JPH10142554A - 光学変調装置及び光量バランスの調整方法及び投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色分解回折格子と液晶より成る光学変調素子
とを用いてカラー画像情報を高い光学性能で投影するこ
とのできる光学変調装置及び光量バランスの調整方法及
び投影装置を得ること。 【解決手段】 複数の光学変調素子を各々、互いに異な
った色光で照明し、該複数の光学変調素子からの色光を
投影光学系の入射瞳近傍に集光し、該集光した各色光の
うち少なくとも一部の色光を該入射瞳近傍に設けた、該
入射瞳を面積的に分割するミラーを介して投影光学系に
導光し、該投影光学系により該各光学変調素子に表示さ
れた画像を所定面上に投影する際、該ミラーの位置を調
整して各色光の該所定面上における光量バランスを調整
していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学変調装置及び光
量バランスの調整方法及び投影装置に関し、例えば液晶
パネル（液晶表示素子）等の画像変調素子（光学変調素
子ともいう。）に表示された投影像原画（カラー画像）
をスクリーン面上に拡大投影する際の光学変調素子や投
影装置の各要素を適切に設定することによってカラー画
像を良好なる状態で観察することができる例えばカラー
液晶プロジェクター等に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、フィルム画像や液晶ライトバ
ルブ等の投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するよ
うにした投影装置が種々と提案されている。

【０００３】図１１（Ａ），（Ｂ）は特開平４−４２８
号公報で提案されているカラー液晶プロジェクターの全
体図と、その一部分の要部概略図である。同図において
はＲ，Ｇ，Ｂ光で液晶１０，１１，１２を照明してい
る。各色光で照明された液晶１０，１１，１２からの光
束は補助レンズ１３，１４，１５によって投影レンズ３
０の入射瞳ＥｎＰ近傍に集光されている。このうち補助
レンズ１４からの光束は投影レンズ３０に直接入射して
いる。補助レンズ１３からの光束はミラー４０を介して
投影レンズ３０に導光されている。又補助レンズ１５か
らの光束はミラー４１を介して投影レンズ３０に導光さ
れている。投影レンズ３０は各液晶１０，１１，１２に
表示された画像をスクリーン２０上に投影している。

【０００４】図１１では各投影系について夫々中心にな
る１本の主光線Ｐｒ１，Ｐｒ２，Ｐｒ３を示しており、
図１１では夫々３本ずつの主光線を示している。中央投
影系Ｂの補助レンズ１４の光軸は、投影レンズ３０の光
軸と一致し、周辺投影系Ａ，Ｃの補助レンズ１３，１５
の光軸は、投影レンズの光軸に対して垂直となる。

【０００５】又、投影レンズの入射瞳ＥｎＰは３つの補
助レンズの光軸が交差する位置にあり、ミラー４０，４
１は中心側の端点が入射瞳ＥｎＰに一致し、かつ、投影
レンズ３０の光軸に対して４５°をなしている。

【０００６】ＬＣＤは、中央投影系Ｂにおいてはその中
心軸が補助レンズ１４の光軸に一致して設けられてお
り、周辺投影系Ａ，Ｃではそれらの中心軸が夫々の補助
レンズの光軸に対して相対的に図中左側にシフトして設
けられている。

【０００７】従って、中央投影系Ｂの主光線Ｐｒ２は、
投影レンズ３０の光軸を通ってスクリーン２０に対して
垂直となり、周辺投影系Ａ，Ｃの主光線Ｐｒ１，Ｐｒ３
はスクリーンに対して斜めとなる。３本の主光線は、ス
クリーン上で交差している。

【０００８】一方、光学変調素子として液晶を用いた光
学変調装置を利用し、カラー画像情報を所定面上に投影
するようにした単板型の投影装置も種々と提案されてい
る。液晶より成る光学変調素子を用いた単板型のカラー
光学変調装置は光学変調素子（液晶）の画素周辺部にあ
る光学変調制御部の配線を遮光するブラックマトリクス
面積が光学変調素子に占める割合が高く、この結果装置
全体の光利用効率を低下させる要因となっていた。

【０００９】図２１は光利用効率の向上を図った液晶を
用いた光学変調装置２００の要部概略図である。同図に
おいてマイクロレンズアレイ１２１をカラーフィルター
１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂの前面に配置し、白色光
源からの照明光Ｗを光学変調素子１２０の各画素Ｂ，
Ｇ，Ｒに集光させている。これにより、光学変調装置２
００の光利用効率を向上させている。ここで、図２１に
おける１２２は透明基板、２０５はブラックマトリクス
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示すカラー液
晶プロジェクターは３つの色光を投影レンズ３０の入射
瞳ＥｎＰで合成して投影レンズ３０に導光している。ス
クリーン２０面上でのカラーバランスは入射瞳ＥｎＰに
設けたミラー４０，４１の配置状態に依存してくる。こ
の為、ミラー４０，４１を精度良く配置しないと、スク
リーン２０面上でのカラーバランスを良好に維持するの
が難しいという問題点があった。

【００１１】一方、図２１に示す光学変調装置では、 (イ-1).白色光Ｗから各光学変調素子の画素に応じた色光
を取り出す部材としてカラーフィルターを用いている
が、カラーフィルターは各画素へ入射する白色光のう
ち、ある波長成分の光のみを透過するため、それ以外の
波長成分の光に関しては無駄になっており、光利用効率
が非常に低いこと。

