ偏光光は、この反射面22a
により入射角に対応して上方に直角に反射される。この
場合、Ｐ偏光光は振動面のみが上方に向かって直角に変
換され、振動方向はそのままなので、反射面22a は、振
動面変換手段を兼ねることとなる。

【００３１】また、この偏光ビームスプリッタ22の上
方、すなわち、この偏光ビームスプリッタ22により分離
されたＰ偏光光P1の光路中には、光を屈折する手段とし
ての全反射ミラー23が設けられている。この全反射ミラ
ー23は、Ｐ偏光光P1を、このＰ偏光光P1およびＳ偏光光
S1とそれぞれ直交する、すなわち図に示すようにＳ偏光
光S1はねじれの位置で直交している直線偏光光P2として
反射するように配置されている。このとき、Ｐ偏光光P1
は、振動面が全反射ミラー23の入射面に含まれる状態で
入射するので、全反射ミラー23で反射された直線偏光光
P2は、Ｐ偏光光P1と同じ振動面で振動方向が直交する状
態となる。すなわち、全反射ミラー23は、振動方向のみ
を変換する振動方向変換手段として機能する。

【００３２】このように、照明光のＰ偏光成分は、ま
ず、偏光ビームスプリッタ22の反射面22a での反射によ
り振動面が直角に変換されたＰ偏光光P1となり、次に、
全反射ミラー23の反射により、Ｐ偏光光P1に対して振動
方向が直角に変換された直線偏光光P2となる。したがっ
て、この直線偏光光P2は、照明光のＰ偏光成分とは、振
動面と振動方向とが直交するＳ偏光光となっている。

【００３３】そして、直線偏光光P2の光路中には、光を
屈折する手段としての全反射ミラー24が設けられてい
る。この全反射ミラー24は、直線偏光光P2を、偏光ビー
ムスプリッタ22で分離されたＰ偏光光P1とは進行方向が
反対で平行な直線偏光光P3として反射するように配置さ
れている。このとき、直線偏光光P3は、照明光のＰ偏光
成分に対して振動面が直交し振動方向が同じ状態となっ
ている。

【００３４】また、直線偏光光P3の光路中には、光を屈
折する手段としての全反射ミラー25を設けている。この
全反射ミラー25は、直線偏光光P3を、直線偏光光P2と平
行であって、Ｓ偏光光S1と直交する方向の直線偏光光P4
として反射するように配置されている。このとき、直線
偏光光P4は、照明光のＰ偏光成分に対して振動面と振動
方向とがそれぞれ直交している状態、すなわち、Ｓ偏光
光となっている。

【００３５】さらに、この直線偏光光P4の光路中の、全
反射ミラー25と偏光ビームスプリッタ22との間には、光
を屈折する手段としての全反射ミラー26を設けている。
この全反射ミラー26は、直線偏光光P4を、液晶表示装置
18、偏光板17および投影レンズ19を介してスクリーン20
上に投光される直線偏光光P5として反射するように配置
されている。

【００３６】この直線偏光光P5は、照明光のＰ偏光成分
の光と、振動面および振動方向が直交したＳ偏光光であ
る。そして、この直線偏光光P5と偏光ビームスプリッタ
22からのＳ偏光光S1とは、液晶表示装置18により、外部
からの画像信号に基づいて光強度変調され、さらに、投
影レンズ19によってスクリーン20上に結像されて投影画
像を形成する。

【００３７】このように、偏光ビームスプリッタ22によ
り分離反射したＰ偏光成分の光をＳ偏光成分の光に変換
して投影に用いるので、偏光板により非透過となる光が
なくなり、光の利用効率が向上する。

【００３８】上記図１に示す実施例では、偏光ビームス
プリッタ22としてＳ偏光成分を透過し、Ｐ偏光成分を反
射するものを用いたが、反対に、Ｐ偏光成分を透過し、
Ｓ偏光成分を反射する偏光ビームスプリッタであっても
よい。

【００３９】次に、他の実施例を図３を参照して説明す
る。

【００４０】この図３に示す実施例は、偏光ビームスプ
リッタ22によりパラボラ反射鏡16からの照明光をＳ偏光
成分とＰ偏光成分とに分離しているが、ここでは、偏光
ビームスプリッタ22を透過した直線偏光光の偏光方向を
変換するようにしている。

【００４１】すなわち、偏光ビームスプリッタ22の反射
面22a で反射されたＰ偏光光P1は、このＰ偏光光P1の光
路上に位置する液晶表示装置18に入射され、さらに、投
影レンズ19を介してスクリーン20上に投光されるのに対
し、偏光ビームスプリッタ22を透過したＳ偏光光S1は、
全反射ミラー23，24，25，26によりＰ偏光光に変換され
た後、偏光ビームスプリッタ22で反射されたＰ偏光光P1
と共に液晶表示装置18に入射され、さらに、投影レンズ
19を介してスクリーン20上に投光される。したがって、
図１に示す実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ22を
透過することにより分離されたＳ偏光成分の光を、Ｐ偏
光成分の光に変換して投影に用いることとなるので、光
の利用効率が向上する。

