JP3550261B2

JP3550261B2 - LCD projector

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Publication number: JP3550261B2
Application number: JP29084596A
Authority: JP
Inventors: 信雄虫明; 博蔵谷; 靖昌澤井
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: JPH10133305A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーン上に光学画像を拡大投写するための液晶プロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
大画像を表示させる手段として、映像信号に応じて形成された光学画像を照明光で照射し、その照明光により照射された光学画像を投影レンズ（投写レンズ）によりスクリーン上に拡大投写する手段が従来よりよく知られている。
【０００３】
かかる液晶プロジェクタについて、その構成図である図６を参照しながら説明する。照明光学系５１から照射される光は、ダイクロイックフィルター５２，５３によりＲＧＢの３色の波長帯に分離される。即ち、ダイクロイックフィルター５２で反射されたＲの波長帯の光束は、全反射ミラー５４により反射され、フィールドレンズ５５を透過した後に、液晶パネル５６を照明する。ＧとＢの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター５２を透過し、そのＧの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター５３により反射され、フィールドレンズ５７を透過した後に液晶パネル５８を照明する。Ｂの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター５３を透過し、２つのレンズ５９，６０及び２つの全反射ミラー６１，６２により構成されるリレー光学系に導かれた後、フィールドレンズ６３を透過し、液晶パネル６４を照明する。なお、従来の液晶プロジェクタでは、このような短波長透過タイプのダイクロイックフィルター５２，５３を使用する他に、短波長透過タイプ及び長波長透過タイプ混在のダイクロイックフィルターを使用するものが知られている。
【０００４】
３つの液晶パネル５６，５８，６４の各々により形成された光学画像は、ダイクロイックプリズム６５により合成される。即ち、液晶パネル５６により形成されたＲの光学画像は、ダイクロイックプリズム６５の入射光としてその内部を透過直進し、第１のダイクロイックミラー部６５ａで４５度の入射角に対して直角に反射し、投影レンズ６６に向けて射出する。また、液晶パネル６４により形成されたＢの光学画像も、ダイクロイックプリズム６５の入射光としてその内部を透過直進し、第２のダイクロイックミラー部６５ｂで４５度の入射角に対して直角に反射し、投影レンズ６６に向けて射出する。液晶パネル５８により形成されたＧの光学画像は、ダイクロイックプリズム６５の入射光としてその内部を透過直進し、第１及び第２のダイクロイックミラー部６５ａ，６５ｂで反射することなく更に透過直進し、投影レンズ６６に向けて射出する。
【０００５】
このように、３つの液晶パネル５６，５８，６４の各々により形成された光学画像は、光軸及び光学画像の方向性を一致させて同一方向にある投影レンズ６６に向けて射出されることにより合成される。この合成された光学画像は、投影レンズ６６によりスクリーン上に拡大投影される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の液晶パネルでは、スクリーン上に投影される画像の色度の不均一性の度合いが大きい。即ち、一般的に、オプティカルインテグレータを用いる液晶プロジェクタでは、ダイクロイックフィルターに入射する光束の入射角は、中心値４５度に対して±２０度程度の幅を持つ。この２５度から６５度の範囲内の入射角で光束が入射してきても、ダイクロイックフィルターの目的の波長に対するカットオフ値が変動しなければよいことになるが、実際にはその変動はさけられない。図６において、例えば、Ｇの波長帯の光束の場合、液晶パネル５８を照明する緑色の色度（Ｙｘｙ値）は、ダイクロイックフィルター５３の入射角依存性により、液晶パネル５８の左Ｐ１と右Ｐ２とでズレてしまう。このため、投影レンズ６６によりその色度がズレた画像がそのままスクリーン上に投影され、色ムラが発生する。
【０００７】
また、オプティカルインテグレータを使用する液晶プロジェクタでは、各ダイクロイックフィルターに入射する角度の振れが、それを使用しないものよりも大きくなるため、色ムラの度合いが大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明では、このような課題を解決するべく、スクリーン上の色度のズレを別の部材を付設することなく可及的に低減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。
【０００９】
また、本発明は、オプティカルインテグレータを用いても、それを用いない従来の液晶プロジェクタと同程度の色ムラに抑え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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、照明光源からの照明光の照射路中に第１及び第２のダイクロイックフィルターを、この順に介在させることで前記照明光を波長の異なる第１、第２及び第３原色光に色分離し、この色分離された第１、第２及び第３原色光をそれぞれ対応する液晶パネルに導光して照射し、各液晶パネルからの各色の光学画像を合成した後、投影レンズでスクリーン上に投写するようにしたオプティカルインテグレータと偏光変換光学系を用いた液晶プロジェクタにおいて、前記第１、第２及び第３原色光は、この順で短波長側からの波長成分を有し、Ｆナンバー３より明るいナンバーを有する投影レンズを使用し、前記オプティカルインテグレータは、前記照明光源からの照明光が入射される二次元状に配列された複数のレンズを有する第１及び第２のレンズアレイからなり、前記偏光変換光学系は前記第１のレンズアレイにより分割された複数の光束を互いに偏光方向が直交する方向にそれぞれ分離する偏光分離面及び前記分離された一方の偏光光束を他方の偏光光束と平行な方向に反射する前記偏光分離面に対向する反射面を有する偏光変換光学系の分離部と、前記第１のダイクロイックフィルターへ単一成分から成る単一の偏光面を持つ偏光状態で射出すべく前記分離された偏光光束の一方の光路でかつ前記第１のレンズアレイにより集光された小光源の位置に配置された半波長板とを備え、かつ前記第１のダイクロイックフィルターは、前記第２及び第３原色光を通過させ、前記第２のダイクロイックフィルターは、前記第３原色光を通過させるものであること、を特徴とする液晶プロジェクタである。そして、この液晶プロジェクタにおいて、好ましくは、色分離された前記第３原色光は、リレー光学系を介して対応する液晶パネルに導光される。
【００１１】
上記構成の液晶プロジェクタでは、色ズレを抑制する効果を有するダイクロイックフィルターは、前記照明光学系から射出される光を分離して、前記第１、第２及び第３原色光の各々を別々に照射する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。光源１は、ランダム偏光の白色光を放射するメタルハライドランプである。放物面鏡２は、回転放物面の極を含む一部の面で、断面が線対称に成形された反射面２ａを有しており、焦点（光源１は、この焦点の位置に設置される。）から放射されて到来する光を開口部２ｂの外側（図１では下方）に反射させる鏡である。ＩＲ−ＵＶカットフィルター３は、開口部２ｂの近傍に配置され、光源１からの直接光及び反射面２ａからの反射光から、３原色の光に対して不要となる波長域の光を除去するためのフィルターである。オプティカルインテグレータを構成する第１のレンズアレイ４は、二次元状に配列された複数の第１のレンズ４ａを有するレンズアレイであり、３原色の光に対して不要となる波長域の光が除去された、光源１からの直接光及び放物面鏡２の反射面２ａからの反射光を入射し、複数の光束に分割して射出する。複数の第１のレンズ４ａの各々の開口形状は同一である。なお、第１のレンズアレイ４は、放物面鏡２により近い位置となるように、ＩＲ−ＵＶカットフィルター３の出力側近傍に配置される。
