JP4193385B2 - プロジェクタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラー画像を投写するプロジェクタ(投写型表示装置)に関する。
【0002】
【従来の技術】
大画面表示が可能な表示装置として、スクリーン上に画像を拡大投写して表示するプロジェクタが多く利用されている。カラー画像を投写するプロジェクタとしては、ライトバルブと呼ばれる3つの電気光学装置を用いた3板式のプロジェクタが知られている。3板式のプロジェクタでは、カラー画像を形成するための3つの色画像成分を表す色成分画像光が、3色の光をそれぞれ対応するライトバルブで変調することにより生成される。生成された3つの色成分画像光(変換光)は色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズムで合成されることにより、カラー画像を表す画像光が生成される。生成された画像光が投写レンズによって投写されて、画像光の表すカラー画像が表示される。
【0003】
図5は、従来の3板式プロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。このプロジェクタPJrは、照明装置100と、色分離光学系200と、3つのライトバルブ400R,400G,400Bと、クロスダイクロイックプリズム500と、投写レンズ600とを備えている。また、これらの各光学要素や図示しない他の構成要素は、通常、薄型の直方体形状を有する筐体CSrに収納される。そして、各光学要素は、筐体CSrの底面(xy平面に平行)に沿って配置されている。
【0004】
照明装置100は、インテグレータ光学系102および偏光変換光学系104を有しており、照明対象としての3つのライトバルブ400R,400G,400Bを、偏光方向の揃えられた直線偏光光によりほぼ均一に照明する。また、照明装置100から射出された光は、色分離光学系200を介して3つのライトバルブ400R,400G,400Bを照明する。
【0005】
色分離光学系200は、照明装置100から射出された光を、それぞれ異なる波長域の3色の光(照明光)に分離する。照明装置100から射出された光は、第1の反射ミラー210で反射されて第1のダイクロイックミラー230に入射する。第1のダイクロイックミラー230は、略赤色(R)の光を反射させるとともに、反射された色の光よりも短波長側の色の光(略緑色(G)および略青色(B)の光)を透過する。第1のダイクロイックミラー230で反射されたR光は、第2の反射ミラー220で反射され、R用のライトバルブ400Rを照明する。フィールドレンズ250は、照明装置100からの光がテレセントリックにR用のライトバルブ400Rを照明するように集光する。他のライトバルブ400G,400Bの前に設けられたフィールドレンズ260,270も同様である。
【0006】
第1のダイクロイックミラー230を透過したG光およびB光のうちで、G光は第2のダイクロイックミラー240によって反射され、フィールドレンズ260を通ってG用のライトバルブ400Gを照明する。一方、B光は、第2のダイクロイックミラー240を透過し、リレー光学系300を通過して、B用のライトバルブ400Bを照明する。
【0007】
なお、これらのダイクロイックミラーは、透明なガラス板上にそれぞれの機能に対応する誘電体多層膜を形成することにより作製される。
【0008】
リレー光学系300は、2つのレンズ310,330と、2つの反射ミラー320,340とを備えている。第2のダイクロイックミラー240を透過したB光は、第1のレンズ(入射側レンズ)310によって第2のレンズ(リレーレンズ)330の近傍で収束し、フィールドレンズ(射出側レンズ)270に向けて発散する。射出側レンズ270に入射する光線束の大きさは、入射側レンズ310に入射する光線束の大きさにほぼ等しくなるように設定されている。
【0009】
B光の経路にリレー光学系300が設けられているのは、以下の理由による。すなわち、B光の経路は、リレー光学系300が配置されている経路に相当する分だけ他の色光の経路に比べて長い。従って、B光の経路中にリレー光学系300を設けない場合には、B光が照明するB用のライトバルブ400Bの照明領域は、他の色光が照明するライトバルブの照明領域に比べて大きくなり、B光の照明効率が低下する。すなわち、B光にリレー光学系300を設けているのは、B光の経路が他の色の光に比べて長いことによって発生する照明効率の低下を抑制するためである。
【0010】
各色用のライトバルブ400R,400G,400Bは、それぞれの光入射面から入射した色光を対応する色信号(画像情報)に応じた光に変調(変換)し、変調された光を透過光(変換光)として射出する。このようなライトバルブとしては、透過型の液晶パネルが用いられる。なお、液晶パネルの入射面および射出面には、互いに偏光軸の垂直な偏光板(図示しない)を有している。R用およびB用のライトバルブ400R,400Bには、通常、入射面側がp偏光を透過し、射出面側がs偏光を透過する偏光板が設けられている。また、G用のライトバルブ400Gには、入射面側がs偏光を透過し、射出面側がp偏光を透過する偏光板が設けられている。p偏光およびs偏光の偏光方向は、後述するクロスダイクロイックプリズム500の2つのダイクロイック面550,560を基準に設定されている。このように設定しているのは、クロスダイクロイックプリズム500のR光反射ダイクロイック面550およびB光反射ダイクロイック面560の反射特性はp偏光よりもs偏光の方が良く、透過特性はs偏光よりもp偏光の方が良いためである。
【0011】
