JP4040496B2 - 反射型液晶プロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射型液晶を使用したカラー液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー液晶プロジェクタには、光変調手段として使用する液晶素子の種類によって、透過型と反射型との二種類に分けられる。後者は前者に比べ、液晶膜が薄く構成されており、ＯＮ／ＯＦＦレスポンスが早い、ライフサイクルが長い、光の利用効率が高いなどの利点を有する。従って、反射型カラー液晶プロジェクタは近年の主流となりつつある。
【０００３】
該反射型液晶プロジェクタは、さらに３板式反射型液晶プロジェクタと単板式反射型液晶プロジェクタの二種類がある。詳しくは、前者は、光変調手段として反射型の液晶パネルをＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）用に３枚使用する。後者は、光変調手段としてＲ、Ｇ、Ｂに共通の反射型液晶パネルを１枚使用する。前者は後者に比べ、液晶素子の駆動に関する負担が軽減され、高輝度・高画質の映像を投射して表示することができる。このような３板式反射型液晶プロジェクタは、例えば以下に示す特許文献１に開示される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９８９３７号公報
【０００５】
特許文献１に開示される３板式反射型液晶プロジェクタの概略構成図を図１６に示す。図１６に示すように、従来の３板式反射型液晶プロジェクタ５０は、白色光を照射する光源５１、光源５１から照射された白色光を平行光束にするコリメートレンズ５２、Ｂ色成分のみを透過する第一ダイクロイックミラー５３、Ｒ色成分のみを透過する第二ダイクロイックミラー５４、反射ミラー５７、３つの反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ）５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂ、各液晶パネルの前方に配設された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）プリズム５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂ、各ＬＣＯＳ５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂで変調され、各ＰＢＳ５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂを透過したＲ、Ｇ、Ｂの各光を合成する合成プリズム５８、合成プリズム５８により合成された光束をスクリーンＳに投影する投影レンズ５９群を有する。
【０００６】
図１６に示すように従来の３板式反射型液晶プロジェクタ５０は、各プリズム５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂ、５８の相互の光軸合わせをはじめとする各光学部材の相対的位置調整が極めて困難であることが指摘されている。また、図１６に示すように、従来の液晶プロジェクタは、スクリーンＳに対して直交する方向に沿って複数の光学部材（例えば、投影レンズ群５９、合成プリズム５８、ＰＢＳ５５Ｇ、ＬＯＣＳ５６Ｇ）が配設されるため、プロジェクタの奥行きを非常に大きく採らざるを得なかった。
【０００７】
さらに近年、スクリーンＳの近傍から投影して大画面を表示したいという要望がある。該要望に応えるためには投影レンズ群５９の短焦点化を図る必要がある。また、光量の損失を抑えてスクリーンＳ上に映し出される映像をより明るくするためには、投影レンズ群５９のテレセン性を確保する必要がある。ところが、上記のような構成に使用される投影レンズ群５９は、バックフォーカスを長く取らざるを得ず、短焦点化およびテレセン性の確保を実現するためには、非常に高価で精度の高い光学構成にしなくてはならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、安価かつ簡易な構成でありながら小型化、薄型化された反射型液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決すべく、請求項１に記載の反射型液晶プロジェクタは、第一の直線偏光状態にある白色の平行光束を照射する光源部と、該平行光束を、偏光状態を維持しつつ光の三原色成分である第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、各色成分を、所定の変調信号に対応して変調するとともに、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、第一から第三の反射型液晶素子によって変調された各色成分を合成する合成部材と、第一端面と、該第一端面に略直交しかつ互いに略平行な第二、第三端面とを有し、各反射型液晶素子と合成部材の間であって、第二端面および第三端面が該液晶素子の液晶面と該合成部材の光束入射端面と略平行となり、かつ入射光束が第一端面に対して略直角に入射するように配設される、第一から第三の光束分岐素子とを有する。そして、第二端面と第三端面との間には、互いに略平行であって、かつ第一から第三の各端面に対して所定の角をなす複数の光学膜が配設され、各光学膜は、全ての光学膜で反射される光束の光量の合計が入射光束の全光量と略等しくなるようそれぞれ異なる反射率で反射する特性と、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態の光束を略透過させる特性を有し、光束分岐素子は、色分離手段を経て第一端面に入射した特定の色成分を、各光学膜と第二端面を介して反射型液晶素子に略直角に入射させ、反射型液晶素子から第二端面に略直角に入射する第二の直線偏光状態の特定の色成分を、各光学膜と第三端面を介して合成プリズムに略直角に入射させること、を特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の反射型液晶プロジェクタによれば、光束を分岐するための部材として偏光ビームスプリッタプリズムを用いずに構成している。従って、液晶プロジェクタ全体の小型化および薄型化に寄与することができる。さらに、各液晶素子と投影レンズ間の距離が短く設定できるため、投影レンズ群の短焦点化およびテレセン性の確保が容易になり、安価に構成することができる。
