JPH08271848A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射分散型の液晶パネルを用いた液晶プロジェ
クタにおいて，不要反射光の発生によりスクリーン投写
画像のコントラストが低下しないようにする。 【構成】面１４は，平凸レンズ４と空気層を介して隣接
する面であり，投写レンズ１２の光軸１５に垂直な方向
に対して，角度ａだけ傾斜している。入射光の一部１３
はＲ色光７Ｒ，９Ｒの全反射面１４で反射し，その不要
反射光１６は開口絞り１１で遮られるため，出射光１０
とともにスクリーン上に投写されることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，光源からの照明光を反
射分散型の液晶パネルに照射し，液晶パネルの画像を投
写レンズによりスクリーン上に投写する液晶プロジェク
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の反射分散型の液晶パネルを用い
た液晶プロジェクタとしては，例えば特開平４−１９４
９２１号公報の図１に開示されているように，開口絞り
（第１の遮断マスク７に相当），微小ミラー（反射鏡８
に相当），ダイクロイックプリズム（クロスダイクロイ
ックプリズム４に相当），３枚の液晶パネル（赤色用反
射・散乱型液晶デバイス５Ｒ，緑色用反射・散乱型液晶
デバイス５Ｇ，青色用反射・散乱型液晶デバイス５Ｂに
相当）とを備え，光源からの照明光を微小ミラー，ダイ
クロイックプリズムを介して３枚の液晶パネルに照射
し，液晶パネルからの反射光をダイクロイックプリズム
と開口絞りを介して投写レンズによりスクリーン上に投
写するものが知られている。

【０００３】この構成の液晶プロジェクタによれば，Ｔ
Ｎ（ツイステッドネマティック）型の液晶パネルを使用
した液晶プロジェクタに比べて，偏光板を使用しないの
でスクリーン上で明るく大画面の画像が得られる。ま
た，反射型の液晶パネルを使用しているため，透過型の
液晶パネルを使用したプロジェクタに比べて光学系が小
形になる。また，透過型の液晶パネルに比べ，反射型の
液晶パネルは画素の開口率が大きいため，より明るい画
像が得られる。また，色分離・合成手段としてダイクロ
イックプリズムを用いているため，ダイクロイックミラ
ーを使用したプロジェクタに比べて光学系が小形にな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来の
この構成の液晶プロジェクタにおいては，ダイクロイッ
クプリズムとして，キューブタイプのクロスダイクロイ
ックプリズムを用いているため，以下に実施例で説明す
るような課題があるが，これらについては配慮されてい
なかった。

【０００５】以下，図面を用いてこのクロスダイクロイ
ックプリズムを用いる場合の課題を詳細に説明する。図
５は，従来の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
光源であるメタルハライドランプ１からの照明光２は，
微小ミラー３，コンデンサーレンズである平凸レンズ５
０を介してクロスダイクロイックプリズム５１に入射す
る。入射光５２は，クロスダイクロイックプリズム５１
により，赤色光５３Ｒ，緑色光５３Ｇおよび青色光５３
Ｂとに分離される。各色光５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは，
それぞれ反射分散型液晶パネル５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ
により，赤色光５５Ｒ，緑色光５５Ｇ，青色光５５Ｂが
反射される。各反射光５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂは，クロ
スダイクロイックプリズム５１により色合成され，出射
光５６となる。出射光５６は，開口絞り１１を介して投
写レンズ１２に入射され，スクリーン（図示せず）に投
写される。

【０００６】ここで，クロスダイクロイックプリズム５
１のダイクロイック膜５７Ｒ，５７は互いに４５°の角
度で構成され，文字Ｘのようになっている。このため，
プリズムの継目５８の部分で影が発生し，スクリーン上
にこの影が投写されることがあった。特に，分散型液晶
パネルを用いた液晶プロジェクタでは，照明光２として
平行度の良好な光束を用いるため，この影がより目立っ
ていた。