照明装置100には、上述のように、照明光の利用効率を考慮して偏光変換光学系が設けられている。第1のダイクロイックミラー230および第2のダイクロイックミラー240も、通常、それぞれの光の反射面に対してs偏光の方が反射特性が良いため、照明装置100から射出される照明光は、s偏光光とされている。なお、2つのダイクロイックミラー230,240を介してR,G,B用のライトバルブ400R,400G,400Bに向かう光の偏光方向も、クロスダイクロイックプリズム500の2つのクロスダイクロイック面550,560に対してs偏光となる。R用およびB用のライトバルブ400R,400Bには、上述したように入射面側にp偏光光を透過する偏光板が設けられているので、R用およびB用のライトバルブ400R,400Bの前面には、λ/2位相差板410,420が配置されており、s偏光光がp偏光光に変換される。
【0012】
各色用のライトバルブ400R,400G,400Bから射出された変調光(変換光)、すなわち、各色成分の画像を表す色成分画像光は、クロスダイクロイックプリズム500の対応する第1ないし第3の側面510〜530からクロスダイクロイックプリズム500に入射する。
【0013】
色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム500は、第1ないし第3の側面510〜530から入射するR,G,Bの色成分画像光を合成してカラー画像を表す光(画像光)を射出する。
【0014】
クロスダイクロイックプリズム500は、R光を反射するR光反射ダイクロイック面550と、B光を反射するB光反射ダイクロイック面560とを備えている。R光反射ダイクロイック面550とB光反射ダイクロイック面560とは、R光を反射する誘電体多層膜と、B光を反射する誘電体多層膜とを4つの直角プリズムの界面に略X字状に形成することにより設けられる。2つのダイクロイック面550,560によって3色の色成分画像光が合成されて、カラー画像を表す画像光が形成される。クロスダイクロイックプリズム500で生成された合成光(画像光)は、第4の側面540から投写レンズ600の方向に射出される。
【0015】
投写光学系としての投写レンズ600は、クロスダイクロイックプリズム500から射出された画像光の表す画像を投写する。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
このような3板式プロジェクタのサイズは、携帯性や省スペース化を考慮すると小型であることが好ましい。しかしながら、従来のプロジェクタは、以下に示すように小型化に不利な構成を有していた。
【0017】
クロスダイクロイックプリズム500は、略直方体(立方体を含む)を有しており、xy平面に垂直な4つの側面510,520,530,540のうち、R光の入射する第1の側面510とB光の入射する第3の側面530とがxz平面に平行で、G光の入射する第2の側面520と合成光の射出する第4の側面540とがyz平面に平行となるように配置されている。すなわち、R用のライトバルブ400Rを介して第1の側面510に入射するR光が−x軸方向を向き、B用のライトバルブ400Bを介して第3の側面530に入射するB光が+x方向を向き、G用のライトバルブ400Gを介して第2の側面520に入射するG光が+y軸方向を向くように配置されている。
【0018】
色分離光学系200は、分離したR,G,Bの各色光が、それぞれ対応するライトバルブ400R,400G,400Bに入射するように構成される。具体的には、以下に示すように構成される。
【0019】
第1の反射ミラー210は、照明装置100から−y軸方向に向かって射出される光を−x軸方向に向けてほぼ垂直に反射するように配置されている。第1のダイクロイックミラー230は、第1の反射ミラー210で反射された光の光路上に配置されており、第1の反射ミラー210で反射された光のうち、R光を+y軸方向に向けてほぼ垂直に反射させるとともに、G光およびB光をそのまま透過するように配置されている。第2の反射ミラー220は、第1のダイクロイックミラー230で反射されたR光の光路上に配置されており、かつ、R光を−x軸方向に向けてほぼ垂直に反射して、クロスダイクロイックプリズム500の第1の側面520に入射するように配置されている。第2のダイクロイックミラー240は、第1のダイクロイックミラー230を透過したG光およびB光の光路上に配置されており、G光を+y軸方向に向けてほぼ垂直に反射させて、ダイクロイックプリズム500の第2の側面520に入射させるとともに、B光をそのまま透過するように配置されている。
【0020】
リレー光学系300の2つの反射ミラー320,340は、第2のダイナミックミラー240を透過し、−x軸方向に進むB光を、ほぼ180度反転して、クロスダイクロイックプリズム500の第3の側面530に入射させるように配置されている。
【0021】
以上のように上記光学系の各構成要素100〜600を配置した場合、光学系の各構成要素が全く配置されていない領域(以下、「空きスペース」と呼ぶ)SP1,SP2が発生することになる。このような空きスペースSP1,SP2は、プロジェクタの小型化の妨げとなる。このため、プロジェクタの小型化のためには、これらの空きスペースSP1,SP2を削減することによる省スペース化が可能な配置の実現が望まれている。
【0022】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、空きスペースを削減することにより、装置の小型化を実現することが可能な技術を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明のプロジェクタは、
照明光を射出する照明装置と、