【００１１】
さらに、従来の反射型液晶プロジェクタは、各偏光ビームスプリッタプリズムと合成プリズムの光軸合わせ等、非常に高い精度の組み立て工程が要求されたが、請求項１に記載の発明によれば、各光学部材の相対的位置決めが非常に容易となる。
【００１２】
請求項１に記載の光学膜の特性は、具体的には、第一端面から最も遠い位置に設けられた所定の光学膜から数えてｋ番目の光学膜の所定の反射率が、（１００／ｋ）％に設定されることが望ましい（請求項２）。これにより、各光学膜で反射する各光束を均等な光量にすることができる。また、該特性は、特定の色成分に限定することが望ましい（請求項３）。これにより、各色成分に特化した反射特性を備えるため、高精度な光束分岐が実現される。なお、全波長域の第一偏光を反射する特性を有する光学膜を使用することも理論上は可能である。しかし、総ての波長域に渡って略均一な反射特性を有する光学膜は、製造時に極めて高い精度が要求され、かつ高価である。また、ダイクロイックミラー等の色分離手段は、必ずしも１００％色成分を分離できるわけではない。そのため、請求項２に記載のように、いずれかの色成分に特化した反射特性の光学膜を使用することにより、より高画質な映像を得ることができる。
【００１３】
また、各光学膜は、第二端面側から見て一部重複するように配設することにより、反射型液晶素子の液晶面の略全域にもれなく光束を入射させることが可能になる（請求項４）。請求項３のように構成すると、光学膜が重複した領域に対応する液晶面に入射する光束の光量は、他の領域に比べ多くなってしまう。このような光量のムラやばらつきは、所定の変調信号を生成するためのデータを補正処理することにより解消することができる（請求項５）。
【００１４】
他にも、請求項６に記載の発明によれば、光源部に、白色光束を照射する光源、および白色光束の光束幅を調整する光束幅調整手段を備え、光束幅調整手段は、互いに隣り合う前記光学膜の一部重複する領域においては、いずれか一方の光学膜にのみ光束が入射するように白色光束の光束幅を調整するように構成しても良い。このように光束幅を調整することによっても液晶面における光量のムラ等を回避することができる。光束幅調整手段としては、ライトトンネル（登録商標）を使用することができる（請求項７）。具体的には、ライトトンネルは、光束が通過する四方を鏡面加工された空洞部を有する。該空洞部を形成する一つの鏡面を該鏡面と直交する方向にスライドすることにより前記光束幅を調整することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明によれば、色分離手段は、光源部から照射された平行光束を、第一の光路を直進する第一の色成分と、該第一の光路と直交する第二の光路を直進する第二と第三の色成分とに色分離を行う第一の色分離素子と、第二の光路中に配設され、第三の光路を直進する第二の色成分と、該第三の光路と直交する第四の光路を直進する第三の色成分とに色分離を行う第二の色分離素子と、を有する。そして、第一の色成分は第一の光束分岐素子に、第二の色成分は第二の光束分岐素子に、第三の色成分は前記第三の光束分岐素子に、それぞれ導かれるように構成される。
【００１６】
上記のような色分離手段を使用すれば、光源部から照射された白色光束の光路と、前記合成部材から射出される合成光とが略同一平面上にある用に構成することも可能である（請求項９）。また、該二つの光路が異なる平面上にあるように、各光学部材を３次元的に配置構成することも可能である（請求項１０）。
【００１７】
特に請求項１０のような構成にした場合、光源部と、第一の色分離素子と、第二の色分離素子と、該第二の色分離素子によって色分離された第二の色成分を第二の光束分岐素子に導く第一ミラーと、第三の色成分を第三の光束分岐素子に導く第二ミラーとを第一の平面上に配設する。そして、第一から第三の光束分岐素子と合成部材は、第一の平面に平行な第二の平面上に配設する（請求項１１）。そのうち、第一の色分離素子と第一の光束分岐素子、第二の色分離素子と合成プリズム、第一反射面と第二光束分岐素子、および第二反射面と第三光束分岐素子、はそれぞれ一体形成することができる。
【００１８】
また、請求項１３に記載の発明によれば、上記第一の直線偏光をＳ偏光として設計することが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一実施形態の反射型液晶プロジェクタ１００の概略構成を表す図である。反射型液晶プロジェクタ１００は、光源１、ライトトンネル（登録商標）２、リレーレンズ群３、単一偏光板４、第一ダイクロイックミラー５、第二ダイクロイックミラー６、ミラー７、Ｒ用光学分岐素子８Ｒ、Ｇ用光学分岐素子８Ｇ、Ｂ用光学分岐素子８Ｂ、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒ、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇ、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂ、合成プリズム１０、投影レンズ群１１、吸収偏光板１２を有する。