【０００７】また，分散型液晶パネルを用いた液晶プロ
ジェクタでは，偏光板を用いないたに，ダイクロイック
プリズム５１の入射光５２と出射光５６はランダム偏光
である。一般に，４５°傾斜のダイクロイック膜５７
Ｒ，５７Ｂの分光特性は，Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とで
大きく異なる。このため，Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが
５０％ずつ含まれるランダム偏光が入出射するこの構成
においては，色分離合成後の分光特性は，両偏光の分光
特性を平均した，なだらかな分光特性となり，Ｒ，Ｇ，
Ｂ各色光の色純度が低下し，良好な色再現性は得られな
かった。

【０００８】また，ダイクロイック膜５７Ｒ，５７Ｂは
継目５８で２分割されているため，プリズムの加工ない
し組み立て精度が悪いと，スクリーン上の画像の上下ま
たは左右で，Ｒ，Ｇ，Ｂのコンバーゼンスがずれること
があった。ＶＧＡ（横６４０，縦４８０）程度の精細度
では特に問題とはならないが，より高精細なＸＧＡ（横
１０２４，縦７６８）や，ワークステーション用の画素
数（横１２８０，縦１０２４以上）ではコンバーゼンス
の精度が問題となり，プリズムに，より精密な加工精度
や組み立て精度が要求され，プリズムのコストが高くな
っていた。

【０００９】このように，クロスダイクロイックプリズ
ム５１は，継目５８の影の発生，色再現性の不良，Ｒ，
Ｇ，Ｂのコンバーゼンスずれといった課題があった。

【００１０】これらの課題を対策するためには，クロス
ダイクロイックプリズムの代わりに全反射面を備えるタ
イプのダイクロイックプリズムを採用することが考えら
れる。このダイクロイックプリズムは，クロスダイクロ
イックプリズムに比べて大形になるものの，上述した課
題がないため，３ＣＣＤのビデオカメラ用として実績の
あるものである。しかし，ビデオカメラ用のダイクロイ
ックプリズムは透過光学系で色分離機能のみの使い方で
あるのに対して，液晶プロジェクタ用のダイクロイック
プリズムは反射光学系で色分離機能に加えて，色合成機
能も使用する。このために，不要反射光の発生と，それ
がスクリーン投写画像のコントラストを低下させるとい
った課題については配慮されていなかった。

【００１１】以下，図面を用いてこの全反射面を備える
タイプのダイクロイックプリズムを用いる場合の課題を
詳細に説明する。図６は，図５の従来の液晶プロジェク
タ光学系のクロスダイクロイックプリズム５１の代わり
に，従来の全反射面を備えるタイプのダイクロイックプ
リズム６１を備えた液晶プロジェクタ光学系の上面図で
ある。光源であるメタルハライドランプ１からの照明光
２は，微小ミラー３，コンデンサーレンズである平凸レ
ンズ６０を介してダイクロイックプリズム６１に入射す
る。入射光６２は，ダイクロイックプリズム６１によ
り，赤色光６３Ｒ，緑色光６３Ｇおよび青色光６３Ｂと
に分離される。各色光６３Ｒ，６３Ｇ，６３Ｂは，それ
ぞれ反射分散型液晶パネル６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂによ
り，赤色光６５Ｒ，緑色光６５Ｇ，青色光６５Ｂが反射
される。各反射光６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂは，ダイクロ
イックプリズム６１により色合成され，出射光６６とな
る。出射光６６は，開口絞り１１を介して投写レンズ１
２に入射され，スクリーン（図示せず）に投写される。

【００１２】ここで，入射光の一部６７はＲ色光６３
Ｒ，６５Ｒの全反射面６８で反射し，その不要反射光６
９は開口絞り１１を通過して，出射光６６とともにスク
リーン上に投写される。面６８は空気とガラスとの境界
面なので，３層の反射防止膜を形成しても，０．２〜
０．３％程度の反射は残り，スクリーン投写画像のコン
トラストの低下は避けられないという問題があった。