【００１２】(イ-2).画面を拡大して投影したり、画面に
近づいて観察すると、ＲＧＢ光の各画素がモザイク状の
パターンに見えてしまうこと。等の問題点があった。

【００１３】本発明は、液晶等の光学変調素子で光変調
された各色光に基づく画像情報を投影レンズで所定面上
に投影する際に、投影系の各要素を適切に設定すること
によって照明効率の低下を防止しつつ、明るい色バラン
スの良いカラー投影画像が容易に得られる光量バランス
の調整方法及び投影装置の提供を目的とする。

【００１４】又本発明は光学変調素子を構成する各色光
に基づく複数の画素に色分解手段で色分解した各色光を
照射する際に色分割手段と光学変調素子とを適切に設定
することによって光量損失が少なく、良好なる状態で光
変調を行い、該光学変調素子に基づく画像情報を所定面
上に高い光学性能で投影することができる光学変調装置
及び投影装置の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の投影装置は、 (1-1) 複数の光学変調素子を各々、互いに異なった色光
で照明し、該複数の光学変調素子からの色光を投影光学
系の入射瞳近傍に集光し、該集光した各色光のうち少な
くとも一部の色光を該入射瞳近傍に設けた、該入射瞳を
面積的に分割するミラーを介して投影光学系に導光し、
該投影光学系により該各光学変調素子に表示された画像
を所定面上に投影する際、該ミラーの位置を調整して各
色光の該所定面上における光量バランスを調整している
ことを特徴としている。

【００１６】特に、(1-1-1) 前記複数の光学変調素子を
光源手段からの光束より色分解手段によって複数の色光
に色分解した複数の色光により照明していること。

【００１７】(1-1-2) 前記ミラーは前記投影光学系の光
軸に対して４５度方向に可動となっていること。

【００１８】(1-1-3) 前記ミラーは複数個設けられてお
り、該複数のミラーが前記入射瞳領域を面積的に分割す
るように設けられていること。

【００１９】(1-1-4) 前記光源手段からの光束を反射手
段により平行光として前記色分解手段に入射させている
こと。

【００２０】(1-1-5) 前記色分解手段は回折格子である
こと。

【００２１】(1-1-6) 前記各光学変調素子の前方には各
々前記投影光学系側に凸面を向けた正レンズが設けられ
ていること。

【００２２】(1-1-7) 前記正レンズの前記投影光学系側
の凸面は光軸から離れるに従って正の屈折力が弱くなる
形状の非球面より成っていること。

【００２３】(1-1-8) 前記非球面は双曲面であること。
等を特徴としている。

【００２４】本発明の投影装置は、 (2-1) 構成(1-1) の光量バランスの調整方法を利用し
て、前記複数の光学変調素子に表示された画像情報を所
定面上に投影していることを特徴としている。

【００２５】本発明の光学変調装置は、 (3-1) 入射光を複数の色光に色分解して出射させる回折
格子と、複数の画素を有し、各画素毎に入射光を光変調
して出射させる光学変調素子とを有し、該回折格子に斜
め方向から光束を入射させたときに該回折格子から生じ
る各色光を該光学変調素子の色光毎に設けた画素に各々
入射させて光変調を行う光学変調装置において該回折格
子は１次元格子より成り、該回折格子に入射する光束の
中心軸と該回折格子からの０次回折光の中心軸とが作る
平面と該回折格子の格子方向が平行となるようにしてい
ることを特徴としている。

【００２６】(3-2) 入射光を複数の色光に色分解して出
射させる回折格子と、複数の画素を有し、各画素毎に入
射光を光変調して出射させる光学変調素子を該複数の色
光毎に設け、該回折格子に斜め方向から光束を入射させ
たときに該回折格子から生じる各色光を該複数の光学変
調素子に入射させ、該各光学変調素子で光変調を行う光
学変調装置において該回折格子は１次元格子より成り、
該回折格子に入射する光束の中心軸と該回折格子からの
０次回折光の中心軸とが作る平面と該回折格子の格子方
向が平行となるようにしていることを特徴としている。

【００２７】特に、構成(3-1) 又は構成(3-2) におい
て、 (3-2-1) 前記回折格子は１次元バイナリー型の回折格子
であること。

【００２８】(3-2-2) 前記１次元バイナリー型の回折格
子はステップ幅が不等間隔の階段ステップ構造より成っ
ていること。

【００２９】(3-2-3) 前記回折格子からの各色光を集光
レンズを介して前記光学変調素子の各画素に入射させて
いること。

【００３０】(3-2-4) 前記光学変調素子の複数の画素に
入射する各色光の光路中であって各色光が空間的に分離
している位置に各色光に対応した色フィルターを設けて
いること。