【００２０】
光源１は、高圧水銀ランプ１ａと楕円リフレクタ１ｂとを有する。高圧水銀ランプ１ａから照射された白色光は、楕円リフレクタ１ｂで反射してライトトンネル２に導かれる。ライトトンネル２は、入射する白色光を、強度分布を均一にしつつ後段にあるリレーレンズ群３に導く。リレーレンズ群３は、ライトトンネル２を介して入射する白色光を平行光束にしつつ単一偏光板４に導く。単一偏光板４は、入射する白色光を第一ダイクロイックミラー５に対してＳ偏光となるように偏光状態を揃える。
【００２１】
単一偏光板４によってＳ偏光状態に変換された白色光束は、第一と第二のダイクロイックミラー５、６によってＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に色分解される。具体的には、第一ダイクロイックミラー５は、入射する白色光束のうち、Ｒ成分のみ何ら偏向することなく透過させ、それ以外の色成分（Ｇ、Ｂ）を略直角に偏向する。第二ダイクロイックミラー６は、第一のダイクロイックミラー５で反射した二種類の色成分のうち、Ｂ成分を何ら偏向することなく透過させ、Ｇ成分を略直角に偏向する。なお図１中、Ｒ成分の光路を実線で、Ｇ成分の光路を一点鎖線で、Ｂ成分の光路を破線で、それぞれ示す。図１２においても同様である。
【００２２】
第一ダイクロイックミラー５を透過したＲ成分は、ミラー７で直角に偏向されてＲ用光学分岐素子８Ｒの第一端面８１に直角に入射する。第二ダイクロイックミラー６で反射したＧ成分は、Ｇ用光学分岐素子８Ｇの第一端面８１に直角に入射する。該ミラー６を透過したＢ成分は、Ｂ用光学分岐素子８Ｂの第一端面８１に直角に入射する。
【００２３】
図２は、Ｒ用光学分岐素子８ＲおよびＲ用反射型液晶素子９Ｒの近傍を拡大した図である。Ｒ用光学分岐素子は、Ｒ成分が直角に入射する第一端面８１、第一端面８１と直交しかつ互いに平行な第二端面８２、第三端面８３を有する。第二端面８２は、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒの液晶面９１に接合されている。また第三端面８３は、合成プリズム１０の入射端面１０ａに接合されている。Ｇ用光学分岐素子８Ｇ近傍およびＢ用光学分岐素子８Ｂ近傍も図２に示す構成と同一の構成になっている。つまり、ミラー７や第二ダイクロイックミラー６から射出された各色成分の光路は、対応する反射型液晶素子の液晶面および合成プリズムの入射端面と平行な関係にある。
【００２４】
このように構成することにより、合成プリズム１０近傍にある各光学部材の相対的な位置決めが非常に容易になる。また、該プリズム１０近傍にある各光学部材の配置スペースが最小限に抑えられるため、プロジェクタ１００全体を小型化することができる。
【００２５】
なお、Ｒ成分がＲ用光学分岐素子８ＲとＲ用反射型液晶素子９Ｒを経て合成プリズム１０に入射するまでの光路、Ｇ成分が対応する各光学素子８Ｇ、９Ｇを経て合成プリズム１０に入射するまでの光路、およびＢ成分が対応する各光学素子８Ｂ、９Ｂを経て合成プリズム１０に入射するまでの光路、はどれも共通した特徴を有する。そこで、以下は特にＲ成分にのみ注目して説明する。
【００２６】
図２に示すように、Ｒ用光学分岐素子８Ｒの内部は、第一端面Ｃ１側から順に三枚の光学膜Ｃ１〜Ｃ３が配設されている。各光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、第一〜第三の各端面８１〜８３のそれぞれに対して４５°をなすように配設されている。また、反射型液晶素子９Ｒの略全域にもれなく光束が入射するようにするため、隣り合う光学膜（例えば、Ｃ１とＣ２）は第二端面８２または第三端面８３から見た場合に、一部が重複するように配設される。
【００２７】
図３は、光学膜Ｃ１の反射特性を示すグラフである。図４は、光学膜Ｃ２の反射特性を示すグラフである。図５は、光学膜Ｃ３の反射特性を示すグラフである。図３から図５にそれぞれ示すように、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、Ｓ偏光状態のＲ成分の光（約６００ｎｍ以上）に対してそれぞれ異なる反射特性を有する。また、該反射特性は、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３をすべて利用することにより、入射光束を略１００％反射するように設定される。具体的には、第一端面８１から最も遠い光学膜Ｃ３から数えてｋ番目の光学膜は、Ｓ偏光状態のＲ成分の光に対して約（１００／ｋ）％の反射特性を有する。つまり、本実施形態では、各図に示すように、光学膜Ｃ１は約３３％、光学膜Ｃ２は約５０％、光学膜Ｃ３は約１００％の反射特性を有する。これにより、どの光学膜によって反射した光の光量も略等しくなる。なお、各図に示すように、各光学膜は、対応する色成分（ここではＲ成分）のＰ偏光、およびそれ以外の色成分については略全てを透過する。
【００２８】
従って、第一端面に対して略直角に入射したＳ偏光状態のＲ成分は、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３によって徐々に反射され、略直角に第二端面から射出される。すなわち、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒの液晶面９１に対して略直角に入射する。ここで、上記のように各光学膜の反射率を設定することにより、図２中斜線領域で示す光学膜が一部重複している領域を除き、液晶素子の液晶面９１におけるどの点にも略均一な光量の光を入射させることができる。図２では、Ｒ用光学分岐素子８Ｒの入射光束Ｒｓの光量の約３３％の光を液晶面９１の略全域に入射させる。