前記照明光を3色の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系から入射される前記3色の光を、それぞれに対応する色信号に応じて変化する3色の変換光として射出する3つの電気光学装置と、
交差する2つのダイクロイック面を有し、前記3つの電気光学装置から射出される3色の変換光を合成してカラー画像を表す合成光を射出する色合成手段と、
前記合成光の表すカラー画像を投写する投写光学系と、を備え、
前記合成光が前記投写光学系に向かって進む方向を+y軸方向とし、+y軸方向を見て12時の方向を+z軸方向、3時の方向を+x軸方向とした場合に、
第1の電気光学装置は、射出する第1色の変換光が+y軸方向に進んで前記色合成手段に入射し、前記第1と第2のダイクロイック面を透過して前記投写光学系の方向に進むように、前記色合成手段に対して−y軸方向側に配置されており、
第2の電気光学装置は、射出する第2色の変換光が−x軸方向に進んで前記色合成手段に入射し、前記第1のダイクロイック面で+y軸方向に反射されて前記投写光学系の方向に進むように、前記色合成手段に対して+x軸方向側に配置されており、
第3の電気光学装置は、射出する第3色の変換光が+x軸方向に進んで前記色合成手段に入射し、前記第2のダイクロイック面で+y軸方向に反射されて前記投写光の方向に進むように、前記色合成手段に対して−x軸方向側に配置されており、
前記色分離光学系は、
前記第2の電気光学装置に対して前記色合成手段とは反対側の位置に配置され、−y軸方向に向かって入射される前記照明装置からの照明光を、−x軸方向に向かって進む光であって、前記第2の電気光学装置に入射する第2色の光を含む第1の光と、−y軸方向に向かって進む光であって、第1色および第3色の光を含む第2の光とに分離する第1の光分離手段と、
前記第2の光を−x軸方向に反射するとともに、反射された前記第2の光を、+y軸方向に向かって反射して前記第1の電気光学装置に入射する前記第1色の光と、−x軸方向に向かって透過する前記第3色の光とに分離する第2の光分離手段と、
前記第2の光分離手段から射出され−x軸方向に進む前記第3色の光が、前記第3の電気光学装置に入射するように導く導光光学系と、を備え、
前記照明装置は、前記照明光が−y軸方向に向かって進んで前記第1の光分離手段に入射するように、前記光分離手段に対して+y軸方向側に配置されることを特徴とする。
【0024】
上記構成のプロジェクタによれば、従来のプロジェクタにおいて発生していた空きスペースに照明装置を配置することが可能であるので、空きスペースを削減することにより装置の小型化を実現することができる。
【0027】
この場合において、前記照明装置は、第1の偏光方向を有する照明光を射出する照明装置であり、
前記第1の光分離手段は、
前記第2の電気光学装置に対して+x軸方向側で、かつ、前記照明装置に対して−y軸方向側の位置に配置され、前記第1の偏光方向を有する光が−y軸方向に向かって入射する場合には、そのまま透過し、前記第1の偏光方向に垂直な第2の偏光方向を有する光が−y軸方向に向かって入射する場合には、−x軸方向に向かってほぼ垂直に反射する偏光分離面を有する偏光分離プリズムと、
前記偏光分離プリズムに対して−y軸方向側に対向配置され、前記第2色の光を反射し、前記第1色および第3色の光を透過するダイクロイックミラーと、
前記偏光分離プリズムに対して+x軸方向側の位置に対向配置される反射ミラーと、
前記ダイクロイックミラーと偏光分離プリズムとの間に配置された第1のλ/4位相差板と、
前記ダイクロイックミラーに対して前記第1のλ/4位相差板とは反対側の位置に配置された第2のλ/4位相差板と、
前記反射ミラーと前記偏光分離プリズムとの間に配置された第3のλ/4位相差板と、を備えることが好ましい。
【0028】
こうすれば、容易に第1の光分離手段を構成し、かつ、第1の光分離手段から第2の電気光学装置に入射する第2色の光の経路の長さと、第2の光分離手段を介する第1色および第3色の光の経路の長さが等しくなるようにすることができる。
【0029】
さらに、前記導光光学系は、リレーレンズを含むリレー光学系であることが好ましい。
【0030】
こうすれば、第3色の光の経路の長さを実効的に第1色および第2色の光の経路の長さと等しくなるようにすることができる。
【0031】
また、上記プロジェクタにおいて、
前記第1の光分離手段は、
前記第2の電気光学装置に対して+x軸方向側で、かつ、前記照明装置に対して−y軸方向側の位置に配置され、前記照明装置から−y軸方向に向かって入射する照明光のうち、前記第2色の光を−x軸方向に反射し、前記第1色および第3色の光を透過するダイクロイックミラーを有することも好ましい。
【0032】
あるいは、上記プロジェクタにおいて、
前記第1の光分離手段は、
前記第2の電気光学装置に対して+x軸方向側で、かつ、前記照明装置に対して−y軸方向側の位置に配置され、前記照明装置から−y軸方向に向かって入射する照明光のうち、一部の照明光を−x軸方向に反射し、他の照明光を透過するハーフミラーを有するようにしてもよい。
【0033】
上記どちらの構成にしても、容易に第1の光分離手段を構成することができる。
【0034】
ここで、前記第2の光分離手段および前記導光光学系は、それぞれリレーレンズを含むリレー光学系であることが好ましい。
【0035】
こうすれば、第1色の光の経路の長さおよび第3色の光の経路の長さを実効的に第2色の光の経路の長さと等しくなるようにすることができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
A.第1実施例:
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図1は、この発明の第1実施例としてのプロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。このプロジェクタPJaは、照明装置100aと、色分離光学系200aと、3つのライトバルブ400R,400G,400Bと、クロスダイクロイックプリズム500と、投写レンズ600とを備えている。なお、このプロジェクタPJaは、色分離光学系200aの構成および照明装置100aの配置位置を除いて、基本的に従来のプロジェクタPJrと同じ構成を有している。以下では、従来のプロジェクタPJrと本実施例のプロジェクタPJaとの相違点について主に説明する。
【0037】
照明装置100aの照明光の偏光方向は、照明装置100のs偏光に垂直なp偏光である。これは、非偏光な光をp偏光光に変換する偏光変換変換光学系を用いることにより構成できる。あるいは、照明装置100の射出面にλ/2位相差板を設けることにより構成できる。なお、p偏光およびs偏光の偏光方向は、従来例と同様に、クロスダイクロイックプリズム500の2つのダイクロイック面550,560、を基準に設定されている。
【0038】
色分離光学系200aは、従来の色分離光学系200(図5)における第1のダイクロイックミラー230と、第2の反射ミラー220が削除され、第1のダイクロイックミラー230のあった位置に第1の反射ミラー210が配置され、第2の反射ミラー220のあった位置に、光分離手段700の偏光分離プリズム710が配置された構成を有している。照明装置100aは、偏光分離プリズム710のy軸に平行な中心軸に沿って反射ミラー210とは反対側の位置に、−y軸方向に向けて射出される照明光が偏光分離プリズム710に直接入射するように配置されている。
【0039】
図2は、色分離光学系200aからクロスダイクロイックプリズム500までのR光,G光,B光の経路を拡大して示す説明図である。なお、図は、説明の便宜上必要な光学要素のみを示し、他の光学要素を省略して示している。また、R,G,Bの各色光を、説明の便宜上実線で示すとともに、それぞれの実線をずらして示している。
【0040】
照明装置100aから−y軸方向に向けて射出された光は、光分離手段700の偏光分離プリズム710に入射する。偏光分離プリズム710は、p偏光光をそのまま透過し、s偏光光を反射する偏光分離面715を有しており、s偏光光が−y軸方向に向かって入射するとした場合に、この偏光分離面715で−x軸方向に反射されるように配置されている。
【0041】
照明装置100aから射出されたR,G,Bの各色光は、p偏光光に揃えられているので、第1の側面711から偏光分離プリズム710に入射して偏光分離面715をそのまま透過し、−y軸方向に向けて第3の側面713から射出される。偏光分離プリズム710の第3の側面から射出されたR,G,Bの各色光は、光分離手段700内のそれらの光路上に配置されているR光反射ダイクロイックミラー720に入射する。R光反射ダイクロイックミラー720に入射する光のうち、G光およびB光は、R光反射ダイクロイックミラー720をそのまま透過して−y軸方向に進み、R光は、R光反射ダイクロイックミラー720で反射されて+y軸方向に進む。R光反射ダイクロイックミラー720で反射されたR光は、第3の側面713から再び偏光分離プリズム710に入射する。
【0042】
偏光分離プリズム710とR光反射ダイクロイックミラー720との間には、λ/4位相差板722が配置されている。従って、再び偏光分離プリズム710に入射するR光は、反射前後でλ/4位相差板722を2回通過するので、p偏光光からs偏光光に変換される。この変換されたs偏光のR光は、偏光分離面715において+x軸方向にほぼ垂直に反射される。偏光分離面715で反射されたs偏光のR光は、第2の側面712から射出され、光分離手段700内のその光路上に配置された反射ミラー730で反射されて、第2の側面712からもう一度偏光分離プリズム710に入射する。
【0043】
偏光分離プリズム710と反射ミラー730との間には、λ/4位相差板732が配置されている。従って、もう一度偏光分離プリズム710に入射するR光は、反射前後でλ/4位相差板732を2回通過するので、再びs偏光からp偏光に変換される。この変換されたp偏光のR光は、偏光分離面715をそのまま透過し、−x軸方向に進む。
【0044】
従って、照明装置100aから射出されて−y軸方向に進む照明光のうち、R光は光分離手段700で分離されて−x軸方向に進み、R用のライトバルブ400Rを介して、クロスダイクロイックプリズム500に入射する。
【0045】
なお、従来例で説明したように、R用のライトバルブ400Rにはp偏光光を入射するタイプが用いられている。従って、本実施例のプロジェクタPJaにおいては、従来のプロジェクタPJrにおいてR用のライトバルブ400Rの前段に配置されていたλ/2位相差板410(図5)は不要である。
【0046】
一方、R光反射ダイクロイックミラー720を透過して−y軸方向に進むG光およびB光の光分離手段700内における光路上には、λ/4位相差板724が配置されている。従って、偏光分離プリズム710の第3の側面713から射出されたG光およびB光は、2つのλ/4位相差板722,724を通過するので、p偏光光からs偏光光に変換される。
【0047】
光分離手段700から射出された−y軸方向に進むG光およびB光は、反射ミラー210でほぼ垂直に反射されて−x軸方向に進み、G光反射ダイクロイックミラー240に入射する。
【0048】
