JPH10206970A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 簡単な構成で、光源光束を有効に利用し、色
むらのない良好な液晶プロジェクタを得る。 【解決手段】 ＵＶ／ＩＲフィルタ１２を通った光源１
１の光は液晶パネルに有害な光がカットされ、インテグ
レータレンズ１０を介し、赤分離ダイクロイックミラー
１、全反射ミラー３、赤透過ダイクロイックフィルタ７
Ｒ、赤偏光板６Ｒを経て赤色が赤液晶パネル５Ｒを照射
する。同様に緑及び青の光も夫々ミラー、フィルタを介
し各パネルを照射する。ここでダイクロイックミラー１
及び２は、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射させるようにす
る。またダイクロイックミラーに光が４５度で入射する
場合は、Ｐ偏光、Ｓ偏光の半値波長が約±１５ｍｍ変化
する性質を利用し、Ｐ偏光及びＳ偏光を選択的にダイク
ロイックミラーを通過、反射させ、なおダイクロイック
ミラーの自然光の半値波長に対し、各色クロイックフィ
ルタの半値波長を適切に選定して上記目的を達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルをライ
トバルブとして使用した液晶プロジェクタに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の液晶プロジェクタを示す
図であり、以下図２を用いて従来技術の説明を行う。

【０００３】図２において、光源１１からの光は、ＵＶ
／ＩＲフィルタ１２にて液晶ライトバルブに有害な赤外
線、紫外線が除去され、色分離ダイクロイックミラー１
及び２で赤、緑、青の３原色に分離され、各液晶パネル
５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを照射する。そして、各液晶パネル５
Ｒ，５Ｇ，５Ｂは映像処理回路からの映像信号に基づい
て各原色光を変調し、この変調された３原色の光は色合
成ダイクロイックプリズム１３により合成された後、投
射レンズ９を介してスクリーンに投射される。

【０００４】ところで、液晶プロジェクタの光源には、
発光効率が高く演色性の良いショートアークメタルハラ
イドランプが多く採用されているが、このランプは３〜
７ｍｍのアーク長を持っている。また、ランプの光を集
光するリフレクタには放物面ミラー、または楕円ミラー
と集光レンズが使用されており、この種のリフレクタで
は点光源に対しては並行光が得られるが、点光源でない
メタルハライドランプと併用すると並行光以外に拡散光
も含んだ光を発することになる。このため、このように
構成された光源を用いて液晶パネルを照射した場合、液
晶パネルの中心部が周辺部より明るくなり、スクリーン
上での投射映像の品位が低下することになる。これを改
善する方法としてランプをフロスト加工し、ランプの光
を拡散することが考えられるが、この方法では拡散光が
多くなり、光源の光束の利用効率が悪くなるという欠点
を生じる。

【０００５】そこで、これらの欠点を改善する手段とし
て、オプティカルインテグレータレンズ１０が採用され
ている。このオプティカルインテグレータレンズは、図
８に示すように一対のレンズ群から構成され、個々のレ
ンズが液晶パネルの全面を照射するように設計されてい
るため、リフレクタから反射された光に部分的なむらが
あっても平均化され投射映像の色むらを大幅に改善する
ことができる。

【０００６】ところで、一般に光源の光を３原色に分光
するダイクロイックミラー１及び２は、入射角４５度で
使用するように設計されているが、オプティカルインテ
グレータレンズを使用した場合、図８及び図９に示す如
く、分離系ダイクロイックミラーに入射する光は、ダイ
クロイックミラーに対する入射角度がダイクロイックミ
ラーの部分により異なる。

【０００７】このため、入射角４５度で使用するように
設計されたダイクロイックミラーは、４５度から入射角
度が変わると図５のように分光特性の波長が変化する。
そして、その結果、変化量が、４５度から±５度の範囲
で変化すると５０％透過波長（以下半値波長と称する）
は、±１０ｎｍ程度変化し、また±１０度の範囲で変化
すると半値波長は±２０ｎｍ程度変化する。