【００２９】
Ｒ用反射型液晶素子９Ｒは、図示しない制御部から送信される変調信号に従って、ＯＮビットに入射したＲ成分Ｒｓを変調する。変調信号は、所定のＲ用の映像情報に基づいて生成される。なお、図２中、斜線領域で示す光学膜が一部重複している領域は、Ｒ成分が二枚の光学膜によって二度反射されるため、他の領域に比べ液晶面９１に入射する光の光量が多くなる。例えば、光学膜Ｃ１と光学膜Ｃ２の重複領域を介して入射する光束は、他の領域に比べ、約２２％程光量が多い。このように液晶面９１に入射する光の光量にムラがあると、生成される映像の質の低下を招く。そのため本実施形態では、光量が多い光束に対しては、暗めに補正処理された映像情報に基づいて生成された変調信号により変調する。このような変調処理を施すことにより、反射型液晶素子９Ｒに入射した光束Ｒｓは光量が不均一であっても、該素子９Ｒから射出されるときは、どの点の光量も略均一な光束になっている。
【００３０】
なお変調の際、液晶の性質によって、反射光束の偏光状態は、入射光束の偏光状態が９０°回転したＰ偏光状態となる。Ｐ偏光状態のＲ成分Ｒｐは、該液晶素子９Ｒで反射して再びＲ用光学分岐素子８Ｒに入射する。また、図２では、便宜上、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒにおいて、入射光線と反射光線（射出光線）とを異なる光路で示しているが、実際には反射光線は入射光線と略同一光路を戻る。つまり、Ｐ偏光状態のＲ成分Ｒｐは、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒから直角に射出（射出角０°で射出）される。
【００３１】
図３〜図５に示すように、光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、Ｐ偏光状態のＲ成分Ｒｐに対する反射率が略０に近いという特性を有する。そのため、第二端面８２に入射したＰ偏光状態のＲ成分Ｒｐは、略全成分が各光学膜Ｃ１〜Ｃ３で偏向することなく合成プリズム１０に略直角に入射する。また、映像信号に基づくＯＦＦビットに対応した反射光は変調されずＳ偏光状態のままＲ用光学分岐素子８Ｒに入射する。このとき光学膜Ｃ１〜Ｃ３にＯＦＦ光として入射する光束はＳ偏光状態のままである。よって該ＯＦＦ光は、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３の反射率に対応して反射し元の光路を光源１側に戻る。しかし、ＯＦＦ光における各光学膜Ｃ１〜Ｃ３での反射光以外の所定の透過光はＯＮ光であるＲｐと同様に合成プリズム１０に略直角に入射してしまう。Ｓ偏光状態のＯＦＦ光も合成プリズム１０で合成されてしまうと、スクリーンＳ上に表示される映像の質が低下する。そこで本実施形態では、合成プリズム１０と投影レンズ群１１の間に吸収偏光板１２を設けている。吸収偏光板１２は、ＯＦＦ光としてのＳ偏光成分を略全てカットし、投影レンズ群１１に入射するのを回避している。
【００３２】
なお、Ｇ用光学分岐素子８Ｇに設けられる光学膜Ｃ１〜Ｃ３の反射特性のグラフを図６〜図８にそれぞれ示す。また、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇに設けられる光学膜Ｃ１〜Ｃ３の反射特性のグラフを図９〜図１１にそれぞれ示す。第二ダイクロイックミラー６により分解されたＧ成分やＢ成分も上記Ｒ成分と同様にして、合成プリズム１０に略直角に入射する。
【００３３】
合成プリズム１０は、Ｒ成分のみを反射させる第一反射面１０ａとＢ成分のみを反射させる第二反射面１０ｂとを有する。合成プリズム１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＲ成分Ｒｐは、第一反射面１０ａで直角に反射される。なお、Ｓ偏光状態のＯＦＦ光は吸収偏光板１２によりすべて吸収されるため、ＯＮ光であるＲ成分Ｒｐのみが投影レンズ群１１に入射する。合成プリズム１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＢ成分Ｂｐは、第一反射面１０ｂで直角に反射する。なお、Ｂ成分のＯＦＦ光も一部が合成プリズム１０に入射するが吸収偏光板１２によりすべて吸収される。合成プリズム１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＧ成分Ｇｐは、いずれの反射面１０ａ、１０ｂも透過する。なお、合成プリズムに入射したＧ成分のＯＦＦ光の一部も吸収偏光板１２によりすべて吸収される。このようにしてＲ、Ｇ、Ｂの各色のＯＮ光成分のみが投影レンズ群１１に入射する。投影レンズ群１１によってスクリーンＳには、大画面の明るいフルカラー映像が投影される。
【００３４】
以上のように構成することにより、反射型液晶プロジェクタ１００は、各反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂと投影レンズ１１との間の距離を短くすることができる。従って、投影レンズ１１近傍の構成を小型化することができ、さらにはプロジェクタの奥行き方向の長さを短くすることもできる。また、図３〜図１１に示すような反射特性を有する光学分岐素子８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを使用することにより、光量の損失を有効に抑え、より明るい映像をスクリーンＳ上に表示させることもできる。
