JPH09218461A

JPH09218461A - 投射装置

Info

Publication number: JPH09218461A
Application number: JP8027181A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mabe; 雄二間辺
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイクロイックプリズムやライトバルブの入射
角依存性による画像のムラを抑えつつ、高いコントラス
トの画像を投射すること。【解決手段】本発明による投射装置は、光源11と、絞り
17を有する投射光学系14,18と、ダイクロイックプリズ
ム15と、散乱型液晶を有するライトバルブ16R,16G,16B
とを有し、光源11からの光束を、ダイクロイックプリズ
ム15を介して散乱型液晶へ導き、かつ散乱型液晶からの
光を投射光学系14,18中の絞り17を通過させてスクリー
ン29へ導くように配置される。ダイクロイックプリズム
25は、投射光学系の光軸と直交する軸を中心として傾け
られており、ライトバルブ16R,16G,16Bは、散乱型液晶
とダイクロイックプリズム15との間の光路中に配置され
るクサビ形状の光学部材を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を表示するデ
バイスとして液晶を用いた投射装置に関するものであ
る。さらに詳しくは、散乱型の液晶を用いた投射装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像を表示するデバイスとして液晶を用
いた投射装置としては、複屈折性を持つ液晶と偏光光
学系とを組み合わせた位相変調型のもの、光の散乱性
を持つ液晶とシュリーレン光学系とを組み合わせた散乱
型のものとに大別される。ここで、上記の散乱型の投
射装置としては、例えば図３に示す構成のものが知られ
ている。図３において、光源２１からの光は、楕円鏡２
２によっていったん集光された後、折り曲げミラー２３
によって偏向されて、照明レンズ２４に入射する。この
折り曲げミラー２３は照明レンズの前側焦点面位置に配
置されているため、照明レンズ２４からは実質的な平行
光束が射出される。

【０００３】この光束は、赤色光を反射するダイクロイ
ック膜２５ａと青色光を反射するダイクロイック膜２５
ｂとを有するクロスダイクロイックプリズム２５を通過
する。ここで、ダイクロイック膜２５ａ及び２５ｂを透
過した緑色光は、緑色光に対応した散乱型液晶を持つラ
イトバルブ２６Ｇに達し、ダイクロイック膜２５ａにて
反射された赤色光は、赤色光に対応した散乱型液晶を持
つライトバルブ２６Ｒに達し、ダイクロイック膜２５ｂ
にて反射された青色光は、青色光に対応した散乱型液晶
を持つライトバルブ２６Ｂに達する。これらのライトバ
ルブ上に達する各色光は、各色画像情報に応じて変調が
かけられて、それぞれクロスダイクロイックプリズムへ
向けて反射される。

【０００４】ライトバルブ２６Ｇからの緑色光はダイク
ロイック膜２５ａ及び２５ｂを透過して照明レンズ２４
へ向かい、ライトバルブ２６Ｒからの赤色光はダイクロ
イック膜２５ａにて反射されて照明レンズ２４へ向か
い、ライトバルブ２６Ｂにからの青色光はダイクロイッ
ク膜２５ｂにて反射されて照明レンズ２４へ向かう。す
なわち、各ライトバルブ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂからの
各色光は、クロスダイクロイックプリズム２５で合成さ
れる。この合成された光は、照明レンズ２４によって照
明レンズ２４の前側焦点面に配置されて所定の開口径を
もつ絞り２７内に集光される。このとき、各ライトバル
ブ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂにて散乱された光の成分は、
ほとんど絞り２７によって除去（遮光）される。そし
て、絞り２７の開口を通過した光のみが投射レンズ２８
を通過してスクリーン上に投射される。

【０００５】ここで、折り曲げミラー２３と絞り２７と
が照明レンズ２４の前側焦点面上で照明レンズ２４の光
軸に関して対称的に配置されているため、照明レンズ２
４と投射レンズ２８とからなる投射光学系は、各ライト
バルブ側（クロスダイクロイックプリズム２５側）にテ
レセントリックな光学系である。これにより、クロスダ
イクロイックプリズムのダイクロイック膜２５ａ，２５
ｂおよび各ライトバルブ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ（ライ
トバルブ中の散乱型液晶）の入射角特性に起因する画像
のムラを抑制することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図３に示す従来の投射装置においては、各ライトバルブ
２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ中の散乱型液晶を保護するため
のカバーガラスの表面や、クロスダイクロイックプリズ
ム２５の表面にて反射される迷光が生じる。ここで、図
３の装置では、画像のムラを抑制するために照明レンズ
２４からライトバルブ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂへ向かう
光束が平行光束となっている。そのため、各ライトバル
ブ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂのカバーガラスの表面や、ク
ロスダイクロイックプリズム２５の表面にて反射される
迷光は、照明レンズ２４によって絞り２７の開口内に集
光される。この集光された迷光は、投射レンズ２８を通
過してスクリーン２９上に到達してゴースト光となり、
スクリーン２９上に投影される画像のコントラストの低
下を引き起こす。

【０００７】そこで、本発明は、ダイクロイックプリズ
ムやライトバルブの入射角依存性による画像のムラを抑
えつつ、高いコントラストの画像を投射できる投射装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による投射装置は、例えば図１に示すごと
く、光源１１と、絞り１７を有する投射光学系１４，１
８と、ダイクロイックプリズム１５と、散乱型液晶を有
するライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂとを有し、前
記光源１１からの光束を、前記ダイクロイックプリズム
１５を介して前記散乱型液晶へ導き、かつ前記散乱型液
晶からの光を前記投射光学系１４，１８中の前記絞り１
７を通過させてスクリーン２９へ導くように配置され
る。そして、前記ダイクロイックプリズム２５は、前記
投射光学系の光軸と直交する軸を中心として傾けられて
おり、前記ライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂは、前
記散乱型液晶と前記ダイクロイックプリズム１５との間
の光路中に配置されるクサビ形状の光学部材を有するも
のである。

【０００９】そして、本発明の好ましい態様において
は、前記クサビ形状の光学部材は、一方の面が前記散乱
型液晶と平行になるように配置されており、かつ前記散
乱型液晶の表面から前記ダイクロイックプリズムまでの
距離が長い側と前記クサビ形状の光学部材の頂点の側と
を揃えるように配置されるものである。また、本発明の
好ましい態様においては、前記投射光学系中の前記絞り
よりも前記ライトバルブ側に位置する部分光学系の焦点
距離をｆ、前記絞りの開口直径をΦ１、前記部分光学系
よりも前記ライトバルブ側に位置する光学部材にて反射
された後に前記部分光学系によって集光される光スポッ
トの直径をΦ２、該光学部材の法線と光軸とのなす角度
をθとするとき、ｔａｎ２θ＞（Φ１＋Φ２）／２ｆを満足するように配置されるものである。

【００１０】また、本発明の好ましい態様においては、
前記クサビ型の光学部材は、前記ライトバルブのカバー
ガラスである。本発明の別の態様における投射装置は、
光源１１と、絞り１７を有する投射光学系１４，１８
と、ダイクロイックプリズム１５と、散乱型液晶を有す
るライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂとを有し、前記
光源１１からの光束を、前記ダイクロイックプリズム１
５を介して前記散乱型液晶へ導き、かつ前記散乱型液晶
からの光を前記投射光学系１４，１８中の前記絞り１７
を通過させてスクリーン２９へ導くように配置される。
そして、前記ダイクロイックプリズム２５は、前記投射
光学系の光軸と直交する軸を中心として傾けられてお
り、前記ライトバルブ中の前記散乱型液晶と前記ダイク
ロイックプリズムとの間の光路中には、前記ダイクロイ
ックプリズムから発生するコマ収差を補正する手段が配
置されるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態
である投射装置の概略構成を示す図である。この図１に
は説明の便宜のためにＸＹＺ座標を付してある。図１に
おいて、楕円鏡１２の第１焦点位置に配置された光源１
１からの光は、楕円鏡１２によって、その第２焦点位置
に集光された後、光源１１と楕円鏡１２とからなる光学
系の光軸に対して４５°で斜設された折り曲げミラー１
３によって＋Ｚ方向へ偏向されて、照明レンズ１４に入
射する。この折り曲げミラー１３は照明レンズの前側焦
点面位置に配置されているため、照明レンズ１４から
は、ほぼ平行光束が射出される。

【００１２】照明レンズ１４の射出側、すなわち＋Ｚ方
向側には、４つの直角プリズムを組み合わせてなるクロ
スダイクロイックプリズム１５が配置されている。この
クロスダイクロイックプリズム１５においては、各直角
プリズム同士が対向する面に赤色光を反射するダイクロ
イック膜１５ａと、青色光を反射するダイクロイック膜
１５ｂとが設けられている。

【００１３】照明レンズ１４からクロスダイクロイック
プリズム１５へ入射する光のうち、緑色光成分は、ダイ
クロイック膜１５ａ及び１５ｂを透過し、緑色光に対応
した散乱型液晶を持つライトバルブ１６Ｇに達する。ま
た、赤色光成分は、ダイクロイック膜１５ａにて反射さ
れて、赤色光に対応した散乱型液晶を持つライトバルブ
１６Ｒに達する。そして、青色光成分は、ダイクロイッ
ク膜１５ｂにて反射されて青色光に対応した散乱型液晶
を持つライトバルブ１６Ｂに達する。

【００１４】これらのライトバルブ上に達する各色光成
分（緑色光成分，赤色光成分，青色光成分）は、各ライ
トバルブ内の散乱型液晶によって、各色の画像情報に応
じて変調がかけられて、それぞれクロスダイクロイック
プリズム１５へ向けて反射・散乱される。ここで、ライ
トバルブ１６Ｇからの緑色光成分は、ダイクロイック膜
１５ａ及び１５ｂを透過して照明レンズ１４へ向かい、
ライトバルブ１６Ｒからの赤色光成分は、ダイクロイッ
ク膜１５ａにて反射されて照明レンズ１４へ向かい、ラ
イトバルブ１６Ｂにからの青色光成分は、ダイクロイッ
ク膜１５ｂにて反射されて照明レンズ１４へ向かう。す
なわち、各ライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂからの
各色光成分は、クロスダイクロイックプリズム１５で合
成される。

【００１５】この合成された各色光成分のうち、各ライ
トバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂで反射された光は、照
明レンズ１４によって照明レンズ１４の前側焦点面に配
置されて所定の開口径をもつ絞り１７の開口内に集光さ
れる。また、各ライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂに
て散乱された光は、照明レンズ１４によって集光作用は
受けるが、図中ＹＺ平面において絞り１７の開口とは異
なる位置に達する。すなわち、各ライトバルブ１６Ｒ，
１６Ｇ，１６Ｂにて散乱された光の成分は、ほとんど絞
り１７によって除去（遮光）される。

【００１６】そして、絞り１７の開口を通過した光のみ
が投射レンズ１８を通過してスクリーン上に投射され
る。この図１に示す投射装置においては、従来の装置と
同様に、折り曲げミラー１３と絞り１７とが照明レンズ
１４の前側焦点面上において照明レンズ１４の光軸に関
して対称的に配置されているため、照明レンズ１４と投
射レンズ１８とからなる投射光学系は、各ライトバルブ
側（クロスダイクロイックプリズム１５側）にテレセン
トリックな光学系である。これにより、図１の投射装置
では、クロスダイクロイックプリズムのダイクロイック
膜１５ａ，１５ｂおよび各ライトバルブ１６Ｒ，１６
Ｇ，１６Ｂ（ライトバルブ中の散乱型液晶）の入射角特
性に起因する画像のムラを抑制する効果を奏している。

【００１７】さて、図１に示し投射装置におけるクロス
ダイクロイックプリズム１５は、照明レンズ１４と投射
レンズ１８とから構成される投射光学系の光軸と直交す
る軸であるＹ軸を中心として図中反時計回り方向にθ°
傾けられて配置されている。従って、クロスダイクロイ
ックプリズム１５の表面のうち、最も照明レンズ１４側
の表面は、ＸＹ平面に対してθ°だけ傾くため、この表
面にて反射される照明レンズ１４からの平行光束は、照
明レンズ１４によって集光された後に絞り１７の開口を
通過する平行光束に対して２θ°の角度をなして、照明
レンズ１４に入射する。従って、クロスダイクロイック
プリズム１５の表面にて反射される光は、絞り１７の開
口とは異なる領域に集光して光スポットを形成する。こ
のとき、絞り１７の開口径は、上記の表面にて反射され
る光を遮光できる径に設定しておくことはいうまでもな
い。

【００１８】ここで、本実施の態様にかかる投射装置に
おいては、投射光学系１４，１８中の絞り１７よりもラ
イトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ側に位置する部分光
学系（照明レンズ１４）の焦点距離をｆ、絞り１７の開
口直径をΦ１、部分光学系（照明レンズ１４）よりもラ
イトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ側に位置する光学部
材（クロスダイクロイックプリズム１５及び／又はライ
トバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ）にて反射された後に
部分光学系（照明レンズ１４）によって集光される光ス
ポットの直径をΦ２、上記光学部材の法線と光軸とのな
す角度をθとするとき、ｔａｎ２θ＞（Φ１＋Φ２）／２ｆを満足するように構成している。この条件は、クロスダ
イクロイックプリズム１５またはライトバルブ１６Ｒ，
１６Ｇ，１６Ｂ、或いはその双方で反射された後に照明
レンズ１４によって集光される光スポットによる悪影響
を最低限にするための条件である。

【００１９】ここで、上記条件を満足しない場合には、
クロスダイクロイックプリズム１５の表面にて反射され
て絞り１７へ向かう光束が集光されてできる光スポット
の一部が、絞り１７の開口の内部にかかり、ゴースト光
となってスクリーン側へもれてしまう。なお、本実施の
形態においては、ライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ
についても上記条件が成立しているため、ライトバルブ
１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの表面にて反射されて絞り１７
へ向かう光束が集光されてできる光スポットの一部は、
絞り１７の開口を通過しない。

【００２０】本実施の形態においては、クロスダイクロ
イックプリズム１５の傾き角を３°に設定している。な
お、投射光学系の諸元、クロスダイクロイックプリズム
１５の傾き角θ並びに投射光学系に対するクロスダイク
ロイックプリズム１５及び各ライトバルブ１６Ｒ，１６
Ｇ，１７Ｂの位置が定まれば、光線追跡によりクサビ型
光学部材の最適な頂角を算出することができる。

【００２１】また、図１の投射装置におけるライトバル
ブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂは、例えば図２に示すよう
に、断面がクサビ形状であるカバーガラス１６１と、ポ
リマー分散液晶層１６２と、例えば誘電体ミラーからな
る反射層１６３とを有する。なお、このライトバルブと
しては、電気アドレス型であっても良いし光アドレス型
であっても良い（光アドレス型の場合には反射層１６３
の裏面に光導電層が設けられる）。

【００２２】ここで、ＯＦＦ状態、すなわち電気アドレ
ス型にあってはポリマー分散液晶層１６２に電界がかけ
られていない状態、光アドレス型にあっては書き込み光
が照射されない状態では、カバーガラス１６１を通過し
た図示なきクロスダイクロイックプリズム１５からの光
はポリマー分散液晶層１６２で散乱される。また、ＯＮ
状態、すなわち電気アドレス型にあってはポリマー分散
液晶層１６２に電界がかかっている状態、光アドレス型
にあっては書き込み光が照射される状態では、カバーガ
ラス１６１を通過した図示なきクロスダイクロイックプ
リズム１５からの光はポリマー分散液晶層１６２を散乱
なしで通過した後、反射層１６３にて反射されて再びポ
リマー分散液晶層１６２及びカバーガラス１６１を通過
し、クロスダイクロイックプリズムへ向けて進行する。
このように、ライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂは、
画像情報に応じた電界あるいは書き込み光によって、そ
こからの光を反射／散乱で変調をかけるものである。

【００２３】図１に戻って、クロスダイクロイックプリ
ズム１５は、ＸＹ平面に対してθ°傾いているため、こ
のクロスダイクロイックプリズム１５にて反射される平
行光束（赤色光成分及び青色光成分）は、傾き方向と同
じ方向に２θ°傾く。従って、これらクロスダイクロイ
ックプリズム１５の反射方向のライトバルブ１６Ｒ，１
６Ｂは、それぞれの液晶層の表面が光軸（Ｚ軸）に対し
て２θだけ傾くように配置されている。すなわちクロス
ダイクロイックプリズム１５及びライトバルブ１６Ｒか
らなる光学系の光軸はＸ軸と２θ°の傾きをなしてお
り、クロスダイクロイックプリズム１５及びライトバル
ブ１６Ｂからなる光学系の光軸はＸ軸と２θ°の傾きを
なしている。

【００２４】一方、クロスダイクロイックプリズム１５
の透過方向である＋Ｚ軸方向に配置されるライトバルブ
１６Ｇは、透過光（緑色光成分）の進行方向がクロスダ
イクロイックプリズム１５の傾きによらないので、その
液晶層の表面はＸＹ平面に沿って配置される。先ほど図
２を参照して説明した通り、各ライトバルブ１６Ｒ，１
６Ｇ，１６Ｂのカバーガラスは、その断面がクサビ形状
である。そして、ライトバルブ１６Ｒにおいては、ライ
トバルブ１６Ｒの液晶層とクロスダイクロイックプリズ
ム１５のライトバルブ１６Ｒ側の表面との距離が長くな
る側（図中＋Ｚ側）にクサビの頂角が位置するように配
置されている。また、ライトバルブ１６Ｂにおいては、
ライトバルブ１６Ｂの液晶層とクロスダイクロイックプ
リズム１５のライトバルブ１６Ｂ側の表面との距離が長
くなる側（図中−Ｚ側）にクサビの頂角が位置するよう
に配置されている。ライトバルブ１６Ｇにおいては、ラ
イトバルブ１６Ｇの液晶層とクロスダイクロイックプリ
ズム１５のライトバルブ１６Ｇ側の表面との距離が長く
なる側（図中−Ｘ側）にクサビの頂角が位置するように
配置されている。

【００２５】このため、ライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，
１６Ｂの各カバーガラスの表面にて反射される光は、ク
ロスダイクロイックプリズム１５及び照明レンズ１４を
経た後に、絞り１７の開口とは異なる領域に集光し、そ
の結果、これらの各表面から反射される反射光はスクリ
ーン２９には到達せず、スクリーン２９上での画像のコ
ントラストを向上させることが可能となる。このとき、
絞り１７の開口径は、各カバーガラスの表面にて反射さ
れる光を遮光できる径に設定しておくことはいうまでも
ない。なお、上述の例では、ライトバルブのカバーガラ
スをクサビ形状に構成しているが、その代わりに、カバ
ーガラスとは別のクサビ形状の光学部材を設けても良
い。この場合には、カバーガラスの表面から発生する迷
光の影響を最小限に抑えるために、このクサビ形状の光
学部材とカバーガラスとを接合することが好ましい。

【００２６】次に、図１の投射装置においては、比較的
厚みをもつクロスダイクロイックプリズム１５が照明レ
ンズ１４及び投射レンズ１８からなる投射光学系の光軸
に対して斜設されているため、このクロスダイクロイッ
クプリズム１５からコマ収差が発生する。ここで、図１
の投射装置における各ライトバルブ１６Ｒ，１６Ｇ，１
６Ｂのカバーガラスのクサビの頂角は、クロスダイクロ
イックプリズム１５からのコマ収差を補正するように設
定する。これにより、スクリーン２９上のゴースト光を
避けるためにクロスダイクロイックプリズム１５を傾け
たとしても、コマ収差による像の劣化（解像力の低下）
を抑えることが原理的に可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による投射装置を概略的に
示す図である。

【図２】本発明の実施の形態による投射装置に適用され
るライトバルブの構成を示す断面図である。

【図３】従来の投射装置を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１４：照明レンズ、１５：クロスダイクロイックプリズム、１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ：ライトバルブ１７：絞り、１８：投射レンズ、１９：スクリーン、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、絞りを有する投射光学系と、ダイクロイックプリズムと、散乱型液晶を有するライトバルブとを有し、前記光源からの光束を、前記ダイクロイックプリズムを
介して前記散乱型液晶へ導き、かつ前記散乱型液晶から
の光を前記投射光学系中の前記絞りを通過させてスクリ
ーンへ導くように配置され、前記ダイクロイックプリズムは、前記投射光学系の光軸
と直交する軸を中心として傾けられており、前記ライトバルブは、前記散乱型液晶と前記ダイクロイ
ックプリズムとの間の光路中に配置されるクサビ形状の
光学部材を有することを特徴とする投射装置。
【請求項２】前記クサビ形状の光学部材は、一方の面が
前記散乱型液晶と平行になるように配置されており、か
つ前記散乱型液晶の表面から前記ダイクロイックプリズ
ムまての距離が長い側と前記クサビ形状の光学部材の頂
点の側とを揃えるように配置されることを特徴とする請
求項１記載の投射装置。
【請求項３】前記投射光学系中の前記絞りよりも前記ラ
イトバルブ側に位置する部分光学系の焦点距離をｆ、前
記絞りの開口直径をΦ１、前記部分光学系よりも前記ラ
イトバルブ側に位置する光学部材にて反射された後に前
記部分光学系によって集光される光スポットの直径をΦ
２、該光学部材の法線と光軸とのなす角度をθとすると
き、ｔａｎ２θ＞（Φ１＋Φ２）／２ｆを満足することを特徴とする請求項１または２記載の投
射装置。
【請求項４】前記部分光学系よりも前記ライトバルブ側
に位置する光学部材は、前記ダイクロイックプリズムで
あることを特徴とする請求項３記載の投射装置。
【請求項５】前記部分光学系よりも前記ライトバルブ側
に位置する光学部材は、前記クサビ形状の光学部材であ
ることを特徴とする請求項３記載の投射装置。
【請求項６】前記クサビ型の光学部材は、前記ライトバ
ルブのカバーガラスであることを特徴とする請求項１乃
至５の何れか一項記載の投射装置。
【請求項７】光源と、絞りを有する投射光学系と、ダイクロイックプリズムと、散乱型液晶を有するライトバルブとを有し、前記光源からの光束を、前記ダイクロイックプリズムを
介して前記散乱型液晶へ導き、かつ前記散乱型液晶から
の光を前記投射光学系中の前記絞りを通過させてスクリ
ーンへ導くように配置され、前記ダイクロイックプリズムは、前記投射光学系の光軸
と直交する軸を中心として傾けられており、前記ライトバルブ中の前記散乱型液晶と前記ダイクロイ
ックプリズムとの間の光路中には、前記ダイクロイック
プリズムから発生するコマ収差を補正する手段が配置さ
れることを特徴とする投射装置。