JPH11223796A

JPH11223796A - 投射装置

Info

Publication number: JPH11223796A
Application number: JP10039638A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Okuyama; 奥山　　敦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】カラー液晶表示パネルに基づく画像情報をス
クリーン面上に良好に投影することができる投射装置を
得ること。【解決手段】複数の液晶パネルを各々、所定の色光で
照明し、該複数の液晶パネルに基づく画像情報を一方の
面にダイクロ膜を、他方の面に反射防止膜を施したダイ
クロミラーとフィールドレンズ、そして内部にダイクロ
面を有するダイクロプリズムを用いて合成して、投射レ
ンズで所定面上に投影する投射装置において、該フィー
ルドレンズから該液晶パネルに至る光路はテレセントリ
ックな状態となっていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投射装置に関し、例
えばカラー液晶パネルに表示された投影像原画をスクリ
ーン面上に拡大投影するカラー液晶プロジェクターに好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より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射装置
（液晶プロジェクター）が種々と提案されている。

【０００３】投射装置には種々なタイプのものが用いら
れているが投影像原画としてカラー液晶を用いた投射装
置には、投射レンズの最終レンズ面から液晶表示素子ま
での空間（バックフォーカス）に反射ミラーやダイクロ
イックミラー等の色合成系を配置してカラー画像の色合
成を行っている。

【０００４】カラー液晶プロジェクターとして、Ｒ、
Ｇ、Ｂ光用の３枚の液晶パネルを用いたカラー液晶プロ
ジェクターにおいては、３枚の液晶パネルを透過する色
光をひとつの光路に合成する色合成系を用いている。

【０００５】色合成系として、例えば特開平１ー１３１
５９３号公報では４つの三角プリズムを貼合わせ、その
貼合わせ面にダイクロ面が十字にクロスするようにし
た、所謂クロスダイクロプリズムを用い、このクロスダ
イクロプリズムを液晶パネルから投射レンズに至る光路
中に設けている。

【０００６】一般に、色合成系をプリズムで構成すると
ダイクロ面の厚みは非常に薄く投射レンズの光学性能
（結像性能）への影響がほとんどなく、高画質の画像を
投影するのに適している。

【０００７】一方、図７は特開平９−２１１７５０号公
報で提案されている３つのダイクロイックミラーとダイ
クロイックプリズムを用いたカラー液晶プロジェクター
の要部概略図である。

【０００８】図７においてメタルハライドランプを用い
た光源２０１から出射した光を赤色反射のダイクロイッ
クミラー２０２にて赤色光（約６００ｎｍ〜約７００ｎ
ｍの光）を反射し、その他の光を透過させる。反射した
赤色光を反射ミラー２０３により進路を変え赤用液晶ラ
イトバルブ２０６に入射する。赤色反射のダイクロイッ
クミラー２０２を透過した光を青色透過のダイクロイッ
クミラー２０４により緑色光（約５００ｎｍ〜約６００
ｎｍの光）は反射させ、青色光（約４００ｎｍ〜約５０
０ｎｍの光）は透過させる。ダイクロイックミラー２０
４で反射した緑色光は緑用液晶ライトバルブ２０５に、
透過した青色光は青用液晶ライトバルブ２０７に各々入
射する。各液晶ライトバルブには偏光子２２１、検光子
２２２が取り付けられており、それにより各色毎に光変
調し画像を形成する。

【０００９】青用液晶ライトバルブ２０７によって光変
調した青色光を反射ミラー２０８により反射し、青色透
過ダイクロイックプリズム２２７に入射、透過し、投写
レンズ２１１で拡大投影する。緑用液晶ライトバルブ２
０５によって光変調した緑色光を赤色透過のダイクロイ
ックミラー２０９に入射、反射し、投写レンズ２１１で
拡大投影する。赤用液晶ライトバルブ２０６によって光
変調した赤色光を赤色透過ダイクロイックミラー２０９
に入射、透過し、投写レンズ２１１で拡大投影する。赤
色光と緑色光の合成をダイクロイックミラー２０９にて
行い、前記合成光と青色光との３色の合成をダイクロイ
ックプリズム２２７にて行っている。

【００１０】尚、液晶プロジェクターにおいて、投射レ
ンズをテレセントリック系により構成したものが例えば
特開平８−１２２６９９号公報や特開平１０−１０４６
７号公報等で提案されている。特開平８−１２２６９９
号公報では、光源と、空間光変調素子と、光源からの光
を空間光変調素子に照射する照明光学系と、空間光変調
素子の画像を投影する投影光学系と、からなる画像投影
装置において、照明光学系４０３または投影光学系４１
１で構成した画像投影装置を提案している。特開平１０
−１０４６７号公報では、光源装置と、光源光を均一な
光束に変換するオプティカルインテグレータと、オプテ
ィカルインテグレータからの光束を変調して映像を表示
する反射型液晶パネルと、この反射型液晶パネルに表示
された映像をスクリーン上に拡大投影する投影レンズと
を含んで構成される投影表示装置を提案している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】色合成、又は色分解用
のクロスダイクロプリズムは、１つの作用をする（例え
ば赤色光を反射する）ダイクロ面を２つのプリズム面に
形成するために、貼合わせるときの２つの張り合わせ面
の倒れや段差によりスクリーン上で画像を構成する液晶
画素のずれが発生してしまう欠点がある。

【００１２】この欠点は、使用する液晶の画素数が多く
なるほど顕著に表れるため、これを解決するためには非
常に高精度の張り合わせ工程が必要となり、部品のコス
トを上昇させてしまうことが懸念されている。

【００１３】一方、図７に示す液晶プロジェクターにお
いては、投写レンズ２１１に近いダイクロ面をプリズム
で構成し、ダイクロプリズム２２７とし、又、液晶パネ
ル２０５、２０６、２０７に近いダイクロ面、及び反射
面をそれぞれダイクロミラー２０９、ミラー２０８で構
成している。このような構成にするとダイクロプリズム
でのダイクロ面を製造上の問題を回避し、かつ重量が増
加することもない。しかし、ダイクロミラー２０９を透
過する光路においては、ダイクロミラー２０９が光路に
対して斜めに配置されているために、ダイクロミラーの
厚みによる非点収差と非対称な画像の歪みが発生し、ダ
イクロミラー２０９を反射する光路においては反射面の
歪みによる非対称の画像の歪みが発生する問題がある。

【００１４】図７に示すカラー液晶プロジェクターにお
いては、ダイクロミラー２０９の反射光路、透過光路に
性能劣化が起こると記載されているが、具体的な劣化の
内容については触れていない。ダイクロミラーを用いた
場合の光路の設定は、このダイクロミラーで発生する現
象を踏まえて考える必要があるので、次に図８、９を用
いてこれを説明する。透過光路で発生する像の歪みは図
８に示すようにダイクロミラー２０９に対して異なる角
度で主光線が入射するとき、ミラーの厚みによる光線の
シフト量（Δ'₁，Δ'₂，Δ'₃）がそれぞれ異なり投影画
像に不均一な歪みが発生する。一方。反射光路において
は、図９に示すように面の歪みにより入射する主光線の
反射方向が、所定の方向からずれてしまい投影画像に不
均一な歪み（δ₁ ，δ₂ ）が発生する。これらの画像歪
みは原因は異なるが共に非対称に発生するために、液晶
パネルを移動したとしても各液晶パネル２０６、２０５
の画素のずれは補正することができない。

【００１５】本発明はカラー液晶パネルに基づく画像情
報を適切に設定した色合成系、及び投射光学系を用いる
ことにより、該画像情報を所定面（スクリーン面）上に
高い光学性能を有しつつ投影することができる投射装置
の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の投射装置は（１−１）複数の液晶パネルを各々、所定の色光で照明
し、該複数の液晶パネルに基づく画像情報を一方の面に
ダイクロ膜を、他方の面に反射防止膜を施したダイクロ
ミラーと内部にダイクロ面を有するダイクロプリズムを
用いて合成して、投射レンズで所定面上に投影する投射
装置において、該複数の液晶パネルのうち第１の液晶パ
ネルからの光束は、一方の面にダイクロ膜を施した該ダ
イクロミラーを通過し、第１フィールドレンズを介して
該ダイクロプリズムの第１入射面より入射させ、第２の
液晶パネルからの光束は該ダイクロミラーで反射し、該
第１フィールドレンズを介して該ダイクロプリズムの第
１入射面より入射させ、第３の液晶パネルからの光束は
ミラーで反射し、第２フィールドレンズを介して該ダイ
クロプリズムの第２入射面より入射させ、該ダイクロプ
リズムのダイクロ面で各液晶パネルに基づく画像情報を
合成して射出面より射出させて該投射レンズに導光して
おり、該第１、第２フィールドレンズから該液晶パネル
に至る光路はテレセントリックな状態となっていること
を特徴としている。

【００１７】特に（１−１−１）前記第１フィールドレンズと第２フィー
ルドレンズの形状は同一であること。

【００１８】（１−１−２）前記第１フィールドレンズ
と第２フィールドレンズの形状は異なっていること。

【００１９】（１−１−３）前記第１フィールドレンズ
と第２フィールドレンズのレンズ構成は異なっているこ
と。

【００２０】（１−１−４）前記第１の液晶パネルから
投射レンズまでの光路長を、前記第２、第３の液晶パネ
ルから投射レンズまでの光路長よりも長く設定したこ
と。

【００２１】（１−１−５）前記投射レンズは負の屈折
力の第１群と正の屈折力の第２群を有し、双方のレンズ
間隔を変えて変倍を行っていること。

【００２２】（１−１−６）前記第１の液晶パネルは青
色用の液晶パネルであること。

【００２３】（１−１−７）前記ダイクロイックミラ
ーの他方の面に反射防止膜を施したこと等を特徴として
いる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図であり、３板式のカラー液晶プロジェクターに適
用したときを示している。

【００２５】同図において、１０は照明系、１００は投
射レンズ系である。照明系１０は白色光源ＬＳからの光
をダイクロイックミラー１０２、１０３を用いて、青、
緑、赤の色光に分離して後述する液晶パネル７、８、９
をそれぞれ照明している。投射レンズ系１００は投射レ
ンズ１と第１、第２フィールドレンズ３、４を有し、液
晶パネル７、８、９に基づく画像をスクリーン面上に投
影している。

【００２６】まず、照明系１０の構成について説明す
る。メタルハライドランプ等の光源ＬＳからの光束は集
光ミラーＲＭで反射集光してダイクロイックミラー１０
２に入射させている。

【００２７】光源ＬＳからの光束はダイクロミラー１０
２により青光（Ｂ光）が透過し、緑光（Ｇ光）と赤光
（Ｒ光）が反射する。

【００２８】ダイクロミラー１０２からのＧ光とＲ光の
うちＲ光はダイクロミラー１０３で反射し、Ｇ光は透過
する。ダイクロミラー１０２を透過したＢ光はミラー１
０４とコンデンサーレンズ１４Ｂを介してＢ光用の液晶
パネル（第１の液晶パネル）７を照明している。ダイク
ロミラー１０２、１０３で反射したＲ光はコンデンサー
レンズ１４Ｒを介してＲ光用の液晶パネル（第２の液晶
パネル）８を照明している。

【００２９】ダイクロミラー１０２で反射し、ダイクロ
ミラー１０３を透過したＧ光はコンデンサーレンズ１４
Ｇを介してＧ光用の液晶パネル（第３の液晶パネル）９
を照明している。

【００３０】次に、投射光学系１００について説明す
る。

【００３１】Ｂ光用の液晶パネル７からの光束は、Ｂ光
透過でＲ光反射のダイクロイックミラー５を透過し第１
フィールドレンズ３を介して色合成用の接合面にダイク
ロイック膜を施した２つのプリズム２１、２２を接合し
た、ダイクロプリズム２の第１入射面２ａに入射してい
る。

【００３２】Ｒ光用の液晶パネル８からの光束は、ダイ
クロイックミラー５で反射し、第１フィールドレンズ３
を介してダイクロプリズム２の第１入射面２ａに入射し
ている。

【００３３】Ｇ光用の液晶パネル９からの光束はミラー
６で反射し、第２フィールドレンズ４を介してダイクロ
プリズム２の第２入射面２ｂに入射している。

【００３４】各液晶パネル７、８、９に基づく画像をダ
イクロプリズム２のダイクロ面２ｄで合成し、該合成し
た画像を射出面２ｃより射出させて投射レンズ１でスク
リーン（不図示）面上に投射している。

【００３５】第１、第２フィールドレンズ３、４は投射
レンズ１の像面側（液晶パネル側）をテレセントリック
とする作用をしている。

【００３６】尚、本実施形態において、液晶パネル７、
８、９を各々Ｂ光用、Ｒ光用、Ｇ光用としたが、これら
はどのような色光のものであっても任意に設定すること
ができる。

【００３７】尚、ダイクロプリズム２のダイクロ面２ｄ
を青色光と赤色光を反射、緑色光を透過とし、投射レン
ズ１を９０度向きを変えて緑色光の透過方向に配置して
も良い。

【００３８】本実施形態は、主たる屈折力を有する投射
レンズ１と、２つのプリズムを貼合わせ、その貼合わせ
面をダイクロ面としたダイクロプリズム２と、一方の面
にダイクロ面を設け、もう一方の面に反射防止膜を設け
たダイクロミラー５と、一方の面を反射面としたミラー
６と、ダイクロプリズム２とダイクロミラー５の間に設
けられ投射光学系１００を構成する第１のフィールドレ
ンズ３と、ダイクロプリズム２とミラー６の間に設けら
れ投射光学系１００を構成する第２のフィールドレンズ
４が、液晶パネル７、８、９からスクリーンに至る光路
に設けられ、第１の液晶パネル７からの光が、ダイクロ
ミラー５を透過し、第１のフィールドレンズ３を透過
し、ダイクロプリズム２のダイクロ面２ｄを透過（反
射）し、投射レンズ１を透過してスクリーンに至る第１
の光路と、第２の液晶パネル８からの光が、ダイクロミ
ラー５を反射し、第１のフィールドレンズ３を透過し、
ダイクロプリズム２のダイクロ面２ｄを透過（反射）
し、投射レンズ１を透過してスクリーンに至る第２の光
路と、第３の液晶パネル９からの光が、ミラー６を反射
し、第２のフィールドレンズ４を透過し、ダイクロプリ
ズム２のダイクロ面２ｄを反射（透過）し、投射レンズ
１を透過してスクリーンに至る第３の光路から構成し、
さらに投射光学系１００において第１のフィールドレン
ズ３及び第２のフィールドレンズ４から液晶パネル７、
８、９に至る光路が、ほぼテレセントリックな状態にす
ることにより、先に述べたダイクロミラーに起因する画
像の劣化を改善しつつ、低コストのダイクロプリズムと
ダイクロミラーを用い、軽量で高性能な投射、色合成を
実現している。

【００３９】ダイクロミラー５は、その厚みを反射光路
における画像歪みが発生しないような面精度になるよう
に設定し、透過光路においては、ダイクロミラー５に入
射する主光線がほぼ等しくなるように（テレセントリッ
クに）設定している。これにより図２のように各主光線
（ＰＬ１〜ＰＬ３）のダイクロミラー５におけるシフト
量（Δ₁,Δ₂,Δ₃,）は、ほぼ均一な量Δとなり、液晶パ
ネル７をシフトした方向に量Δ移動することで画素のず
れを良好に補正してる。また、液晶パネルに入射する主
光線をテレセントリックに設定した液晶パネル内を透過
する主光線の角度が０度になるようにして、画像内のコ
ントラストのムラの発生を防止している。液晶パネル内
をテレセントリックにする方法としては、それぞれの液
晶パネルの近傍にフィールドレンズを設定する方法もあ
るが、このような方法では先に述べたようなダイクロミ
ラーの透過光路における非対称の画像歪みを解決するこ
とはできない。

【００４０】第１のフィールドレンズ３と第２のフィー
ルドレンズ４の形状は同一でも良いが、それぞれの光路
の倍率色収差を効果的に補正するように異なる形状、異
なるレンズ構成としても良い。

【００４１】また、ダイクロミラー５を透過する第１の
光路を視感度の低い青色の画像の光路に設定することに
より、ダイクロミラー５と透過するときに発生する非点
収差を低減できるので、第１の光路を青色光にするのが
望ましく、第１の光路ではダイクロプリズム２により非
点収差が発生するので第１の光路の液晶パネル７から投
射レンズ１までの光路長は第２、第３の液晶パネル８、
９から投射レンズ１までの光路長よりも長く設定し、非
点収差の平均像面の位置に設置している。

【００４２】投射レンズ１に近いダイクロ面をプリズム
で構成することにより、ダイクロ面の面精度を高精度に
保つことができ、投射レンズの光学性能（結像性能）の
劣化を防いでいる。また、ダイクロ面が１つの面で構成
されることにより、ダイクロプリズムの構成が簡単にな
り製造コストが上昇することを防いでいる。

【００４３】さらに、投射光学系１００は、スクリーン
側に負の屈折力を有する第１群、少なくとも１つの正の
屈折力を有するレンズ群、正の屈折力を有するレンズ群
（３、５）により構成して、投射レンズ１から液晶パネ
ル７、８、９までの光路長を長く構成することができる
ようにしている。

【００４４】図３、図４は本発明に係る図１に示す投射
光学系１００の数値実施例１、３のレンズ断面図であ
る。

【００４５】図３、図４において、１は投射レンズ、２
はダイクロプリズム、３（４）は第１（第２）フィール
ドレンズである。図３、図４では、投射光学系としてダ
イクロプリズム２は必ずしも必要でないが、投射装置と
して用いているので図示している。又、ダイクロプリズ
ム２は収差補正上光学ブロックとして取り扱っている。

【００４６】図３、図４の数値実施例１、３は投射レン
ズ１は共通であり、フィールドレンズ３（４）のレンズ
構成が異なっているだけである。図３ではフィールドレ
ンズ３（４）を単一レンズより構成し、図４ではフィー
ルドレンズ３（４）を２つのレンズを接合した貼合わせ
レンズより構成している。

【００４７】投射レンズの数値実施例を表１に示す。数
値実施例においてＲｉはスクリーン側よりｉ番目のレン
ズ面の曲率半径、Ｄｉはスクリーン側よりｉ番目のレン
ズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉはスクリーン側よりｉ番
目のレンズの媒質の屈折率とアッベ数である。非球面形
状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、スクリー
ンから液晶パネルの方向を正としＲを近軸曲率半径、
Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを各々非球面係数とするとき

【００４８】

【数１】なる式で表している。非球面係数を表２に示す。

【００４９】（数値実施例１）

【００５０】

【外１】

【００５１】

【外２】又、このときの緑（λ＝５５０ｎｍ）に対する、青（λ
＝４７０ｎｍ）、赤（λ＝６２０ｎｍ）の倍率色収差を
表３に示す。

【００５２】

【外３】（数値実施例２）数値実施例１においては、第１のフィ
ールドレンズ、第２のフィールドレンズを共通とした実
施例であったが、次に示す数値実施例は投射レンズは第
１の数値実施例と同じとし、第２のフィールドレンズを
第１のフィールドレンズと異なる形状とした実施例であ
る。この実施例では第１の光路に青、第２の光路に緑、
第３の光路に赤の色光を設定し、第２のフィールドレン
ズにより赤色の倍率色収差を補正している。表４に第３
の光路に対するフィールドレンズのみのレンズデータを
示す。このときの倍率色収差を表５に示す。

【００５３】

【外４】（数値実施例３）数値実施例３では、投射レンズは数値
実施例１と同じとし、第１のフィールドレンズを貼合わ
せレンズとした実施例で、青色の倍率色収差を補正して
いる。表６に第１、２の光路に対するフィールドレンズ
のみのデータを示す。数値実施例２で示した第２のフィ
ールドレンズを組み合わせた倍率色収差を表７に示す。

【００５４】

【外５】

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、カラー液
晶パネルに基づく画像情報を適切に設定した色合成系、
及び投射光学系を用いることにより、該画像情報を所定
面（スクリーン面）上に高い光学性能を有しつつ投影す
ることができる投射装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射装置を３板式のカラー液晶プロ
ジェクターに適用したときの実施形態１の要部概略図

【図２】図１の一部分の説明図

【図３】本発明に係る投射光学系の数値実施例１のレ
ンズ断面図

【図４】本発明に係る投射光学系の数値実施例３のレ
ンズ断面図

【図５】本発明に係る投射光学系の数値実施例１の広
角端の収差図

【図６】本発明に係る投射光学系の数値実施例１の望
遠端の収差図

【図７】従来のカラー液晶プロジェクターの要部概略
図

【図８】図７の一部分の説明図

【図９】図７の一部分の説明図

【符号の説明】

１０照明系１００投射光学系１投射レンズ２ダイクロプリズム３第１フィールドレンズ４第２フィールドレンズ５ダイクロミラー６ミラー７、８、９液晶パネルＬＳ光源ＲＭ集光ミラー１０２、１０３ダイクロミラー１０４ミラー４７Ｂ、１４Ｂ、１４Ｒコンデンサーレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の液晶パネルを各々、所定の色光で
照明し、該複数の液晶パネルに基づく画像情報を一方の
面にダイクロ膜を、他方の面に反射防止膜を施したダイ
クロミラーと内部にダイクロ面を有するダイクロプリズ
ムを用いて合成して、投射レンズで所定面上に投影する
投射装置において、該複数の液晶パネルのうち第１の液
晶パネルからの光束は、一方の面にダイクロ膜を施した
該ダイクロミラーを通過し、第１フィールドレンズを介
して該ダイクロプリズムの第１入射面より入射させ、第
２の液晶パネルからの光束は該ダイクロミラーで反射
し、該第１フィールドレンズを介して該ダイクロプリズ
ムの第１入射面より入射させ、第３の液晶パネルからの
光束はミラーで反射し、第２フィールドレンズを介して
該ダイクロプリズムの第２入射面より入射させ、該ダイ
クロプリズムのダイクロ面で各液晶パネルに基づく画像
情報を合成して射出面より射出させて該投射レンズに導
光しており、該第１、第２フィールドレンズから該液晶
パネルに至る光路はテレセントリックな状態となってい
ることを特徴とする投射装置。
【請求項２】前記第１フィールドレンズと第２フィー
ルドレンズの形状は同一であることを特徴とする請求項
１の投射装置。
【請求項３】前記第１フィールドレンズと第２フィー
ルドレンズの形状は異なっていることを特徴とする前記
請求項１の投射装置。
【請求項４】前記第１フィールドレンズと第２フィー
ルドレンズのレンズ構成は異なっていることを特徴とす
る前記請求項１の投射装置。
【請求項５】前記第１の液晶パネルから投射レンズま
での光路長を、前記第２、第３の液晶パネルから投射レ
ンズまでの光路長よりも長く設定したことを特徴とする
請求項１、２、３又は４の投射装置。
【請求項６】前記投射レンズは負の屈折力の第１群と
正の屈折力の第２群を有し、双方のレンズ間隔を変えて
変倍を行っていることを特徴とする請求項１の投射装
置。
【請求項７】前記第１の液晶パネルは青色用の液晶パ
ネルであることを特徴とする請求項５の投射装置。
【請求項８】前記ダイクロイックミラーの他方の面に
反射防止膜を施したことを特徴とする請求項１から７の
いずれか１項の投射装置。