【００１３】そこで本発明の目的は，プリズム継目の影
の発生，色再現性の不良，Ｒ，Ｇ，Ｂのコンバーゼンス
ずれといった課題がなく，かつ不要反射光の発生により
スクリーン投写画像のコントラストを低下させることの
ない液晶プロジェクタ光学系の構成を提案することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では，ダイクロイックプリズムは少なくとも１
つの全反射面を備え，かつそのすべての全反射面を投写
レンズの光軸に垂直な方向に対して傾けて構成した。

【００１５】さらに上記目的を達成するために本発明で
は，ダイクロイックプリズムは２つの全反射面を備え，
２つの全反射面の傾ける方向を互いに反対方向として構
成した。

【００１６】さらに上記目的を達成するために本発明で
は，平凸レンズを投写レンズの光軸に垂直な方向に対し
て傾けて構成した。

【００１７】さらに上記目的を達成するために本発明で
は，全反射面または平凸レンズの傾斜角ａは，投写レン
ズの有効なＦ値ｆに対し，

【００１８】

【数１】 ａ＞ａｒｃｓｉｎ（１／（２・ｆ））…（数１） なる関係に設定した。

【００１９】

【作用】これにより，ダイクロイックプリズムの全反射
面や平凸レンズで発生する不要反射光がスクリーン上に
投写されることがなくなる。特に，全反射面または平凸
レンズを所定の傾斜角に設定すれば，不要反射光は開口
絞りで遮られることになる。したがって，全反射面を備
えるタイプのダイクロイックプリズムを採用できるの
で，プリズム継目の影の発生，色再現性の不良，Ｒ，
Ｇ，Ｂのコンバーゼンスずれといった課題がなく，かつ
不要反射光の発生によりスクリーン投写画像のコントラ
ストを低下させることのない液晶プロジェクタ光学系の
構成を得ることができる。

【００２０】

【実施例】以下，図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００２１】図１は，本発明の第１の実施例の液晶プロ
ジェクタ光学系の上面図である。光源であるメタルハラ
イドランプ１からの照明光２は，微小ミラー３，コンデ
ンサーレンズである平凸レンズ４を介してダイクロイッ
クプリズム５に入射する。

【００２２】このダイクロイックプリズム５は，図６に
示したダイクロイックプリズム６１とは，全反射面を備
える点で同じタイプのダイクロイックプリズムである
が，全反射面１４が傾斜しているのに伴い，全体の形状
が異なっている。

【００２３】以下，ダイクロイックプリズム５の形状
を，図面を用いて詳細に説明する。

【００２４】図２は，ダイクロイックプリズム５の上面
図である。面１４は，平凸レンズ４と空気層を介して隣
接する面であり，投写レンズ１２の光軸１５に垂直な方
向に対して，角度ａ°だけ傾斜している。面１７は，Ｒ
色光を反射し，その他の色光を透過するダイクロイック
膜面で，この面も空気層を介する面であり，投写レンズ
１２の光軸１５に垂直な方向に対して，角度ｂ°だけ傾
斜している。面１８は，Ｂ色光を反射し，Ｇ色光を透過
するダイクロイック膜面であり，投写レンズ１２の光軸
１５に垂直な方向に対して，角度ｃ°だけ傾斜してい
る。面１７のＲ色反射光１９は面１４に垂直な方向に対
して，角度ｄ°だけ傾斜している。面１８のＢ色反射光
２１は面１７に垂直な方向に対して，角度ｅ°だけ傾斜
している。

【００２５】角度ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの間には，図２か
ら明らかなように，以下に示す関係がある。