【００３５】
さらに、各光学分岐素子８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、入射光束を複数の光学膜によって広範囲にわたって光量が均一となるように反射させている。従って、偏光ビームスプリッタプリズムを使用した従来の構成とは異なり、各素子８Ｒ、８Ｇ、８Ｂにおける入射光束径を絞ることが可能になる。そのため、各素子８Ｒ、８Ｇ、８Ｂに各成分を導くための光路として確保すべき空間を小さくすることができる。この点からも、プロジェクタ全体のより一層の小型化が実現される。
【００３６】
また図１に示すように、反射型液晶プロジェクタ１００は、どの光束もすべて９０°の整数倍で偏向するように構成されている。さらに、各偏向性偏向素子と、各反射型液晶素子と、合成プリズムとは、各面によって接合されている。従って本実施形態によれば、各光学部材を簡易な組み立て工程で高い精度をもった位置に配置することができる。
【００３７】
以上が本発明の実施形態である。本発明にかかる反射型液晶プロジェクタは、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形を行っても同様の効果を奏する。
【００３８】
図１２は、本発明の第二実施形態の反射型液晶プロジェクタ１１０の構成を表す図である。図１２（Ａ）は反射型液晶プロジェクタ１１０を俯瞰した図、図１２（Ｂ）は、該プロジェクタ１１０のＢ−Ｂ線端面図を示す。図１２（Ｃ）は該プロジェクタ１１０Ｃ−Ｃ線端面図である。図１２中、上記第一実施形態の反射型液晶プロジェクタ１００と同一部材には同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。また図１２において、光源１から照射された白色光の直進方向をＸ方向、Ｘ方向と直交し、合成プリズム１０から射出された合成光が投影レンズ群１１を介してスクリーンＳに向かう方向をＹ方向、Ｘ、Ｙ両方向に直交する方向（垂直方向）をＺ方向と規定する。
【００３９】
図１２に示すように、反射型液晶プロジェクタ１１０において、光源１から照射されたＳ偏向状態の白色の平行光束は、Ｘ方向を直進し、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂ上空を通過する。そして、該平行光束は、Ｂ用光学分岐素子８Ｂ上空であって、該素子８Ｂの第一面８１（Ｘ−Ｙ平面）に対して４５°傾くように配設された第三ダイクロイックミラー１３によってＢ成分を色分離される。Ｂ成分は、Ｚ方向に偏向され、Ｂ用光学分岐素子８Ｂの第一面８１に略直角に入射する。そして、Ｂ成分は、上記第一実施形態と同様に各光学膜Ｃ１〜Ｃ３の作用によって偏向し、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂを介して合成プリズム１０に入射する。なお、第三ダイクロイックミラー１３は、Ｂ用光学分岐素子８Ｂに一体形成することが可能である。
【００４０】
第三ダイクロイックミラー１３を透過した光束は、合成プリズムの上面１０ｃに取り付けられている。Ｙ−Ｚ平面に対して４５°傾くように配設された第四ダイクロイックミラー１４によってＲ成分とＧ成分とに色分離される。Ｒ成分は、第四ダイクロイックミラー１４を透過し、Ｒ用光学分岐素子８Ｒ’に入射する。図１３に示すように、Ｒ用光学分岐素子８Ｒ’は、上記第一実施形態のＲ用光学分岐素子８Ｒの第一端面８１に直角プリズム８４を、該プリズムの斜面８４ａが第一端面８１（Ｘ−Ｙ平面）に対して４５°をなすように一体形成した構成になっている。斜面８４ａには反射率を上げ光量損失を抑えるために鏡面加工が施されている。
【００４１】
つまり、該素子８Ｒ’に入射したＲ成分は、斜面８４によってＺ方向に偏向された後、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３の作用によって偏向し、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒを介して合成プリズム１０に入射する。第四ダイクロイックミラー１４で直角に偏向したＧ成分が入射するＧ用光学分岐素子９ＧもＲ用光学分岐素子８Ｒ’も同様の構成である。従って、Ｇ成分も各光学素子８Ｇ、９Ｇに対して上記Ｒ成分と同様の光路を経て合成プリズム１０に入射する。合成プリズム１０によって合成された光束は、投影レンズ群１１を介して図示しないスクリーンＳに投影される。
【００４２】
さらに、上記の各光学分岐素子が特定偏光状態にある特定色成分のみを偏向する性質を利用すれば、各光学分岐素子を色分離手段としても兼用することが可能である。図１４や図１５に光学分岐素子を色分離手段として兼用したプロジェクタの合成プリズム１０近傍を拡大した図を示す。
【００４３】
図１４は、二つの光学分岐素子（８Ｂ、８Ｇ）に色分離機能を持たせ、ダイクロイックミラー等の色分離手段を使用しない構成である。光学分岐素子８Ｂは、第一端面８１に入射した光束からＢ成分を分離させる。Ｂ成分は、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂに入射し、Ｒ、Ｇの各成分は、第一端面８５に平行な第四端面８５から射出され、ミラー１５を介してＧ用光学分岐素子８Ｇの第一端面８１に入射する。Ｇ用光学分岐素子８Ｇによって分離されたＧ成分は、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇに入射する。Ｒ成分はＧ用光学分岐素子８Ｇの第一端面８１に平行な第四端面８５から射出され、ミラー１６、Ｒ用光学分岐素子８Ｒを介してＲ用反射型液晶素子９Ｒに入射する。
【００４４】