【００１４】
偏光ビームスプリッタ５は、三角柱状の偏光変換光学系の分離部であり、第１のレンズアレイ４により分割された複数の光束の各々を、互いに偏光方向が直交する第１の直線偏光成分の光束６と第２の直線偏光成分の光束７とに分離する。偏光ビームスプリッタ５が有する直角プリズムの斜面である後面には、偏光分離面５ａが形成されており、第１のレンズアレイ４から入射する光のうちの第１の直線偏光成分は、偏光分離面５ａで４５度の入射角に対して直角に反射し、光束６として射出する。偏光分離面５ａから厚み５ｂの間隔を隔てて全反射面５ｃが対向するように形成されており、第１のレンズアレイ４から入射する光のうちの第１の直線偏光成分に対して直交する第２の直線偏光成分は、全反射面５ｃで４５度の入射角に対して直角に反射して、光束７として射出する。厚み５ｂの寸法は、光束６と光束７が射出されるピッチ（厚み５ｂの２^１／２倍）と、第２のレンズ８ａのピッチとに基づいて設定される。
【００１５】
オプティカルインテグレータを構成する第２のレンズアレイ８は、光ビームスプリッタ５により分離された複数の光束６・光束７が収束する近傍に二次元状に配列され、その複数の光束６及び複数の光束７と同数の第２のレンズ８ａを有するレンズアレイである。即ち、第２のレンズアレイ８は、第１のレンズアレイ４が有する複数の第１のレンズ４ａの数の２倍の個数のレンズを有し、図１の上下方向に隣接する各２個の第２のレンズ８ａは、第１のレンズ４ａの各１個に対応する。第２のレンズアレイ８の射出面のうち光束７が射出される部分には、光束７の第２の直線偏光光を光束６の第１の直線偏光光と同一の偏光方向に変換するための半波長板９が取り付けられている。なお、この半波長板９は、偏光変換光学系の変換部であって、前述の偏光ビームスプリッタ５とともに偏光変換光学系を構成する。
【００１６】
液晶パネル１０は、透過型液晶パネルであり、ＲＧＢのうちのＢの光学画像を形成する。液晶パネル１１は、透過型液晶パネルであり、ＲＧＢのうちのＧの光学画像を形成する。液晶パネル１２は、透過型液晶パネルであり、ＲＧＢのうちのＲの光学画像を形成する。
【００１７】
３枚の液晶パネル１０〜１２の各々に、対応する原色の光を照明するための３原色の各々を分離する色分離光学系は、２つのダイクロイックフィルター１３，１６によって構成される。ダイクロイックフィルター１３は、波長５１０ｎｍのカットオフ値を有し、Ｂの波長帯の光束を反射し、ＲとＧの波長帯の光束を透過させる。全反射ミラー１４は、分離されたＢの波長帯の光束を液晶パネル１０側に向けるためのものである。フィールドレンズ１５は、全反射ミラー１４で反射されたＢの波長帯の光束を液晶パネル１０に照射するためのものである。ダイクロイックフィルター１６は、波長５８５ｎｍのカットオフ値を有し、ダイクロイックフィルター１３を透過したＲとＧの波長帯の光束のうち、Ｇの波長帯の光束を反射し、Ｒの波長帯の光束を透過させる。フィールドレンズ１７は、ダイクロイックフィルター１６で分離されたＧの波長帯の光束を液晶パネル１１に照射するためのものである。レンズ１８，１９および全反射ミラー２０，２１は、ダイクロイックフィルター１６を透過したＲの波長帯の光束を、その照度を保持しながら液晶パネル１２に導くためのリレー光学系を構成し、フィールドレンズ２２は、リレー光学系により導かれたＲの波長帯の光束を液晶パネル１２に照射するためのものである。
【００１８】
本実施の形態では、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用する従来の液晶プロジェクタとは異なり、長波長透過タイプのダイクロイックフィルター１３，１６を使用する。ここで、図２に短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図を示す。また、図３に長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図を示す。これにより、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの方が目的の波長に対するカットオフ値のシフト（いわゆる半値波長シフト）の幅を小さく抑えることができるのが分かる。具体的には、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの１０度毎の半値波長のシフト幅は５０ｎｍ程度であり、９５ｎｍ程度となる短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの半値波長のシフト幅と比較すると、約４７％のシフト幅を改善することができる。
【００１９】
図１に戻って、ダイクロイックプリズム２３は、前述のＲＧＢの光学画像の各々を合成するための３原色合成光学系である。ダイクロイックプリズム２３は、立方体又は直方体をなす接合された４個の直角プリズム２３ａを有する。接合部には、前述のＢの光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射し、Ｒ及びＧの光学画像を透過させる第１のダイクロイックミラー部２３ｂと、前述のＲの光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射し、Ｇ及びＢの光学画像を透過させる第２のダイクロイックミラー部２３ｃとが形成されている。
【００２０】
投影レンズ２４は、ダイクロイックプリズム２３により合成されたカラーの光学画像をスクリーン（図示省略）上に拡大投写するための投写光学系である。
【００２１】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００２２】
光源１から放射されたランダム偏光の光束は、放物面鏡２の反射面２ａで反射した反射光とともに、ＩＲ−ＵＶカットフィルター３によりＲＧＢの三つの波長帯にとって不要となる波長域が除去される。不要な波長域が除去された光は、第１のレンズアレイ４により複数の光束に分割される。
【００２３】
第１のレンズアレイ４により分割された複数の光束の各々は、偏光ビームスプリッタ５により、互いに偏光方向が直交する第１の直線偏光成分の光束６と第２の直線偏光成分の光束７とに分離される。即ち、第１のレンズアレイ４の射出面から到来する光束は、入射光として偏光ビームスプリッタ５内を透過直進する。その入射光のうちの第１の直線偏光成分は、偏光分離面５ａで４５度の入射角に対して直角に反射し、光束６として射出する。また、偏光分離面５ａで反射することなく、厚み５ｂにより生ずる光路を更に透過直進する第２の直線偏光成分の入射光は、全反射面５ｃで４５度の入射角に対して直角に反射し、光束７として射出する。
【００２４】
複数の光束６と複数の光束７は、それぞれ、第１のレンズアレイ４の結像作用により第２のレンズアレイ８の近傍で、第１のレンズアレイ４により分割された複数の光束の数と同じ個数の小光源を形成する。ここで、第２のレンズアレイ８上に形成される小光源のうち、光束７により形成される小光源が位置する第２のレンズ８ａの射出面に、半波長板９が取り付けられている。このため、光束７の第２の直線偏光成分の偏光方向が光束６の第１の直線偏光成分の偏光方向に変換され、全ての小光源の偏光方向が揃えられる。
【００２５】
半波長板９が取り付けられた第２のレンズアレイ８から射出する偏光方向が揃えられた光束は、ダイクロイックフィルター１３，１６によりＲＧＢの３色の波長帯に分離される。即ち、ダイクロイックフィルター１３で分離されたＢの波長帯の光束は、全反射ミラー１４により反射されフィールドレンズ１５を透過した後に、液晶パネル１０を照明する。ＲとＧの波長帯の光束はダイクロイックフィルター１３を透過し、そのＧの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６により反射され、フィールドレンズ１７を透過した後に液晶パネル１１を照明する。Ｒの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６を透過し、２つのレンズ１８，１９及び２つの全反射ミラー２０，２１により構成されるリレー光学系に導かれた後、フィールドレンズ２２を透過し、液晶パネル１２を照明する。ここで、液晶パネル１２と第２のレンズアレイ８との距離は、液晶パネル１０，１１と第２のレンズアレイ８との距離と異なるため、リレー光学系のレンズ１８，１９を使用して、液晶パネル１２の照明状態を他の液晶パネル１０，１１の照明状態と等しくなるようにしている。
