JP3797756B2 - 液晶プロジェクター - Google Patents
液晶プロジェクター Download PDFInfo
- Publication number
- JP3797756B2 JP3797756B2 JP19416197A JP19416197A JP3797756B2 JP 3797756 B2 JP3797756 B2 JP 3797756B2 JP 19416197 A JP19416197 A JP 19416197A JP 19416197 A JP19416197 A JP 19416197A JP 3797756 B2 JP3797756 B2 JP 3797756B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- light
- incident angle
- polarization separation
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
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影するための液晶プロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶プロジェクターは、３原色光ＲＧＢに対応する光学画像を３つの液晶パネル上にそれぞれ形成するとともに、当該液晶パネルを照明光学系により照明し、各液晶パネル上に形成された光学画像をダイクロイックプリズムにより合成するとともに、当該合成光学画像を投影レンズによりスクリーン上に拡大投影するものである。
【０００３】
この照明光学系は、一般に、効率よく液晶パネルを照明するため、まず、偏光分離膜および半波長板を利用して偏光方向が揃った照明光を形成し、この照明光をダイクロイックフィルターにより、ＲＧＢの３原色光に分離した後、各原色光を対応する液晶パネルに照射して液晶パネルを照明する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような液晶プロジェクターでは、液晶パネル面を均一に照明しても、スクリーン上に投影された光学画像に輝度むらが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、スクリーン上に投影される画像における輝度むらを低減することができる液晶プロジェクターを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１、第２及び第３原色光に対応する光学画像をそれぞれ形成する第１、第２及び第３の液晶パネルと、前記第１の液晶パネルに第１原色光を、前記第２の液晶パネルに第２原色光を、また前記第３の液晶パネルに第３原色光を照射する照明光学系と、ダイクロイックフィルター及び／またはダイクロイックミラーを組み合わせて、前記第１、第２及び第３の液晶パネル上の光学画像を合成する画像合成光学系と、
前記画像合成光学系により合成された光学画像をスクリーン上に拡大投影する投影光学系とを備えた液晶プロジェクターにおいて、前記照明光学系は、光源と、互いに偏光方向が直交する２方向の直線偏光成分の一方を透過し、他方を反射することにより、前記光源からの入射光を偏光分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜により分離された２方向の直線偏光成分のうち、どちらか一方の直線偏光成分の偏光方向を他方の直線偏光成分の偏光方向に変換する偏光変換光学系と、こうして偏光方向の揃えられた光束を、第１、第２及び第３原色光に分離する色分離光学系とを備え、前記光源から前記偏光分離膜に入射する光の主光線の入射角度に対し、前記偏光分離膜の偏光分離効率が最大となる最大効率入射角度を相対的にずらすことによって形成される照度むらをもって、前記照明光学系により前記第１、第２及び第３の液晶パネルのうち少なくとも１つ以上の液晶パネルを照明するものである。
【０００７】
この構成によれば、光源から偏光分離膜に入射する光の主光線の入射角度に対し、偏光分離膜の最大効率入射角度が相対的にずれているために、照明光学系から射出される光束は主光線からずれたところに光強度のピークを有しており、この結果、液晶パネル面に照度むらが形成される。したがって、液晶パネルを均一照明した際にスクリーン上に形成される光学画像の輝度むらに応じて、この最大効率入射角度の相対ずれ量を設定することにより、スクリーン上に形成される画像の輝度むらが軽減あるいは解消される。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記光源からの入射光の主光線の入射角度に対する、前記最大効率入射角度の相対ずれ量が２〜７度となるように、前記偏光分離膜を構成したものである。
【０００９】
この構成によれば、光源からの入射光の主光線の入射角度に対し、最大効率入射角度の相対ずれ量を２〜７度としているため、ずれのため生じる光源からの入射光の過大なエネルギーロスを押さえつつ、スクリーン上に形成される光学画像の輝度むらを解消するために必要な液晶パネル上の照度むらが形成される。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記光源からの入射光の主光線の入射角度に対する、前記最大効率入射角度の相対ずれ量が３〜５度となるように、前記偏光分離膜を構成したものである。
【００１１】
この構成によれば、光源からの入射光の主光線の入射角度に対し、最大効率入射角度の相対ずれ量を特に３〜５度としているため、輝度むらがさらに低減され、かつ全体輝度の低下も過大なものとならない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる液晶プロジェクターの第１の実施形態を示す図である。この液晶プロジェクターは、スクリーン上に拡大投影する所望の光学画像を形成する３つの液晶パネル１５〜１７と、偏光方向が揃った照明光を発生させるとともに、当該照明光を３つの原色光に色分離して各原色光を対応する液晶パネルに照射して当該液晶パネルを照明する照明光学系１００と、各液晶パネル１５〜１７から出射する色成分光を光軸を一致させて各液晶パネル上の光学画像を合成するダイクロイックプリズム（画像合成光学系）２６と、ダイクロイックプリズム２６からの光をスクリーン上に導光して当該スクリーン上に液晶パネル１５〜１７に形成された画像の合成画像を拡大投影する投影光学系３３とで構成されている。以下、各部の構成について順次説明する。
【００１３】
照明光学系１００では、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などからなる光源１が放物面鏡２の一方の焦点位置に配置されており、放物面鏡２の開口側（同図の右手側）に向けて光源１からの光束の一部が直接出射するとともに、残りの光束が放物面鏡２の反射面で反射された後、放物面鏡２の開口側に導光されるように構成されている。
【００１４】
また、この放物面鏡２の開口側に複数のレンズを二次元状に配列してなる第１レンズアレイ３が配置されており、上記のようにして光源１から放射されたランダム偏光の光束が直接的に、および放物面鏡２による反射光とともに、当該第１レンズアレイ３に入射し、複数の光束に分割された後、偏光ビームスプリッタ４に入射する。
【００１５】
この偏光ビームスプリッタ４では、一方の直角面４ａが第１レンズアレイ３からの光束の入射面となっているとともに、斜面４ｂに偏光分離膜５が形成されている。また、この偏光分離膜５には平行平板６が接合されており、偏光分離膜５を透過してきた透過光が平行平板６の非接合面７で全反射され、偏光分離膜５側に戻される。すなわち、偏光ビームスプリッタ４の直角面４ａに垂直入射する光束のうち、第１の直線偏光成分（ｓ偏光成分）は偏光分離膜５で反射し、光束８として面４ｃから射出される一方、第２の直線偏光成分（ｐ偏光成分）は偏光分離膜５を透過し、平行平板６の他面７で全反射し、光束９として面４ｃから射出される。したがって、偏光ビームスプリッタ４からは、入射する光束の２倍の数の光束８及び光束９が射出される。なお、この実施形態では、平行平板７の厚みを適当に設定することにより、射出される光束８及び光束９のピッチは等間隔とされている。
【００１６】
このように、偏光ビームスプリッタ４はランダム偏光をｓ偏光とｐ偏光に分離するが、その偏光分離効率は偏光分離膜５への光束の入射角に応じて変化し、特定の入射角で偏光分離効率が最大となる（なお、この明細書では、このときの入射角を「最大効率入射角度」と称する）。そして、この実施形態では、スクリーン上の画像における輝度むらを抑制するために、特に偏光分離膜５への光束の主光線の入射角が最大効率入射角度から若干ずれるように構成されている。その理由については、液晶プロジェクターの構成を説明した後で詳述する。
【００１７】
また、このように構成された偏光ビームスプリッタ４の面４ｃに対向してオプティカルインテグレータを構成する第２レンズアレイ１１が第１レンズアレイ３の焦点位置近傍に配置されており、第２レンズアレイ１１を構成する個々のレンズの近傍で複数の二次光源像が形成されている。なお、第２レンズアレイ１１を構成するレンズ数は光束８及び光束９と同数、つまり第１のレンズアレイ３が有する複数の第１レンズの数の２倍の個数となっている。そして、第２レンズアレイ１１の入射面のうち光束９が入射される部分には、光束９の第２の直線偏光成分を光束８の第１の直線偏光成分と同一の偏光方向に変換するための半波長板１０が取り付けられている。したがって、この第２レンズアレイ１１および半波長板１０から出射してきた照明光では、その偏光方向が第１の直線偏光方向に揃えられている。