【０００８】以下、図８を用いてオプティカルインテグ
レータレンズを使用したときの分光特性の波長の変化を
説明する。

【０００９】尚、図９は、図８のダイクロイックミラー
の中心部ａを拡大したもので、液晶パネルの中心部に入
射する光は４５度±αの角度を持ち、周辺部ｂの位置で
は４５度±α＋βの角度、また周辺部ｃの位置は４５度
±α−βの角度を持っている。

【００１０】このうち、液晶パネルの中心部分に比べ周
辺部における角度差（±β）は大きく、ダイクロイック
ミラーの分光特性に大きな影響を与える。このため、ダ
イクロイックミラーのａ，ｂ，ｃの位置に入射する光
は、入射角度の変化に応じて分光特性が変化し、ａ，
ｂ，ｃ各位置では色純度及び明るさが変わるために色む
らを生じる。

【００１１】この色むらを改善する方法としては、ダイ
クロイックミラーのｂの位置は４５度＋βの角度、ｃの
位置では４５度−βの角度で４５度と同じ分光特性にな
るようにダイクロイックミラーの反射コーティング膜の
厚さを変える（以下、グラディエイションと略す。）こ
とが考えられる。

【００１２】しかしながら、グラディエイションしたダ
イクロイックミラー（以下グラディエイトダイクロイッ
クミラーと称する）は、数十層の真空蒸着膜の膜厚を順
次変化させるため、グラディエイトダイクロイックミラ
ーの設計、生産には多くの工数がかかり製造が困難且つ
高価となるが、その割には製造上のばらつきが多く完全
に色むらをなくすることは難しい。

【００１３】更に、光源の光をダイクロイックミラーで
赤、緑、青に分光する場合、色純度が良くしかも光源の
光を有効に活用するには、ダイクロイックミラーの分光
特性をシャープな特性にする必要がある。しかし、ダイ
クロイックミラーへの入射角度を±α変化させると、各
角度におけるダイクロイックミラーの分光特性は図７ａ
の点線に示す特性となり、その結果これらを合成すると
４５度で入射する時の分光特性に比べ緩やかな分光特性
となってしまう。

【００１４】今、仮に光源としてメタルハライドランプ
を使用する場合、５８０ｎｍに水銀の輝線スペクトラム
が存在する。この５８０ｎｍの波長の光はオレンジ系の
色であり、赤及び緑の夫々の光にこの波長の光が含まれ
ると赤色光はオレンジ色光になり、緑色光は黄緑色光に
なり、これらの色光の色純度を劣化させる。ここで、図
７ｂに示すように赤色光（５８０ｎｍの透過率）を透過
するダイクロイックミラー１に於て、分光特性が緩やか
な場合とシャープな場合を比較すると、緩やかな分光特
性の半値波長はシャープな分光特性のものに対し長波長
側にシフトする。つまり、図７ｂの斜線で示す面積に相
当する光量が低下することになる。

【００１５】尚、ここでは赤色光と緑色光との分離につ
いて述べたが、緑色光と青色光の分離においても同じで
ある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
液晶プロジェクタにおいては、色むらのない良好な投射
映像を得ることが困難であるばかりか、光源の全光束を
有効に活用することも困難であった。

【００１７】本発明は上述の欠点に鑑みなされたもので
あり、簡単な構成で色むらのない良好な投射映像を得る
と共に、光源の全光束を有効に活用できる液晶プロジェ
クタを得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源からの光
を３原色に分離する色分離手段と、３原色に分離した光
を変調する３枚の透過型液晶パネルと、変調された３原
色の光を合成する光合成手段と、合成した光を投射する
投射レンズを備えた液晶プロジェクタにおいて、前記色
分離手段を透過する光はＰ偏光を用い、反射する光はＳ
偏光を用いることを特徴とする液晶プロジェクタであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明液晶プロジェクタの
実施例を示す図であり、図１を用いて本実施例の説明を
行う。

