JPH0843728A - 液晶プロジェクター用投写レンズおよび液晶プロジェクター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２台のプロジェクション装置を用いて投写画
面上で画像の重ね合わせを高精度に行い、高輝度高品質
な合成投写画像を得る液晶プロジェクター用投写レンズ
を提供すること。 【構成】 負の屈折力のレンズ群３０、正の屈折力のレ
ンズ群３１，３２、および偏光ビームスプリッター３３
は投写レンズ４０を構成する。第１のプロジェクション
装置４１からのＳ偏光光束は偏光ビームスプリッター３
３の偏光分離面３４を反射してスクリーン３上に拡大投
写され、第２のプロジェクション装置４２からのＰ偏光
光束は偏光ビームスプリッター３３の偏光分離面３４を
透過して以後第１のプロジェクション装置４１と同じ光
路を経てスクリーン３上に投写される。このため、第
１、第２のプロジェクション装置４１，４２の画像はス
クリーン３上に重ね合わされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶プロジェクター用
投写レンズおよび液晶プロジェクター装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＮ液晶パネル等を用いた液晶プロジェ
クター装置において、投写画面の高輝度化を図る方法と
して２台以上のプロジェクション装置を用いて、投写画
面上で、これら投写装置からの映像を重ね合わせること
により高輝度化を達成する所謂スタック投写が知られて
いる。

【０００３】図８はこのようなスタック投写の従来例を
示す図である。同図では同一構成からなる２台のプロジ
ェクション装置１，２を用いてスクリーン３上でこれら
プロジェクション装置１，２による画面を重ね合わせる
ことにより、１台のプロジェクション装置を用いた場合
に比べて２倍の投写画面輝度を得るものである。しかし
ながら、このように投写画面を重ね合わせるためには、
２台のプロジェクション装置１，２の光軸４，５はスク
リーン３の中心の垂直線６に対してα1 ＝α2の関係に
なるよう対称配置する必要がある。このため、図９に示
すようにスクリーン３上における第１のプロジェクショ
ン装置１と第２のプロジェクション装置２による投写合
成画面６および７は、互いに台形画像になり、完全に２
つの画面を重ね合わせることはできないという欠点があ
る。このような欠点を回避するには、図１０に示すよう
に２台の投写装置１，２の光軸４，５がスクリーン３に
垂直になるように２台のプロジェクション装置１，２を
配置し、液晶パネル８，９の中心を前記光軸４，５に対
してシフトさせて配することにより、投写画面上で２つ
のプロジェクション装置１，２の画像を略一致させるこ
とが可能となり、併せて投写画面上で約２倍の高輝度化
を果たし得るが、投写距離を変化させて画面の大きさを
変えたい場合には、互いの画面が重なり合わないという
致命的な欠点が残る。さらに、このようにして液晶パネ
ル８，９を光軸４，５に垂直な方向にシフト配置させて
投写画面を略一致させるには、投写レンズには大きなイ
メージサークルにわたって収差補正する必要があり、投
写レンズ口径の大型化等、収差補正的、コスト的に投写
レンズにかかる負担が大きくなるという欠点もある。

【０００４】そこでこのような欠点を改善する方法とし
て、例えば特開平５−６６５０２号公報に開示された液
晶プロジェクション光合成装置が知られている。この光
合成装置では、図１１に示すようにプロジェクション装
置から射出する光束が互いに直交する直線偏光光である
Ｓ偏光光とＰ偏光光の２台のプロジェクション装置１
１，１２を用いて各々から射出する光束を偏光ビームス
プリッター１３により合成して投写光束の光路を一致さ
せた後、スクリーン３上に投写するものであって、投写
距離に依らず常に良好に画面の重ね合わせを可能にし、
かつ高輝度化を実現できる可能性がある。また、前記偏
光ビームスプリッター１３を板状の偏光ビームスプリッ
ターで構成した従来例として特開平５−２２４３２１号
公報が知られており、上記特開平５−６６５０２号公報
と同様の効果が期待できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平５−６６５０２号公報による液晶プロジェクショ
ン光合成装置では、プロジェクション装置１１，１２の
射出後に置かれた偏光ビームスプリッター１３の大きさ
は、最低でも投写レンズの拡大側のレンズ口径を上回る
大きさが必要となり、偏光ビームスプリッター１３の大
型化による重量アップを引き起こすという問題があり、
そのため、システムのコンパクト化が不利という物理的
欠点がある。さらに、投写画面の中心に向かう光束と周
辺に向かう光束が、偏光ビームスプリッター１３の偏光
分離面１４に入射または反射するとき、各々の光線は偏
光分離面１４への入射角・反射角が異なるので、その角
度差に起因する透過、反射特性の変動により、投写画面
上の色ムラの発生という画質上の欠点も合わせ持つ。