【００２６】

【数２】ｂ＝３０°−（２／３）ａ …（数２）

【００２７】

【数３】ｃ＝３０°−（２／３）ｂ …（数３）

【００２８】

【数４】ｄ＝ａ＋２ｂ …（数４）

【００２９】

【数５】ｅ＝ｂ＋２ｃ …（数５） 特に，本実施例のダイクロイックプリズム５は２つの全
反射面１４，１７を備えており，２つの全反射面１４，
１７の傾ける方向（角度ａ，ｂ）を互いに反対方向とし
て構成してある。

【００３０】図３は，角度ｂ，ｃの関係をグラフに示し
たものである。図３において，従来例の図６はａ＝０°
の場合に相当し，ｂ＝３０°，ｃ＝１０°である。

【００３１】図４は，Ｒ用ダイクロイック膜とＢ用ダイ
クロイック膜の分光透過率のグラフであり，横軸が波
長，縦軸が透過率である。一般に，ダイクロイック膜面
が傾斜しているタイプの分光透過率は，Ｐ偏光透過率Ｔ
ｐとＳ偏光透過率Ｔｓとで特性が異なる。分散型液晶パ
ネルを用いた液晶プロジェクタでは，偏光板を用いない
ために，ダイクロイックプリズム５の入射光６と出射光
１０はランダム偏光である。このため，Ｐ偏光成分とＳ
偏光成分とが５０％ずつ含まれるランダム偏光が入出射
するこの構成においては，色分離合成後の分光特性は，
両偏光の分光特性を平均した，なだらかな分光特性とな
る。しかし，本発明のダイクロイックプリズム５を用い
た構成では，ダイクロイック膜１７，１８の傾斜角ｂ，
ｃを３０°よりも小さい角度に設定することが可能にな
る。この設定のための傾斜角ａの角度範囲は，０°＜ａ
＜４５°である。

【００３２】例えば，図１，図２の実施例では，ａ＝９
°，ｂ＝２４°，ｃ＝１４°と設定した。この時，ｄ＝
５７°，ｅ＝５２°となり，いずれも全反射条件を満足
する値である。このように，ダイクロイック膜１７，１
８の傾斜角ｂ，ｃを３０°よりも小さい角度に設定でき
るため，従来の傾斜角４５°のクロスダイクロイックプ
リズム５１に比べてはもちろんのこと，従来の傾斜角３
０°タイプのダイクロイックプリズム６１に比べても，
色分離合成後の分光特性は急峻に変化する良好な分光特
性となる。すなわち，図４においてＰ偏光透過率が５０
％となる波長とＳ偏光透過率が５０％となる波長のずれ
ΔＲ，ΔＢがより小さくなるため，Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光の
色純度が向上し，良好な色再現性が得られる。

【００３３】さて，図１において，入射光６は，ダイク
ロイックプリズム５により，赤色光７Ｒ，緑色光７Ｇお
よび青色光７Ｂとに分離される。各色光７Ｒ，７Ｇ，７
Ｂは，それぞれ反射分散型液晶パネル８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ
により，赤色光９Ｒ，緑色光９Ｇ，青色光９Ｂが反射さ
れる。各反射光９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは，ダイクロイックプ
リズム５により色合成され，出射光１０となる。出射光
１０は，開口絞り１１を介して投写レンズ１２に入射さ
れ，スクリーン（図示せず）に投写される。

【００３４】ここで，入射光の一部１３はＲ色光７Ｒ，
９Ｒの全反射面１４で反射し，その不要反射光１６は開
口絞り１１で遮られるため，出射光１０とともにスクリ
ーン上に投写されることはない。不要反射光１６が開口
絞り１１で遮られるための条件は，開口絞り１１できま
る投写レンズ１２の有効Ｆ値ｆをもちいて，以下のよう
にあらわされる。

【００３５】

【数１】 ａ＞ａｒｃｓｉｎ（１／（２・ｆ）） …（数１） 図１，図２の実施例では，有効Ｆ値はｆ＝５．６であ
り，ａ＝９°＞５．１°となり，条件を十分に満たして
いることがわかる。