【００１８】
第２レンズアレイ１１近傍に形成された二次光源像からの光束は、Ｒの波長帯の光束を透過し、Ｇ及び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１３と、Ｇの波長帯の光束を反射し、Ｂの波長帯の光束を透過するダイクロイックフィルター１４により、ＲＧＢの３色の波長帯の光束に分離され、それぞれ対応する液晶パネル１５、１６、１７に照射する。
【００１９】
具体的には、Ｒ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、全反射ミラー１８で反射して、フィールドレンズ２３を介してＲ用液晶パネル１５に光軸に対して平行に照射されて当該液晶パネル１５を照明する。Ｇの波長帯の光束は、２つのダイクロイックフィルター１３、１４の両方で反射し、フィールドレンズ２４を介してＧ用液晶パネル１６に光軸に対して平行に照射されて当該液晶パネル１６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１３で反射し、ダイクロイックフィルター１４を透過して、さらにレンズ１９、全反射ミラー２０、レンズ２１、全反射ミラー２２およびフィールドレンズ２５を介して、Ｂ用の液晶パネル１７に光軸に対して平行に照射されて当該液晶パネル１７を照明する。
【００２０】
この第１実施形態では、液晶パネル１５〜１７は透過型液晶パネルであり、上記のように構成された照明光学系１００によりＲの波長帯の光束が照射される液晶パネル１５はＲＧＢのうちのＲの光学画像を形成し、液晶パネル１６はＲＧＢのうちのＧの光学画像を形成し、また液晶パネル１７はＲＧＢのうちのＢの光学画像を形成する。そして、各液晶パネル１５〜１７からの光束が画像合成光学系であるダイクロイックプリズム２６に入射し、液晶パネル１５〜１７上の光学画像が合成される。
【００２１】
ダイクロイックプリズム２６は、４個の直角プリズムの直角面を接合することにより立方体状または直方体状に形成されたもので、接合面には、赤反射ダイクロイックミラー２７及び青反射ダイクロイックミラー２８が多層膜として形成されている。赤反射ダイクロイックミラー２７とは、Ｒの波長帯の光束を反射し、Ｇ及びＢの波長帯の光束を透過するものであり、青反射ダイクロイックミラー２８とは、Ｂの波長帯の光束を反射し、Ｒ及びＧの波長帯の光束を透過するものである。
【００２２】
また、このダイクロイックプリズム２６では、４個の直角プリズムの斜面である４面のうち、３面が液晶パネルに対向配置される入射面２９、３０、３１であり、１面が射出面３２となっている。すなわち、Ｇ用液晶パネル１６は入射面３０に対向して配置され、Ｇ用液晶パネル１６からの光は、２つのダイクロイックミラー２７、２８を透過して射出面３２に至る。Ｒ用及びＢ用液晶パネル１５、１７は入射面２９、３１に対向してそれぞれ配置され、Ｒ用及びＢ用液晶パネル１５、１７からの光は、それぞれ赤反射ダイクロイックミラー２７及び青反射ダイクロイックミラー２８により直角に反射して、射出面３２に至る。このように、ダイクロイックプリズム２６は各液晶パネル１５〜１７から出射する色成分光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光軸を一致させて各液晶パネル１５〜１７上の光学画像を合成する。
【００２３】
こうして合成された光学画像は、ダイクロイックプリズム２６の射出面３２に対向して配置された、投影光学系であるテレセントリックな投影レンズ３３により、スクリーン上に拡大投影される。
【００２４】
次に、上記第１実施形態において、偏光分離膜５への光束の主光線の入射角が最大効率入射角度から若干ずれるように構成している理由について詳述する。
【００２５】
従来では、スクリーン上に優れた光学画像を拡大投影するために、液晶パネル１５〜１７を均一に照明していたが、実際にスクリーン上に投影される画像においては、部分的に輝度が異なっていた。そこで、かかる問題が生じる原因について考察した処、次の結論を得た。
【００２６】
以下、このスクリーン上に形成される画像に輝度差の生じる原因について、図２を参照しつつ画像の輝度に対して最も影響力を有するＧの波長帯の光束に基づき説明する。なお、簡単のため、偏光ビームスプリッタによる偏光分離及び偏光方向を揃える偏光変換については省略している。
【００２７】
上述のように、第１レンズアレイ３の各レンズで分割された光源からの光束は、第２レンズアレイ１１近傍に収束されて二次光源像１２を形成し、この二次光源像１２のそれぞれが液晶パネル１６の全面を照射する。すなわち、第１レンズアレイ３を構成する各レンズが、それぞれ液晶パネル１６と共役な位置に配置されている。したがって、液晶パネル１６のＡ側に至る光束の光路及びＢ側に至る光束の光路は、図２に実線及び破線で示す通りである。
【００２８】
一方、液晶パネル１６の入射側近傍に設置されるフィールドレンズ２４は、第２レンズアレイ１１近傍の二次光源像１２から広がりながら入射する光束を平行光束とすることにより、液晶パネル１６をテレセントリック照明するものであるから、フィールドレンズ２４の焦点距離は、第２レンズアレイ１１とフィールドレンズ２４との距離に等しくなるように設定されている。
【００２９】
ここで、液晶パネル１６のＡ側に入射する光束について考察すると、例えば５本の光路４１〜４５を通る光束があるが、上記の設定のフィールドレンズ２４によれば、これら５本の光束のうち、光軸４０上のレンズ３ａからの光路４３を通る光束のみが、光軸４０に対して平行なものとなる。
【００３０】
しかし、スクリーン上に形成される画像の輝度に対して影響を及ぼす光束のエネルギーは、光軸４０上に中心を有した分布をしているため（図２（ｂ）参照）、液晶パネルのＡ側に入射する上記５本の光束の中では、光路４２及び４３を通る光束が最もエネルギーが高く、以下、光路４１及び４４、光路４５と続くこととなる。すなわち、Ａ側に入射する光束のエネルギー分布の中心４６は、光路４３とは一致せず、光路４２と４３との間にある。したがって、フィールドレンズ２４により光路４３の光束が光軸４０と平行になった場合には、エネルギー分布の中心４６は光軸４０に対して傾いたものとなり、ダイクロイ
ックプリズム２６には、収束気味に入光することとなる。
【００３１】
例えば、液晶パネル１６のＡ側からダイクロイックプリズム２６に入射する光束のエネルギー中心４６が、角度αだけ収束気味であったとすれば、赤反射ダイクロイックミラー２７に４５°＋α、青反射ダイクロイックミラー２８に４５°−αの角度で入射することとなる。同様に考えれば、液晶パネル１６のＢ側からの光束のエネルギー中心４７は、Ａ側とは逆に、青反射ダイクロイックミラー２８に４５°＋α、赤反射ダイクロイックミラー２７に４５°−αの角度で入射することとなる。
【００３２】
しかし、一般に、ダイクロイックプリズム２６内の赤反射及び青反射ダイクロイックミラー２７、２８は、ともに入射角度の増大にしたがって透過率５０％となる波長（以下、「カットオフ波長」という）が短波長側にずれるという特性を有するため、Ａ側からの光束とＢ側からの光束とでは、ダイクロイックプリズム２６を透過できる波長域が異なってしまうという問題が生じる。
【００３３】
具体的に説明するため、ダイクロイックプリズム２６に入射する光束のエネルギー中心の収束角度αを１０°とし、図３（ａ）、（ｂ）に示す特性を有するダイクロイックミラーを考える。図３（ａ）に示す赤反射ダイクロイックミラー２７のカットオフ波長は、入射角４５°で５９０ｎｍであるが、入射角５５°のとき５８０ｎｍ、入射角３５°のとき６００ｎｍである。同様に、図３（ｂ）に示す青反射ダイクロイックミラー２８のカットオフ波長は、入射角４５°で５００ｎｍであるが、入射角５５°のとき４９０ｎｍ、入射角３５°のとき５１０ｎｍである。
【００３４】
したがって、これらを合わせると、図３（ｃ）に示すように、液晶パネル１６のＡ側からの光束は５１０〜５８０ｎｍ、Ｂ側からの光束は４９０〜６００ｎｍの波長域のものがダイクロイックプリズム２６を透過し、Ｂ側の方が透過する帯域幅が広いため明るく、その結果、投影レンズ３３を通してスクリーン上に形成される画像において輝度差が生じることとなる。
【００３５】
この課題を解決するため、この実施形態は、偏光分離膜５への光束の入射角を最大効率入射角度から若干ずらすことによってあらかじめ照度むらをもって液晶パネル１５、１６、１７を照明することにより、この液晶パネル１５、１６、１７上の照度むらと、ダイクロイックミラー２７、２８による影響とを打ち消し合わせ、スクリーン上に形成される画像における輝度の均一化を図るものである。
【００３６】
以下、偏光分離膜５の具体的な構成について図４を参照しつつ説明する。図４は、スクリーン３４、Ｇ用液晶パネル１６及び第１レンズアレイ３を構成する個々のレンズの共役関係を概念的に示した説明図である。
【００３７】
上述したように、図４においても、液晶パネル１６を均一照明した場合、ダイクロイックプリズム２６の赤反射ダイクロイックミラー２７及び青反射ダイクロイックミラー２８の配置によれば、スクリーン３４上では液晶パネル１６上のＡ側の像Ａ’が暗く、Ｂ側の像Ｂ’が明るくなる。したがって、照明光学系１００により、液晶パネル１６のＡ側を明るく、Ｂ側を暗く照明すれば、スクリーン３４上に形成される画像における輝度むらを軽減あるいは解消することができる。
【００３８】