図１５は、第五ダイクロイックミラー１７と光学分岐素子８Ｇを色分離手段として用いる構成である。光源１からの光は、第五ダイクロイックミラー１７によって、Ｂ成分を分離される。Ｂ成分は、Ｂ用光学分岐素子８Ｂを介してＢ用反射型液晶素子９Ｂに入射する。第五ダイクロイックミラー１７で反射したＲ、Ｇの各成分は、Ｇ用光学分岐素子８Ｇの第一端面８１に入射する。Ｇ用光学分岐素子８Ｇによって分離されたＧ成分は、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇに入射する。Ｒ成分はＧ用光学分岐素子８Ｇの第一端面８１に平行な第四端面８５から射出され、ミラー１８、Ｒ用光学分岐素子８Ｒを介してＲ用反射型液晶素子９Ｒに入射する。
【００４５】
図１４や図１５に例示する構成によれば、合成プリズム１０周りの部材数を削減し、より一層の簡素化が図れる。また、全ての光路が直角に偏向するように構成されるため、各部材の位置決めも非常に容易となり、製造に関するコストダウンにもつながる。
【００４６】
ここで、上記第一実施形態では、どの光学部材も同一平面上に配設してある。つまりプロジェクタ１００は、光源１が照射する白色光の光路と、合成プリズム１０で合成された合成光の光路とが同一平面上に位置している。しかし、第二実施形態の反射型液晶プロジェクタ１１０によれば、少なくとも一部の偏向性偏向素子に導光手段としての反射面（すなわち、斜面８４ａ）を一体形成することにより、光源１から照射される光路を３次元的に設計することができる。すなわち、第二実施形態によれば、合成プリズム１０や投影レンズ群１１の上方の空間に光学部材１〜４、１２、１３、を配置することにより、光源１が照射する白色光の光路と、合成プリズム１０で合成された合成光の光路とを異なる平面上に配置することができる。これにより、プロジェクタの奥行き方向の寸法をより一層短く設計することが可能になる。
【００４７】
上記の各実施形態における光学分岐素子はどれも３枚の光学膜を備えていると説明した。しかし、光学膜の枚数は、例示であり、少なくとも二枚以上あれば上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、液晶素子に入射する光束の光量にムラがあっても、液晶素子を制御するための変調信号をより柔軟に変化させることにより対応できるのであれば、該光学膜は一枚でも良い。
【００４８】
さらに、各光学膜は、光束が液晶面の全域にもれなく入射するように一部を重複させて配設している。しかし、設計段階において、第二端面側から見たときに各光学膜が継ぎ目なく配設させることができるのであれば、重複させる必要はない。この場合、液晶面に入射する光束はどこも略同一光量となるため、光量を一致させるための補正処理も行わなくて良い。
【００４９】
また、上記実施形態では、各光学膜を一部重複させたことにより発生する、液晶面での入射光量の不均一を変調信号生成用のデータを補正処理することにより解消すると説明したが、別の方法による光量の均一化も可能である。例えば、モニタ（不図示）に実際に写し出される画像を参照しつつ、ライトガイドを形成するミラー面を該ミラー面に対して直交する方向にスライドさせる。これにより、光学分岐素子に入射するＳ偏光の光束幅が、図２白抜き矢印線に示すように、変化する。そして、画像の質が最も良好となる位置、つまり液晶面における光量差がなくなる光束幅（図２中破線）が得られた時点で該ミラー面を固定することも可能である。
【００５０】
さらに、例えば、上記各実施形態では、光源からの光束はＳ偏光であると説明したが、Ｐ偏光であってもよい。また、上記各実施形態における各色成分の光路は任意に置換可能である。すなわち、例えば図１であれば、第一ダイクロイックミラー５を透過するのはＲ成分以外の色成分であっても良い。
【００５１】
さらに、上記実施形態ではどれも反射型液晶素子を使用して光束を変調しているが、光束の入射端面が変調後の光束の射出端面でもあり、かつ画素単位での変調が可能なＤＭＤ（登録商標）等の光空間変調素子を使用しても良い。この場合、光学分岐素子は、第一端面に入射した入射光束を、その偏光状態の有無に拘わらず、該光空間変調素子方向に偏向し、該光空間変調素子からのＯＮ状態の光を合成プリズム方向に導く構成にすればよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、該液晶素子と所定角度をなすように配設された所定構造の光学分岐素子を、各反射型液晶素子と合成プリズムの間の光束分岐手段として使用することにより、従来のプロジェクタよりも簡易な構成でかつ小型化、薄型化された反射型液晶プロジェクタを提供することができる。
【００５３】
また、各液晶素子と投影レンズ間の距離を短くすることができたことにより、近距離からスクリーンに映像を投影するプロジェクタ、例えばリアプロジェクタ、のようなものであっても、高性能な投影レンズを使用せずとも十分に広角に鮮明な画像を投影することが可能となる。