【００２６】
３つの液晶パネル１０〜１２の各々により形成された光学画像は、ダイクロイックプリズム２３により合成される。即ち、液晶パネル１０により形成されたＢの光学画像は、ダイクロイックプリズム２３の入射光としてその内部を透過直進し、第１のダイクロイックミラー部２３ｂで４５度の入射角に対して直角に反射し、投影レンズ２４に向けて射出する。液晶パネル１２により形成されたＲの光学画像も、ダイクロイックプリズム２３の入射光としてその内部を透過直進し、第２のダイクロイックミラー部２３ｃで４５度の入射角に対して直角に反射し、投影レンズ２４に向けて射出する。液晶パネル１１により形成されたＧの光学画像は、ダイクロイックプリズム２３の入射光としてその内部を透過直進し、第１及び第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃで反射することなく更に透過直進し、投影レンズ２４に向けて射出する。
【００２７】
このようにして、３つの液晶パネル１０〜１２の各々により形成された光学画像は、光軸及び光学画像の方向性を一致させた状態で、同一方向にある投影レンズ２４に向けて射出されることにより合成される。この合成された光学画像は、投影レンズ２４によりスクリーン上に拡大投影される。
【００２８】
なお、本実施の形態では、２１は、全反射ミラーであるとしたが、Ｒの波長帯の光束を反射するダイクロイックミラー（以後、Ｒ反射ダイクロイックミラーという。）であるとしてもよい。Ｒ反射ダイクロイックミラーを使用した場合の作用について説明する。図１において、２６は、入射角θ１でダイクロイックミラー１６に入射する光線であるとする。但し、θ１＜４５度である。この場合、半値波長は長波長側にシフトする（図３（ａ）参照）。その後、光線２６はＲ反射ダイクロイックミラーに入射角θ２で入射する。Ｒ反射ダイクロイックミラーとダイクロイックフィルター１６とは直交するように配置されるので、θ２は４５度より大きくなり、Ｒ反射ダイクロイックミラーにおける半値波長は短波長側にシフトする。θ１とθ２との間には、次の（数１）の関係が成立する。
【００２９】
【数１】
θ１−４５゜＝４５゜−θ２
光線２６の分光特性は、θ１とθ２の関数として与えられる。光線２６は、赤色光であるから、長波長側にシフトしているθ１により決定される。これはダイクロイックフィルター１６により色が決まることを意味する。また、液晶パネル１２に到達する赤色光の全てに（数１）が成立し、θ１が４５度より大きい場合にはθ２は４５度より小さくなり、その光線２６の分光特性は長波長側にシフトしているθ２により決定される。これはＲ反射ダイクロイックミラーにより色が決まることを意味する。すなわち、液晶パネル１２を照明する赤色光の分光特性は、θ１及びθ２のいずれか小さい方によって決定されることが分かる。これに対して、２１が全反射ミラーである場合、赤色の分光特性はθ１のみで決定される。これにより、Ｒ反射ダイクロイックミラーを採用した方が、半値波長のシフト量が４０ｎｍ程度となり、そのシフト量が５０ｎｍ程度となる全反射ミラーよりも、色度のズレの度合いを小さくすることができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、第２のレンズアレイ８の射出面において、光束７が射出される部分の全てに半波長板９を配するとしたが、必ずしもこれに限らず、光束７が射出される部分の一部に半波長板９を配するとしてもよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、半波長板９は、光束７により形成される小光源が位置する第２のレンズ８ａの射出面に取り付けられるとしたが、光束６により形成される小光源が位置する第２のレンズ８ａの射出面に取り付けられるとしてもよい。また、半波長板９は、光束６又は光束７により形成される小光源の全部又は一部が位置する第２のレンズ８ａに取り付けられればよい。
【００３２】
更に、本実施の形態では、光源１にメタルハライドランプを用いたが、キセノンランプやハロゲンランプ等でもよい。
【００３３】
本発明の第２の実施の形態について、その構成図である図４を参照しながら説明する。第１の実施の形態と同様である部分については同じ符号を付すことによりその説明を省略し、その第１の実施の形態と異なる部分について説明する。第１の実施の形態と同様である部分については説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。３枚の液晶パネル１０〜１２の各々に、対応する原色の光を照明するための３原色の各々を分離する色分離光学系は、２つのダイクロイックフィルター１３ａ，１６ａによって構成される。ダイクロイックフィルター１３ａは、波長５８５ｎｍのカットオフ値を有し、Ｇ及びＢの波長帯の光束を反射し、Ｒの波長帯の光束を透過させる。全反射ミラー１４ａは、分離されたＲの波長帯の光束を液晶パネル１２側に向けるためのものである。フィールドレンズ１５ａは、全反射ミラー１４ａで反射されたＲの波長帯の光束を液晶パネル１２に照射するためのものである。ダイクロイックフィルター１６ａは、波長５１０ｎｍのカットオフ値を有し、ダイクロイックフィルター１３ａを透過したＲとＧの波長帯の光束のうち、Ｂの波長帯の光束を反射し、Ｇの波長帯の光束を透過させる。フィールドレンズ１７ａは、ダイクロイックフィルター１６ａで分離されたＢの波長帯の光束を液晶パネル１０に照射するためのものである。レンズ１８ａ，１９ａ及び全反射ミラー２０ａ，２１ａは、ダイクロイックフィルター１６ａを透過したＧの波長帯の光束を、その照度を保持しながら液晶パネル１１に導くためのリレー光学系を構成し、フィールドレンズ２２ａは、リレー光学系により導かれたＧの波長帯の光束を液晶パネル１１に照射するためのものである。
【００３４】
ダイクロイックプリズム２５は、前述のＲＧＢの光学画像の各々を合成するための３原色合成光学系である。ダイクロイックプリズム２５は、立方体又は直方体をなす接合された４個の直角プリズム２５ａを有する。接合部には、前述のＲの光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射しＧ及びＢの光学画像を透過させる第１のダイクロイックミラー部２５ｂと、前述のＧの光学画像を４５度の入射角に対して直角に反射しＢの光学画像を透過させる第２のダイクロイックミラー部２５ｃとが形成されている。
【００３５】
次に、第１の実施の形態と異なる作用について説明する。
【００３６】
半波長板９が取り付けられた第２のレンズアレイ８から射出する偏光方向が揃えられた光束は、ダイクロイックフィルター１３ａ，１６ａによりＲＧＢの３つの波長帯に分離される。すなわち、ダイクロイックフィルター１３ａを透過したＲの波長帯の光束は、全反射ミラー１４ａにより反射され、フィールドレンズ１５ａを透過した後に、液晶パネル１２を照明する。ＧとＢの波長帯の光束はダイクロイックフィルター１３ａで反射し、そのＢの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６ａにより反射され、フィールドレンズ１７ａを透過した後に液晶パネル１０を照明する。Ｇの波長帯の光束は、ダイクロイックフィルター１６ａを透過し、２つのレンズ１８ａ，１９ａおよび２つの全反射ミラー２０ａ，２１ａにより構成されるリレー光学系に導かれた後、フィールドレンズ２２ａを透過し、液晶パネル１１を照明する。
【００３７】
３つの液晶パネル１０〜１２の各々により形成された光学画像は、ダイクロイックプリズム２５により合成される。即ち、液晶パネル１２により形成されたＲの光学画像は、ダイクロイックプリズム２５の入射光としてその内部を透過直進し、第１のダイクロイックミラー部２５ｂで４５度の入射角に対して直角に反射し、投影レンズ２４に向けて射出する。液晶パネル１１により形成されたＧの光学画像も、ダイクロイックプリズム２５の入射光としてその内部を透過直進し、第２のダイクロイックミラー部２５ｃで４５度の入射角に対して直角に反射し、投影レンズ２４に向けて射出する。液晶パネル１０により形成されたＢの光学画像は、ダイクロイックプリズム２５の入射光としてその内部を透過直進し、第１及び第２のダイクロイックミラー部２５ｂ，２５ｃで反射することなく更に透過直進し、投影レンズ２４に向けて射出する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、２１ａは、全反射ミラーであるとしたが、Ｇの波長帯の光束を反射するダイクロイックミラー（以後、Ｇ反射ダイクロイックミラーという。）であるとしてもよい。この場合、Ｇ反射ダイクロイックミラーは、Ｒの波長帯の光束を透過させるダイクロイックフィルター１３ａと同一の薄膜設計で実現することができる。Ｇ反射ダイクロイックミラーを採用すれば、半値波長のシフト量が２５ｎｍ程度となり、そのシフト量が５０ｎｍ程度となる全反射ミラーよりも、色度のズレの度合いを半減させることができる。なお、緑色の長波長側の限界を決定するために、Ｒの波長帯の光束を透過させるダイクロイックフィルター１３ａとＧ反射ダイクロイックミラーとを組み合わせたが、Ｂの波長帯の光束を反射するダイクロイックフィルター１６ａとＧ反射ダイクロイックミラーとを組み合わせ、緑色光の短波長側の限界を決定することも可能である。