G光反射ダイクロイックミラー240に入射したG光は、従来のプロジェクタPJr(図5)の場合と同様に、ほぼ垂直に反射されて+y軸方向に進む。従って、照明装置100aから射出された−y軸方向に進む照明光のうち、G光は光分離手段700で分離されて−y軸方向に進み、反射ミラー210およびG光反射ダイクロイックミラー240で反射されて+y軸方向に進み、G用のライトバルブ400Gを介して、クロスダイクロイックプリズム500に入射する。
【0049】
G光反射ダイクロイックミラー240に入射したB光も、従来のプロジェクタPJrの場合と同様にそのまま透過してリレー光学系300の2つの反射ミラー320,340で反射されて+x軸方向に進み、B用のライトバルブ400Bを介して、クロスダイクロイックプリズム500に入射する。なお、B用のライトバルブ400Bには、従来例で説明したようにp偏光光を入射するタイプが用いられている。また、G光反射ダイクロイックミラー240を透過したB光はp偏光光である、従って、本実施例のプロジェクタPJaにおいても、λ/2位相差板420がB用のライトバルブ400Bの前段に配置される。
【0050】
従って、照明装置100aから射出されて−y軸方向に進む照明光のうち、G光およびB光は、光分離手段700で分離されてそのまま−y軸方向に進み、反射ミラー210で−x軸方向に反射される。反射ミラー210で反射されたG光およびB光は、従来のプロジェクタPJrと同様に、G光反射ダイクロイックミラー240によって、+y軸方向に向かうG光と−x軸方向に向かうB光とに分離される。そして、G光はG用のライトバルブ400Gに入射され、B光はリレー光学系300を介してB用のライトバルブ400Bに入射される。
【0051】
以上説明したように、本実施例のプロジェクタPJaは、光分離手段700を設けることにより、照明装置100aを、偏光分離プリズム710のy軸に平行な中心軸に沿って反射ミラー210とは反対側の位置に配置し、−y軸方向に向けて射出される照明光が偏光分離プリズム710に直接入射するように配置することができる。すなわち、従来のプロジェクタPJrにおいて発生していた空きスペースSP1(図5)の領域に、照明装置100aを配置することができる。これにより、従来のプロジェクタPJrの筐体CSrに比べて、本実施例のプロジェクタPJaの筐体CSaのサイズを小さくすることができる。
【0052】
なお、以上の説明からわかるように、本実施例においては、光分離手段700が発明の第1の光分離手段に相当する。また、反射ミラー210およびG光反射ダイクロイックミラー240が発明の第2の光分離手段に相当し、リレー光学系300が発明の導光光学系に相当する。
【0053】
ところで、図2に示すように、クロスダイクロイックプリズム500と、偏光分離プリズム710と、反射ミラー210と、G光反射ダイクロイックミラー240と、リレー光学系300の2つの反射ミラー320,340とは、互いに等間隔rを有する格子上の位置に配置されている。また、R光反射ダイクロイックミラー720は、偏光分離プリズム710と反射ミラー210との間のちょうど中間の位置に配置されている。また、反射ミラー730は、R光ダイクロイックミラー720と偏光分離プリズム710の間隔に等しい間隔r/2を有している。従って、偏光分離プリズム710からクロスダイクロイックプリズム500までにおけるR、G,Bの各色光の経路の長さは、下記のようになる。
【0054】
R光の経路=r/2+r/2+r/2+r/2+r=3r
G光の経路=r+r+r=3r
B光の経路=r+r+r+r+r=5r
【0055】
R光の経路およびG光の経路は同じ長さとなるように配置されている。また、B光の経路の長さは、G光反射ダイクロイックミラー240からリレー光学系300の反射ミラー340までの経路の長さ(=2r)だけ長くなるが、リレー光学系300の機能により、実効的な長さはR光およびG光と同じである。すなわち、本実施例のプロジェクタPJaでは、R,G,Bの各色光の経路の長さが実効的に等しく、各色用のライトバルブ400R,400G,400Bを照明する光の照明効率がほぼ同じとなる。この結果、色バランスのよいカラー画像を再現することが可能である。
【0056】
なお、本実施例では、クロスダイクロイックプリズム500のR光反射ダイクロイック面550およびB光反射ダイクロイック面560で反射される光がs偏光光となり、R光反射ダイクロイック面550およびB光反射ダイクロイック面560を透過する光がp偏光光となるように、R用のライトバルブ400RおよびB用のライトバルブ400Bがp偏光光入射でs偏光光射出のタイプを利用し、G用のライトバルブ400Gがs偏光入射でp偏光射出のタイプを利用している場合を示している。
【0057】
上記のような構成としているのは、通常、R光反射ダイクロイック面550およびB光反射ダイクロイック面560は、s偏光光のほうが反射特性が良く、p偏光光のほうが透過特性が良いため、それぞれの光の利用効率を高めるとともに、それぞれの色のバランスを保つためである。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、B用のライトバルブ400BをG用のライトバルブ400Gと同様にs偏光入射でp偏光射出のタイプを利用するようにしてもよい。この場合にはλ/2位相差板420は不要である。
【0058】
また、クロスダイクロイックプリズム500のR光反射ダイクロイック面550およびB光反射ダイクロイック面560の反射特性がp偏光光のほうが良い場合には、R用およびB用のライトバルブとしてはs偏光入射でp偏光射出のタイプを利用し、G用のライトバルブとしてはp偏光入射でs偏光射出のタイプを利用するようにすればよい。ただし、この場合には、R用のライトバルブおよびG用のライトバルブの前段にλ/2位相差板を配置することが好ましい。
【0059】