【００３１】(3-2-5) 前記複数の画素を液晶より構成し
たこと。

【００３２】(3-2-6) 前記液晶は高分子分散型液晶より
成っていること。

【００３３】(3-2-7) 前記複数の画素の各画素間に遮光
壁を設けたこと。

【００３４】(3-2-8) 前記液晶はＴＮ型液晶であるこ
と。

【００３５】(3-2-9) 前記光学変調素子は各画素で光変
調した光束を反射手段で反射し、出射させていること。
等を特徴としている。

【００３６】本発明の投影装置は、 (4-1) 構成(3-1) 又は構成(3-2) の光学変調装置の光学
変調素子に表示された画像を所定面上に投影しているこ
とを特徴としている。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１〜図４は順に本発明の実施形
態１の要部側面図、要部裏面図、要部上面図、要部下面
図である。図５は本発明の実施形態１の一部分の要部斜
視図である。図中、光源１から発せられた白色光は反射
鏡（放物面鏡）２で反射された後に平行光束となり色分
解の回折格子３により複数の色光、例えば青色（Ｂ），
緑色（Ｇ），赤色（Ｒ）の３色に色分解され、各々異な
る角度で射出している。回折格子３で各々異なる角度で
色分解された３色の光束は集光レンズ４で集光され、高
反射ミラー５，６，７で反射している。このうち高反射
ミラー６で反射された光（青色光）は高反射ミラー８を
介して平凸レンズ１１に向けて射出され画像変調素子
（光学変調素子）としての反射型の青色用の液晶パネル
１４を平行光束で照明している。

【００３８】又、高反射ミラー５で反射された光（緑色
光）は平凸レンズ１０に向けて射出され、平凸レンズ１
０で平行光束として反射型の緑色用の液晶パネル１３を
照明している。又、高反射ミラー７で反射された（赤色
光）は高反射ミラー９を介して平凸レンズ１２に向けて
射出され反射型の赤色用の液晶パネル１５を照明してい
る。３２は絞りである。

【００３９】次に液晶パネル１４で反射された光は図４
に示すように平凸レンズ１１で集光され、投影光学系１
８の瞳内に設けた可動の高反射ミラー１６に反射され
る。高反射ミラー１６で反射された光は投影光学系１８
に導光されている。これによって液晶パネル１３に表示
した投影像原画（画像）を投影光学系（投影レンズ）１
８によってスクリーン１９に投影している。同様に液晶
パネル１５で反射された光は平凸レンズ１２と投影光学
系１８の入射瞳近傍に設けた可動の高反射ミラー１７を
介して投影光学系１８に導光されている。

【００４０】これによって液晶パネル１５に表示した投
影像原画を投影光学系１８によってスクリーン１９に投
影している。液晶パネル１３に表示された投影像原画も
同様に平凸レンズ１０を介して投影光学系１８によって
スクリーン１９に投影している。

【００４１】ここで反射型の液晶パネル１３，１４，１
５では各色に応じた画像変調（光変調）が行われるので
スクリーン１９上にはカラー画像情報が投影されてい
る。

【００４２】ミラー５，６，７は図２に示すように各々
投影光学系１８の入射瞳近傍の該入射瞳面を半円状に２
分割したときの片側の領域に配置している。

【００４３】又ミラー１６，１７は各々投影光学系１８
の入射瞳近傍の該入射瞳面を半円状に２分割したときの
片側の領域のミラー５，６，７が配置されている領域と
は逆の領域に入射瞳を面積的に分割するように配置して
いる。ミラー（反射鏡）１６，１７は偏向手段の一要素
を構成している。ミラー５〜９は色分解系の一要素を構
成している。

【００４４】液晶パネル１３，１４，１５を各集光レン
ズ１０，１１，１２の光軸に対して斜方向から平行光束
で照明し、各液晶パネル１３，１５からの光束の中心光
線がミラー１６，１７を介して、又液晶パネル１３から
の中心光線は直接投影光学系１８に、その入射瞳の片側
半円領域から斜方向から入射させている。

【００４５】本実施形態では正レンズ１０，１１，１２
のスクリーン側のレンズ面を凸形状として照明光のレン
ズ面における反射光を拡散させて投影光学系１８の入射
瞳に反射光がほとんど入らないようにして、これによっ
てゴーストの発生を少なくしている。

【００４６】本実施形態では図４に示すようにミラー１
６，１７を矢印の方向（投影光学系の光軸３８に対して
４５度）に移動するように構成することにより投影レン
ズ１８の入射瞳における各色の瞳の面積比を自由に変化
させることができるようにしている。これによってＢＧ
Ｒ各色の光強度比（光量バランス）を自由に変えて、色
バランスを良好に保っている。

【００４７】例えば、Ｇ色の光が強すぎてスクリーン１
９上に合成された画像の白が緑がかっているときは、反
射鏡１６，１７を投影光学系１８の光軸３８に近づく方
向に移動させてＧ色の瞳の面積を減少させ、Ｂ色とＲ色
の瞳の面積を増加させている。結果としてＧ色の光量は
減少し、Ｂ色とＲ色の光量を増加するので全体としてス
クリーン１９上に合成された白のホワイトバランスを良
好にしている。

【００４８】本実施形態では多すぎる色を減少させると
きや、他の不足している色を増加させることが容易にで
きるので、全体としての照明効率をあまり下げずに色バ
ランスの調整を容易にしている。また、反射鏡１６，１
７を投影光学系１８の光軸３８にたいして４５度の方向
に移動するのはこの方向のときだけ反射型の画像変調素
子１４，１５のスクリーン１９上の投影像のピントずれ
が生じないためである。