【００３６】面１４の傾斜角が比較的小さい場合には，
不要反射光１６が開口絞り１１を透過する場合もある
が，この場合にもこの不要反射光１６がスクリーンに投
写される画面外に投写されるような傾斜角に面１４を構
成してもかまわない。

【００３７】不要反射光１６はスクリーンに投写されな
いわけであるから，面１４は反射防止膜の形成の有無に
かかわらず，スクリーン投写画像のコントラストは低下
しない。したがって，面１４の反射防止膜を省略，また
はより低コストの単層の反射防止膜を採用でき，よりコ
ストを下げられるという効果もある。

【００３８】なお，本実施例では，面１４の傾斜にあわ
せて，平凸レンズ４も投写レンズ１２の光軸１５に垂直
な方向に対して傾けて構成した。平凸レンズは４は傾け
てあるが，凸面４ａは光軸１５に対して垂直に交差する
ように，その形状が設計されてある。この実施例によれ
ば，平凸レンズ４の平面４ｂが傾斜されているので，平
面４ｂで発生した不要反射光２３は，不要反射光１６と
同じ方向に進行する。したがって，不要反射光２３も開
口絞り１１で遮られるため，出射光１０とともにスクリ
ーン上に投写されることない。

【００３９】不要反射光２３はスクリーンに投写されな
いわけであるから，面４ｂは反射防止膜の形成の有無に
かかわらず，スクリーン投写画像のコントラストは低下
しない。したがって，面４ｂの反射防止膜を省略，また
はより低コストの単層の反射防止膜を採用でき，よりコ
ストを下げられるという効果もある。

【００４０】なお，本実施例においては，入射側に微小
ミラー３，出射側に開口絞り１１を配置したが，この順
番は本発明の主旨とは直接関係がなく，入射側に開口絞
り，出射側に微小ミラーを配置してもかまわない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
全反射面を傾けて構成したので，ダイクロイックプリズ
ムの全反射面で発生する不要反射光は開口絞りを通過し
てスクリーン上に投写されることがなくなる。したがっ
て，全反射面を備えるタイプのダイクロイックプリズム
を採用できるので，プリズム継目の影の発生，色再現性
の不良，Ｒ，Ｇ，Ｂのコンバーゼンスずれといった課題
がなく，かつ不要反射光の発生によりスクリーン投写画
像のコントラストを低下させることのないといった効果
がある。

【００４２】また，本発明によれば，ダイクロイックプ
リズムの２つの全反射面の傾ける方向を互いに反対方向
として構成したので，ダイクロイック膜の傾斜角を３０
°よりも小さく設定可能になり，色分離合成後の分光特
性は急峻に変化する良好な分光特性となる。これによ
り，Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光の色純度が向上し，良好な色再現
性が得られるという効果がある。

【００４３】また，本発明によれば，平凸レンズを傾け
て構成したので，不要反射光の発生によりスクリーン投
写画像のコントラストを低下させることのないといった
効果がある。

【００４４】また，本発明によれば，全反射面または平
凸レンズの傾斜角を投写レンズの有効なＦ値に対して決
まる所定の値よりも大きく設定したので，不要反射光は
開口絞りで遮られ，不要反射光の発生によりスクリーン
投写画像のコントラストを低下させることのないといっ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶プロジェクタ光学系の上面図であ
る。

