JPH1138528A

JPH1138528A - 液晶プロジェクター

Info

Publication number: JPH1138528A
Application number: JP9194161A
Authority: JP
Inventors: Hirozo Tani; 博蔵谷; Yasumasa Sawai; 靖昌澤井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: JP3797756B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スクリーン上に形成される画像の輝度むらを
解消する。【解決手段】３原色光ＲＧＢに対応する光学画像をそ
れぞれ形成する液晶パネル１５、１６、１７を照明光学
系１００により均一照明した場合に生じる、スクリーン
上に形成される画像の輝度むらに応じて、光源１からの
入射光を偏光分離する偏光分離膜５の偏光分離効率が最
大となる入射角度と、この入射光の主光線の入射角度と
が相対的ずれをもつように構成して、液晶パネル１５、
１６、１７を照度むらをもって照明する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーン上に光
学画像を拡大投影するための液晶プロジェクターに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶プロジェクターは、３原色光
ＲＧＢに対応する光学画像を３つの液晶パネル上にそれ
ぞれ形成するとともに、当該液晶パネルを照明光学系に
より照明し、各液晶パネル上に形成された光学画像をダ
イクロイックプリズムにより合成するとともに、当該合
成光学画像を投影レンズによりスクリーン上に拡大投影
するものである。

【０００３】この照明光学系は、一般に、効率よく液晶
パネルを照明するため、まず、偏光分離膜および半波長
板を利用して偏光方向が揃った照明光を形成し、この照
明光をダイクロイックフィルターにより、ＲＧＢの３原
色光に分離した後、各原色光を対応する液晶パネルに照
射して液晶パネルを照明する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような液
晶プロジェクターでは、液晶パネル面を均一に照明して
も、スクリーン上に投影された光学画像に輝度むらが生
じるという問題があった。

【０００５】本発明は、上記のような課題に鑑みてなさ
れたものであり、スクリーン上に投影される画像におけ
る輝度むらを低減することができる液晶プロジェクター
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、第
１、第２及び第３原色光に対応する光学画像をそれぞれ
形成する第１、第２及び第３の液晶パネルと、前記第１
の液晶パネルに第１原色光を、前記第２の液晶パネルに
第２原色光を、また前記第３の液晶パネルに第３原色光
を照射する照明光学系と、ダイクロイックフィルター及
び／またはダイクロイックミラーを組み合わせて、前記
第１、第２及び第３の液晶パネル上の光学画像を合成す
る画像合成光学系と、前記画像合成光学系により合成さ
れた光学画像をスクリーン上に拡大投影する投影光学系
とを備えた液晶プロジェクターにおいて、前記液晶パネ
ルを均一照明した際に生じるスクリーン上に形成される
合成光学画像における輝度むらに応じた照度むらをもっ
て、前記照明光学系により前記第１、第２及び第３の液
晶パネルのうち少なくとも１つ以上の液晶パネルを照明
するものである。

【０００７】この構成によれば、液晶パネルを均一照明
した際に、スクリーン上に形成される光学画像における
輝度むらが、この輝度むらに応じてあらかじめ照明光学
系により液晶パネル上に形成される照度むらと打ち消し
合う。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１記載の液晶プ
ロジェクターにおいて、前記照明光学系は、光源と、互
いに偏光方向が直交する２方向の直線偏光成分の一方を
透過し、他方を反射することにより、前記光源からの入
射光を偏光分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によ
り分離された２方向の直線偏光成分のうち、どちらか一
方の直線偏光成分の偏光方向を他方の直線偏光成分の偏
光方向に変換する偏光変換光学系と、こうして偏光方向
の揃えられた光束を、第１、第２及び第３原色光に分離
する色分離光学系とを備え、前記光源から前記偏光分離
膜に入射する光の主光線の入射角度に対し、前記偏光分
離膜の偏光分離効率が最大となる最大効率入射角度を相
対的にずらしたものである。

【０００９】この構成によれば、光源から偏光分離膜に
入射する光の主光線の入射角度に対し、偏光分離膜の最
大効率入射角度が相対的にずれているために、照明光学
系から射出される光束は主光線からずれたところに光強
度のピークを有しており、この結果、液晶パネル面に照
度むらが形成される。したがって、液晶パネルを均一照
明した際にスクリーン上に形成される光学画像の輝度む
らに応じて、この最大効率入射角度の相対ずれ量を設定
することにより、スクリーン上に形成される画像の輝度
むらが軽減あるいは解消される。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２記載の液晶プ
ロジェクターにおいて、前記光源からの入射光の主光線
の入射角度に対する、前記最大効率入射角度の相対ずれ
量が２〜７度となるように、前記偏光分離膜を構成した
ものである。