第１レンズアレイ３を構成するレンズはそれぞれが液晶パネル１６と共役関係にあるが、これらを光軸４０上にあるレンズ３ａに代表させ、このレンズ３ａから液晶パネル１６への光路を考えると、液晶パネル１６上のＡ側はレンズ３ａのＡ”側に対応し、Ｂ側はＢ”側に対応している。
【００３９】
ここで、レンズ３ａから偏光分離膜５への入射角度を考えれば、主光線５１は偏光分離膜５に４５°で入射するが、Ａ”からＡへ至る光路５２の光束は４５°＋β、Ｂ”からＢへ至る光路５３の光束は４５°−βで偏光分離膜５に入射する。なお、この角度βは、レンズ３ａ（第１レンズアレイ）の集光角に起因するものであり、第１レンズアレイ３を構成するすべてのレンズに共通である。
【００４０】
このように、液晶パネル１６のＡ側に至る光束とＢ側に至る光束とは、偏光分離膜５に異なる入射角で入射するが、この偏光分離膜５にも、ダイクロイックミラー２７、２８と同様に、偏光分離効率に入射角依存性があり、最大効率入射角度を中心として、その前後では、ほぼ対称に低下するという性質がある。ここで、最大効率入射角度を４５°及び４６．９°に構成した偏光分離膜５の、光線の入射角度と偏光分離効率の関係を示すグラフを図５に示す。このような偏光分離効率の入射角依存性を利用して、液晶パネル１６面を照明する際に照度むらを形成することができる。
【００４１】
偏光分離膜５は、一般に、高屈折率層（屈折率ｎＨ）と低屈折率層（屈折率ｎＬ）との交互積層膜からなり、ガラス層（屈折率ｎＧ）で挟み込まれた状態で用いられる。この偏光分離膜５の偏光分離効率が最大となる入射角度θは、次式で与えられる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
したがって、適当な材質を組み合わせることにより、任意の最大効率入射角度を有する偏光分離膜５を構成することができる。
【００４４】
図４に戻って、この実施形態では、Ｂ”から偏光分離膜５に入射角４５°−βで入射して液晶パネル上のＢに至る光路５３の光束の照度に対し、Ａ”から偏光分離膜５に入射角４５°＋βで入射して液晶パネル上のＡに至る光路５２の光束の輝度を高くして、液晶パネル１６上のＡ側がＢ側より明るくなるような照度むらを形成することが望まれる。
【００４５】
そこで、この実施形態では、第１レンズアレイ３から入射する主光線の入射角度４５°より、最大効率入射角度が大きなものとなるように偏光分離膜５を形成している。
【００４６】
この最大効率入射角度の変位量は、第１レンズアレイ３の焦点距離のみならず、ダイクロイックプリズム２６や、投影レンズ３３にも依存しうるものであるため、一概に決定することはできない。そこで、一例として、この第１実施形態の液晶プロジェクターにおいて、偏光分離膜５の最大効率入射角度を様々に変更した場合の、スクリーン３４上に形成される画像の輝度を図６に示す。
【００４７】
この図６に見られるように、最大効率入射角度を第１レンズアレイ３からの主光線の入射角４５°と一致させた場合には、スクリーン３４上のＡ’側とＢ’側とで、ダイクロイックプリズム２６による輝度むらが大きく現れているが、最大効率入射角度を４５°から徐々に大きくするに従い、スクリーン３４上に形成される画像の輝度むらは減少し、５０．６°とした場合には、ほぼ完全に解消されている。
【００４８】
ただし、５０．６°までずらした場合の結果は、４６．９°の場合の結果と比較すると、輝度むらは大いに改善されているが、スクリーン３４全体としての輝度が低下している。このため、変位量は、輝度と輝度むらの競合関係を考慮して、適当な値を選択することが望ましい。
【００４９】
この結果からは、一般的な構成の液晶プロジェクターの場合、２°〜７°程度の範囲内でずらすことが好ましいことが分かる。特に、３°〜５°程度ずらした場合、輝度むらがほぼ完全に解消され、かつ全体輝度の低下も過大なものとならず、この範囲が特に好ましい範囲である。
【００５０】
図７は、この発明にかかる液晶ビームスプリッターの第２の実施形態を示す図である。この液晶ビームスプリッターが第１の実施形態のそれと大きく相違する点は、照明光学系２００において、偏光ビームスプリッタ４’を平板状に構成した点と、部品配置を変更し、これに伴って色分離光学系であるダイクロイックフィルター１３’の特性を変更した点である。以下、これらの第１実施形態との相違点を有する照明光学系２００を中心に詳細に説明する一方、共通する構成には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【００５１】
この第２の実施形態における照明光学系２００では、図７に示すように、一方の焦点位置に光源１が配置された放物面鏡２は、同図の左手側が開口側となるように配置され、この開口側に第１レンズアレイ３が配置されており、光源１から放射されたランダム偏光の光束が直接的に、および放物面鏡２による反射光とともに、この第１レンズアレイ３に入射し、複数の光束に分割された後、全体形状が平板状に構成された偏光ビームスプリッタ４’に入射する。
【００５２】
この平板状の偏光ビームスプリッタ４’は、一方の面を第１レンズアレイ３からの光束の入射面４’ａとし、他方の面を射出面４’ｂとして、これら入射面４’ａおよび射出面４’ｂに対して４５°傾いた角度で、所定厚みのガラス基板４’ｃと偏光分離膜５’とを積層することにより構成されている。したがって、第１レンズアレイ３からこの入射面４’ａに垂直入射する光束のうち、偏光分離膜５’で反射する性質を有する第１の直線偏光成分（ｓ偏光成分）は、偏光分離膜５’に入射角４５°で入射するため反射角４５°で反射し、隣に位置する偏光分離膜５’に入射角４５°で入射する。続いて、この隣の偏光分離膜５’においても反射角４５°で反射して、結局、光束８’として射出面４’ｂから垂直に射出される。一方、偏光分離膜５’を透過する性質を有する第２の直線偏光成分（ｐ偏光成分）は、偏光分離膜５’を透過し、光束９’として射出面４’ｂから垂直に射出される。
【００５３】
このように、偏光ビームスプリッタ４’はランダム偏光をｓ偏光とｐ偏光に分離するが、この偏光分離効率が最大となる偏光分離膜の最大効率入射角度は、第１レンズアレイ３から入射する光束の主光線５１’の入射角である４５°から若干ずれるように構成されている。この点については、後に詳述する。
【００５４】
また、このように構成された偏光ビームスプリッタ４’の射出面４’ｂに対向して、第２レンズアレイ１１が第１レンズアレイ３の焦点位置近傍に配置され、この第２レンズアレイ１１を構成する個々のレンズの近傍で複数の二次光源像が形成されている。そして、第２レンズアレイ１１の入射面のうち光束９’が入射する部分には、半波長板１０が取り付けられ、この第２レンズアレイ１１から射出された照明光は、その偏光方向が第１の直線偏光方向（ｓ偏光方向）に揃えられている。
【００５５】
第２レンズアレイ１１近傍に形成された二次光源像からの光束は、Ｒの波長帯の光束を反射し、Ｇ及びＢの波長帯の光束を透過するダイクロイックフィルター１３’により、Ｒ波長帯の光束と、Ｇ及びＢの波長帯の光束とが分離され、その後は、第１の実施形態と同様に、ダイクロイックフィルター１４によりＧの波長帯の光束とＢの波長帯の光束とが分離される。こうしてＲＧＢの３色の波長帯に分離された光束は、さらに、全反射ミラー１８、２０、２２、およびレンズ１９、２１、フィールドレンズ２３、２４、２５により、それぞれ対応する液晶パネル１５、１６、１７に光軸に対して平行に照射されて、それぞれ対応する液晶パネル１５、１６、１７を照明する。
【００５６】
このような構成の照明光学系２００を備えた液晶プロジェクターにおいて、スクリーン３４上に形成される画像における輝度むらを軽減あるいは解消するための偏光分離膜５’の構成について、画像の輝度にもっとも影響の大きいＧ波長帯の光束に基づき説明する。
【００５７】
この実施形態は、照明光学系２００を除き第１実施形態と同一の構成であるから、液晶パネル１５、１６、１７を均一照明した場合に生じるスクリーン３４上に形成される画像の輝度むらは第１実施形態のそれと同一である。すなわち、スクリーン３４上では、液晶パネル１６のＣ側の像Ｃ’が暗く、Ｄ側の像Ｄ’が明るくなる。したがって、照明光学系２００により、液晶パネル１６のＣ側を明るく、Ｄ側を暗く照明すれば、スクリーン３４上に形成される画像における輝度むらを軽減あるいは解消することができる。
【００５８】
そこで、第１レンズアレイ３を構成するレンズの１つであるレンズ３ｂを例として、このレンズ３ｂから液晶パネル１６への光路を考えると、液晶パネル１６のＣ側は、レンズ３ｂのＣ”側に対応し、液晶パネル１６のＤ側は、レンズ３ｂのＤ”側に対応している。ここで、これらの光路を通る光束の偏光分離膜５’への入射角を考えると、Ｃ”からＣへ至る光路５２’の光束は４５°−βであり、Ｄ”からＤへ至る光路５３’の光束は４５°＋βである。
【００５９】
したがって、この第２実施形態の構成によれば、偏光分離膜５’の最大効率入射角度を偏光分離膜５’への光束の主光線の入射角度４５°より小さくすることにより、液晶パネルのＣ側がＤ側より明るい照度むらが形成され、その結果、スクリーン３４上に形成される画像の輝度むらを減少あるいは解消することができる。
【００６０】
この第２実施形態の液晶プロジェクターにおいて、偏光分離膜５’の最大効率入射角度を様々に変更した場合の、スクリーン３４上に形成される画像の輝度を図８に示す。この結果においても、最大効率入射角度を４５°からずらしていくに従い、スクリーン３４上に形成される画像の輝度むらは減少している。
【００６１】