【００３９】
本発明の第３の実施の形態について説明する。この第３の形態の構成の大部分と作用については、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成の部分、即ち明るさ（Ｆ値）について説明する。図１において、投影レンズ２４はＦ＝３より明るいものを使用する。このＦ＝３は、オプティカルインテグレータを使用する第３の実施の形態における液晶プロジェクタによって投影されるスクリーン上の色ムラを、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタによる色ムラと同程度に抑えるための数値である。
【００４０】
まず、投影系のＦ値は、照明系のＦ値より明るい必要がある。そうでないと照明系からの光が全て投影系に取り込まれずに、光量ロスが発生するからである。
【００４１】
一般的に、オプティカルインテグレータを使用しない照明光学系では、それから射出される光は、±２．５度程度の振れを有する略平行光となる。この場合、照明系のＦ値はＦ／１２程度（入射角の振れθ１＝±２．４度）であり、投影系のＦ値はＦ／５程度（入射角の振れθ２＝±５．７度）であるから、投影系のＦ値は、照明系のＦ値より明るい。このため、光量ロスは発生しない。このとき、ダイクロイックフィルターに入射する各光は、略テレセントリック系による入射光であるため、θ１を無視することができる。従って、ダイクロイックプリズムが有するダイクロイックミラー部における入射角の振れは、４５±５．７度程度の範囲となる。以後、オプティカルインテグレータを使用しない照明光学系における前述の入射角の振れは、一般的に、４５±７度の範囲内に収まるものとして説明する。
【００４２】
これに対して、オプティカルインテグレータを使用する第３の実施の形態の液晶プロジェクタでは、第２のレンズアレイ８から射出される照明光は、テレセントリック系による照明光ではないので、図１の第１又は第２のダイクロイックフィルター１３，１６における入射角の振れは、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタのその入射角の振れよりも大きくなる。このため、前述のごとくθ１を無視することができない。ところが、本実施の形態の場合、オプティカルインテグレータを使用しない従来の液晶プロジェクタによる色ムラと同程度に抑えるためには、ダイクロイックフィルター１３，１６の分光特性により（図２及び図３を比較参照）、第１及び第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを、４５±１４度の範囲内に抑えればよいことになる。つまり、図２と図３との比較で理解されるように、長波長透過タイプのダイクロイックフィルタにおける入射角の振れによるシフト感度は、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターのそれよりも小さい。このため、長波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用している本実施の形態において、上記入射角の振れを４５±１４度の範囲に抑えれば、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用した場合には、振れを４５±７度に抑えた場合と略同様の色ムラに抑えられることになる。
【００４３】
オプティカルインテグレータを使用した場合には、上記の通り入射角の振れを小さく抑えることが困難であるため、オプティカルインテグレータを使用していない場合と同様に、入射角の振れを４５±７度に抑えることはきわめて難しい。従って、短波長透過タイプのダイクロイックフィルターを使用した場合には、色ムラを十分効果的に防止することは困難である。しかし、本実施の形態のように全てのダイクロイックフィルターを長波長透過タイプで構成すると、入射角の振れを４５±１４度まで許容してもなおオプティカルインテグレータを使用しない場合と同程度の色ムラに抑えることが可能となる。
【００４４】
第１又は第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを求めるための説明図を図５に示す。液晶パネル１０，１１，１２の各々には、対角線の長さが１インチとなる長方形状の液晶パネルが使用される。但し、その液晶パネルの表示面の比については、短辺：長辺：対角線＝３：４：５であるとする。これより、θ１を求めると５度（≒ｔａｎ^−１｛（２６．４１６／２）／１５０｝）となる。このため、投影レンズ２４による入射角の振れθ２は、９度以下（＜１４−５）でなければならない。従って、投影レンズ２４のＦ値は３（≒（１／２）／ｔａｎ（９°））となる。なお、投影レンズ２４がＦ＝３であれば、設計等の容易さと効率の最適化を考えると、照明系もＦ＝３に設定するのが望ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によれば、色度の不均一性が大幅に低減された高品質な画像をスクリーンに拡大投影することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、オプティカルインテグレータを使用しても、それを使用しない液晶プロジェクタと同様の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図２】短波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図である。
【図３】長波長透過タイプのダイクロイックフィルターの分光特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の第１又は第２のダイクロイックミラー部２３ｂ，２３ｃにおける入射角の振れを求めるための説明図である。
【図６】従来の液晶プロジェクタの構成図である。
【符号の説明】
１光源
２放物面鏡
２ａ反射面
２ｂ開口部
３ＩＲ−ＵＶカットフィルター
４第１のレンズアレイ
４ａ第１のレンズ
５偏光ビームスプリッタ
５ａ偏光分離面
５ｂ厚み
５ｃ全反射面
６，７光束
８第２のレンズアレイ
８ａ第２のレンズ
９半波長板
１０，１１，１２液晶パネル
１３，１３ａ，１６，１６ａダイクロイックフィルター
１４，１４ａ，２０，２０ａ，２１，２１ａ全反射ミラー
１５，１５ａ，１７，１７ａ，２２，２２ａフィールドレンズ
１８，１８ａ，１９，１９ａレンズ
２３ダイクロイックプリズム
２３ａ直角プリズム
２３ｂ第１のダイクロイックミラー部
２３ｃ第２のダイクロイックミラー部
２４投影レンズ
２５ダイクロイックプリズム
２５ａ直角プリズム
２５ｂ第１のダイクロイックミラー部
２５ｃ第２のダイクロイックミラー部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal projector for enlarging and projecting an optical image on a screen.
[0002]
[Prior art]
As means for displaying a large image, means for irradiating an optical image formed according to a video signal with illumination light, and enlarging and projecting the optical image illuminated by the illumination light on a screen by a projection lens (projection lens) is known. It is better known than before.