【００２０】光源１１の光は、ＵＶ／ＩＲフィルタ１２
にて液晶パネルに有害な４２０ｎｍ以下の紫外線と７０
０ｎｍ以上の赤外線が反射される。ＵＶ／ＩＲフィルタ
１２を通った光は、１組のインテグレータレンズ１０を
介して赤分離ダイクロイックミラー１に入射される。こ
のうち、赤の光は、赤分離ダイクロイックミラー１を透
過し、全反射ミラー３にて反射された後に赤透過ダイク
ロイックフィルタ７Ｒを透過し、赤の液晶パネル５Ｒを
照射する。また、緑の光は、ダイクロイックミラー１及
び２を反射した後に緑透過ダイクロイックフィルタ７Ｇ
を透過し、緑の液晶パネル５Ｇを照射する。また、青の
光は、ダイクロイックミラー１を反射し、ダイクロイッ
クミラー２を透過した後に青透過ダイクロイックフィル
タ７Ｂを透過し、青の液晶パネル５Ｂを照射する。

【００２１】ここで、赤に使用する波長域を仮に５９０
ｎｍから７００ｎｍ、緑に使用する波長域を５１０ｎｍ
から５８０ｎｍ、青に使用する波長域を４２０ｎｍから
５００ｎｍと仮定し、その際のダイクロイックミラー及
びダイクロイックフィルタの半値波長を次のように決定
する。

【００２２】赤透過ダイクロイックフィルタ７Ｒの半値
波長を５９０ｎｍ、緑透過ダイクロイックフィルタ７Ｇ
の長波長側の半値波長を５８０ｎｍとし、ダイクロイッ
クミラー１の自然光に対する半値波長を（５９０＋５８
０）／２＝５８５ｎｍに設定する。また、青透過ダイク
ロイックフィルタ７Ｂを５００ｎｍ、緑透過ダイクロイ
ックフィルタ７Ｇの短波長側の半値波長を５１０ｎｍと
し、同様にダイクロイックミラー２の半値波長を５０５
ｎｍとする。

【００２３】ところで、ダイクロイックミラーは０度入
射で使用する場合、Ｐ偏光、Ｓ偏光及び自然光または
（Ｐ＋Ｓ）／２に対する分光特性（半値波長）は変化し
ない。これに対し、４５度入射で使用する場合、図３及
び図４に示すように自然光の半値波長に対してＰ偏光、
Ｓ偏光の半値波長は約±１５ｎｍ変化する。

【００２４】また、各ダイクロイックミラーはＰ偏光を
透過し、Ｓ偏光を反射する構成としておく。このため、
赤分離ダイクロイックミラー１は、Ｐ偏光の赤を透過
し、Ｓ偏光の緑とＰ偏光の青を反射する。

【００２５】今、このダイクロイックミラー１のＰ偏
光、Ｓ偏光に対する分光特性を図３に示す。半値波長を
赤透過に対し自然光で５８５ｎｍに設定すると、入射角
度０ではＰ偏光の半値波長は５７０ｎｍになり、Ｓ偏光
に対する半値波長は６００ｎｍとなる。また、入射角度
４５度で使用するダイクロイックミラー１に於て、Ｐ偏
光の透過特性は入射角度が±５度変化すると図５の様に
半値波長が約±１０ｎｍ変化する。また、Ｓ偏光に対す
る反射特性も同様に変化する。更に、ダイクロイックミ
ラーは、製造上のばらつきで半値は±５ｎｍ程度変化す
る。これらのことから、Ｐ偏光の赤透過に対する半値波
長は５７０ｎｍから±１５ｎｍ変化することになる。