以上、実施形態に即してこの発明を説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように構成してもよい。
【００６２】
（１）投影光学系は、テレセントリックな投影レンズに限ることなく、例えば、非テレセントリックな投影レンズを用いてもよい。なお、この場合には、投影レンズの焦点距離等も、スクリーン上に形成される画像の輝度むらに影響を与えうるため、これも考慮して液晶パネル上の照度むらを形成することが望ましい。
【００６３】
（２）上記実施形態では、偏光分離膜の最大効率入射角度を光源からの主光線の入射角度からずらすことにより、液晶パネル面に照度むらを形成する構成としたが、逆に、偏光分離膜の最大効率入射角度に対して、光源からの主光線の入射角度をずらすことにより、最大効率入射角度と光源からの主光線の入射角度の相対的なずれを形成し、液晶パネル面に照度むらを形成する構成としてもよい。
【００６４】
（３）上記実施形態では、偏光分離膜の最大効率入射角度を光源からの主光線の入射角度からずらすことにより、液晶パネル面に照度むらを形成する構成としたが、このような構成に限ることなく、例えば、照明光学系に、照度むらを形成するための専用フィルター等を備える構成などとしてもよい。
【００６５】
（４）光源から偏光偏光分離膜へ入射する主光線の入射角度は、液晶プロジェクター内の部品配置等に応じて設定すればよく、４５°に限定するものではない。
【００６６】
（５）上記実施形態では、Ｇの波長帯の光束に着目しながらも、すべての液晶パネルに照度むらが形成される構成としているが、１あるいは２の液晶パネルにのみ照度むらを形成する構成としてもよい。ただし、このような構成とする場合であっても、Ｇ用液晶パネルには照度むらを形成することが望ましい。
【００６７】
（６）上記実施形態では、偏光ビームスプリッタに第１レンズアレイによる収束光を入射させる構成を挙げたが、このような構成に限るものではない。例えば、偏光ビームスプリッタに光源からの拡散光が直接に入射する構成や、レンズを介して拡散光が入射する構成としてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、液晶パネルを均一照明した際に生じるスクリーン上に形成される画像の輝度むらに応じて、照明光学系により第１、第２及び第３の液晶パネルのうち少なくとも１の液晶パネルを照度むらをもって照明するように構成しているため、液晶パネルを均一照明した際に生じるスクリーン上に形成される画像の輝度むらが、あらかじめ照明光学系により液晶パネル上に形成される照度むらと打ち消し合い、スクリーン上に形成される画像の輝度むらを軽減あるいは解消することができる。そして、光源から偏光分離膜への入射光の主光線の入射角度に対し、偏光分離膜の最大効率入射角度を相対的にずらしているため、スクリーン上に形成される画像の輝度むらを軽減あるいは解消するための、液晶パネル上の所望の照度むらを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態にかかる液晶プロジェクターの構成図である。
【図２】 Ｇ波長帯の光束の光軸を１直線上に表した説明図である。
【図３】 ダイクロイックミラーの特性図、及びダイクロイックプリズムを透過する波長域を示す図である。
【図４】 スクリーン、液晶パネル及び第１レンズアレイを構成するレンズの共役関係を概念的に示した説明図である。
【図５】 偏光分離膜の光線の入射角度と偏光変換効率との関係を示すグラフである。
【図６】 第１実施形態において、偏光分離膜の偏光変換効率が最大となる光線の入射角度を様々に変化させた場合における、スクリーン上に形成される画像の輝度を示すグラフである。
【図７】 第２実施形態にかかる液晶プロジェクターの構成図である。
【図８】 第２実施形態において、偏光分離膜の偏光変換効率が最大となる光線の入射角度を様々に変化させた場合における、スクリーン上に形成される画像の輝度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光源
２ 放物面鏡
３ 第１レンズアレイ
４ 偏光ビームスプリッタ
５ 偏光分離膜
６ 平行平板
８ 第１偏光成分（ｓ偏光）の光束
９ 第２偏光成分（ｐ偏光）の光束
１０ 半波長板
１１ 第２レンズアレイ
１３、１４ ダイクロイックフィルター
１５、１６、１７ 液晶パネル
２３、２４、２５ フィールドレンズ
２６ ダイクロイックプリズム
２７ 赤反射ダイクロイックミラー
２８ 青反射ダイクロイックミラー
３３ 投影レンズ
【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影するための液晶プロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶プロジェクターは、３原色光ＲＧＢに対応する光学画像を３つの液晶パネル上にそれぞれ形成するとともに、当該液晶パネルを照明光学系により照明し、各液晶パネル上に形成された光学画像をダイクロイックプリズムにより合成するとともに、当該合成光学画像を投影レンズによりスクリーン上に拡大投影するものである。
【０００３】
この照明光学系は、一般に、効率よく液晶パネルを照明するため、まず、偏光分離膜および半波長板を利用して偏光方向が揃った照明光を形成し、この照明光をダイクロイックフィルターにより、ＲＧＢの３原色光に分離した後、各原色光を対応する液晶パネルに照射して液晶パネルを照明する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような液晶プロジェクターでは、液晶パネル面を均一に照明しても、スクリーン上に投影された光学画像に輝度むらが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、スクリーン上に投影される画像における輝度むらを低減することができる液晶プロジェクターを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１、第２及び第３原色光に対応する光学画像をそれぞれ形成する第１、第２及び第３の液晶パネルと、前記第１の液晶パネルに第１原色光を、前記第２の液晶パネルに第２原色光を、また前記第３の液晶パネルに第３原色光を照射する照明光学系と、ダイクロイックフィルター及び／またはダイクロイックミラーを組み合わせて、前記第１、第２及び第３の液晶パネル上の光学画像を合成する画像合成光学系と、
前記画像合成光学系により合成された光学画像をスクリーン上に拡大投影する投影光学系とを備えた液晶プロジェクターにおいて、前記照明光学系は、光源と、互いに偏光方向が直交する２方向の直線偏光成分の一方を透過し、他方を反射することにより、前記光源からの入射光を偏光分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜により分離された２方向の直線偏光成分のうち、どちらか一方の直線偏光成分の偏光方向を他方の直線偏光成分の偏光方向に変換する偏光変換光学系と、こうして偏光方向の揃えられた光束を、第１、第２及び第３原色光に分離する色分離光学系とを備え、前記光源から前記偏光分離膜に入射する光の主光線の入射角度に対し、前記偏光分離膜の偏光分離効率が最大となる最大効率入射角度を相対的にずらすことによって形成される照度むらをもって、前記照明光学系により前記第１、第２及び第３の液晶パネルのうち少なくとも１つ以上の液晶パネルを照明するものである。
【０００７】
この構成によれば、光源から偏光分離膜に入射する光の主光線の入射角度に対し、偏光分離膜の最大効率入射角度が相対的にずれているために、照明光学系から射出される光束は主光線からずれたところに光強度のピークを有しており、この結果、液晶パネル面に照度むらが形成される。したがって、液晶パネルを均一照明した際にスクリーン上に形成される光学画像の輝度むらに応じて、この最大効率入射角度の相対ずれ量を設定することにより、スクリーン上に形成される画像の輝度むらが軽減あるいは解消される。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記光源からの入射光の主光線の入射角度に対する、前記最大効率入射角度の相対ずれ量が２〜７度となるように、前記偏光分離膜を構成したものである。
【０００９】
この構成によれば、光源からの入射光の主光線の入射角度に対し、最大効率入射角度の相対ずれ量を２〜７度としているため、ずれのため生じる光源からの入射光の過大なエネルギーロスを押さえつつ、スクリーン上に形成される光学画像の輝度むらを解消するために必要な液晶パネル上の照度むらが形成される。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記光源からの入射光の主光線の入射角度に対する、前記最大効率入射角度の相対ずれ量が３〜５度となるように、前記偏光分離膜を構成したものである。
【００１１】
この構成によれば、光源からの入射光の主光線の入射角度に対し、最大効率入射角度の相対ずれ量を特に３〜５度としているため、輝度むらがさらに低減され、かつ全体輝度の低下も過大なものとならない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる液晶プロジェクターの第１の実施形態を示す図である。この液晶プロジェクターは、スクリーン上に拡大投影する所望の光学画像を形成する３つの液晶パネル１５〜１７と、偏光方向が揃った照明光を発生させるとともに、当該照明光を３つの原色光に色分離して各原色光を対応する液晶パネルに照射して当該液晶パネルを照明する照明光学系１００と、各液晶パネル１５〜１７から出射する色成分光を光軸を一致させて各液晶パネル上の光学画像を合成するダイクロイックプリズム（画像合成光学系）２６と、ダイクロイックプリズム２６からの光をスクリーン上に導光して当該スクリーン上に液晶パネル１５〜１７に形成された画像の合成画像を拡大投影する投影光学系３３とで構成されている。以下、各部の構成について順次説明する。