[0003]
Such a liquid crystal projector will be described with reference to FIG. Light emitted from the illumination optical system 51 is separated into three wavelength bands of RGB by dichroic filters 52 and 53. That is, the luminous flux in the R wavelength band reflected by the dichroic filter 52 is reflected by the total reflection mirror 54, passes through the field lens 55, and illuminates the liquid crystal panel 56. The light fluxes in the G and B wavelength bands pass through the dichroic filter 52, and the light fluxes in the G wavelength band are reflected by the dichroic filter 53 and illuminate the liquid crystal panel 58 after passing through the field lens 57. The light flux in the wavelength band of B passes through the dichroic filter 53, is guided to a relay optical system including two lenses 59 and 60 and two total reflection mirrors 61 and 62, and then passes through a field lens 63. The liquid crystal panel 64 is illuminated. It is to be noted that a conventional liquid crystal projector using a dichroic filter of a short wavelength transmission type and a long wavelength transmission type in addition to the use of such short wavelength transmission type dichroic filters 52 and 53 is known.
[0004]
Optical images formed by each of the three liquid crystal panels 56, 58, 64 are synthesized by the dichroic prism 65. That is, the R optical image formed by the liquid crystal panel 56 passes through the dichroic prism 65 as the incident light, travels straight through the inside thereof, and is reflected by the first dichroic mirror unit 65a at a right angle to the incident angle of 45 degrees. The light is emitted toward the projection lens 66. In addition, the optical image of B formed by the liquid crystal panel 64 also passes through the dichroic prism 65 as incident light, travels straight through the inside thereof, and is reflected by the second dichroic mirror 65b at a right angle to the incident angle of 45 degrees. The light is emitted toward the projection lens 66. The G optical image formed by the liquid crystal panel 58 is transmitted straight through the inside of the dichroic prism 65 as incident light, and is further transmitted straight without being reflected by the first and second dichroic mirror portions 65a and 65b, and is projected. The light is emitted toward the lens 66.
[0005]
In this manner, the optical image formed by each of the three liquid crystal panels 56, 58, and 64 is emitted toward the projection lens 66 in the same direction with the optical axis and the direction of the optical image being matched. Synthesized. The synthesized optical image is enlarged and projected on a screen by the projection lens 66.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional liquid crystal panel, the degree of chromaticity nonuniformity of an image projected on a screen is large. That is, in general, in a liquid crystal projector using an optical integrator, the incident angle of a light beam incident on the dichroic filter has a width of about ± 20 degrees with respect to a central value of 45 degrees. Even if the light beam enters at an incident angle within the range of 25 degrees to 65 degrees, it is sufficient that the cutoff value for the target wavelength of the dichroic filter does not fluctuate, but in practice, the fluctuation cannot be avoided. . In FIG. 6, for example, in the case of a light flux in the G wavelength band, the chromaticity (Yxy value) of green illuminating the liquid crystal panel 58 depends on the incident angle dependence of the dichroic filter 53, and the left P1 and the right P2 of the liquid crystal panel 58. And it will shift. For this reason, the image whose chromaticity is shifted by the projection lens 66 is projected on the screen as it is, and color unevenness occurs.
[0007]
Further, in a liquid crystal projector using an optical integrator, the fluctuation of the angle of incidence on each dichroic filter is larger than that of a liquid crystal projector not using the dichroic filter, so that the degree of color unevenness increases.
[0008]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a liquid crystal projector that can reduce the chromaticity deviation on a screen as much as possible without providing another member in order to solve such a problem. .
[0009]
It is another object of the present invention to provide a liquid crystal projector that can suppress color unevenness to the same extent as a conventional liquid crystal projector that does not use an optical integrator, even if an optical integrator is used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems provides a first dichroic filter and a second dichroic filter in this order in an irradiation path of illumination light from an illumination light source, so that the illumination light has first and second dichroic filters having different wavelengths. And the third primary color light, and the first, second and third primary color lights separated from each other are guided to corresponding liquid crystal panels for irradiation, and optical images of each color from each liquid crystal panel are synthesized. Optical integrator that projects the image on the screen with the projection lensAnd polarization conversion opticsIn the liquid crystal projector using the above, the first, second and third primary color lights have a wavelength component from the short wavelength side in this order, use a projection lens having a number brighter than F number 3,The optical integrator includes first and second lens arrays having a plurality of two-dimensionally arranged lenses on which illumination light from the illumination light source is incident, and the polarization conversion optical system includes the first lens. Opposite to a polarization separation surface that separates a plurality of light beams split by the array in directions in which polarization directions are orthogonal to each other, and the polarization separation surface that reflects one of the separated polarized light beams in a direction parallel to the other polarized light beam. A splitting portion of a polarization conversion optical system having a reflecting surface, and one optical path of the separated polarized light beam for emitting to the first dichroic filter in a polarized state having a single polarization plane composed of a single component. And a half-wave plate disposed at the position of the small light source focused by the first lens array.And the first dichroic filter passes the second and third primary color lights, and the second dichroic filter includes:Transmitting the third primary color light;Is a liquid crystal projector characterized by the following.Then, in this liquid crystal projector, preferably, the color-separated third primary color light is guided to a corresponding liquid crystal panel via a relay optical system.
[0011]
In the liquid crystal projector having the above configuration, the dichroic filter having an effect of suppressing color shift separates light emitted from the illumination optical system and separately irradiates each of the first, second, and third primary color lights. I do.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. The light source 1 is a metal halide lamp that emits randomly polarized white light. The parabolic mirror 2 has a reflecting surface 2a whose section is axisymmetrically formed on a part of the surface including the pole of the paraboloid of revolution, and a focal point (the light source 1 is set at the position of the focal point. ) Is a mirror that reflects the light radiated from the opening 2b to the outside (downward in FIG. 1) of the opening 2b. The IR-UV cut filter 3 is disposed near the opening 2b, and removes light in a wavelength range that is unnecessary for light of the three primary colors from direct light from the light source 1 and light reflected from the reflection surface 2a. It is a filter for. The first lens array 4 constituting the optical integrator is a lens array having a plurality of first lenses 4a arranged two-dimensionally, and removes light in a wavelength range that becomes unnecessary for light of three primary colors. The direct light from the light source 1 and the reflected light from the reflecting surface 2a of the parabolic mirror 2 are incident, split into a plurality of light fluxes, and emitted. The aperture shapes of the plurality of first lenses 4a are the same. Note that the first lens array 4 is arranged near the output side of the IR-UV cut filter 3 so as to be closer to the parabolic mirror 2.
[0014]
The polarization beam splitter 5 is a separation unit of a triangular prism-shaped polarization conversion optical system, and converts each of the plurality of light beams split by the first lens array 4 into light beams of a first linearly polarized light component whose polarization directions are orthogonal to each other. 6 and a light flux 7 of the second linearly polarized light component. A polarization separation surface 5a is formed on the rear surface, which is the inclined surface of the right-angle prism included in the polarization beam splitter 5, and the first linearly polarized light component of the light incident from the first lens array 4 is converted into a polarization separation surface. At 5 a, the light is reflected at a right angle to the incident angle of 45 degrees and emitted as a light beam 6. The total reflection surface 5c is formed so as to be opposed to the polarization separation surface 5a with an interval of the thickness 5b, and is orthogonal to the first linearly polarized light component of the light incident from the first lens array 4. The second linearly polarized light component is reflected by the total reflection surface 5 c at a right angle to the incident angle of 45 degrees, and is emitted as a light flux 7. The dimension of the thickness 5b is equal to the pitch at which the light flux 6 and the light flux 7 are emitted.^1/2) And the pitch of the second lens 8a.