【図２】本発明のダイクロイックプリズム５の上面図で
ある。

【図３】本発明のダイクロイックプリズムの角度ｂ，ｃ
の関係を示すグラフである。

【図４】Ｒ用ダイクロイック膜とＢ用ダイクロイック膜
の分光透過率のグラフである。

【図５】従来の液晶プロジェクタ光学系の上面図であ
る。

【図６】従来の全反射面を備えるタイプのダイクロイッ
クプリズム６１を備えた液晶プロジェクタ光学系の上面
図である。

【符号の説明】

１…メタルハライドランプ，２…照明光，３…微小ミラ
ー，４…平凸レンズ，４ａ…凸面，４ｂ…平面，５…ダ
イクロイックプリズム，６…入射光，７Ｒ…赤色光，７
Ｇ…緑色光，７Ｂ…青色光，８Ｒ…反射分散型液晶パネ
ル，８Ｇ…反射分散型液晶パネル，８Ｂ…反射分散型液
晶パネル，９Ｒ…赤色光，９Ｇ…緑色光，９Ｂ…青色
光，１０…出射光，１１…開口絞り，１２…投写レン
ズ，１３…入射光，１４…全反射面，１５…光軸，１６
…不要反射光，１７…ダイクロイック膜面，１８…ダイ
クロイック膜面，１９…反射光，２０…反射光，２１…
反射光，２２…反射光，２３…不要反射光，５０…平凸
レンズ，５１…クロスダイクロイックプリズム，５２…
入射光，５３Ｒ…赤色光，５３Ｇ…緑色光，５３Ｂ…青
色光，５４Ｒ…反射分散型液晶パネル，５４Ｇ…反射分
散型液晶パネル，５４Ｂ…反射分散型液晶パネル，５５
Ｒ…赤色光，５５Ｇ…緑色光，５５Ｂ…青色光，５６…
出射光，５７Ｒ…ダイクロイック膜面，５７Ｂ…ダイク
ロイック膜面，６０…平凸レンズ，６１…ダイクロイッ
クプリズム，６２…入射光，６３Ｒ…赤色光，６３Ｇ…
緑色光，６３Ｂ…青色光，６４Ｒ…反射分散型液晶パネ
ル，６４Ｇ…反射分散型液晶パネル，６４Ｂ…反射分散
型液晶パネル，６５Ｒ…赤色光，６５Ｇ…緑色光，６５
Ｂ…青色光，６６…出射光，６７…入射光，６８…全反
射面，６９…不要反射光，ａ…角度，ｂ…角度，ｃ…角
度，ｄ…角度，ｅ…角度，Ｔｐ…Ｐ偏光透過率，Ｔｓ…
Ｓ偏光透過率，ΔＲ…波長のずれ，ΔＢ…波長のずれ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源，ダイクロイックプリズム，赤，緑，
   青色用の３枚の反射分散型液晶パネル，及び投写レンズ
   とを備え，光源からの照明光をダイクロイックプリズム
   を介して３枚の液晶パネルに照射し，３枚の液晶パネル
   からの反射光をダイクロイックプリズムを介して投写レ
   ンズによりスクリーン上に投写する液晶プロジェクタに
   おいて，ダイクロイックプリズムは少なくとも１つの全
   反射面を備え，かつそのすべての全反射面を投写レンズ
   の光軸に垂直な方向に対して傾けて構成したことを特徴
   とする液晶プロジェクタ。
2. 【請求項２】ダイクロイックプリズムは２つの全反射面
   を備え，２つの全反射面の傾ける方向を互いに反対方向
   として構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶プ
   ロジェクタ。
3. 【請求項３】光源，平凸レンズ，ダイクロイックプリズ
   ム，赤，緑，青色用の３枚の反射分散型液晶パネル及び
   投写レンズとを備え，光源からの照明光を平凸レンズ及
   びイクロイックプリズムを介して３枚の液晶パネルに照
   射し，３枚の液晶パネルからの反射光をダイクロイック
   プリズム，平凸レンズを介して投写レンズによりスクリ
   ーン上に投写する液晶プロジェクタにおいて，平凸レン
   ズを投写レンズの光軸に垂直な方向に対して傾けて構成
   したことを特徴とする液晶プロジェクタ。
4. 【請求項４】全反射面または平凸レンズの傾斜角ａは，
   投写レンズの有効なＦ値ｆに対し， 【数１】ａ＞ａｒｃｓｉｎ（１／（２・ｆ）） なる関係に設定したことを特徴とする請求項１または請
   求項３に記載の液晶プロジェクタ。