【００１３】
照明光学系１００では、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などからなる光源１が放物面鏡２の一方の焦点位置に配置されており、放物面鏡２の開口側（同図の右手側）に向けて光源１からの光束の一部が直接出射するとともに、残りの光束が放物面鏡２の反射面で反射された後、放物面鏡２の開口側に導光されるように構成されている。
【００１４】
また、この放物面鏡２の開口側に複数のレンズを二次元状に配列してなる第１レンズアレイ３が配置されており、上記のようにして光源１から放射されたランダム偏光の光束が直接的に、および放物面鏡２による反射光とともに、当該第１レンズアレイ３に入射し、複数の光束に分割された後、偏光ビームスプリッタ４に入射する。
【００１５】
この偏光ビームスプリッタ４では、一方の直角面４ａが第１レンズアレイ３からの光束の入射面となっているとともに、斜面４ｂに偏光分離膜５が形成されている。また、この偏光分離膜５には平行平板６が接合されており、偏光分離膜５を透過してきた透過光が平行平板６の非接合面７で全反射され、偏光分離膜５側に戻される。すなわち、偏光ビームスプリッタ４の直角面４ａに垂直入射する光束のうち、第１の直線偏光成分（ｓ偏光成分）は偏光分離膜５で反射し、光束８として面４ｃから射出される一方、第２の直線偏光成分（ｐ偏光成分）は偏光分離膜５を透過し、平行平板６の他面７で全反射し、光束９として面４ｃから射出される。したがって、偏光ビームスプリッタ４からは、入射する光束の２倍の数の光束８及び光束９が射出される。なお、この実施形態では、平行平板７の厚みを適当に設定することにより、射出される光束８及び光束９のピッチは等間隔とされている。
【００１６】
このように、偏光ビームスプリッタ４はランダム偏光をｓ偏光とｐ偏光に分離するが、その偏光分離効率は偏光分離膜５への光束の入射角に応じて変化し、特定の入射角で偏光分離効率が最大となる（なお、この明細書では、このときの入射角を「最大効率入射角度」と称する）。そして、この実施形態では、スクリーン上の画像における輝度むらを抑制するために、特に偏光分離膜５への光束の主光線の入射角が最大効率入射角度から若干ずれるように構成されている。その理由については、液晶プロジェクターの構成を説明した後で詳述する。
【００１７】
また、このように構成された偏光ビームスプリッタ４の面４ｃに対向してオプティカルインテグレータを構成する第２レンズアレイ１１が第１レンズアレイ３の焦点位置近傍に配置されており、第２レンズアレイ１１を構成する個々のレンズの近傍で複数の二次光源像が形成されている。なお、第２レンズアレイ１１を構成するレンズ数は光束８及び光束９と同数、つまり第１のレンズアレイ３が有する複数の第１レンズの数の２倍の個数となっている。そして、第２レンズアレイ１１の入射面のうち光束９が入射される部分には、光束９の第２の直線偏光成分を光束８の第１の直線偏光成分と同一の偏光方向に変換するための半波長板１０が取り付けられている。したがって、この第２レンズアレイ１１および半波長板１０から出射してきた照明光では、その偏光方向が第１の直線偏光方向に揃えられている。
【００１８】
第２レンズアレイ１１近傍に形成された二次光源像からの光束は、Ｒの波長帯の光束を透過し、Ｇ及び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１３と、Ｇの波長帯の光束を反射し、Ｂの波長帯の光束を透過するダイクロイックフィルター１４により、ＲＧＢの３色の波長帯の光束に分離され、それぞれ対応する液晶パネル１５、１６、１７に照射する。
【００１９】
具体的には、Ｒ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、全反射ミラー１８で反射して、フィールドレンズ２３を介してＲ用液晶パネル１５に光軸に対して平行に照射されて当該液晶パネル１５を照明する。Ｇの波長帯の光束は、２つのダイクロイックフィルター１３、１４の両方で反射し、フィールドレンズ２４を介してＧ用液晶パネル１６に光軸に対して平行に照射されて当該液晶パネル１６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１３で反射し、ダイクロイックフィルター１４を透過して、さらにレンズ１９、全反射ミラー２０、レンズ２１、全反射ミラー２２およびフィールドレンズ２５を介して、Ｂ用の液晶パネル１７に光軸に対して平行に照射されて当該液晶パネル１７を照明する。
【００２０】
この第１実施形態では、液晶パネル１５〜１７は透過型液晶パネルであり、上記のように構成された照明光学系１００によりＲの波長帯の光束が照射される液晶パネル１５はＲＧＢのうちのＲの光学画像を形成し、液晶パネル１６はＲＧＢのうちのＧの光学画像を形成し、また液晶パネル１７はＲＧＢのうちのＢの光学画像を形成する。そして、各液晶パネル１５〜１７からの光束が画像合成光学系であるダイクロイックプリズム２６に入射し、液晶パネル１５〜１７上の光学画像が合成される。
【００２１】
ダイクロイックプリズム２６は、４個の直角プリズムの直角面を接合することにより立方体状または直方体状に形成されたもので、接合面には、赤反射ダイクロイックミラー２７及び青反射ダイクロイックミラー２８が多層膜として形成されている。赤反射ダイクロイックミラー２７とは、Ｒの波長帯の光束を反射し、Ｇ及びＢの波長帯の光束を透過するものであり、青反射ダイクロイックミラー２８とは、Ｂの波長帯の光束を反射し、Ｒ及びＧの波長帯の光束を透過するものである。
【００２２】
また、このダイクロイックプリズム２６では、４個の直角プリズムの斜面である４面のうち、３面が液晶パネルに対向配置される入射面２９、３０、３１であり、１面が射出面３２となっている。すなわち、Ｇ用液晶パネル１６は入射面３０に対向して配置され、Ｇ用液晶パネル１６からの光は、２つのダイクロイックミラー２７、２８を透過して射出面３２に至る。Ｒ用及びＢ用液晶パネル１５、１７は入射面２９、３１に対向してそれぞれ配置され、Ｒ用及びＢ用液晶パネル１５、１７からの光は、それぞれ赤反射ダイクロイックミラー２７及び青反射ダイクロイックミラー２８により直角に反射して、射出面３２に至る。このように、ダイクロイックプリズム２６は各液晶パネル１５〜１７から出射する色成分光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光軸を一致させて各液晶パネル１５〜１７上の光学画像を合成する。
【００２３】
こうして合成された光学画像は、ダイクロイックプリズム２６の射出面３２に対向して配置された、投影光学系であるテレセントリックな投影レンズ３３により、スクリーン上に拡大投影される。
【００２４】
次に、上記第１実施形態において、偏光分離膜５への光束の主光線の入射角が最大効率入射角度から若干ずれるように構成している理由について詳述する。
【００２５】
従来では、スクリーン上に優れた光学画像を拡大投影するために、液晶パネル１５〜１７を均一に照明していたが、実際にスクリーン上に投影される画像においては、部分的に輝度が異なっていた。そこで、かかる問題が生じる原因について考察した処、次の結論を得た。
【００２６】
以下、このスクリーン上に形成される画像に輝度差の生じる原因について、図２を参照しつつ画像の輝度に対して最も影響力を有するＧの波長帯の光束に基づき説明する。なお、簡単のため、偏光ビームスプリッタによる偏光分離及び偏光方向を揃える偏光変換については省略している。
【００２７】
上述のように、第１レンズアレイ３の各レンズで分割された光源からの光束は、第２レンズアレイ１１近傍に収束されて二次光源像１２を形成し、この二次光源像１２のそれぞれが液晶パネル１６の全面を照射する。すなわち、第１レンズアレイ３を構成する各レンズが、それぞれ液晶パネル１６と共役な位置に配置されている。したがって、液晶パネル１６のＡ側に至る光束の光路及びＢ側に至る光束の光路は、図２に実線及び破線で示す通りである。
【００２８】
一方、液晶パネル１６の入射側近傍に設置されるフィールドレンズ２４は、第２レンズアレイ１１近傍の二次光源像１２から広がりながら入射する光束を平行光束とすることにより、液晶パネル１６をテレセントリック照明するものであるから、フィールドレンズ２４の焦点距離は、第２レンズアレイ１１とフィールドレンズ２４との距離に等しくなるように設定されている。
【００２９】
ここで、液晶パネル１６のＡ側に入射する光束について考察すると、例えば５本の光路４１〜４５を通る光束があるが、上記の設定のフィールドレンズ２４によれば、これら５本の光束のうち、光軸４０上のレンズ３ａからの光路４３を通る光束のみが、光軸４０に対して平行なものとなる。
【００３０】
しかし、スクリーン上に形成される画像の輝度に対して影響を及ぼす光束のエネルギーは、光軸４０上に中心を有した分布をしているため（図２（ｂ）参照）、液晶パネルのＡ側に入射する上記５本の光束の中では、光路４２及び４３を通る光束が最もエネルギーが高く、以下、光路４１及び４４、光路４５と続くこととなる。すなわち、Ａ側に入射する光束のエネルギー分布の中心４６は、光路４３とは一致せず、光路４２と４３との間にある。したがって、フィールドレンズ２４により光路４３の光束が光軸４０と平行になった場合には、エネルギー分布の中心４６は光軸４０に対して傾いたものとなり、ダイクロイ