[0015]
The second lens array 8 constituting the optical integrator is arranged two-dimensionally in the vicinity where the plurality of light beams 6 and the light beams 7 separated by the light beam splitter 5 converge, and the plurality of light beams 6 and the plurality of light beams 7 are arranged. And a lens array having the same number of second lenses 8a. That is, the second lens array 8 has twice as many lenses as the number of the plurality of first lenses 4a included in the first lens array 4, and each two adjacent lenses in the vertical direction in FIG. The second lens 8a corresponds to each one of the first lenses 4a. A portion of the exit surface of the second lens array 8 from which the light beam 7 is emitted is provided for converting the second linearly polarized light of the light beam 7 into the same polarization direction as the first linearly polarized light of the light beam 6. A half-wave plate 9 is attached. The half-wave plate 9 is a conversion unit of the polarization conversion optical system, and forms a polarization conversion optical system together with the polarization beam splitter 5 described above.
[0016]
The liquid crystal panel 10 is a transmissive liquid crystal panel, and forms an optical image of B of RGB. The liquid crystal panel 11 is a transmissive liquid crystal panel, and forms an optical image of G of RGB. The liquid crystal panel 12 is a transmissive liquid crystal panel and forms an optical image of R of RGB.
[0017]
A color separation optical system that separates each of the three primary colors for illuminating each of the three liquid crystal panels 10 to 12 with light of the corresponding primary color is configured by two dichroic filters 13 and 16. The dichroic filter 13 has a cutoff value of a wavelength of 510 nm, reflects a light beam in the B wavelength band, and transmits a light beam in the R and G wavelength bands. The total reflection mirror 14 is for directing the separated light beam in the B wavelength band to the liquid crystal panel 10 side. The field lens 15 irradiates the liquid crystal panel 10 with the luminous flux in the B wavelength band reflected by the total reflection mirror 14. The dichroic filter 16 has a cutoff value of a wavelength of 585 nm, and reflects the G wavelength band light beam and transmits the R wavelength band light beam among the R and G wavelength band light beams transmitted through the dichroic filter 13. Let it. The field lens 17 is for irradiating the liquid crystal panel 11 with a light beam in the G wavelength band separated by the dichroic filter 16. The lenses 18 and 19 and the total reflection mirrors 20 and 21 constitute a relay optical system for guiding the light flux in the R wavelength band transmitted through the dichroic filter 16 to the liquid crystal panel 12 while maintaining its illuminance. Is for irradiating the liquid crystal panel 12 with a light beam in the R wavelength band guided by the relay optical system.
[0018]
In the present embodiment, unlike conventional liquid crystal projectors using a short wavelength transmission type dichroic filter, long wavelength transmission type dichroic filters 13 and 16 are used. Here, FIG. 2 shows a spectral characteristic diagram of a short wavelength transmission type dichroic filter. FIG. 3 shows a spectral characteristic diagram of a long wavelength transmission type dichroic filter. Thus, it is understood that the long wavelength transmission type dichroic filter can reduce the width of the shift of the cutoff value (so-called half-value wavelength shift) with respect to the target wavelength. Specifically, the shift width of the half-value wavelength of the long-wavelength transmission type dichroic filter at every 10 degrees is about 50 nm, which is about 95 nm, compared with the shift width of the short-wavelength transmission type dichroic filter of about 95 nm. The shift width of 47% can be improved.
[0019]
Returning to FIG. 1, the dichroic prism 23 is a three-primary-color combining optical system for combining each of the above-described RGB optical images. The dichroic prism 23 has four joined right-angle prisms 23a forming a cube or a rectangular parallelepiped. The junction has a first dichroic mirror 23b that reflects the optical image of B at right angles to the incident angle of 45 degrees and transmits the optical images of R and G, and the optical image of R described above. A second dichroic mirror portion 23c that reflects light at a right angle to the incident angle of 45 degrees and transmits the G and B optical images is formed.
[0020]
The projection lens 24 is a projection optical system for magnifying and projecting a color optical image synthesized by the dichroic prism 23 on a screen (not shown).
[0021]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0022]
The light beam of the randomly polarized light emitted from the light source 1 is removed by the IR-UV cut filter 3 together with the reflected light reflected by the reflection surface 2a of the parabolic mirror 2 so as to remove unnecessary wavelength regions for the three wavelength bands of RGB. You. The light from which the unnecessary wavelength range has been removed is split by the first lens array 4 into a plurality of light beams.
[0023]
Each of the plurality of light beams split by the first lens array 4 is converted into a first linearly polarized light beam 6 and a second linearly polarized light beam 7 whose polarization directions are orthogonal to each other by a polarizing beam splitter 5. Separated. That is, the light beam coming from the exit surface of the first lens array 4 passes straight through the polarization beam splitter 5 as incident light. The first linearly polarized light component of the incident light is reflected at a right angle to the incident angle of 45 degrees on the polarization splitting surface 5a, and exits as a light flux 6. Also, the incident light of the second linearly polarized light component that travels straight through the optical path generated by the thickness 5b without being reflected by the polarization separation surface 5a is reflected by the total reflection surface 5c at right angles to the incident angle of 45 degrees. And emitted as a light flux 7.
[0024]
The plurality of luminous fluxes 6 and the plurality of luminous fluxes 7 are, respectively, in the vicinity of the second lens array 8 due to the image forming action of the first lens array 4 and the number of the plurality of luminous fluxes divided by the first lens array 4. The same number of small light sources are formed. Here, of the small light sources formed on the second lens array 8, a half-wave plate 9 is attached to the exit surface of the second lens 8 a where the small light source formed by the light flux 7 is located. For this reason, the polarization direction of the second linearly polarized light component of the light beam 7 is converted into the polarization direction of the first linearly polarized light component of the light beam 6, and the polarization directions of all the small light sources are aligned.
[0025]
The luminous flux emitted from the second lens array 8 to which the half-wave plate 9 is attached and whose polarization directions are aligned is separated by the dichroic filters 13 and 16 into wavelength bands of three colors of RGB. That is, the luminous flux in the B wavelength band separated by the dichroic filter 13 is reflected by the total reflection mirror 14 and passes through the field lens 15, and then illuminates the liquid crystal panel 10. The light beams in the R and G wavelength bands pass through the dichroic filter 13, and the light beam in the G wavelength band is reflected by the dichroic filter 16 and illuminates the liquid crystal panel 11 after passing through the field lens 17. The light beam in the R wavelength band passes through the dichroic filter 16 and is guided to a relay optical system including two lenses 18 and 19 and two total reflection mirrors 20 and 21, and then passes through a field lens 22. The liquid crystal panel 12 is illuminated. Here, since the distance between the liquid crystal panel 12 and the second lens array 8 is different from the distance between the liquid crystal panels 10 and 11 and the second lens array 8, the lenses 18 and 19 of the relay optical system are used. The lighting state of the liquid crystal panel 12 is made equal to the lighting states of the other liquid crystal panels 10 and 11.
[0026]
The optical images formed by each of the three liquid crystal panels 10 to 12 are synthesized by the dichroic prism 23. That is, the B optical image formed by the liquid crystal panel 10 passes through the dichroic prism 23 as incident light, travels straight through the inside thereof, and is reflected by the first dichroic mirror unit 23b at a right angle to the incident angle of 45 degrees. The light is emitted toward the projection lens 24. The optical image of R formed by the liquid crystal panel 12 also passes through the dichroic prism 23 as incident light and travels straight through the inside thereof, and is reflected by the second dichroic mirror 23c at a right angle to the incident angle of 45 degrees. Inject toward 24. The G optical image formed by the liquid crystal panel 11 passes through the inside of the dichroic prism 23 as incident light and travels straight therethrough without being reflected by the first and second dichroic mirrors 23b and 23c. The light is emitted toward the lens 24.