また、本記実施例では、ライトバルブとして透過型の液晶パネルを用いた場合を例に説明しているが、入射した光を与えられた信号に応じて変調して透過するタイプのライトバルブであればどのようなものを用いても同様である。ただし、適用されるライトバルブが、非偏光な光を変調するタイプのものである場合には、λ/2位相差板をライトバルブの前段に配置する必要はない。
【0060】
また、上記実施例では、偏光分離プリズム710の偏光分離面715がp偏光光を透過し、s偏光光を透過する構成の場合を例に説明しているが、s偏光光を透過し、p偏光光を透過する構成としてもよい。この場合には、用いられているライトバルブのタイプに応じてその前段に適宜λ/2位相差板を設けるようにすればよい。また、偏光分離プリズム710の構成に応じて、s偏光またはp偏光の照明光を射出する照明装置を用いるようにすればよい。
【0061】
なお、上記偏光分離プリズム710を、偏光分離面を有する偏光分離板に置き換えることも可能である。
【0062】
上記実施例では、色合成手段としてクロスダイクロイックプリズムを用いた構成を例に説明しているが、クロスダイクロイックプリズムをクロスダイクロイックミラーに置き換えた構成とすることも可能である。
【0063】
また、上記実施例では、照明装置および光分離手段がクロスダイクロイックプリズムに対して+x軸方向側に配置される場合を例に説明しているが、−x軸方向側に配置されるようにしてもよい。すなわち、照明装置および色分離光学系が、クロスダイクロイックプリズムと投写レンズを結ぶ中心軸を含むyz平面に対して対称配置されるようにしてもよい。
【0064】
上記実施例においては、R光、G光、B光がそれぞれ本発明の第2色の光、第1色の光、第3色の光に対応している。ただし、これに限定されるものではなく、任意に対応させることができる。
【0065】
なお、上記各変形例については、以下に示す各実施例においても適宜適用可能である。
【0066】
B.第2実施例:
図3は、第2実施例としてのプロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。このプロジェクタPJbは、第1実施例の色分離光学系200aを色分離光学系200bに置き換えた点、および照明装置100aを照明装置100に置き換えた点を除いて第1実施例のプロジェクタPJaと基本的に同じ構成を有している。
【0067】
色分離光学系200bは、第1実施例の色分離光学系200aの光分離手段700を光分離手段700bに置き換えた構成を有している。
【0068】
光分離手段700bは、R光を反射しG光およびB光を透過するR光反射ダイクロイックミラー740を有している。このR光反射ダイクロイックミラー740は、照明装置100から射出されて−y軸方向に向かうR光を−x軸方向に向けてほぼ垂直に反射し、R用のライトバルブ400Rを介してクロスダイクロイックプリズム500に入射させるように配置されている。
【0069】
R光反射ダイクロイックミラー740を透過したG光およびB光は、第1実施例と同様に、G光反射ダイクロイックミラー240で分離されて、それぞれG用のライトバルブ400GおよびB用のライトバルブ400Bを介してクロスダイクロイックプリズム500に入射する。
【0070】
ここで、R光反射ダイクロイックミラー740も、通常、光の反射面に対してs偏光の方が反射特性が良い。従って、本実施例では、p偏光光を射出する照明装置100aではなく、s偏光光を射出する照明装置100が用いられている。
【0071】
なお、第1実施例でも説明したように、R用およびB用のライトバルブ400R,400Bには、p偏光入射でs偏光射出のタイプが利用され、G用のライトバルブ400Gには、s偏光入射でp偏光射出のタイプが利用されている。一方、色分離光学系200bで分離されるR,G,Bの各色光は、照明装置100から射出される照明光と同じs偏光光であるので、R用およびB用のライトバルブ400R,400Bの前段にはλ/2位相差板410,420が配置されており、R光およびB光の偏光方向がp偏光からs偏光に変換される。また、G用のライトバルブ400Gの前段にはλ/2位相差板は配置されていない。
【0072】
ただし、本実施例においては、光の利用効率を考慮しなければ、必ずしも照明装置100から射出される照明光の偏光方向を揃える必要はない。このため、非偏光な照明光を射出する照明装置を利用するようにしてもよい。この場合には、ライトバルブの前段に配置するλ/2位相差板は不要である。
【0073】
λ/2位相差板の配置は、第1実施例においても説明したように、用いられるライトバルブのタイプおよび照明装置から射出される光の偏光方向に応じてライトバルブの前段に適宜配置されるようにすればよい。
【0074】
本実施例のプロジェクタPJbにおいても、第1実施例のプロジェクタPJaと同様に、光分離手段700bを設けることにより、照明装置100を、R光反射ダイクロイックミラー740のy軸に平行な中心軸に沿って反射ミラー210とは反対側の位置に配置し、−y軸方向に向けて射出される照明光がR光反射ダイクロイックミラー740に直接入射するように配置することができる。この結果、従来のプロジェクタPJrにおいて発生していた空きスペースSP1(図5)の領域に、照明装置100を配置することができる。これにより、従来のプロジェクタPJrの筐体CSrに比べて、本実施例のプロジェクタPJbの筐体CSbのサイズを小さくすることができる。
【0075】
なお、本実施例においては、光分離手段700bが発明の第1の光分離手段に相当する。
【0076】