よってプロジェクタ自体のコストダウンも実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の反射型液晶プロジェクタの概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施形態の光学分岐素子と反射型液晶素子近傍の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態のＲ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図４】本発明の実施形態のＲ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図５】本発明の実施形態のＲ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図６】本発明の実施形態のＧ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図７】本発明の実施形態のＧ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図８】本発明の実施形態のＧ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図９】本発明の実施形態のＢ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態のＢ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態のＢ用光学分岐素子に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態の反射型液晶プロジェクタの概略構成を表す図である。
【図１３】他の実施形態に用いられる光学分岐素子に関する説明図である。
【図１４】本発明の他の実施形態の反射型液晶プロジェクタの合成プリズム近傍の概略構成を表す図である。
【図１５】本発明の他の実施形態の反射型液晶プロジェクタの合成プリズム近傍の概略構成を表す図である。
【図１６】従来の反射型液晶プロジェクタの概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
５、６ ダイクロイックミラー
８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ 光学分岐素子
９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ 反射型液晶素子
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 光学膜
１０ 合成プリズム
１１ 投影レンズ
１００ 反射型液晶プロジェクタ

Claims (15)

1. 第一の直線偏光状態にある白色の平行光束を照射する光源部と、
   前記平行光束を、偏光状態を維持しつつ光の三原色成分である第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、
   各色成分を、所定の変調信号に対応して変調するとともに、前記第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、
   前記第一から第三の反射型液晶素子によって変調された各色成分を合成する合成部材と、
   第一端面と、該第一端面に略直交しかつ互いに略平行な第二、第三端面とを有し、各前記反射型液晶素子と前記合成部材の間であって、前記第二端面および第三端面が該液晶素子の液晶面と該合成部材の光束入射端面と略平行となり、かつ入射光束が前記第一端面に対して略直角に入射するように配設される、第一から第三の光束分岐素子と、を有し、
   前記第二端面と前記第三端面との間には、互いに略平行であって、かつ前記第一から第三の各端面に対して所定の角をなす複数の光学膜が配設され、
   各光学膜は、全ての光学膜で反射される光束の光量の合計が入射光束の全光量と略等しくなるようそれぞれ異なる反射率で反射する特性と、前記第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態の光束を略透過させる特性を有し、
   前記光束分岐素子は、前記色分離手段を経て前記第一端面に入射した特定の色成分を、各光学膜と前記第二端面を介して前記反射型液晶素子に略直角に入射させ、前記反射型液晶素子から前記第二端面に略直角に入射する前記第二の直線偏光状態の特定の色成分を、各光学膜と前記第三端面を介して前記合成プリズムに略直角に入射させること、を特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
2. 請求項１に記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   前記第一端面から最も遠い位置に設けられた所定の光学膜から数えてｋ番目の光学膜の前記所定の反射率は、（１００／ｋ）％に設定されることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
3. 請求項１または請求項２に記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   前記光学膜の前記特性は、前記特定の色成分に対する特性であることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   互いに隣り合う前記光学膜は、前記第二端面側から見て一部重複するように配設されることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
5. 請求項４に記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   前記一部重複によって生じる、前記反射型液晶素子の液晶面における光量のばらつきは、前記所定の変調信号を生成するためのデータを補正処理することにより解消することを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
6. 請求項４に記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   前記光源部は、白色光束を照射する光源、および前記白色光束の光束幅を調整する光束幅調整手段を有し、