[0027]
The optical image formed by each of the three liquid crystal panels 10 to 12 is emitted toward the projection lens 24 in the same direction with the optical axis and the directionality of the optical image being matched. Are synthesized. The synthesized optical image is enlarged and projected on a screen by the projection lens 24.
[0028]
In the present embodiment, 21 is a total reflection mirror, but it may be a dichroic mirror (hereinafter, referred to as an R reflection dichroic mirror) that reflects a light beam in the R wavelength band. The operation when the R reflection dichroic mirror is used will be described. In FIG. 1, it is assumed that 26 is a light beam incident on the dichroic mirror 16 at an incident angle θ1. However, θ1 <45 degrees. In this case, the half-value wavelength shifts to the longer wavelength side (see FIG. 3A). Thereafter, the light beam 26 enters the R reflection dichroic mirror at an incident angle θ2. Since the R reflection dichroic mirror and the dichroic filter 16 are arranged orthogonally, θ2 becomes larger than 45 degrees, and the half-value wavelength in the R reflection dichroic mirror shifts to the shorter wavelength side. The following relationship (Equation 1) holds between θ1 and θ2.
[0029]
(Equation 1)
θ1-45 ° = 45 ° -θ2
The spectral characteristics of light ray 26 are given as a function of θ1 and θ2. Since the light ray 26 is red light, it is determined by θ1 shifted to the longer wavelength side. This means that the color is determined by the dichroic filter 16. (Equation 1) holds for all the red light reaching the liquid crystal panel 12, and when θ1 is larger than 45 degrees, θ2 becomes smaller than 45 degrees, and the spectral characteristic of the light ray 26 shifts to the longer wavelength side. Determined by θ2. This means that the color is determined by the R reflection dichroic mirror. That is, it is understood that the spectral characteristic of the red light illuminating the liquid crystal panel 12 is determined by the smaller one of θ1 and θ2. On the other hand, when 21 is a total reflection mirror, the red spectral characteristic is determined only by θ1. Thus, when the R reflection dichroic mirror is used, the shift amount of the half-value wavelength is about 40 nm, and the degree of chromaticity deviation can be smaller than that of the total reflection mirror whose shift amount is about 50 nm.
[0030]
Further, in the present embodiment, the half-wave plate 9 is arranged on the entire exit surface of the second lens array 8 where the light beam 7 is emitted. However, the present invention is not limited to this, and the light beam 7 is emitted. The half-wave plate 9 may be arranged in a part of the portion where the light is emitted.
[0031]
Further, in the present embodiment, the half-wave plate 9 is attached to the exit surface of the second lens 8a where the small light source formed by the light beam 7 is located. May be attached to the exit surface of the second lens 8a. Further, the half-wave plate 9 may be attached to the second lens 8a where all or a part of the small light source formed by the light beam 6 or 7 is located.
[0032]
Further, in the present embodiment, a metal halide lamp is used as the light source 1, but a xenon lamp, a halogen lamp, or the like may be used.
[0033]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The parts different from the first embodiment will be described. The description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted, and the parts different from the first embodiment will be described. A color separation optical system for separating each of the three primary colors for illuminating each of the three liquid crystal panels 10 to 12 with light of the corresponding primary color is constituted by two dichroic filters 13a and 16a. The dichroic filter 13a has a cutoff value of a wavelength of 585 nm, reflects light beams in the G and B wavelength bands, and transmits light beams in the R wavelength band. The total reflection mirror 14a is for directing the separated light beam in the wavelength band of R to the liquid crystal panel 12 side. The field lens 15a is for irradiating the liquid crystal panel 12 with a light beam in the R wavelength band reflected by the total reflection mirror 14a. The dichroic filter 16a has a cut-off value of a wavelength of 510 nm, and reflects the light flux of the B wavelength band and transmits the light flux of the G wavelength band among the light fluxes of the R and G wavelength bands transmitted through the dichroic filter 13a. Let it. The field lens 17a is for irradiating the liquid crystal panel 10 with the luminous flux in the B wavelength band separated by the dichroic filter 16a. The lenses 18a and 19a and the total reflection mirrors 20a and 21a constitute a relay optical system for guiding the light flux in the G wavelength band transmitted through the dichroic filter 16a to the liquid crystal panel 11 while maintaining its illuminance. Is for irradiating the liquid crystal panel 11 with a light beam in the G wavelength band guided by the relay optical system.
[0034]
The dichroic prism 25 is a three-primary-color combining optical system for combining each of the aforementioned RGB optical images. The dichroic prism 25 has four joined rectangular prisms 25a in a cubic or rectangular parallelepiped shape. The junction has a first dichroic mirror 25b that reflects the optical image of R at right angles to the incident angle of 45 degrees and transmits the optical images of G and B, and the optical image of G described above at 45 °. A second dichroic mirror portion 25c is formed which reflects the light at right angles to the incident angle and transmits the B optical image.
[0035]
Next, an operation different from the first embodiment will be described.
[0036]
The luminous fluxes emitted from the second lens array 8 to which the half-wave plate 9 is attached and whose polarization directions are aligned are separated by the dichroic filters 13a and 16a into three wavelength bands of RGB. That is, the luminous flux in the R wavelength band transmitted through the dichroic filter 13a is reflected by the total reflection mirror 14a, passes through the field lens 15a, and illuminates the liquid crystal panel 12. The light beams in the G and B wavelength bands are reflected by the dichroic filter 13a, and the light beams in the B wavelength band are reflected by the dichroic filter 16a and illuminate the liquid crystal panel 10 after passing through the field lens 17a. The luminous flux in the G wavelength band passes through the dichroic filter 16a and is guided to a relay optical system including two lenses 18a and 19a and two total reflection mirrors 20a and 21a, and then passes through a field lens 22a. The liquid crystal panel 11 is illuminated.
[0037]
The optical images formed by each of the three liquid crystal panels 10 to 12 are synthesized by the dichroic prism 25. That is, the R optical image formed by the liquid crystal panel 12 passes through the inside of the dichroic prism 25 as incident light, travels straight through the inside thereof, and is reflected by the first dichroic mirror unit 25b at a right angle to the incident angle of 45 degrees. The light is emitted toward the projection lens 24. The G optical image formed by the liquid crystal panel 11 also transmits through the dichroic prism 25 as incident light and travels straight through the inside thereof, and is reflected by the second dichroic mirror unit 25c at a right angle to the incident angle of 45 degrees, and the projection lens Inject toward 24. The B optical image formed by the liquid crystal panel 10 passes through the dichroic prism 25 as incident light and travels straight through the inside of the dichroic prism 25, further travels straight without being reflected by the first and second dichroic mirror portions 25b and 25c, and projects. The light is emitted toward the lens 24.
[0038]
In the present embodiment, 21a is a total reflection mirror, but may be a dichroic mirror (hereinafter, referred to as a G reflection dichroic mirror) that reflects a light beam in the G wavelength band. In this case, the G reflection dichroic mirror can be realized by the same thin film design as the dichroic filter 13a that transmits the light beam in the R wavelength band. If the G reflection dichroic mirror is used, the shift amount of the half-value wavelength is about 25 nm, and the degree of the chromaticity deviation can be reduced to half compared with the total reflection mirror in which the shift amount is about 50 nm. In order to determine the limit on the long wavelength side of green, the dichroic filter 13a that transmits the light in the R wavelength band and the G reflection dichroic mirror are combined, but the dichroic filter 16a that reflects the light in the B wavelength band is used. It is also possible to determine the limit of the green light on the short wavelength side by combining with the G reflection dichroic mirror.