ックプリズム２６には、収束気味に入光することとなる。
【００３１】
例えば、液晶パネル１６のＡ側からダイクロイックプリズム２６に入射する光束のエネルギー中心４６が、角度αだけ収束気味であったとすれば、赤反射ダイクロイックミラー２７に４５°＋α、青反射ダイクロイックミラー２８に４５°−αの角度で入射することとなる。同様に考えれば、液晶パネル１６のＢ側からの光束のエネルギー中心４７は、Ａ側とは逆に、青反射ダイクロイックミラー２８に４５°＋α、赤反射ダイクロイックミラー２７に４５°−αの角度で入射することとなる。
【００３２】
しかし、一般に、ダイクロイックプリズム２６内の赤反射及び青反射ダイクロイックミラー２７、２８は、ともに入射角度の増大にしたがって透過率５０％となる波長（以下、「カットオフ波長」という）が短波長側にずれるという特性を有するため、Ａ側からの光束とＢ側からの光束とでは、ダイクロイックプリズム２６を透過できる波長域が異なってしまうという問題が生じる。
【００３３】
具体的に説明するため、ダイクロイックプリズム２６に入射する光束のエネルギー中心の収束角度αを１０°とし、図３（ａ）、（ｂ）に示す特性を有するダイクロイックミラーを考える。図３（ａ）に示す赤反射ダイクロイックミラー２７のカットオフ波長は、入射角４５°で５９０ｎｍであるが、入射角５５°のとき５８０ｎｍ、入射角３５°のとき６００ｎｍである。同様に、図３（ｂ）に示す青反射ダイクロイックミラー２８のカットオフ波長は、入射角４５°で５００ｎｍであるが、入射角５５°のとき４９０ｎｍ、入射角３５°のとき５１０ｎｍである。
【００３４】
したがって、これらを合わせると、図３（ｃ）に示すように、液晶パネル１６のＡ側からの光束は５１０〜５８０ｎｍ、Ｂ側からの光束は４９０〜６００ｎｍの波長域のものがダイクロイックプリズム２６を透過し、Ｂ側の方が透過する帯域幅が広いため明るく、その結果、投影レンズ３３を通してスクリーン上に形成される画像において輝度差が生じることとなる。
【００３５】
この課題を解決するため、この実施形態は、偏光分離膜５への光束の入射角を最大効率入射角度から若干ずらすことによってあらかじめ照度むらをもって液晶パネル１５、１６、１７を照明することにより、この液晶パネル１５、１６、１７上の照度むらと、ダイクロイックミラー２７、２８による影響とを打ち消し合わせ、スクリーン上に形成される画像における輝度の均一化を図るものである。
【００３６】
以下、偏光分離膜５の具体的な構成について図４を参照しつつ説明する。図４は、スクリーン３４、Ｇ用液晶パネル１６及び第１レンズアレイ３を構成する個々のレンズの共役関係を概念的に示した説明図である。
【００３７】
上述したように、図４においても、液晶パネル１６を均一照明した場合、ダイクロイックプリズム２６の赤反射ダイクロイックミラー２７及び青反射ダイクロイックミラー２８の配置によれば、スクリーン３４上では液晶パネル１６上のＡ側の像Ａ’が暗く、Ｂ側の像Ｂ’が明るくなる。したがって、照明光学系１００により、液晶パネル１６のＡ側を明るく、Ｂ側を暗く照明すれば、スクリーン３４上に形成される画像における輝度むらを軽減あるいは解消することができる。
【００３８】
第１レンズアレイ３を構成するレンズはそれぞれが液晶パネル１６と共役関係にあるが、これらを光軸４０上にあるレンズ３ａに代表させ、このレンズ３ａから液晶パネル１６への光路を考えると、液晶パネル１６上のＡ側はレンズ３ａのＡ”側に対応し、Ｂ側はＢ”側に対応している。
【００３９】
ここで、レンズ３ａから偏光分離膜５への入射角度を考えれば、主光線５１は偏光分離膜５に４５°で入射するが、Ａ”からＡへ至る光路５２の光束は４５°＋β、Ｂ”からＢへ至る光路５３の光束は４５°−βで偏光分離膜５に入射する。なお、この角度βは、レンズ３ａ（第１レンズアレイ）の集光角に起因するものであり、第１レンズアレイ３を構成するすべてのレンズに共通である。
【００４０】
このように、液晶パネル１６のＡ側に至る光束とＢ側に至る光束とは、偏光分離膜５に異なる入射角で入射するが、この偏光分離膜５にも、ダイクロイックミラー２７、２８と同様に、偏光分離効率に入射角依存性があり、最大効率入射角度を中心として、その前後では、ほぼ対称に低下するという性質がある。ここで、最大効率入射角度を４５°及び４６．９°に構成した偏光分離膜５の、光線の入射角度と偏光分離効率の関係を示すグラフを図５に示す。このような偏光分離効率の入射角依存性を利用して、液晶パネル１６面を照明する際に照度むらを形成することができる。
【００４１】
偏光分離膜５は、一般に、高屈折率層（屈折率ｎＨ）と低屈折率層（屈折率ｎＬ）との交互積層膜からなり、ガラス層（屈折率ｎＧ）で挟み込まれた状態で用いられる。この偏光分離膜５の偏光分離効率が最大となる入射角度θは、次式で与えられる。
【００４２】
【数１】
したがって、適当な材質を組み合わせることにより、任意の最大効率入射角度を有する偏光分離膜５を構成することができる。
【００４４】
図４に戻って、この実施形態では、Ｂ”から偏光分離膜５に入射角４５°−βで入射して液晶パネル上のＢに至る光路５３の光束の照度に対し、Ａ”から偏光分離膜５に入射角４５°＋βで入射して液晶パネル上のＡに至る光路５２の光束の輝度を高くして、液晶パネル１６上のＡ側がＢ側より明るくなるような照度むらを形成することが望まれる。
【００４５】
そこで、この実施形態では、第１レンズアレイ３から入射する主光線の入射角度４５°より、最大効率入射角度が大きなものとなるように偏光分離膜５を形成している。
【００４６】
この最大効率入射角度の変位量は、第１レンズアレイ３の焦点距離のみならず、ダイクロイックプリズム２６や、投影レンズ３３にも依存しうるものであるため、一概に決定することはできない。そこで、一例として、この第１実施形態の液晶プロジェクターにおいて、偏光分離膜５の最大効率入射角度を様々に変更した場合の、スクリーン３４上に形成される画像の輝度を図６に示す。
【００４７】
この図６に見られるように、最大効率入射角度を第１レンズアレイ３からの主光線の入射角４５°と一致させた場合には、スクリーン３４上のＡ’側とＢ’側とで、ダイクロイックプリズム２６による輝度むらが大きく現れているが、最大効率入射角度を４５°から徐々に大きくするに従い、スクリーン３４上に形成される画像の輝度むらは減少し、５０．６°とした場合には、ほぼ完全に解消されている。
【００４８】
ただし、５０．６°までずらした場合の結果は、４６．９°の場合の結果と比較すると、輝度むらは大いに改善されているが、スクリーン３４全体としての輝度が低下している。このため、変位量は、輝度と輝度むらの競合関係を考慮して、適当な値を選択することが望ましい。
【００４９】
この結果からは、一般的な構成の液晶プロジェクターの場合、２°〜７°程度の範囲内でずらすことが好ましいことが分かる。特に、３°〜５°程度ずらした場合、輝度むらがほぼ完全に解消され、かつ全体輝度の低下も過大なものとならず、この範囲が特に好ましい範囲である。
【００５０】
図７は、この発明にかかる液晶ビームスプリッターの第２の実施形態を示す図である。この液晶ビームスプリッターが第１の実施形態のそれと大きく相違する点は、照明光学系２００において、偏光ビームスプリッタ４’を平板状に構成した点と、部品配置を変更し、これに伴って色分離光学系であるダイクロイックフィルター１３’の特性を変更した点である。以下、これらの第１実施形態との相違点を有する照明光学系２００を中心に詳細に説明する一方、共通する構成には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【００５１】
この第２の実施形態における照明光学系２００では、図７に示すように、一方の焦点位置に光源１が配置された放物面鏡２は、同図の左手側が開口側となるように配置され、この開口側に第１レンズアレイ３が配置されており、光源１から放射されたランダム偏光の光束が直接的に、および放物面鏡２による反射光とともに、この第１レンズアレイ３に入射し、複数の光束に分割された後、全体形状が平板状に構成された偏光ビームスプリッタ４’に入射する。
【００５２】
この平板状の偏光ビームスプリッタ４’は、一方の面を第１レンズアレイ３からの光束の入射面４’ａとし、他方の面を射出面４’ｂとして、これら入射面４’ａおよび射出面４’ｂに対して４５°傾いた角度で、所定厚みのガラス基板４’ｃと偏光分離膜５’とを積層することにより構成されている。したがって、第１レンズアレイ３からこの入射面４’ａに垂直入射する光束のうち、偏光分離膜５’で反射する性質を有する第１の直線偏光成分（ｓ偏光成分）は、偏光分離膜５’に入射角４５°で入射するため反射角４５°で反射し、隣に位置する偏光分離膜５’に入射角４５°で入射する。続いて、この隣の偏光分離膜５’においても反射角４５°で反射して、結局、光束８’として射出面４’ｂから垂直に射出される。一方、偏光分離膜５’を透過する性質を有する第２の直線偏光成分（ｐ偏光成分）は、偏光分離膜５’を透過し、光束９’として射出面４’ｂから垂直に射出される。
【００５３】
このように、偏光ビームスプリッタ４’はランダム偏光をｓ偏光とｐ偏光に分離するが、この偏光分離効率が最大となる偏光分離膜の最大効率入射角度は、第１レンズアレイ３から入射する光束の主光線５１’の入射角である４５°から若干ずれるように構成されている。この点については、後に詳述する。