【００４２】次に、本発明の実施例を図４を参照して説
明する。

【００４３】この図４に示す実施例は、液晶プロジェク
タ装置としての使用状態での問題点を解決すべく構成さ
れたものであり、上記の各実施例の構成を適用すること
ができる。

【００４４】ここで、液晶プロジェクタを用いてスクリ
ーン上に画像を投影する場合、通常は図５で示すよう
に、液晶プロジェクタ31を机32上に設置し、観賞者33は
座席に腰掛けた自然な状態で投影画像を観賞できるよう
に、投影画像を投影レンズの光軸より上側に投影してい
る。すなわち、液晶表示装置18の画面と投影スクリーン
20とが、カメラのあおり撮影の位置関係になるように、
液晶表示装置18を下げ、画面の中心を投影レンズ19の光
軸に対して下方に偏位させ、スクリーン20の画像が投影
レンズ19の光軸より上側に投影されるようにしている。

【００４５】この場合、画像の上方は投影レンズ19の光
軸より離れることになるためｃｏｓ⁴ 則の影響を受けて
光量が不足してしまう問題が生じる。

【００４６】このような問題を解決すべく、この図４に
示す実施例では、偏光ビームスプリッタ22により分離さ
れた偏光成分のうち、偏光ビームスプリッタ22を透過し
たＳ偏光光S1は、図１に示す実施例と同様に液晶表示装
置18および投影レンズ19を介してスクリーン20上に投影
される。液晶表示装置18は、投影レンズ19の光軸より下
方に偏位しているので、スクリーン20上の画像は光軸よ
り上側に投影されるが、この投影画像は上述したように
ｃｏｓ⁴ 則の影響で光量が不足した画像となっている。

【００４７】そこで、偏光ビームスプリッタ22の反射面
22a で反射され分離されたＰ偏光光P1を、全反射ミラー
23，24，25，26により、その偏光方向をＳ偏光光に変換
し、投影レンズ19の光軸の下側に屈曲させ、偏光ビーム
スプリッタ22を透過したＳ偏光光S1による投影画像の上
部、すなわち光量が不足した部分に投影させる。もちろ
ん、このＳ偏光光S1も液晶表示装置18および投影レンズ
19を介してスクリーン20上に投影されており、スクリー
ン20上の画像の、光量が不足した部分の光量を補った所
定の画像を得ることができる。

【００４８】なお、各実施例における全反射ミラー23，
24，25，26としてプリズムを用いてもよい。

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載の液晶プロジェクタ装置に
よれば、偏光ビームスプリッタで照明光をＰ偏光および
Ｓ偏光に分離し、分離されたＰ偏光光およびＳ偏光光の
いずれか一方の偏光光の光路中に設けられた偏光光学系
に直列配置された振動面変換手段と振動方向変換手段と
により、光の振動面と振動方向とをそれぞれ変換するた
め、偏光光学系は光の波長に影響されることなく全波長
に渡って偏光方向を正しく変換できるので、偏光板によ
り非透過となる光がなくなり、照明光を有効に利用した
明るい画像を得ることができる。そして、振動面変換手
段および振動方向変換手段で変換された偏光光を分離さ
れた他方の偏光光が透過する液晶表示装置に入射させ、
かつ、あおりの位置関係により分離された他方の偏光光
の光量が不足する部分に投影させることにより、スクリ
ーン上で光量が不足した部分の光量を補った所定の画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶プロジェクタ装置の一実施例
を示す構成図である。

【図２】同上偏光光学系を示す構成図である。

【図３】同上他の実施例の液晶プロジェクタ装置を示す
構成図である。

【図４】本発明の液晶プロジェクタ装置の一実施例を示
す構成図である。

【図５】同上液晶プロジェクタ装置の使用状態を示す説
明図である。

【符号の説明】

11 振動面変換手段としての第１の全反射ミラー 12 振動方向変換手段としての第２の全反射ミラー 15 照明光源 18 液晶表示装置 22 偏光ビームスプリッタ 22a 振動面変換手段としての反射面 23 振動方向変換手段としての全反射ミラー P1 Ｐ偏光光 S1 Ｓ偏光光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28 G02F 1/13 505 G03B 21/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光源からの照明光を画像信号に基づ
   いて駆動される液晶表示装置に透過させて光強度変調さ
   れた画像をスクリーンに投影する液晶プロジェクタ装置
   において、 前記照明光をＰ偏光光およびＳ偏光光に分離する偏光ビ
   ームスプリッタと、 前記分離されたＰ偏光光およびＳ偏光光のいずれか一方
   の偏光光の光路中に設けられた偏光光学系とを備え、 この偏光光学系は、 直線偏光された入射光をこの入射光の振動面のみを方向
   変換して反射する振動面変換手段と、 この振動面変換手段に対して直列配置され直線偏光され
   た入射光をこの入射光の振動方向のみを方向変換して反
   射する振動変換手段とを有し、 前記振動面変換手段および前記振動方向変換手段で変換
   された偏光光を前記分離された他方の偏光光が透過する
   前記液晶表示装置に入射させ、かつ、あおりの位置関係
   により前記分離された他方の偏光光の光量が不足する部
   分に投影させることを特徴とした液晶プロジェクタ装
   置。