[0039]
A third embodiment of the present invention will be described. Since most of the configuration and operation of the third embodiment are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted, and the configuration of the third embodiment different from that of the first embodiment, that is, the brightness (F-number) ) Will be described. In FIG. 1, a projection lens 24 that is brighter than F = 3 is used. This F = 3 is used to suppress the color unevenness on the screen projected by the liquid crystal projector according to the third embodiment using the optical integrator to the same level as the color unevenness due to the conventional liquid crystal projector not using the optical integrator. It is a numerical value.
[0040]
First, the F value of the projection system needs to be brighter than the F value of the illumination system. Otherwise, all the light from the illumination system is not taken into the projection system, and a light amount loss occurs.
[0041]
Generally, in an illumination optical system that does not use an optical integrator, light emitted from the illumination optical system is substantially parallel light having a shake of about ± 2.5 degrees. In this case, the F value of the illumination system is about F / 12 (fluctuation of incident angle θ1 = ± 2.4 degrees), and the F value of the projection system is about F / 5 (fluctuation of incident angle θ2 = ± 5.7). Degree), the F value of the projection system is brighter than the F value of the illumination system. Therefore, no light amount loss occurs. At this time, since each light incident on the dichroic filter is incident light by a substantially telecentric system, θ1 can be ignored. Therefore, the fluctuation of the incident angle in the dichroic mirror portion of the dichroic prism is in a range of about 45 ± 5.7 degrees. Hereinafter, the description will be made on the assumption that the above-described fluctuation of the incident angle in the illumination optical system not using the optical integrator generally falls within a range of 45 ± 7 degrees.
[0042]
On the other hand, in the liquid crystal projector according to the third embodiment using the optical integrator, the illumination light emitted from the second lens array 8 is not the telecentric illumination light, and therefore the first or the second light source shown in FIG. The fluctuation of the incident angle in the second dichroic filters 13 and 16 is larger than that of the conventional liquid crystal projector not using the optical integrator. Therefore, θ1 cannot be ignored as described above. However, in the case of the present embodiment, in order to suppress color unevenness by a conventional liquid crystal projector that does not use an optical integrator, the spectral characteristics of the dichroic filters 13 and 16 (see FIGS. 2 and 3) The deflection of the incident angle at the first and second dichroic mirror portions 23b and 23c may be suppressed within a range of 45 ± 14 degrees. That is, as understood from a comparison between FIGS. 2 and 3, the shift sensitivity due to the fluctuation of the incident angle in the long wavelength transmission type dichroic filter is smaller than that of the short wavelength transmission type dichroic filter. For this reason, in the present embodiment using the long wavelength transmission type dichroic filter, if the fluctuation of the incident angle is suppressed to a range of 45 ± 14 degrees, the short wavelength transmission type dichroic filter is used. Means that the color unevenness is substantially the same as when the shake is suppressed to 45 ± 7 degrees.
[0043]
When an optical integrator is used, as described above, it is difficult to suppress the fluctuation of the incident angle. Therefore, as in the case where the optical integrator is not used, the fluctuation of the incident angle should be suppressed to 45 ± 7 degrees. Is extremely difficult. Therefore, when a short wavelength transmission type dichroic filter is used, it is difficult to sufficiently prevent color unevenness. However, when all the dichroic filters are of a long-wavelength transmission type as in the present embodiment, even if the fluctuation of the incident angle is allowed up to 45 ± 14 degrees, the same color unevenness as when no optical integrator is used is obtained. It can be suppressed.
[0044]
FIG. 5 is an explanatory diagram for obtaining the deflection of the incident angle in the first or second dichroic mirror units 23b and 23c. For each of the liquid crystal panels 10, 11, and 12, a rectangular liquid crystal panel having a diagonal length of 1 inch is used. However, the ratio of the display surface of the liquid crystal panel is as follows: short side: long side: diagonal line = 3: 4: 5. From this, it is found that θ1 is 5 degrees (≒ tan^-1{(26.416 / 2) / 150}). Therefore, the deflection θ2 of the incident angle by the projection lens 24 must be 9 degrees or less (<14-5). Therefore, the F value of the projection lens 24 is 3 (≒ (1/2) / tan (9 °)). If the projection lens 24 is F = 3, it is desirable to set the illumination system to F = 3 in consideration of easiness of design and optimization of efficiency.
[0045]
【The invention's effect】
As is apparent from the above, according to the present invention, it is possible to magnify and project a high-quality image with greatly reduced chromaticity non-uniformity on a screen.
[0046]
Further, according to the present invention, even when an optical integrator is used, the same performance as that of a liquid crystal projector not using the optical integrator can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a spectral characteristic diagram of a short wavelength transmission type dichroic filter.
FIG. 3 is a spectral characteristic diagram of a long wavelength transmission type dichroic filter.
FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for obtaining a deflection of an incident angle in a first or second dichroic mirror section according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional liquid crystal projector.
[Explanation of symbols]
1 light source
2 Parabolic mirror
2a Reflective surface
2b opening
3 IR-UV cut filter
4 First lens array
4a First lens
5 Polarizing beam splitter
5a Polarization separation surface
5b thickness
5c Total reflection surface
6,7 luminous flux
8 Second lens array
8a Second lens
9 Half-wave plate
10, 11, 12 liquid crystal panel
13, 13a, 16, 16a Dichroic filter
14, 14a, 20, 20a, 21, 21a Total reflection mirror
15, 15a, 17, 17a, 22, 22a Field lens
18, 18a, 19, 19a Lens
23 dichroic prism
23a right angle prism
23b First dichroic mirror section
23c Second dichroic mirror section
24 Projection lens
25 Dichroic prism
25a right angle prism
25b First dichroic mirror section
25c Second dichroic mirror section

Claims

By interposing the first and second dichroic filters in the illumination path of the illumination light from the illumination light source in this order, the illumination light is color-separated into first, second, and third primary color lights having different wavelengths. The first, second, and third primary color lights separated by color are guided to corresponding liquid crystal panels for irradiation, and optical images of each color from each liquid crystal panel are combined, and then projected on a screen by a projection lens. In the liquid crystal projector using the optical integrator and the polarization conversion optical system described above, the first, second, and third primary color lights have wavelength components from the short wavelength side in this order, and using a projection lens having the optical integrator, the first and second lens having a plurality of lenses the illumination light is two-dimensionally arranged to be incident from the illumination light source An array, wherein the polarization conversion optical system separates a plurality of light beams split by the first lens array into directions in which polarization directions are orthogonal to each other. A separation unit of a polarization conversion optical system having a reflection surface facing the polarization separation surface that reflects light in a direction parallel to the polarized light beam, and a polarization state having a single polarization surface including a single component to the first dichroic filter A half-wave plate disposed on one optical path of the separated polarized light flux to be emitted at a position of a small light source collected by the first lens array , and wherein the first dichroic filter is the second and passed through a third primary color light, the second dichroic filter, a liquid crystal Puroji, characterized in, that those passing the third primary light Kuta.

The liquid crystal projector according to claim 1, wherein the color-separated third primary color light is guided to a corresponding liquid crystal panel via a relay optical system.