【０００６】ここで、前者の欠点を詳しく説明する。偏
光ビームスプリッター１３に必要とされる最低の大きさ
は、図１２に示すように投写画面の一番隅に向かう光束
２０の上線２０−１が、偏光ビームスプリッター１３を
射出する位置に支配される。すなわち、上線２０−１
が、投写レンズ２１の拡大側の第１面を通過する光軸上
の高さをｈ1 、偏光ビームスプリッター１３に入射する
際の光軸上高さをｈ2 、射出する際の光軸上の高さをｈ
3 とすれば、一辺が２×ｈ3 以上の大きさをもつ６面体
の偏光ビームスプリッタープリズムが必要である。同図
から分かるように、ｈ1 ＜ｈ2 ＜ｈ3 である。しかも、
ｈ3 はプロジェクション装置の高性能化である投写レン
ズ２１の広角化と共に増加し、その結果として偏光ビー
ムスプリッター１３が大型化することになる。高画質の
投写映像を得るには偏光分離面１４の特性上、ガラス製
のプリズムタイプの偏光ビームスプリッター１３を用い
るのが望ましく、偏光ビームスプリッター１３の大型化
はコスト的、重量的に欠点となる。

【０００７】次に、後者の欠点について説明する。色ム
ラの発生は、短い投写距離でより大きな画面サイズを得
るために、投写レンズを広角化したときに顕著に現れ
る。一般に用いられている偏光ビームスプリッターの偏
光分離面の、光線入射角度の違いによる透過率特性変化
は図１３のようになることが知られている。例えば、偏
光分離面に対して４５゜±１０゜の角度差を持つ光線が
入射したとき、可視光領域では最大５０％以上の透過率
差が生じる。しかもこの特性変化は波長によって透過率
差が異なる。同図における透過率差は投写画面では部分
的な色ムラとして現れ、投写画像品質である画面の均一
性を著しく悪化させる。図１４に示すように投写画面の
中心と周辺に向かう光束の主光線２２，２３が、偏光ビ
ームスプリッター１３の偏光分離面１４に入射する際の
入射角度は同一ではなく、中心から周辺に行くに従い常
に異なり、前記主光線２２，２３の光軸となす角をθ1
，θ2 とすれば、投写レンズ２１の広角化と共に、両
者の角度差｜θ2 −θ1 ｜は増加するため、投写画面上
の色ムラの発生が著しくなることは容易に類推できる。

【０００８】また、上記した特開平５−６６５０２号公
報では、図１５に示すように、板状の偏光ビームスプリ
ッタ２５がプロジェクション装置１１，１２の光軸２
６，２７に対して斜めに挿入配置してあるために、板状
の偏光ビームスプリッター２５を透過するプロジェクシ
ョン装置１１から投写画面の隅に向かう光線２８−１，
２８−２の、前記偏光ビームスプリッター２５への入射
角度の違いにより、投写画面上下または左右方向の倍率
が、偏光ビームスプリッター２５を反射するプロジェク
ション装置１２の上下または左右方向の倍率と一致せ
ず、これが画面ズレとして現れ、画質低下を起こすとい
う欠点がある。

【０００９】本発明は、以上述べたような従来装置の問
題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、投写画面輝度を約２倍に向上し、色ムラが少なく、
かつ２台のプロジェクション装置による合成投写画像の
高精度な重ね合わせが達成される液晶プロジェクター用
投写レンズおよびそれを用いた液晶プロジェクター装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、絞りを境にして、拡大側
に配置された１つの全体として負の屈折力のレンズ群
と、縮小側に配置された全体として正の屈折力を有する
２つのレンズ群とで構成される液晶プロジェクター用投
写レンズであって、前記絞りの近傍に偏光ビームスプリ
ッターを有することを特徴とする。請求項２に記載の発
明は、請求項１に記載の液晶プロジェクター用投写レン
ズにおいて、前記偏光ビームスプリッターはプリズムあ
るいは厚肉レンズの一部で構成されることを特徴とす
る。請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に
記載の液晶プロジェクター用投写レンズにおいて、前記
偏光ビームスプリッターは、その偏光分離面が光軸に対
して４５度に配置されており、入射光のＰ偏光光を透過
し、Ｓ偏光を反射する特性を有していることを特徴とす
る。請求項４に記載の発明は、互いに直交する２つの直
線偏光を射出する第１のプロジェクション装置と第２の
プロジェクション装置に対して請求項１〜３のうちのい
ずれか１つに記載の投写レンズを装着したことを特徴と
する。