【００４９】尚、反射鏡１６，１７の移動方向は光軸３
８に対して４５度方向以外の方向であっても、色バラン
スを調整することができる。

【００５０】尚、反射型の画像変調素子１３，１４，１
５は反射型の高分子分散型液晶や、ツイストネマチック
液晶等が適用可能である。

【００５１】以上のように本実施形態では色分解手段と
して回折格子を用い、投影光学系１８の入射瞳近傍に複
数のミラー５〜９，１６，１７を適切に配置することに
よって各色光の液晶パネル１３〜１５をスクリーン１９
に高い光学性能を有して投影している。

【００５２】図６，図７は本発明の実施形態２の要部側
面図、要部裏面図である。本実施形態は図１〜図４の実
施形態１に比べて色分解用の回折格子として透過型の回
折格子の代わりに反射型の回折格子２０を用いた点が異
なっているだけであり、その他の構成は同じである。

【００５３】図６，図７において２０は色分解用の反射
型の回折格子であり、光源１からの白色光であって反射
鏡２で反射した白色光束を青色（Ｂ），緑色（Ｇ），赤
色（Ｒ）の３色光に分解して反射させて集光レンズ４に
入射させている。集光レンズ４以降は実施形態１と同じ
である。反射型の回折格子は透過型の回折格子に比べて
格子溝の深さを浅くでき、製作しやすいという長所があ
る。

【００５４】図８，図９は本発明の実施形態３の要部側
面図、要部裏面図である。本実施形態は図１〜図４の実
施形態１に比べて色分解手段として回折格子の代わりに
配置角度の異なる積層した３枚のダイクロイックミラー
２１，２２，２３を用いて色分解をしている点が異なっ
ているだけであり、その他の構成は同じである。

【００５５】図８，図９において光源１からの白色光で
あって反射鏡２で反射した白色光束をダイクロイックミ
ラー２１，２２，２３で順次反射させて青色（Ｂ），緑
色（Ｇ），赤色（Ｒ）の３つの色光に色分解して互いに
異なった角度で集光レンズ４に入射させている。集光レ
ンズ４以降は実施形態１と同じである。

【００５６】図１０は本発明の実施形態４の要部上面図
である。本実施形態は図１〜図４の実施形態１に比べて
色分解手段として回折格子の代わりに３枚のダイクロイ
ックミラー２４，２５を分離して用いていること、反射
型の液晶パネルの代わりに透過型の液晶パネル３５，３
６，３７を用いていることが異なっているだけであり、
その他の基本的な構成は同じである。

【００５７】図１０において光源１から発せられた白色
光は放物面鏡２により反射された後に平行光となり、こ
のうちダイクロイックミラー２４により青色光（Ｂ光）
が反射されて、ミラー２６に入射し、緑色光（Ｇ光）と
赤色光（Ｒ光）は透過して、ダイクロイックミラー２５
に入射する。ダイクロイックミラー２５に入射したＧ光
とＲ光のうちＲ光が反射されＧ光が透過する。

【００５８】これによって光源１からの白色光を３つの
色光に分解している。ミラー２６で反射したＢ光は反射
鏡２７を介して透過型の画像変調素子３７を照明してい
る。同様にダイクロイックミラー２６で反射したＲ光は
反射鏡２８，２９を介して透過型の画像変調素子３６を
照明している。そしてダイクロイックミラー２５を透過
したＧ光で透過型の画像変調素子３５を照明している。

【００５９】透過型の画像変調素子３５により変調され
たＧ光の画像は正レンズ１０により投影レンズ１８の入
射瞳に集光された後に、投影光学系１８によりスクリー
ン１９に投影される。透過型の画像変調素子３６で変調
されたＢ光の画像は正レンズ１１により投影光学系１８
の入射瞳内に配置される反射鏡１６に集光され、反射鏡
１６で反射した後、投影光学系１８によりスクリーン１
９に投影される。同様に透過型の画像変調素子３７で変
調されたＲ光の画像は正レンズ１２により投影光学系１
８の入射瞳内に配置される反射鏡１７に集光され、反射
鏡１７で反射した後、投影光学系１８によりスクリーン
１９に投影される。

【００６０】本実施形態では入射瞳内に配置される２枚
の可動の反射鏡１６，１７により３色の画像の画像合成
を行っており、このとき２枚の反射鏡１６，１７を投影
光学系１８の光軸に対して４５度の方向に移動すること
により投影光学系１８の入射瞳における各色の瞳の面積
比を自由に変化させている。これによって各色の光強度
を自由に変化させている。このため、全体としての光量
の損失が少ない状態で色バランスの調整を可能としてい
る。

【００６１】透過型の画像変調素子に本実施形態を適用
する場合も正レンズ１０，１１，１２の形状は歪曲収差
の発生を少なくするために投影光学系１８側に凸状の平
凸レンズより構成するのが良い。

【００６２】図１２は本発明の実施形態５の要部概略図
である。図１３，図１４は図１２の一部分の拡大説明図
である。図１２，図１３，図１４において１１２は放物
面鏡であり、その焦点位置におかれた白色光源１１１か
らの光束を平行光として反射型１次元バイナリー型の回
折格子１０１に斜め方向から入射させている。反射型１
次元バイナリー型の回折格子１０１は入射光束を赤色
（Ｒ光），緑色（Ｇ光），青色（Ｂ光）の３つの色光に
分解して反射させている。

【００６３】１０２は光学変調素子であり、液晶等から
成り、各色光の画像情報を表示している。１１３はコン
デンサーレンズであり、光学変調素子１０２からの光束
を集光して投影光学系（投影レンズ）１１４の入射瞳
（絞り）１１５に導光している。投影光学系１１４は光
学変調素子１０２に表示された各色光の画像情報（画
素）をスクリーン１１６面上に投影している。

【００６４】本実施形態では白色光源１１１から出射し
た光を放物鏡１１２により略平行光にし、回折格子１０
１に斜め方向から入射させている。その後、回折格子１
０１から出射するＲＧＢの各色光で、色光毎に設けた光
学変調素子１０２を照明している。光学変調素子１０２
により表示された各色光の画像情報をコンデンサーレン
ズ１１３を介して投影光学系１１４でスクリーン１１６
上に投影している。

【００６５】尚、本実施形態では回折格子１０１と光学
変調素子１０２は各々光学変調装置の一要素を構成して
いる。

【００６６】次に図１２の反射型１次元バイナリー型の
回折格子１０１について図１３，図１４を用いて説明す
る。

【００６７】反射型１次元バイナリー型の回折格子１０
１は、図１３，図１４に示すように断面形状が階段状に
なるように格子を形成したものであり、樹脂等で成形し
たものの表面にアルミ等の反射膜をコーティングして作
られる。

【００６８】本実施形態では、格子ピッチＰ内にステッ
プ幅Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の４段形状より成り、回折
格子の格子ピッチ、位相変化量を特定することにより、
回折格子からの０次光（Ｇ光）と±１次光（Ｒ光，Ｂ
光）の回折光に入射光のエネルギーの大半を集中させ、
かつ０次光と±１次光それぞれの最もエネルギーの高い
波長（以下主波長）がＲＧＢ光のどれかに対応するよう
に構成している。尚、ステップ幅は不等間隔となるよう
にしている。

【００６９】本実施形態における１次元バイナリー型の
回折格子は反射型でも透過型でも適用可能である。本実
施形態では反射型より構成している。

【００７０】次に回折格子を反射型より構成したときの
特長について透過型の１次元バイナリー型の回折格子と
比較して述べる。

【００７１】透過型の回折格子はＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔ
ｉｃｓ 誌１７巻１５号２２７３〜２２７９頁（１９７
８．８．１号）に開示されているように、該透過型の回
折格子に入射した入射光束は透過回折されて主に３方向
に分離されている。この透過型の回折格子は例えばブレ
ーズド波長をλ０とした時、該ブレーズド波長λ０に対
し必要な格子厚ｄＴは ｄＴ＝ｍ・λ０／（ｎ−１） となる。

【００７２】ここでｎは回折格子の媒質の屈折率、ｍは
整数であり、今、ｍ＝２，λ０＝５３０ｎｍとし、屈折
率ｎ＝１．５程度として算出した場合、透過型の回折格
子の格子厚ｄＴはｄＴ＝２１２０ｎｍ必要になる。

【００７３】一方、反射型の１次元バイナリー型の回折
格子の場合（例えば光軸上の光束の入射角が４５°）は
格子厚ｄＲは７４９．５ｎｍ必要となる。このことから
分かるように透過型の回折格子は、その格子厚ｄＴが反
射型の回折格子の格子厚ｄＲに比べ約３倍深い段差を必
要とする。

【００７４】一般に装置内のスペース効率から考えると
反射型の回折格子を用いると装置全体のコンパクト化に
は有利となる。

【００７５】本実施形態においては図１３に示すように
反射型の回折格子１０１に斜め方向から入射する白色光
束Ｗの中心軸（光軸）と回折格子から出射する０次回折
光（Ｇ光）の中心軸（光軸）が作る平面（ＸＺ面）と、
回折格子の格子方向が平行になるように配置している。
このため、各ＲＧＢ光の分離色光の光軸は図中ｘｚ面内
で存在するようにしている。

【００７６】次に図１５に光学変調素子１０２と反射型
の回折格子からの出射色光の関係を示す。図１５におい
て、１０２は光学変調制御部（不図示）及び光学変調被
制御部１２０を有する光学変調素子である。

【００７７】図中１２１は入射光を集光する集光レンズ
としてのマイクロレンズアレイであり、複数のマイクロ
レンズより成っている。１２２は光学変調素子の被制御
部（画素）１２０を挟持する透明基板である。

【００７８】図中、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の添
字は、それぞれの光学変調素子が入出射する光の波長領
域を表している。図１５において、任意の１つのマイク
ロレンズをＡ，マイクロレンズＡの光軸（集光光束の中
心線）を含む光学変調素子１０２の被制御部１２０を構
成する１つの画素をＴＧ、画素ＴＧに隣接した画素をＴ
Ｒ，ＴＢとする。光学変調素子１０２の入射側に設けら
れたマイクロレンズＡに、異なる任意の角度で入射した
ＲＧＢ各色光はマイクロレンズＡにより異なる画素Ｔ
Ｒ，ＴＧ，ＴＢ内で集光し光学変調を受け画像情報をも
った光束として光学変調素子１０２を出射する。

【００７９】ここで、本実施形態においては光学変調素
子１０２の被制御部１２０に高分子分散型の液晶を用い
ておりシュリーレン光学配置と組み合わせているためＲ
ＧＢ各色光の画像情報は光学変調素子１０２による光束
の拡散度に依存する。

【００８０】図１２のように光軸上に開口を有するよう
な絞り１１５を用いる場合では、拡散度の低い光束が投
影光学系１１４の絞り１１５を通過して投射スクリーン
１１６に到達し、拡散度の高い光束は絞り１１５に遮光
され、投射スクリーン１１６に到達しない。すなわち、
光学変調素子１０２による光束の拡散性を変えることで
投射スクリーン１１６に到達する光線数を変えることが
でき、これにより画像の階調表示を可能としている。

【００８１】ただし高分子分散型の液晶による光学変調
原理については一般的に知られているため、ここでは省
略する。

【００８２】このように構成することで、光源１１１か
らの白色光を１次元バイナリー型の回折格子１０１によ
り、階段部の側面で有効光束がけられることなく３色の
色光に分解し、マイクロレンズアレイ１２１を介して、
それぞれの色光に対応する光学変調素子１０２の画素Ｔ
Ｂ，ＴＧ，ＴＲに無駄なく集光させて、光利用効率を大
幅に向上させている。

【００８３】同時に反射型の回折格子に入射する白色光
束（Ｗ）の光軸と前記回折格子１０１から出射する０次
回折光（Ｇ光）の光軸が作る平面（ＸＺ面）と、回折格
子の格子方向が平行になるように配置して、反射型の回
折格子に入射する白色光束の光軸と前記回折格子から出
射する０次回折光の光軸が作る平面（ＸＺ面）と、回折
格子の格子方向を垂直に配置した構成に比べて、ＲＧＢ
色光分離後の光束径を一定に保つことができ、光学変調
素子上を均一照明することを可能としている。

【００８４】また格子形状を適切に選択することでＴＶ
信号等に用いられるＮＴＳＣ信号の色の３原色に近い分
光特性を持った色光に分離して、光学変調後に色光合成
した時、色再現性の高い画像を表示している。

【００８５】１次元バイナリー型の回折格子は光学変調
素子への入射光の角度調整が１次元バイナリー型の回折
格子の１素子で済むことから、組み立て性も向上し、安
価なカラー画像表示装置を提供することができる。

【００８６】また本実施形態の、回折格子１ピッチ内の
格子厚を各段毎に若干変えること、及び回折格子１ピッ
チ内の格子幅が不等間隔になるように回折格子の形状を
設計することにより±１次回折光の内側帯成分を低減さ
せて理想的な色分解を更に容易にしている。

【００８７】本実施形態においては格子幅Ｌ１，Ｌ２，
Ｌ３，Ｌ４の比を０．９：１．３：１．３：０．９とし
±１次回折光の内側帯成分の低減を図っている。本実施
形態では、光軸上の光束の入射角が３０°、各段の深さ
を６１５ｎｍの回折格子を用いている。このときの分光
特性を図１６に示す。ただし、本実施形態においては、
Ｇ色を０次光として設計しているが、他の色を０次光に
することで理想的な分光をとることも可能である。

【００８８】また、図１７に示すように、各色光が分離
した箇所に色補正用カラーフィルター１５１を設けても
良い。この構成では、回折格子で分解された各色光の分
光特性が画像信号のもつ分光特性と異なる場合、各色光
を色補正用カラーフィルター１５１の各色フィルターＦ
Ｒ，ＦＧ，ＦＢに入射させ、理想的な色情報を得ること
によって忠実な画像色再現を容易としている。この場
合、各色光に分解したあとにカラーフィルター１５１を
透過させるので、それほど光利用効率の低下も生じな
い。

【００８９】また、図１８に示すように、光学変調素子
１０２の画素間に高分子分散型の液晶の拡散光が隣接素
子に入射し、クロストークの発生を防止するために遮光
壁１６１を設けるのが良い。この構成により、更に高い
画質のカラー画像の表示を容易にしている。

【００９０】また、図１７に示したカラーフィルター１
５１、図１８に示した遮光壁１６１を同時に併用するよ
うに構成しても良い。

【００９１】図１９は本発明の実施形態６の要部概略図
である。図１２の実施形態５では色分解手段として反射
型の回折格子を用いているが本実施形態では透過型の回
折格子１７１を用いて、それを光学変調素子１０２を構
成するマイクロレンズアレイ１２１と被制御部１２０と
の間に配置し、１つの光学部材１０７として構成した点
が実施形態５と異なっており、その他の構成は同じであ
る。

【００９２】本実施形態では回折格子１７１に入射する
白色光束の光軸と前記回折格子１７１から出射する０次
回折光の光軸が作る平面（ＸＺ面）と、回折格子の格子
方向が平行となるようにし、かつ０°以外の任意の入射
角でＸＺ面内で斜め入射させる構成をとっている。この
ため、透過型の回折格子に垂直に入射させた場合と比べ
て、光量ロスを起こすことなく格子厚を薄くでき、より
コンパクト化を図っている。このように構成すること
で、実施形態５と同様の効果を得ている。

【００９３】本実施例においては回折格子１７１と光学
変調素子１０２を一体で示したが、別体で構成しても良
い。また、マイクロレンズアレイ１２１と回折格子１０
２の配置が逆であっても良い。

【００９４】光学変調素子１０２の画素出射後にＲＧＢ
の各色光を合成して光学変調素子を出射する構成（透過
・反射含む）であっても、同様の効果が得られる。

【００９５】図２０は本発明の実施形態７の要部概略図
である。同図において１０１は反射型１次元バイナリー
型の回折格子である。回折格子１０１に入射する白色光
束光軸と回折格子１０１から出射する０次回折光光軸が
作る平面（ＸＺ面）と、回折格子１０１の格子方向が平
行となるようにし、かつ０°以外の任意の入射角で入射
させる構成をとっている。

【００９６】１１３及び１８６，１８７，１８８は各々
コンデンサーレンズ、１８１，１８２は高反射ミラー、
１８３，１８４，１８５は各々透過型の光学変調素子で
ある。光学変調素子１８３〜１８５は実施形態５と同様
に光学変調制御部（不図示）及び光学変調被制御部及
び、ＴＮ液晶である光学変調素子被制御部を挟持する透
明基板、２枚の透明基板に隣接し互いにクロスニコルの
配置をした２枚の偏光板等から成っている。

【００９７】本実施形態ではマイクロレンズアレイを用
いずに光利用効率の高い光学変調素子を実現している。

【００９８】本実施形態では、光学変調素子１８３，１
８４，１８５を出射した光束を３本の投影レンズ（不図
示）を介してスクリーン上で画像を合成して、又はダイ
クロイックミラー等で３つの画像を合成した後に１つの
投影光学系でスクリーン面上に投影して実施形態５と同
様の効果を得ている。本実施形態において光学変調素子
のサイズを一定にした場合にはさらに高解像度のカラー
画像表示装置が容易となる。

【００９９】また、本実施形態においては透過型の光学
変調素子を用いたが、光学変調素子制御部を反射面で被
ったような反射型の光学変調素子を用いて、それより出
射した光束を１本の投影光学系を介してスクリーン上で
画像を合成しても、同様の効果が得られる。

【０１００】また、本実施形態においてＴＮ液晶を光学
変調素子被制御部に用いたが、その他の液晶であっても
構わない。実施形態５と同様に高分子分散型の液晶を用
いる場合は前記、一対の偏光板は用いずにシュリーレン
光学系と組み合わせて用いることで同様の効果が得られ
る。

【０１０１】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、液晶等の
光学変調素子で光変調された各色光に基づく画像情報を
投影光学系で所定面上に投影する際に、投影系の各要素
を適切に設定することによって照明効率の低下を防止し
つつ、明るい色バランスの良いカラー投影画像が容易に
得られる光量バランスの調整方法及び投影装置を達成す
ることができる。

【０１０２】又本発明によれば以上のように、光学変調
素子を構成する各色光に基づく複数の画素に色分解手段
で色分解した各色光を照射する際に色分割手段と光学変
調素子とを適切に設定することによって光量損失が少な
く、良好なる状態で光変調を行い、該光学変調素子に基
づく画像情報を所定面上に高い光学性能で投影すること
ができる光学変調装置及び投影装置を達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部側面図

【図２】本発明の実施形態１の要部裏面図

【図３】本発明の実施形態１の要部上面図

【図４】本発明の実施形態１の要部下面図

【図５】本発明の実施形態１の一部分の要部斜視図

【図６】本発明の実施形態２の要部側面図

【図７】本発明の実施形態２の要部裏面図

【図８】本発明の実施形態３の要部側面図

【図９】本発明の実施形態３の要部裏面図

【図１０】本発明の実施形態４の要部概略図

【図１１】従来のカラー画像投影装置の要部概略図

【図１２】本発明の実施形態５の要部概略図

【図１３】図１２の一部分の拡大説明図

【図１４】図１２の一部分の拡大説明図

【図１５】図１２の一部分の拡大説明図

【図１６】本発明に係る反射型の回折格子の分光特性図

【図１７】本発明に係る光学変調装置の要部概略図

【図１８】本発明に係る光学変調装置の要部概略図

【図１９】本発明の実施形態６の要部概略図

【図２０】本発明の実施形態７の要部概略図

【図２１】従来の光学変調装置の要部概略図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 放物面鏡 ３ 回折格子 ４ 集光レンズ ５〜９，１６，１７，２０，２６〜２９ 反射鏡 １０〜１２ 正レンズ １３〜１５ 反射型画像変調素子 １８ 投影光学系 １９ スクリーン ２１〜２５ ダイクロイックミラー ３５〜３７ 透過型画像変調素子 １０１ 反射型１次元バイナリー型回折格子 １０２ 光学変調素子 １１１ 白色光源 １１２ 放物鏡 １１３ コンデンサーレンズ １１４ 投影光学系 １１５ 投射レンズ絞り １１６ スクリーン １２０ 光学変調素子画素 １２１ マイクロレンズアレイ １２２ 透明基板 １５１ カラーフィルター １６１ 遮光壁 １７１ 透過型１次元バイナリー型回折格子 １８１，１８２ 高反射ミラー １８３〜１８５ 光学変調素子 １８７〜１８９ コンデンサーレンズ ２００ 光学変調素子 ２０５ ブラックマトリクス

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光学変調素子を各々、互いに異な
   った色光で照明し、該複数の光学変調素子からの色光を
   投影光学系の入射瞳近傍に集光し、該集光した各色光の
   うち少なくとも一部の色光を該入射瞳近傍に設けた、該
   入射瞳を面積的に分割するミラーを介して投影光学系に
   導光し、該投影光学系により該各光学変調素子に表示さ
   れた画像を所定面上に投影する際、該ミラーの位置を調
   整して各色光の該所定面上における光量バランスを調整
   していることを特徴とする光量バランスの調整方法。
2. 【請求項２】 前記複数の光学変調素子を光源手段から
   の光束より色分解手段によって複数の色光に色分解した
   複数の色光により照明していることを特徴とする請求項
   １の光量バランスの調整方法。
3. 【請求項３】 前記ミラーは前記投影光学系の光軸に対
   して４５度方向に可動となっていることを特徴とする請
   求項１又は２の光量バランスの調整方法。
4. 【請求項４】 前記ミラーは複数個設けられており、該
   複数のミラーが前記入射瞳領域を面積的に分割するよう
   に設けられていることを特徴とする請求項１又は２の光
   量バランスの調整方法。
5. 【請求項５】 前記光源手段からの光束を反射手段によ
   り平行光として前記色分解手段に入射させていることを
   特徴とする請求項２の光量バランスの調整方法。
6. 【請求項６】 前記色分解手段は回折格子であることを
   特徴とする請求項２又は５の光量バランスの調整方法。
7. 【請求項７】 前記各光学変調素子の前方には各々前記
   投影光学系側に凸面を向けた正レンズが設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２の光量バランスの調整
   方法。
8. 【請求項８】 前記正レンズの前記投影光学系側の凸面
   は光軸から離れるに従って正の屈折力が弱くなる形状の
   非球面より成っていることを特徴とする請求項７の光量
   バランスの調整方法。
9. 【請求項９】 前記非球面は双曲面であることを特徴と
   する請求項８の光量バランスの調整方法。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項記載の
    光量バランスの調整方法を利用して、前記複数の光学変
    調素子に表示された画像情報を所定面上に投影している
    ことを特徴とする投影装置。
11. 【請求項１１】 入射光を複数の色光に色分解して出射
    させる回折格子と、複数の画素を有し、各画素毎に入射
    光を光変調して出射させる光学変調素子とを有し、該回
    折格子に斜め方向から光束を入射させたときに該回折格
    子から生じる各色光を該光学変調素子の色光毎に設けた
    画素に各々入射させて光変調を行う光学変調装置におい
    て該回折格子は１次元格子より成り、該回折格子に入射
    する光束の中心軸と該回折格子からの０次回折光の中心
    軸とが作る平面と該回折格子の格子方向が平行となるよ
    うにしていることを特徴とする光学変調装置。
12. 【請求項１２】 入射光を複数の色光に色分解して出射
    させる回折格子と、複数の画素を有し、各画素毎に入射
    光を光変調して出射させる光学変調素子を該複数の色光
    毎に設け、該回折格子に斜め方向から光束を入射させた
    ときに該回折格子から生じる各色光を該複数の光学変調
    素子に入射させ、該各光学変調素子で光変調を行う光学
    変調装置において該回折格子は１次元格子より成り、該
    回折格子に入射する光束の中心軸と該回折格子からの０
    次回折光の中心軸とが作る平面と該回折格子の格子方向
    が平行となるようにしていることを特徴とする光学変調
    装置。
13. 【請求項１３】 前記回折格子は１次元バイナリー型の
    回折格子であることを特徴とする請求項１１又は１２の
    光学変調装置。
14. 【請求項１４】 前記１次元バイナリー型の回折格子は
    ステップ幅が不等間隔の階段ステップ構造より成ってい
    ることを特徴とする請求項１３の光学変調装置。
15. 【請求項１５】 前記回折格子からの各色光を集光レン
    ズを介して前記光学変調素子の各画素に入射させている
    ことを特徴とする請求項１１，１２，１３又は１４の光
    学変調装置。
16. 【請求項１６】 前記光学変調素子の複数の画素に入射
    する各色光の光路中であって各色光が空間的に分離して
    いる位置に各色光に対応した色フィルターを設けている
    ことを特徴とする請求項１１，１３，１４又は１５の光
    学変調装置。
17. 【請求項１７】 前記複数の画素を液晶より構成したこ
    とを特徴とする請求項１１から１６のいずれか１項記載
    の光学変調装置。
18. 【請求項１８】 前記液晶は高分子分散型液晶より成っ
    ていることを特徴とする請求項１７の光学変調装置。
19. 【請求項１９】 前記複数の画素の各画素間に遮光壁を
    設けたことを特徴とする請求項１８の光学変調装置。
20. 【請求項２０】 前記液晶はＴＮ型液晶であることを特
    徴とする請求項１７の光学変調装置。
21. 【請求項２１】 前記光学変調素子は各画素で光変調し
    た光束を反射手段で反射し、出射させていることを特徴
    とする請求項１１から２０のいずれか１項記載の光学変
    調装置。
22. 【請求項２２】 請求項１１から２１のいずれか１項記
    載の光学変調装置の光学変調素子に表示された画像を所
    定面上に投影していることを特徴とする投影装置。