【００２６】従って、ダイクロイックミラー１は５８５
ｎｍ以上のＰ偏光の光は、ダイクロイックミラーの場所
にかかわらず全て（５８５ｎｍに対しては５０％）が透
過する。またＳ偏光の緑反射光に対しても同様に半値波
長が６００ｎｍから±１５ｎｍ変化し、５８５ｎｍ以下
の光は全て反射する。

【００２７】次に、図６にダイクロイックミラーの入射
角度に対する半値波長の変化量を示す。図６において、
４５度付近の変化量に比べ０度付近の変化量は極めて少
ないことがわかる。赤透過ダイクロイックフィルタ７Ｒ
は入射角度０度で使用するため、入射角度が±５度程度
変化しても半値波長はほとんど変化しない。

【００２８】従って、赤透過ダイクロイックフィルター
７Ｒの半値波長を５９０ｎｍに設定すれば、赤透過ダイ
クロイックフィルタ７Ｒが製造上で半値波長が±５ｎｍ
変化しても５８５ｎｍ以下のむらのある光を全て反射
し、赤の液晶パネルに到達する光は、液晶パネル全面に
おいて５９０ｎｍ±５ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の光だ
けになる。このため、赤分離ダイクロイックミラー１の
部分的な入射角度の違い及び製造上のばらつきによる分
光特性の変化を赤透過ダイクロイックフィルタ７Ｒが吸
収し、赤の液晶パネル全面において均一な光が得られ
る。

【００２９】同様にダイクロイックミラー２は、自然光
で半値波長を５０５ｎｍに設定すれば、Ｐ偏光の透過光
は５２０ｎｍ以下を透過し、Ｓ偏光の反射光は４９０ｎ
ｍ以上を反射する。この結果、ダイクロイックミラー１
と同様に入射角度の変化と製造上の変化量を考慮すると
Ｓ偏光の緑に対する反射光は、５０５ｎｍ以上の光を全
て反射し、Ｐ偏光の青に対する透過光は、５０５ｎｍ以
下の光を全て透過する。

【００３０】更に、緑透過ダイクロイックフィルタ７Ｇ
の短波長側の半値波長を５１０ｎｍ±５ｎｍ、長波長側
の半値波長を５８０ｎｍ±５ｎｍに設計すれば、赤の液
晶パネルと同様に緑の液晶パネル５Ｇには全面にむらの
ない５１０ｎｍ±５ｎｍ〜５８０ｎｍ±５ｎｍの光が入
射される。また、青の液晶パネル５Ｂも同様に青透過ダ
イクロイックフィルタ７Ｂを５００ｎｍ±５ｎｍ以下を
透過するように設計すれば、青の液晶パネルには全面に
むらのない５００ｎｍ±５ｎｍ以下の光が入射される。

【００３１】以上のことから、赤の液晶パネルには５９
０±５ｎｍから７００ｎｍの間の光、緑の液晶パネルに
は５１０±５ｎｍから５８０±５ｎｍの間の光、青の液
晶パネルには４２０ｎｍから５００±５ｎｍの間の光を
利用することになり、設計中心では赤と緑及び緑と青の
間に於て利用出来ない光の波長域は、それぞれ１０ｎｍ
の間だけでランプ光束を有効に活用することができる。

【００３２】尚、光源にメタルハライドランプを使用す
る場合、発光スペクトラムにおいて５８０ｎｍの水銀輝
線スペクトラムがあり、この波長の光は、オレンジ色で
赤及び緑色の色純度を劣化させる。

【００３３】このため、本発明の液晶プロジェクタで
は、５８０ｎｍの水銀輝線スペクトラムは利用せず、赤
透過ダイクロイックフィルタの半値波長を５９０ｎｍよ
り少し長波長側にシフトし、緑透過ダイクロイックフィ
ルタの半値波長を少し短波長側にシフトしており、この
時光源の光束利用効率が少し悪くなる場合がある。

【００３４】そこで、本実施例では、ダイクロイックミ
ラーのＰ偏光、Ｓ偏光に対する分光特性の違いを効果的
に利用する。つまり、ダイクロイックミラーの反射率は
Ｐ偏光よりＳ偏光の方が効率よく反射するため、Ｓ偏光
がダイクロイックミラーを反射し、またＰ偏光がダイク
ロイックミラーを透過するようにダイクロイックミラー
を構成することにより、光源の光速を最大限に利用する
ことが可能となり、明るく照度むら、及び色むらのない
高品位の投射映像が得られる。

【００３５】また、液晶パネルは一般的に入射側の偏光
角度は４５度または０度で使用するが、本実施例では赤
と青はＰ偏光、緑はＳ偏光を使用する。この偏光角度の
違いは位相差板（１／２波長板）を使用し、偏光角度を
パネルの偏光角度に合わせる。各フィルタ７Ｒ，７Ｇ，
７Ｂは、この位相差板と偏光板をガラスに２重に貼り合
わせている。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、Ｐ偏光及びＳ偏光を選択的に
ダイクロイックミラーを通過、反射させると共に、ダイ
クロイックフィルタを使用することにより、ダイクロイ
ックミラーに入射する光の入射角度の違い及びダイクロ
イックミラーの製造上のばらつきを吸収でき、明るくし
かも照度むら、色むらのない液晶プロジエクタを簡単に
構成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶プロジェクタの実施例を示す図で
ある。

【図２】従来の液晶プロジェクタを示す図である。

【図３】Ｐ／Ｓ偏光に対するダイクロイックミラーの分
光特性を示す図である。

【図４】Ｐ／Ｓ偏光に対するダイクロイックミラーの分
光特性を示す図である。

【図５】ダイクロイックミラーの入射角度差による分光
特性の差を示す図である。

【図６】ダイクロイックミラーの入射角度に対する分光
特性の変化を示す図である。

【図７】ダイクロイックミラーの分光特性を示す図であ
る。

【図８】インテグレータレンズの光路を示す図である。

【図９】インテグレータレンズの光路の一部を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 赤分離ダイクロイックミラー ２ 緑分離ダイクロイックミラー ３ 全反射ミラー ４ リレーレンズ ５Ｒ 赤液晶パネル ５Ｇ 緑液晶パネル ５Ｂ 青液晶パネル ６Ｒ 赤偏光板 ６Ｇ 緑偏光板 ６Ｂ 青偏光板 ７Ｒ 赤透過ダイクロイックフィルタ ７Ｇ 緑透過ダイクロイックフィルタ ７Ｂ 青透過ダイクロイックフィルタ ８ コンデンサレンズ ９ 投射レンズ １０ インテグレータレンズ １１ 光源 １２ ＵＶ／ＩＲフィルタ １３ ダイクロイックプリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｄ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を３原色に分離する色分離
   手段と、３原色に分離した光を変調する３枚の透過型液
   晶パネルと、変調された３原色の光を合成する光合成手
   段と、合成した光を投射する投射レンズを備えた液晶プ
   ロジェクタにおいて、前記色分離手段を透過する光はＰ
   偏光を用い、反射する光はＳ偏光を用いることを特徴と
   する液晶プロジェクタ。
2. 【請求項２】 前記色分離手段はダイクロイックミラー
   と、該ダイクロイックミラーが入射角度が変化したとき
   に起きる分光特性の変化を吸収するダイクロイックフィ
   ルタとを備え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】 前記色分離手段は３原色光に対応した複
   数のダイクロイックミラー及びダイクロイックフィルタ
   を有し、このうち赤色光を分離するダイクロイックミラ
   ーの分光波長を対応する赤色光のダイクロイックフィル
   タの分光波長と緑色光のダイクロイックフィルタの長波
   長側との分光波長の中央に設定すると共に、青色光を分
   離するダイクロイックミラーの分光波長を対応する青色
   光のダイクロイックフィルタの分光波長と緑色光のダイ
   クロイックフィルタの短波長側の分光波長との中央に設
   定することを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェク
   タ。