なお、本実施例においては、R光反射ダイクロイックミラー740からクロスダイクロイックプリズム500までの光の経路は、R光の経路に比べてG光、B光の経路の順に長くなる。B光の経路には、リレー光学系300が配置されているので、実効的には、G光およびB光の経路は、R光の経路に対してR光反射ダイクロイックミラー740からG光反射ダイクロイックミラー240までの経路の長さ分だけ長くなる。そこで、本実施例の色分離光学系200bでは、R光反射ダイクロイックミラー740からG光反射ダイクロイックミラー240までの経路に、リレー光学系300の2つのレンズ310,330と同様の機能を有する2つのレンズ242,244を設けて、これらの経路の長さをR光の経路の長さと実効的に等しくしている。これにより、本実施例のプロジェクタPJbにおいても、R,G,Bの各色光による光の照明効率がほぼ同じであり、色バランスのよいカラー画像を再現することが可能である。
【0077】
C.第3実施例:
図4は、第3実施例としてのプロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。このプロジェクタPJcは、第2実施例の色分離光学系200bを色分離光学系200cに置き換えた点を除いて基本的に第2実施例のプロジェクタPJbと同じ構成を有している。また、色分離光学系200cは、第2実施例の光分離手段700bを光分離手段700cに置き換えた点を除いて全く同じ構成を有している。
【0078】
光分離手段700cは、第2実施例の光分離手段700bのR光反射ダイクロイックミラー740に代えてハーフミラー750を有している。ハーフミラー750は、照明装置100から射出された照明光の半分を−x軸方向に反射し、残りの半分をそのまま−y軸方向に透過するように配置されている。
【0079】
光分離手段700c内において、ハーフミラー750を透過した光の光路上には、GおよびBの色光を透過するG光B光透過色フィルタ760が設けられており、光分離手段700cから反射ミラー210の方向に射出される光は、第1や第2実施例の光分離手段700,700bと同様にG光およびB光となる。
【0080】
また、ハーフミラー750で反射された光の光路上にも、R光を透過するR光透過色フィルタ770が設けられている。これにより、光分離手段700cからR用のライトバルブ400Rの方向に射出される光は、第1や第2実施例の光分離手段700,700bと同様にR光となる。
【0081】
なお、G光B光透過色フィルタ760およびR光透過色フィルタ770は、必ずしもハーフミラー750の直後に配置する必要はなく、G光反射ダイクロイックミラー240およびR用のライトバルブ400Rに入射するまでの光路上のいずれかの位置に配置されるようにすればよい。
【0082】
本実施例においても、第1実施例および第2実施例と同様に、光分離手段700cを用いることにより、光分離手段700cを設けることにより、照明装置100を、ハーフミラー750のy軸に平行な中心軸に沿って反射ミラー210とは反対側の位置に配置し、−y軸方向に向けて射出される照明光がハーフミラー750に直接入射するように配置することができる。すなわち、従来のプロジェクタPJrにおいて発生していた空きスペースSP1(図5)の領域に、照明装置100を配置することができる。これにより、従来のプロジェクタPJrの筐体CSrに比べて、本実施例のプロジェクタPJcの筐体CScのサイズを小さくすることができる。
【0083】
本実施例のプロジェクタPJcにおいても、R,G,Bの各色光による光の照明効率がほぼ同じとなるように構成されており、色バランスのよいカラー画像を再現することが可能である。
【0084】
なお、本実施例においても、第2実施例と同様に、光の利用効率を考慮しなければ、必ずしも照明装置100から射出される照明光の偏光方向を揃える必要はない。このため、非偏光な照明光を射出する照明装置を利用するようにしてもよい。この場合には、ライトバルブの前段に配置するλ/2位相差板は不要である。
【0085】
また、λ/2位相差板の配置は、第1実施例においても説明したように、用いられるライトバルブのタイプおよび照明装置から射出される光の偏光方向に応じてライトバルブの前段に適宜配置されるようにすればよい。
【0086】
なお、本実施例においては、光分離手段700cが発明の第1の光分離手段に相当する。
【0087】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例としてのプロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。
【図2】色分離光学系200aからクロスダイクロイックプリズム500までのR光,G光,B光の経路を拡大して示す説明図である。
【図3】第2実施例としてのプロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。
【図4】第3実施例としてのプロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。
【図5】従来の3板式プロジェクタにおける光学系の配置例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
100…照明装置
100a…照明装置
102…インテグレータ光学系
104…偏光変換光学系
200…色分離光学系
210…反射ミラー
230…ダイクロイックミラー(R光反射ダイクロイックミラー)
240…ダイクロイックミラー(G光反射ダイクロイックミラー)
220…反射ミラー
200a…色分離光学系
200b…色分離光学系
242,244…レンズ
200c…色分離光学系
300…リレー光学系
320,340…反射ミラー
310,330…レンズ
250,260,270…フィールドレンズ
400R,400G,400B…ライトバルブ