【００５４】
また、このように構成された偏光ビームスプリッタ４’の射出面４’ｂに対向して、第２レンズアレイ１１が第１レンズアレイ３の焦点位置近傍に配置され、この第２レンズアレイ１１を構成する個々のレンズの近傍で複数の二次光源像が形成されている。そして、第２レンズアレイ１１の入射面のうち光束９’が入射する部分には、半波長板１０が取り付けられ、この第２レンズアレイ１１から射出された照明光は、その偏光方向が第１の直線偏光方向（ｓ偏光方向）に揃えられている。
【００５５】
第２レンズアレイ１１近傍に形成された二次光源像からの光束は、Ｒの波長帯の光束を反射し、Ｇ及びＢの波長帯の光束を透過するダイクロイックフィルター１３’により、Ｒ波長帯の光束と、Ｇ及びＢの波長帯の光束とが分離され、その後は、第１の実施形態と同様に、ダイクロイックフィルター１４によりＧの波長帯の光束とＢの波長帯の光束とが分離される。こうしてＲＧＢの３色の波長帯に分離された光束は、さらに、全反射ミラー１８、２０、２２、およびレンズ１９、２１、フィールドレンズ２３、２４、２５により、それぞれ対応する液晶パネル１５、１６、１７に光軸に対して平行に照射されて、それぞれ対応する液晶パネル１５、１６、１７を照明する。
【００５６】
このような構成の照明光学系２００を備えた液晶プロジェクターにおいて、スクリーン３４上に形成される画像における輝度むらを軽減あるいは解消するための偏光分離膜５’の構成について、画像の輝度にもっとも影響の大きいＧ波長帯の光束に基づき説明する。
【００５７】
この実施形態は、照明光学系２００を除き第１実施形態と同一の構成であるから、液晶パネル１５、１６、１７を均一照明した場合に生じるスクリーン３４上に形成される画像の輝度むらは第１実施形態のそれと同一である。すなわち、スクリーン３４上では、液晶パネル１６のＣ側の像Ｃ’が暗く、Ｄ側の像Ｄ’が明るくなる。したがって、照明光学系２００により、液晶パネル１６のＣ側を明るく、Ｄ側を暗く照明すれば、スクリーン３４上に形成される画像における輝度むらを軽減あるいは解消することができる。
【００５８】
そこで、第１レンズアレイ３を構成するレンズの１つであるレンズ３ｂを例として、このレンズ３ｂから液晶パネル１６への光路を考えると、液晶パネル１６のＣ側は、レンズ３ｂのＣ”側に対応し、液晶パネル１６のＤ側は、レンズ３ｂのＤ”側に対応している。ここで、これらの光路を通る光束の偏光分離膜５’への入射角を考えると、Ｃ”からＣへ至る光路５２’の光束は４５°−βであり、Ｄ”からＤへ至る光路５３’の光束は４５°＋βである。
【００５９】
したがって、この第２実施形態の構成によれば、偏光分離膜５’の最大効率入射角度を偏光分離膜５’への光束の主光線の入射角度４５°より小さくすることにより、液晶パネルのＣ側がＤ側より明るい照度むらが形成され、その結果、スクリーン３４上に形成される画像の輝度むらを減少あるいは解消することができる。
【００６０】
この第２実施形態の液晶プロジェクターにおいて、偏光分離膜５’の最大効率入射角度を様々に変更した場合の、スクリーン３４上に形成される画像の輝度を図８に示す。この結果においても、最大効率入射角度を４５°からずらしていくに従い、スクリーン３４上に形成される画像の輝度むらは減少している。
【００６１】
以上、実施形態に即してこの発明を説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように構成してもよい。
【００６２】
（１）投影光学系は、テレセントリックな投影レンズに限ることなく、例えば、非テレセントリックな投影レンズを用いてもよい。なお、この場合には、投影レンズの焦点距離等も、スクリーン上に形成される画像の輝度むらに影響を与えうるため、これも考慮して液晶パネル上の照度むらを形成することが望ましい。
【００６３】
（２）上記実施形態では、偏光分離膜の最大効率入射角度を光源からの主光線の入射角度からずらすことにより、液晶パネル面に照度むらを形成する構成としたが、逆に、偏光分離膜の最大効率入射角度に対して、光源からの主光線の入射角度をずらすことにより、最大効率入射角度と光源からの主光線の入射角度の相対的なずれを形成し、液晶パネル面に照度むらを形成する構成としてもよい。
【００６４】
（３）上記実施形態では、偏光分離膜の最大効率入射角度を光源からの主光線の入射角度からずらすことにより、液晶パネル面に照度むらを形成する構成としたが、このような構成に限ることなく、例えば、照明光学系に、照度むらを形成するための専用フィルター等を備える構成などとしてもよい。
【００６５】
（４）光源から偏光偏光分離膜へ入射する主光線の入射角度は、液晶プロジェクター内の部品配置等に応じて設定すればよく、４５°に限定するものではない。
【００６６】
（５）上記実施形態では、Ｇの波長帯の光束に着目しながらも、すべての液晶パネルに照度むらが形成される構成としているが、１あるいは２の液晶パネルにのみ照度むらを形成する構成としてもよい。ただし、このような構成とする場合であっても、Ｇ用液晶パネルには照度むらを形成することが望ましい。
【００６７】
（６）上記実施形態では、偏光ビームスプリッタに第１レンズアレイによる収束光を入射させる構成を挙げたが、このような構成に限るものではない。例えば、偏光ビームスプリッタに光源からの拡散光が直接に入射する構成や、レンズを介して拡散光が入射する構成としてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、液晶パネルを均一照明した際に生じるスクリーン上に形成される画像の輝度むらに応じて、照明光学系により第１、第２及び第３の液晶パネルのうち少なくとも１の液晶パネルを照度むらをもって照明するように構成しているため、液晶パネルを均一照明した際に生じるスクリーン上に形成される画像の輝度むらが、あらかじめ照明光学系により液晶パネル上に形成される照度むらと打ち消し合い、スクリーン上に形成される画像の輝度むらを軽減あるいは解消することができる。そして、光源から偏光分離膜への入射光の主光線の入射角度に対し、偏光分離膜の最大効率入射角度を相対的にずらしているため、スクリーン上に形成される画像の輝度むらを軽減あるいは解消するための、液晶パネル上の所望の照度むらを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態にかかる液晶プロジェクターの構成図である。
【図２】 Ｇ波長帯の光束の光軸を１直線上に表した説明図である。
【図３】 ダイクロイックミラーの特性図、及びダイクロイックプリズムを透過する波長域を示す図である。
【図４】 スクリーン、液晶パネル及び第１レンズアレイを構成するレンズの共役関係を概念的に示した説明図である。
【図５】 偏光分離膜の光線の入射角度と偏光変換効率との関係を示すグラフである。
【図６】 第１実施形態において、偏光分離膜の偏光変換効率が最大となる光線の入射角度を様々に変化させた場合における、スクリーン上に形成される画像の輝度を示すグラフである。
【図７】 第２実施形態にかかる液晶プロジェクターの構成図である。
【図８】 第２実施形態において、偏光分離膜の偏光変換効率が最大となる光線の入射角度を様々に変化させた場合における、スクリーン上に形成される画像の輝度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光源
２ 放物面鏡
３ 第１レンズアレイ
４ 偏光ビームスプリッタ
５ 偏光分離膜
６ 平行平板
８ 第１偏光成分（ｓ偏光）の光束
９ 第２偏光成分（ｐ偏光）の光束
１０ 半波長板
１１ 第２レンズアレイ
１３、１４ ダイクロイックフィルター
１５、１６、１７ 液晶パネル
２３、２４、２５ フィールドレンズ
２６ ダイクロイックプリズム
２７ 赤反射ダイクロイックミラー
２８ 青反射ダイクロイックミラー
３３ 投影レンズ
Claims (3)
- 第１、第２及び第３原色光に対応する光学画像をそれぞれ形成する第１、第２及び第３の液晶パネルと、
前記第１の液晶パネルに第１原色光を、前記第２の液晶パネルに第２原色光を、また前記第３の液晶パネルに第３原色光を照射する照明光学系と、
ダイクロイックフィルター及び／またはダイクロイックミラーを組み合わせて、前記第１、第２及び第３の液晶パネル上の光学画像を合成する画像合成光学系と、
前記画像合成光学系により合成された光学画像をスクリーン上に拡大投影する投影光学系とを備えた液晶プロジェクターにおいて、
前記照明光学系は、
光源と、
互いに偏光方向が直交する２方向の直線偏光成分の一方を透過し、他方を反射することにより、前記光源からの入射光を偏光分離する偏光分離膜と、
前記偏光分離膜により分離された２方向の直線偏光成分のうち、どちらか一方の直線偏光成分の偏光方向を他方の直線偏光成分の偏光方向に変換する偏光変換光学系と、
こうして偏光方向の揃えられた光束を、第１、第２及び第３原色光に分離する色分離光学系とを備え、
前記光源から前記偏光分離膜に入射する光の主光線の入射角度に対し、前記偏光分離膜の偏光分離効率が最大となる最大効率入射角度を相対的にずらすことによって形成される照度むらをもって、前記照明光学系により前記第１、第２及び第３の液晶パネルのうち少なくとも１つ以上の液晶パネルを照明すること
を特徴とする液晶プロジェクター。 - 請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記光源からの入射光の主光線の入射角度に対する、前記最大効率入射角度の相対ずれ量が２〜７度となるように、前記偏光分離膜を構成したことを特徴とする液晶プロジェクター。