【００１１】

【作用】本発明の液晶プロジェクター用投写レンズは、
拡大側に負の屈折力を持つレンズ群と、縮小側に正の屈
折力を有するレンズ群とで構成されることで、焦点距離
に比して長いバックフォーカスを有する所謂レトロフォ
ーカスタイプのレンズを形成する。一般に高精細液晶プ
ロジェクター装置では光の三原色であるＲ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）に３枚の液晶パネルを用いて光源から
の白色光を色分解し、前記３枚の液晶パネルを照明後１
つの光束に色合成して１つの投写レンズでスクリーン上
に投写する方式が用いられている。ここで、色合成はダ
イクロイックミラー、ダイクロイックプリズムといった
色合成用光学素子が用いられることが多く、この場合投
写レンズと液晶パネルの間に前記色合成用光学素子が挿
入されるため、投写レンズには長いバックフォーカスを
有する所謂レトロフォーカスタイプのレンズを用いる必
要がある。レトロフォーカスタイプのレンズでは拡大側
に負の屈折力を持つレンズ群、縮小側に正の屈折力を有
するレンズ群の構成をとっており、このようなレンズ構
成をとることにより焦点距離に比して長いバックフォー
カスを確保できる構造になっている。また、本発明の液
晶プロジェクター用投写レンズによれば、第１のプロジ
ェクション装置によるＰ偏光光と第２のプロジェクショ
ン装置によるＳ偏光光が投写レンズのレンズ系の絞り近
傍のプリズムあるいは厚肉レンズの一部を構成する偏光
ビームスプリッターにより完全に光路一致して投写レン
ズから射出されるため、投写画面の中心から周辺へ向か
う光束の、偏光ビームスプリッターの偏光分離面に入射
する際の角度差を小さくすることが可能になり、投写画
面上の色ムラの発生を抑制できると同時に偏光ビームス
プリッターは投写レンズに内蔵されているため該偏光ビ
ームスプリッターは比較的小型にできる。そして投写距
離に依らず２つのプロジェクション装置の画像をスクリ
ーン上で完全一致させた高輝度投写画面が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。先ず、本発明の投写レンズについて説
明する。図１〜図３はそれぞれ本発明に係る投写レンズ
の第１〜第３実施例を示す図で、図１は第１実施例の投
写レンズの断面図、図２は第２実施例の投写レンズの断
面図、図３は第３実施例の投写レンズの断面図である。
これらの図において、本発明に係る液晶プロジェクター
用投写レンズ４０は、絞り３５ａ，３５ｂを境にして、
拡大側に配置された１つの全体として負の屈折力のレン
ズ群３０と、縮小側に配置された全体として正の屈折力
を有する２つのレンズ群３１，３２とからなり、かつ前
記絞り３５ａ，３５ｂの近傍に偏光ビームスプリッター
３３を有している。第１、第２実施例では、偏光ビーム
スプリッター３３は面番号８および９で構成される。ま
た、第３実施例では、面番号９および１０で偏光ビーム
スプリッターは構成されている。このような偏光ビーム
スプリッター３３としては２つの直角三角プリズムを張
り合わせた構成をとっており、その接合面、すなわち偏
光分離面３４には４５°の入射光に対してＳ偏光光を反
射し、Ｐ偏光光を透過させる誘電体多層膜が蒸着されて
いるものを用いた。

【００１３】次に、上記第１〜第３実施例で示した投写
レンズ４０を構成する各レンズの曲率半径、間隔、ｎ
ｄ、νｄの値を下記表１〜表３に示す。なお、以下の第
１から第３の実施例では、収差補正は偏光ビームスプリ
ッターを含めて収差補正してある。

【００１４】〔第１実施例〕 焦点距離 ｆ＝１０１．５０７ｍｍ Ｆナンバ Ｆ４．５ バックフォーカス Ｂｆ＝１７４．１９７ｍｍ 画角 ２ω＝５６．９°

【００１５】

【表１】

【００１６】〔第２実施例〕 焦点距離 ｆ＝１０３．５９２ｍｍ Ｆナンバ Ｆ４．５ バックフォーカス Ｂｆ＝１７３．７８９ｍｍ 画角 ２ω＝５５．９°

【００１７】

【表２】

【００１８】〔第３実施例〕 焦点距離 ｆ＝１０２．８１２ｍｍ Ｆナンバ Ｆ４．５ バックフォーカス Ｂｆ＝１７０．７９９ｍｍ 画角 ２ω＝５６．３°

【００１９】

【表３】

【００２０】図４〜図６は上記第１〜第３実施例で示し
た投写レンズ４０の球面収差、非点収差および歪曲収差
をそれぞれ示す図である。これらの図からも明かなよう
に第１〜第３実施例のいずれにおいても略等しい収差を
得ることができる。

【００２１】図７は本発明の投写レンズを用いた液晶プ
ロジェクター装置の構成を示す図である。同図におい
て、４０は投写レンズ、４１は第１のプロジェクション
装置、４２は第２のプロジェクション装置、４３ａ〜４
３ｃ、４４ａ〜４４ｃは透過型液晶パネル、４５，４６
はキセノンランプ等の光源、４７ａ，４７ｂはＵＶ・Ｉ
Ｒカットフィルタ、４８ａ，４８ｂは反射ミラー、４９
ａ〜４９ｄはダイクロイックミラーである。第１のプロ
ジェクション装置４１と第２のプロジェクション装置４
２には射出する偏光光が互いに直交関係にある直線偏光
光であるＰ偏光光を射出するものとＳ偏光光を射出する
ものを用いている。例えば第１のプロジェクション装置
４１からのＳ偏光光は、投写レンズ４０の縮小側のレン
ズ群３２を透過屈折後、絞り３５ａ近傍に置かれた偏光
ビームスプリッタ３３の偏光分離面３４で反射して拡大
側のレンズ群３０を透過屈折してスクリーン３上に、第
１のプロジェクション装置４１内の液晶パネル４３ａ〜
４３ｃに表示される映像を拡大投写する。

【００２２】すなわち、光源４５から放射された光はＵ
Ｖ・ＩＲカットフィルタ４７ａを透過した後、例えば青
色光のみを分離反射する青ダイクロイックミラー４９ａ
に入射する。青ダイクロイックミラー４９ａで分離され
た青色光は反射ミラー４８ａで光軸と平行に反射されて
液晶パネル４３ａに入射する。液晶パネル４３ａには投
射すべき任意の映像の構成画素に応じて選択的に電圧が
供給されており、液晶パネル４３ａを透過した青色光は
映像信号を有する青色映像光となる。

【００２３】青ダイクロイックミラー４９ａで青色成分
を失ない、同ミラー４９ａを透過した光は黄色になる。
その黄色光は例えば赤ダイクロイックミラー４９ｂに入
射して赤色光が分離され、残る緑色光は同ミラー４９ｂ
を透過する。分離された赤色光は前記液晶パネル４３ａ
と同一構成からなる透過型液晶パネル４３ｂに入射し赤
色映像光となる。上記した青色映像光と赤色映像光は混
合用ダイクロイックミラー４９ｃで混合されてマゼンタ
色映像光となる。

【００２４】赤ダイクロイックミラー４９ｂを透過した
緑色光はやはり前記液晶パネル４３ａ，４３ｂと同一構
成の透過型液晶パネル４３ｃに入射し、緑色映像光とな
り、ミラー４８ｂで反射されて混合用ダイクロイックミ
ラー４９ｄに入射する。緑色映像光と前記マゼンタ色映
像光は混合用ダイクロイックミラー４９ｄで混合され
て、ＲＧＢ加色混合映像光となり、前記投写レンズ４０
を介してスクリーン３に拡大投射されて、カラー映像が
再生される。

【００２５】一方、第２のプロジェクョン装置４２から
のＰ偏光光は、絞り３５ｂ近傍におかれた偏光ビームス
プリッタ３３を透過し、上記した第１のプロジェクショ
ン装置４１と同様に第２のプロジェクション装置４２内
の透過型液晶パネル４４ａ〜４４ｃに表示される映像を
拡大投写する。このとき、第１、第２のプロジェクショ
ン装置４１，４２の光路は同様の経路で構成されるた
め、偏光ビームスプリッタ３３の偏光分離面３４で両者
の光路が完全一致して射出するため原理的に２倍の輝度
を得るとともに高精度な画面の重ね合わせができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る液晶プ
ロジェクター用投写レンズでは、絞りを境にして拡大側
に全体として負の屈折力を有する１つのレンズ群と、絞
りを境にして縮小側に全体として正の屈折力を有する２
つのレンズ群により構成され、絞り近傍に偏光ビームス
プリッターを内蔵しているので、第１のプロジェクショ
ン装置によるＰ偏光光と第２のプロジェクション装置に
よるＳ偏光光を偏光ビームスプリッターの偏光分離面に
よりその光路を完全に一致させて投写レンズから出射さ
せることができる。このため、投写画面の中心から周辺
へ向かう光束の、偏光ビームスプリッターの偏光分離面
に入射する際の角度差を小さくすることが可能になり、
投写画面上の色ムラの発生を抑制できると同時に偏光ビ
ームスプリッターは投写レンズに内蔵されているため偏
光ビームスプリッターを比較的小型にすることができ
る。

【００２７】また、本発明による液晶プロジェクター装
置は上記の投写用レンズと第１，第２のプロジェクショ
ン装置を備えているので、投写距離に依らず２つのプロ
ジェクション装置の画像をスクリーン上で完全一致させ
た高輝度投写画面が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の投写レンズの断面を示
す図である。

【図２】 本発明の第２実施例の投写レンズの断面を示
す図である。

【図３】 本発明の第三実施例の投写レンズの断面を示
す図である。

【図４】 本発明の第１実施例の投写レンズの収差図を
示す図である。

【図５】 本発明の第２実施例の投写レンズの収差図を
示す図である。

【図６】 本発明の第三実施例の投写レンズの収差図を
示す図である。

【図７】 本発明の投写レンズを用いた液晶プロジェク
タの構成を示す図である。

【図８】 従来例を説明するための図である。

【図９】 従来例を説明するための図である。

【図１０】 従来例を説明するための図である。

【図１１】 従来例を説明するための図である。

【図１２】 従来例の欠点を説明するための図である。

【図１３】 偏光ビームスプリッターの特性を示す図で
ある。

【図１４】 従来例の欠点を説明するための図である。

【図１５】 従来例を説明するための図である。

【符号の説明】

３…スクリーン、３０…拡大側レンズ群、３１，３２…
縮小側レンズ群、３３…偏光ビームスプリッター、３４
…偏光分離面、３５ａ，３５ｂ…絞り、４０…投写レン
ズ、４１…第１のプロジェクション装置、４２…第２の
プロジェクション装置、４３ａ〜４３ｃ…液晶パネル、
４４ａ〜４４ｃ…液晶パネル、４５，４６…光源、４７
ａ，４７ｂ…ＵＶ・ＩＲカットフィルタ、４８ａ，４８
ｂ…反射ミラ−、４９ａ〜４９ｃ…ダイクロイックミラ
−。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絞りを境にして、拡大側に配置された１
   つの全体として負の屈折力のレンズ群と、縮小側に配置
   された全体として正の屈折力を有する２つのレンズ群と
   で構成される液晶プロジェクター用投写レンズであっ
   て、前記絞りの近傍に偏光ビームスプリッターを有する
   ことを特徴とする液晶プロジェクター用投写レンズ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液晶プロジェクター用投
   写レンズにおいて、前記偏光ビームスプリッターはプリ
   ズムあるいは厚肉レンズの一部で構成されることを特徴
   とする液晶プロジェクター用投写レンズ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の液晶プロジ
   ェクター用投写レンズにおいて、前記偏光ビームスプリ
   ッターは、その偏光分離面が光軸に対して４５度に配置
   されており、入射光のＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光を反射
   する特性を有していることを特徴とする液晶プロジェク
   ター用投写レンズ。
4. 【請求項４】 互いに直交する２つの直線偏光を射出す
   る第１のプロジェクション装置と第２のプロジェクショ
   ン装置に対して請求項１〜３のうちのいずれか１つに記
   載の投写レンズを装着したことを特徴とする液晶プロジ
   ェクター装置。