410,420…λ/2位相差板
500…クロスダイクロイックプリズム
510…第1の側面
520…第2の側面
530…第3の側面
540…第4の側面
550…R光反射ダイクロイック面
560…G光反射ダイクロイック面
600…投写レンズ
700…光分離手段
710…偏光分離プリズム
715…偏光分離面
711…第1の側面
712…第2の側面
713…第3の側面
714…第4の側面
720…R光反射ダイクロイックミラー
722,724,732…λ/4位相差板
730…反射ミラー
700b…光分離手段
740…R光反射ダイクロイックミラー
700c…光分離手段
750…ハーフミラー
PJa…プロジェクタ
PJb…プロジェクタ
PJc…プロジェクタ
PJr…プロジェクタ
CSa…筐体
CSb…筐体
CSc…筐体
CSr…筐体
SP1,SP2…空きスペース
Claims (6)
- プロジェクタであって、
照明光を射出する照明装置と、
前記照明光を3色の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系から入射される前記3色の光を、それぞれに対応する色信号に応じて変化する3色の変換光として射出する3つの電気光学装置と、
交差する2つのダイクロイック面を有し、前記3つの電気光学装置から射出される3色の変換光を合成してカラー画像を表す合成光を射出する色合成手段と、
前記合成光の表すカラー画像を投写する投写光学系と、を備え、
前記合成光が前記投写光学系に向かって進む方向を+y軸方向とし、+y軸方向を見て12時の方向を+z軸方向、3時の方向を+x軸方向とした場合に、
第1の電気光学装置は、射出する第1色の変換光が+y軸方向に進んで前記色合成手段に入射し、前記第1と第2のダイクロイック面を透過して前記投写光学系の方向に進むように、前記色合成手段に対して−y軸方向側に配置されており、
第2の電気光学装置は、射出する第2色の変換光が−x軸方向に進んで前記色合成手段に入射し、前記第1のダイクロイック面で+y軸方向に反射されて前記投写光学系の方向に進むように、前記色合成手段に対して+x軸方向側に配置されており、
第3の電気光学装置は、射出する第3色の変換光が+x軸方向に進んで前記色合成手段に入射し、前記第2のダイクロイック面で+y軸方向に反射されて前記投写光の方向に進むように、前記色合成手段に対して−x軸方向側に配置されており、
前記色分離光学系は、
前記第2の電気光学装置に対して前記色合成手段とは反対側の位置に配置され、−y軸方向に向かって入射される前記照明装置からの照明光を、−x軸方向に向かって進む光であって、前記第2の電気光学装置に入射する第2色の光を含む第1の光と、−y軸方向に向かって進む光であって、第1色および第3色の光を含む第2の光とに分離する第1の光分離手段と、
前記第2の光を−x軸方向に反射するとともに、反射された前記第2の光を、+y軸方向に向かって反射して前記第1の電気光学装置に入射する前記第1色の光と、−x軸方向に向かって透過する前記第3色の光とに分離する第2の光分離手段と、
前記第2の光分離手段から射出され−x軸方向に進む前記第3色の光が、前記第3の電気光学装置に入射するように導く導光光学系と、を備え、
前記照明装置は、前記照明光が−y軸方向に向かって進んで前記第1の光分離手段に入射するように、前記光分離手段に対して+y軸方向側に配置される、
プロジェクタ。 - 請求項1記載のプロジェクタであって、
前記照明装置は、第1の偏光方向を有する照明光を射出する照明装置であり、
前記第1の光分離手段は、
前記第2の電気光学装置に対して+x軸方向側で、かつ、前記照明装置に対して−y軸方向側の位置に配置され、前記第1の偏光方向を有する光が−y軸方向に向かって入射する場合には、そのまま透過し、前記第1の偏光方向に垂直な第2の偏光方向を有する光が−y軸方向に向かって入射する場合には、−x軸方向に向かってほぼ垂直に反射する偏光分離面を有する偏光分離プリズムと、
前記偏光分離プリズムに対して−y軸方向側に対向配置され、前記第2色の光を反射し、前記第1色および第3色の光を透過するダイクロイックミラーと、
前記偏光分離プリズムに対して+x軸方向側の位置に対向配置される反射ミラーと、
前記ダイクロイックミラーと偏光分離プリズムとの間に配置された第1のλ/4位相差板と、
前記ダイクロイックミラーに対して前記第1のλ/4位相差板とは反対側の位置に配置された第2のλ/4位相差板と、
前記反射ミラーと前記偏光分離プリズムとの間に配置された第3のλ/4位相差板と、を備える、
プロジェクタ。 - 請求項2記載のプロジェクタであって、
前記導光光学系は、リレーレンズを含むリレー光学系である、
プロジェクタ。 - 、請求項1記載のプロジェクタであって、
前記第1の光分離手段は、
前記第2の電気光学装置に対して+x軸方向側で、かつ、前記照明装置に対して−y軸方向側の位置に配置され、前記照明装置から−y軸方向に向かって入射する照明光のうち、前記第2色の光を−x軸方向に反射し、前記第1色および第3色の光を透過するダイクロイックミラーを有する、
プロジェクタ。 - 請求項1記載のプロジェクタであって、
前記第1の光分離手段は、
前記第2の電気光学装置に対して+x軸方向側で、かつ、前記照明装置に対して−y軸方向側の位置に配置され、前記照明装置から−y軸方向に向かって入射する照明光のうち、一部の照明光を−x軸方向に反射し、他の照明光を透過するハーフミラーを有する、
プロジェクタ。 - 請求項4または請求項5記載のプロジェクタであって、
前記第2の光分離手段および前記導光光学系は、それぞれリレーレンズを含むリレー光学系である、
プロジェクタ。
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