- 請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記光源からの入射光の主光線の入射角度に対する、前記最大効率入射角度の相対ずれ量が３〜５度となるように、前記偏光分離膜を構成したことを特徴とする液晶プロジェクター。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19416197A JP3797756B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 液晶プロジェクター |
| US09/109,892 US5967635A (en) | 1997-07-03 | 1998-06-30 | Polarized beam splitter and an illumination optical system and a projector provided with a polarized beam splitter |
| US09/339,425 US6190013B1 (en) | 1997-07-03 | 1999-06-24 | Polarized beam splitter and an illumination optical system and a projector provided with a polarized beam splitter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19416197A JP3797756B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 液晶プロジェクター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1138528A JPH1138528A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3797756B2 true JP3797756B2 (ja) | 2006-07-19 |
Family
ID=16319947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19416197A Expired - Fee Related JP3797756B2 (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-18 | 液晶プロジェクター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3797756B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020016423A (ko) * | 2000-08-25 | 2002-03-04 | 이형도 | 3판식 프로젝션 시스템 |
| JP5127143B2 (ja) * | 2006-02-09 | 2013-01-23 | キヤノン株式会社 | 色分解光学系および画像投射装置 |
| US9740014B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-08-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Projection display apparatus |
| JP6273501B2 (ja) * | 2015-01-30 | 2018-02-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 投写型映像表示装置 |
| JP7420085B2 (ja) * | 2019-02-07 | 2024-01-23 | ソニーグループ株式会社 | 光学システム |
-
1997
- 1997-07-18 JP JP19416197A patent/JP3797756B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1138528A (ja) | 1999-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107608166B (zh) | 光源装置以及投射型显示装置 | |
| US6402325B1 (en) | Illuminating optical system having multiple light sources and lenticular arrays for use with a projection-type display unit | |
| US5278680A (en) | Projection type liquid crystal display system and method of polarized light component projection | |
| TWI235263B (en) | Illuminating optical system, image display unit and method of illuminating space modulation element | |
| JP4514440B2 (ja) | 投写型映像表示装置 | |
| WO1998008118A1 (en) | Polarized light separating/combining optical element, polarized light illuminating apparatus and projection-type display device | |
| CN109324467B (zh) | 光源装置以及投影型显示装置 | |
| US6607276B1 (en) | Illuminating optical system and projector | |
| JP2004078159A (ja) | 投写型表示装置 | |
| US6987618B2 (en) | Polarization converting device, illumination optical system and projector | |
| JP2009237565A (ja) | 投射型画像表示装置 | |
| US20040105150A1 (en) | Polarized-light converting unit and projector using the same | |
| JP4539319B2 (ja) | 投射型表示装置 | |
| JPH068985B2 (ja) | 投写型表示装置 | |
| JP3797756B2 (ja) | 液晶プロジェクター | |
| US6429975B1 (en) | Illumination optical system and projector using same | |
| JPH11119151A (ja) | 光源装置および投影装置 | |
| JP3335885B2 (ja) | 偏光照明装置、および投写型液晶表示装置 | |
| US6155685A (en) | Projector | |
| JP2003015084A (ja) | 偏光光源装置 | |
| JP2000321535A (ja) | 平行光偏光変換装置、照明装置及び液晶プロジェクタ | |
| JPS63216025A (ja) | 投写型カラ−表示装置 | |
| WO2021229762A1 (ja) | 光源装置およびプロジェクタ | |
| JPH10319349A (ja) | 偏光変換素子及びそれを用いた投影装置 | |
| EP1164409A1 (en) | Prism optical system for reflection type projector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20050615 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050622 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050708 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060317 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060418 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090428 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110428 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120428 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130428 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140428 Year of fee payment: 8 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |