JP3625974B2 - 液晶ビデオプロジェクタ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を3原色光に分離し、これら各原色光を液晶表示パネルに導き映像信号を用いて輝度変調せしめた後、ダイクロイックプリズムにより合成し、この合成光を所定のスクリーン上に拡大投射する液晶ビデオプロジェクタに関し、詳しくは、3原色光の各系を疑似的に等光路長とした液晶ビデオプロジェクタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、色分離された3原色光を液晶表示パネルを用い所定の映像信号により変調し、この変調光をダイクロイックプリズムにより合成した後、所定のスクリーン上に拡大投射する液晶ビデオプロジェクタが広く知られている。
このような液晶ビデオプロジェクタは、光源からの光を3原色光に分離し、各々の原色光を対応する液晶表示パネルに導くために2つのダイクロイックミラーと複数枚の反射ミラーからなる色分離光学系を備えている。
【0003】
ところで、このような色分離光学系では光源から各液晶表示パネルまでの各原色光の光路長が全て等しくなるように設定されていないと、スクリーン上で各原色光の強度分布が一致しなくなるため、投影画像に色むらが生じてしまい、投影画像の画質の劣化を招く原因となる。
【0004】
このような事情から、近年、各原色光の光路長を全て等しく設定するために図5に示すような色分離光学系を備えた液晶ビデオプロジェクタが開示されている(特開平5-107658号公報)。
【0005】
すなわち、この従来技術を図5により説明すると、まず、光源1からの光は第1のダイクロイックミラー2で第1の原色光Rとその余の原色光に分離される。なお、第1の原色光Rはこの第1のダイクロイックミラー2で直角に反射され、この後第1の反射ミラー13、第2の反射ミラー14および第3の反射ミラー15で順次直角反射され第1の液晶表示パネル4に入射する。
【0006】
一方、上記その余の原色光は第4の反射ミラー16で直角反射された後、第2のダイクロイックミラー6で第2の原色光Gと第3の原色光Bに分離される。なお、第2の原色光Gはこの第2のダイクロイックミラー6で直角に反射される。この第2の原色光Gは上記第1の反射ミラー13の裏面に配置された第5の反射ミラー17で直角反射され第2の液晶表示パネル7に入射する。また、第3の原色光Bは第6の反射ミラー18で直角反射され第3の液晶表示パネル10に入射する。この後、各液晶表示パネル4,7,10を透過した原色光はダイクロイックプリズム5で合成され、この合成された原色光は投影レンズ11によりスクリーン上に拡大投射される。
【0007】
この従来技術においては、2枚のダイクロイックミラー2,6と6枚の反射ミラー13,14,15,16,17,18を上記の如く配設して、光源1から各液晶表示パネル4,7,10までの各原色光R,G,Bの光路長を互いに等しく設定しているので、前述した色むらの発生を回避することができる。しかし、その一方で、各原色光の光路長を互いに等しく設定するために光学設計の自由度が小さくなるという問題があり、さらに、反射ミラーの枚数も多くなりがちであって反射ミラーに要するコストが増加するとともに組立工数も増加し、結局製造コストが増加するという問題もある。
【0008】
そこで、近年リレーレンズを用いて疑似等光路長を達成した光学系を採用することが考えられている。
すなわち、この疑似等光路長とは、無理に実際の光路長を等長とすることなく、光路長の長いチャネル中にリレーレンズを配することにより光源から各液晶表示パネルまでの各光路長を実質的に等長とするようにしたものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように光路中にリレーレンズを配するとこのリレーレンズによって光像の上下左右が反転してしまう。上下左右が反転した光像によって照明された色光と、反転していない光像によって照明された色光とではスクリーン上での強度分布が一致せず、結局、投影画像に色むらが生じてしまうことになり、せっかく各光路長を実質的に等長としても投影画像の画質の劣化を防止することが困難となってしまう。
【0010】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、光学設計の自由度の減少を最小限に押さえつつ、投影画像上での色むらの発生を確実に防止しうる液晶ビデオプロジェクタを提供することを目的とするものである。
さらに、これらの目的に加え光学部品点数の増加を最小限に押さえ得る液晶ビデオプロジェクタを提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶ビデオプロジェクタは、光源からの光を3つの原色光に分離して各原色光に対応する液晶表示パネルに照射し、これら各液晶表示パネルにおいて前記各原色光をその原色光に対応する映像信号により輝度変調し、これら変調された各原色光をダイクロイックプリズムにより合成し、合成された3つの原色光を所定のスクリーン上に拡大投射するものであって、
前記分離された3つの原色光の光路中に配された各液晶表示パネルに形成される前記光源の像が互いにそのサイズおよび上下左右の方向を略同一としうるように、前記分離された3つの原色光が前記各液晶表示パネルを照射するまでの各光路のうち、他の光路に比して長い少なくとも1つの光路中に、リレーレンズ、およびこのリレーレンズによって上下左右が反転した前記光源の像の上下左右を再反転しうる4枚以上の反射ミラーを配設してなることを特徴とするものである。
【0012】
なお、前記反射ミラーの前段および/または後段に視野レンズを配設することが周辺光量の損失を防止するために有効である。さらに、前記反射ミラーの枚数を最小限に押さえるためには反射ミラーを4枚構成とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図1、および図1のA方向矢視図である図2を用いて本発明の実施形態に係る液晶ビデオプロジェクタを説明する。この液晶ビデオプロジェクタは、光源101 と、3原色光を分離する第1および第2のダイクロイックミラー102 ,106 と、全反射ミラー118 と、3つの液晶表示パネル104 (赤色光用),107(緑色光用) ,110 (青色光用)と、3原色光を合成するダイクロイックプリズム105 と、投影レンズ111 とを備えている。
【0014】
上記光源101 はハロゲンランプ、あるいはメタルハライドランプ等の高輝度白色光源である。
なお、通常、この光源101 の光射出側には紫外光および赤外光をカットするUV/IRカットフィルタが配され、また光源101 およびその近傍を空冷等により冷却するための冷却手段が設けられている。
【0015】
第2のダイクロイックミラー106 は緑色光/赤色光反射ミラーであり、また第1のダイクロイックミラー102 は緑色光反射ミラーであって、各々ガラス基板上に所定の原色光を反射する分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されている。
また、3つの液晶表示パネル104 ,107 ,110 は各々ツイステッド・ネマティック(TN)型液晶表示素子からなり、図示されない液晶ドライバからの対応する映像信号に応じて映像を表示し、入射された各原色光を輝度変調する。
【0016】
さらに、ダイクロイックプリズム105 は、4個の直角プリズムを接合してなり、その直交する2つの接合面には、各々赤色光反射ミラーおよび青色光反射ミラーとしての分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されており、赤,緑, 青の3原色光を白色光の1本の光束に合成することが可能である。
【0017】
また、投影レンズ111 は、合成された3原色光を所定の距離に配されたスクリーン上に投射し、このスクリーン上にフルカラー画像を拡大投影することができるように構成されている。
また、赤色光R用の系中には1つのリレーレンズ120 が配されており、このリレーレンズ120 の前段と後段には各々2枚の全反射ミラー131〜134が配されており、さらに全反射ミラー131の前段と全反射ミラー134の後段には各々1つのフィールドレンズ121,122 が配されている。
【0018】
さらに、第1のダイクロックミラー102 と緑色光用液晶表示パネル107 および第3の全反射ミラー118 と青色光用液晶表示パネル110 の間には各々フィールドレンズ123,124 が配されている。
【0019】
以下、上記の如く構成された液晶ビデオプロジェクタの作用を説明する。
光源101 から出力された光(白色光)は第2のダイクロイックミラー106により青色光Bとその余の原色光に分離される。この第2のダイクロイックミラー106 は上述したように緑色光Gおよび赤色光Rを反射する分光特性を有するダイクロイックミラーであって、照明光に対して青色光B以外の原色光を左直角方向に反射する。この第2のダイクロイックミラー106 を透過した青色光Bは全反射ミラー118 により直角反射されて青色光用液晶表示パネル110 に導かれる。
【0020】
一方、第2のダイクロイックミラー106 により左方向に直角反射された青色光B以外の原色光は、第1のダイクロイックミラー102 により緑色光Gと赤色光Rに分離される。
この第1のダイクロイックミラー102 は、上述したように緑色光Gを反射する分光特性を有し、また上記青色光B以外の原色光に対してその入射角が45°となるように配されているので、緑色光Gを直角反射し、赤色光Rを透過する。
【0021】
第1のダイクロイックミラー102 により反射された緑色光Gは緑色光用液晶表示パネル107 に導かれる。
また、第1のダイクロイックミラー102 から透過された赤色光Rは全反射ミラー131および全反射ミラー132により順次反射され、リレーレンズ120 を通過し、さらに全反射ミラー131および全反射ミラー132により順次反射されて赤色光用液晶表示パネル104 に導かれる。
【0022】
このようにして、対応する液晶表示パネル104 ,107 ,110 に入射した各原色光R,G,Bは、これらの液晶表示パネル104 ,107 ,110 において、各原色光R,G,Bに対応する映像信号により輝度変調され、この後ダイクロイックプリズム105 において1本の白色光に合成され、投影レンズ111 により拡大されて所定のスクリーン上に投射される。これにより、各液晶表示パネル104 ,107 ,110 に表示された映像はスクリーン上にフルカラー画像として投影される。
【0023】
ところで、上記実施形態においては、上述した如く赤色光R用の系内に1つのリレーレンズ120 と4枚の全反射ミラー131〜134を挿入している。これら4枚の全反射ミラー131〜134は図3に示すように、一平面内ではなく3次元的な空間内に配されており、光源101からの照明光がこの4枚の全反射ミラー131〜134を通過するうちに、その光像の上下左右が反転するような配置構成とされている。この配置構成を図3を用いてより具体的に説明すれば、第1のダイクロイックミラー102 からの照明光は全反射ミラー131 によって斜め上方に反射され、次に全反射ミラー132 によって斜め下方に反射され、次に全反射ミラー133 によって斜め上方に反射され、
最後に全反射ミラー134 によって赤色光用液晶表示パネル134 方向に横方向に反射されることになる。そして、2つの全反射ミラー132,133の略中間位置にリレーレンズ120 が配される。なお、これら4枚の全反射ミラー131〜134およびリレーレンズ120 の上下位置関係は図2に示されている。
【0024】
すなわち、光源101 の像はリレーレンズ120 によって上下左右が反転されることとなるが、上記4枚の全反射ミラー131〜134によって上下左右が再度反転されることとなり、元の光像と上下左右の配置が同一の光像が赤色光用液晶表示パネル104 上に形成されることとなる。
【0025】
本来、リレーレンズ120 を長い光路(赤色光R用の光路)中に配するのはこの赤色光R用の系の光路長を他の2つの系の光路長と疑似的に等しくするためである。すなわち、スクリーン上で各原色光の強度分布を一致させるためには、3つの系の光路長を等しくする必要があるが、このような液晶ビデオプロジェクタの光学部材の配置上、3原色光の各系を互いに等光路長とすると光学設計の自由度が減少したり、反射ミラーの枚数が増加する等という問題があり、これらの問題を解決するためにリレーレンズを用いて3つの系が疑似的に(実質的に)等光路長となるようにしたものである。しかしながら、光路中にリレーレンズ120 のみを挿入した場合には、赤色光用表示パネル104 上のみに上下左右が反転した光像が形成されることとなりスクリーン上での画像の色ムラの原因となる。そこで、上記本実施例のものでは上述したように配された4枚の全反射ミラー131〜134により上記光像の上下左右を反転しうるようにし、リレーレンズ120 によって上下左右が反転する光像の上下左右を再反転できるようにして、赤色光用液晶表示パネル104 上に、他の2つの液晶表示パネル107,110 と、強度および上下左右が同一の光像を形成するようにしている。
【0026】
これにより、スクリーン上には、強度分布が同一の各色光によって照明された3つの原色画像が重ね合わされて形成されるからスクリーン上のカラー画像に色ムラが発生するのを防止できる。
【0027】
なお、上記リレーレンズ120 の位置は必ずしも2つの全反射ミラー132,133の略中間位置とする必要はないが、リレーレンズ120 による上記光像の結像点が赤色光用液晶表示パネル104 上に位置するようにこのリレーレンズ120 の焦点距離および配設位置を設定する必要がある。
【0028】
また、上述した各フィールドレンズ121〜124 はレンズ周辺光量の損失を防止するために有効であり、特に、図示するように、4枚の全反射ミラー131〜134の直前および直後に各々フィールドレンズ121,122 を設けるようにすれば上記周辺光量の損失を防止する効果を一層向上させることができる。
【0029】
なお、本発明の液晶ビデオプロジェクタとしては上記実施形態のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。
例えば、4枚の全反射ミラー131〜134の配置としても種々の配置を採り得ることができ、これらを両者の中点を中心として任意の角度だけ回転させた図4に示す如き配置とすることができる。この場合には、これら全反射ミラー132a,133aのみならず両端に位置する2枚の全反射ミラー131a,134aの角度およびリレーレンズ120aの位置を調整する必要がある。
【0030】
また、2つの系内に各々上述した如きリレーレンズおよび全反射ミラーを挿入することも可能である。
また、フィールドレンズの配置および数も適宜変更可能であり、例えば上述した4つの全反射ミラー131〜134 の間にフィールドレンズを配することも可能である。
【0031】
また、上記光源の像の上下左右を反転させるための全反射ミラーを5枚以上とすることも可能である。
また、赤,緑, 青各光の光路はダイクロイックミラーの分光特性を変えることにより互いに入れ替え可能である。
【0032】
さらに、上記実施例においては反射ミラーとして全反射ミラーを用いているが、一部の全反射ミラーをハーフミラーに代え、各原色光間の光量調整を行なうことも可能である。
【0033】
【発明の効果】
本発明の液晶ビデオプロジェクタによれば、3原色光の各系を実質的に等光路長とするために、疑似等光路長を形成するリレーレンズを設け、しかもこのリレーレンズを設けた色光系内に4枚以上の全反射ミラーを設けており、リレーレンズにより上下左右反転され得る光源の像を、全反射ミラーの組により上下左右再反転させ得るようにしている。これにより、リレーレンズを用いて各系を疑似等光路長とする場合にも強度分布の一致した光源の像によって3つの液晶表示パネルを照明することができ、スクリーン上の投影画像に色ムラが発生するのを確実に防止することができる。また、これにより色ムラに伴う投影画像の画質の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る液晶ビデオプロジェクタを示す平面図
【図2】図1のA方向矢視図
【図3】図1に示す全反射ミラーを拡大して示す斜視図
【図4】図2の一部変更例を示す概略図
【図5】従来の液晶ビデオプロジェクタを示す概略図
【符号の説明】
1,101 光源
2,6,102,106 ダイクロイックミラー
13,14,15,16,17,18,131,132,133,134 反射ミラー(全反射ミラー)
4,7,10,104,107,110 液晶表示パネル
5,105 ダイクロイックプリズム
11,111 投影レンズ
120, 120a リレーレンズ
121, 122, 123, 124 フィールドレンズ

Claims (3)

  1. 光源からの光を3つの原色光に分離して各原色光に対応する液晶表示パネルに照射し、これら各液晶表示パネルにおいて前記各原色光をその原色光に対応する映像信号により輝度変調し、これら変調された各原色光をダイクロイックプリズムにより合成し、合成された3つの原色光を所定のスクリーン上に拡大投射する液晶ビデオプロジェクタにおいて、
    前記分離された3つの原色光の光路中に配された各液晶表示パネルに形成される前記光源の像が互いにそのサイズおよび上下左右の方向を略同一としうるように、前記分離された3つの原色光が前記各液晶表示パネルを照射するまでの各光路のうち、他の光路に比して長い少なくとも1つの光路中に、リレーレンズ、およびこのリレーレンズによって上下左右が反転した前記光源の像の上下左右を再反転しうる4枚以上の反射ミラーを配設してなることを特徴とする液晶ビデオプロジェクタ。
  2. 前記反射ミラーの前段および/または後段に視野レンズを配設してなることを特徴とする請求項1記載の液晶ビデオプロジェクタ。
  3. 前記反射ミラーが4枚構成とされてなることを特徴とする請求項1または2記載の液晶ビデオプロジェクタ。
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