   前記光束幅調整手段は、互いに隣り合う前記光学膜の前記一部重複する領域においては、いずれか一方の光学膜にのみ光束が入射するように前記白色光束の光束幅を調整することを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
7. 請求項６に記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   前記光束幅調整手段は、入射する前記白色光束の強度分布を均一にするライトトンネル（登録商標）であり、
   前記ライトトンネルは、空洞部を形成する一つの鏡面を該鏡面と直交する方向にスライドすることにより前記光束幅を調整することを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   前記色分離手段は、前記光源部から照射された前記平行光束を、第一の光路を直進する第一の色成分と、該第一の光路と直交する第二の光路を直進する第二と第三の色成分とに色分離を行う第一の色分離素子と、前記第二の光路中に配設され、第三の光路を直進する前記第二の色成分と、該第三の光路と直交する第四の光路を直進する前記第三の色成分とに色分離を行う第二の色分離素子と、を有し、
   前記第一の色成分は前記第一の光束分岐素子に、前記第二の色成分は前記第二の光束分岐素子に、前記第三の色成分は前記第三の光束分岐素子に、それぞれ導かれることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
   前記光源部から照射された白色光束の光路と、前記合成部材から射出される合成光の光路とが略同一平面上にあることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
10. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
    前記光源部から照射された白色光束の光路と、前記合成部材から射出される合成光の光路とが異なる平面上にあることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
11. 請求項１０に記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
    前記光源部と、前記第一の色分離素子と、前記第二の色分離素子と、該第二の色分離素子によって色分離された第二の色成分を前記第二の光束分岐素子に導く第一ミラーと、第三の色成分を前記第三の光束分岐素子に導く第二ミラーとは、第一の平面上に配設され、
    前記第一から第三の光束分岐素子、前記合成部材は、前記第一の平面に平行な第二の平面上に配設されることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
12. 請求項１１に記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
    前記第一の色分離素子と前記第一の光束分岐素子、前記第二の色分離素子と前記合成プリズム、前記第一反射面と前記第二光束分岐素子、および前記第二反射面と前記第三光束分岐素子、がそれぞれ一体形成されていることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
    前記第一の直線偏光はＳ偏光であり、
    前記第二の直線偏光はＰ偏光であることを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
14. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
    前記色分離手段は、前記光源部から照射された前記平行光束を、第一の光路を直進する第一の色成分と、該第一の光路と直交する第二の光路を直進する第二と第三の色成分とに色分離を行う第一の色分離素子を有し、
    前記第一の光束分岐素子は、前記第一の光路上に配設され、
    前記第二の光束分岐素子は、前記第二の光路上に配設され、前記第二の色成分のみを各光学膜で直角に偏向し、各光学膜を透過した前記第三の色成分を前記第一端面と平行な第四端面から射出させる第二の色分離素子でもあり、
    前記第三の光束分岐素子は、前記第二の光束分岐素子を介して入射する前記第三の色成分を各光学膜で直角に偏向することを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
15. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタにおいて、
    前記光源部は、該光源部から照射された平行光束が前記第一の光束分岐素子の前記第一端面に入射するように配置され、
    前記第一の光束分岐素子は、前記第一端面に入射した第一の色成分のみを各光学膜で直角に偏向し、各光学膜を透過した前記第二と第三の色成分を前記第一端面と平行な第四端面から射出させる色分離手段でもあり、
    前記第二の光束分岐素子は、前記第一の光束分岐素子から射出された前記第二の色成分を各光学膜で直角に偏向し、各光学膜を透過した前記第三の色成分を前記第一端面と平行な第四端面から射出させる色分離手段でもあり、
    前記第三の光束分岐素子は、前記第二の光束分岐素子を介して入射する前記第三の色成分を各光学膜で直角に偏向することを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。

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