【００１１】この構成によれば、光源からの入射光の主
光線の入射角度に対し、最大効率入射角度の相対ずれ量
を２〜７度としているため、ずれのため生じる光源から
の入射光の過大なエネルギーロスを押さえつつ、スクリ
ーン上に形成される光学画像の輝度むらを解消するため
に必要な液晶パネル上の照度むらが形成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、この発明にかかる液晶プ
ロジェクターの第１の実施形態を示す図である。この液
晶プロジェクターは、スクリーン上に拡大投影する所望
の光学画像を形成する３つの液晶パネル１５〜１７と、
偏光方向が揃った照明光を発生させるとともに、当該照
明光を３つの原色光に色分離して各原色光を対応する液
晶パネルに照射して当該液晶パネルを照明する照明光学
系１００と、各液晶パネル１５〜１７から出射する色成
分光を光軸を一致させて各液晶パネル上の光学画像を合
成するダイクロイックプリズム（画像合成光学系）２６
と、ダイクロイックプリズム２６からの光をスクリーン
上に導光して当該スクリーン上に液晶パネル１５〜１７
に形成された画像の合成画像を拡大投影する投影光学系
３３とで構成されている。以下、各部の構成について順
次説明する。

【００１３】照明光学系１００では、ランダム偏光の白
色光を放射するメタルハライドランプなどからなる光源
１が放物面鏡２の一方の焦点位置に配置されており、放
物面鏡２の開口側（同図の右手側）に向けて光源１から
の光束の一部が直接出射するとともに、残りの光束が放
物面鏡２の反射面で反射された後、放物面鏡２の開口側
に導光されるように構成されている。

【００１４】また、この放物面鏡２の開口側に複数のレ
ンズを二次元状に配列してなる第１レンズアレイ３が配
置されており、上記のようにして光源１から放射された
ランダム偏光の光束が直接的に、および放物面鏡２によ
る反射光とともに、当該第１レンズアレイ３に入射し、
複数の光束に分割された後、偏光ビームスプリッタ４に
入射する。

【００１５】この偏光ビームスプリッタ４では、一方の
直角面４ａが第１レンズアレイ３からの光束の入射面と
なっているとともに、斜面４ｂに偏光分離膜５が形成さ
れている。また、この偏光分離膜５には平行平板６が接
合されており、偏光分離膜５を透過してきた透過光が平
行平板６の非接合面７で全反射され、偏光分離膜５側に
戻される。すなわち、偏光ビームスプリッタ４の直角面
４ａに垂直入射する光束のうち、第１の直線偏光成分
（ｓ偏光成分）は偏光分離膜５で反射し、光束８として
面４ｃから射出される一方、第２の直線偏光成分（ｐ偏
光成分）は偏光分離膜５を透過し、平行平板６の他面７
で全反射し、光束９として面４ｃから射出される。した
がって、偏光ビームスプリッタ４からは、入射する光束
の２倍の数の光束８及び光束９が射出される。なお、こ
の実施形態では、平行平板７の厚みを適当に設定するこ
とにより、射出される光束８及び光束９のピッチは等間
隔とされている。

【００１６】このように、偏光ビームスプリッタ４はラ
ンダム偏光をｓ偏光とｐ偏光に分離するが、その偏光分
離効率は偏光分離膜５への光束の入射角に応じて変化
し、特定の入射角で偏光分離効率が最大となる（なお、
この明細書では、このときの入射角を「最大効率入射角
度」と称する）。そして、この実施形態では、スクリー
ン上の画像における輝度むらを抑制するために、特に偏
光分離膜５への光束の主光線の入射角が最大効率入射角
度から若干ずれるように構成されている。その理由につ
いては、液晶プロジェクターの構成を説明した後で詳述
する。

【００１７】また、このように構成された偏光ビームス
プリッタ４の面４ｃに対向してオプティカルインテグレ
ータを構成する第２レンズアレイ１１が第１レンズアレ
イ３の焦点位置近傍に配置されており、第２レンズアレ
イ１１を構成する個々のレンズの近傍で複数の二次光源
像が形成されている。なお、第２レンズアレイ１１を構
成するレンズ数は光束８及び光束９と同数、つまり第１
のレンズアレイ３が有する複数の第１レンズの数の２倍
の個数となっている。そして、第２レンズアレイ１１の
入射面のうち光束９が入射される部分には、光束９の第
２の直線偏光成分を光束８の第１の直線偏光成分と同一
の偏光方向に変換するための半波長板１０が取り付けら
れている。したがって、この第２レンズアレイ１１およ
び半波長板１０から出射してきた照明光では、その偏光
方向が第１の直線偏光方向に揃えられている。

【００１８】第２レンズアレイ１１近傍に形成された二
次光源像からの光束は、Ｒの波長帯の光束を透過し、Ｇ
及びＢの波長帯の光束を反射するダイクロイックフィル
ター１３と、Ｇの波長帯の光束を反射し、Ｂの波長帯の
光束を透過するダイクロイックフィルター１４により、
ＲＧＢの３色の波長帯の光束に分離され、それぞれ対応
する液晶パネル１５、１６、１７に照射する。

【００１９】具体的には、Ｒの波長帯の光束は、ダイク
ロイックフィルター１３を透過し、全反射ミラー１８で
反射して、フィールドレンズ２３を介してＲ用液晶パネ
ル１５に光軸に対して平行に照射されて当該液晶パネル
１５を照明する。Ｇの波長帯の光束は、２つのダイクロ
イックフィルター１３、１４の両方で反射し、フィール
ドレンズ２４を介してＧ用液晶パネル１６に光軸に対し
て平行に照射されて当該液晶パネル１６を照明する。Ｂ
の波長帯の光束は、ダイクロイックフィルタ１３で反射
し、ダイクロイックフィルター１４を透過して、さらに
レンズ１９、全反射ミラー２０、レンズ２１、全反射ミ
ラー２２およびフィールドレンズ２５を介して、Ｂ用の
液晶パネル１７に光軸に対して平行に照射されて当該液
晶パネル１７を照明する。

【００２０】この第１実施形態では、液晶パネル１５〜
１７は透過型液晶パネルであり、上記のように構成され
た照明光学系１００によりＲの波長帯の光束が照射され
る液晶パネル１５はＲＧＢのうちのＲの光学画像を形成
し、液晶パネル１６はＲＧＢのうちのＧの光学画像を形
成し、また液晶パネル１７はＲＧＢのうちのＢの光学画
像を形成する。そして、各液晶パネル１５〜１７からの
光束が画像合成光学系であるダイクロイックプリズム２
６に入射し、液晶パネル１５〜１７上の光学画像が合成
される。

【００２１】ダイクロイックプリズム２６は、４個の直
角プリズムの直角面を接合することにより立方体状また
は直方体状に形成されたもので、接合面には、赤反射ダ
イクロイックミラー２７及び青反射ダイクロイックミラ
ー２８が多層膜として形成されている。赤反射ダイクロ
イックミラー２７とは、Ｒの波長帯の光束を反射し、Ｇ
及びＢの波長帯の光束を透過するものであり、青反射ダ
イクロイックミラー２８とは、Ｂの波長帯の光束を反射
し、Ｒ及びＧの波長帯の光束を透過するものである。

【００２２】また、このダイクロイックプリズム２６で
は、４個の直角プリズムの斜面である４面のうち、３面
が液晶パネルに対向配置される入射面２９、３０、３１
であり、１面が射出面３２となっている。すなわち、Ｇ
用液晶パネル１６は入射面３０に対向して配置され、Ｇ
用液晶パネル１６からの光は、２つのダイクロイックミ
ラー２７、２８を透過して射出面３２に至る。Ｒ用及び
Ｂ用液晶パネル１５、１７は入射面２９、３１に対向し
てそれぞれ配置され、Ｒ用及びＢ用液晶パネル１５、１
７からの光は、それぞれ赤反射ダイクロイックミラー２
７及び青反射ダイクロイックミラー２８により直角に反
射して、射出面３２に至る。このように、ダイクロイッ
クプリズム２６は各液晶パネル１５〜１７から出射する
色成分光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光軸を一致させて各液晶パネ
ル１５〜１７上の光学画像を合成する。

【００２３】こうして合成された光学画像は、ダイクロ
イックプリズム２６の射出面３２に対向して配置され
た、投影光学系であるテレセントリックな投影レンズ３
３により、スクリーン上に拡大投影される。

【００２４】次に、上記第１実施形態において、偏光分
離膜５への光束の主光線の入射角が最大効率入射角度か
ら若干ずれるように構成している理由について詳述す
る。

【００２５】従来では、スクリーン上に優れた光学画像
を拡大投影するために、液晶パネル１５〜１７を均一に
照明していたが、実際にスクリーン上に投影される画像
においては、部分的に輝度が異なっていた。そこで、か
かる問題が生じる原因について考察した処、次の結論を
得た。

【００２６】以下、このスクリーン上に形成される画像
に輝度差の生じる原因について、図２を参照しつつ画像
の輝度に対して最も影響力を有するＧの波長帯の光束に
基づき説明する。なお、簡単のため、偏光ビームスプリ
ッタによる偏光分離及び偏光方向を揃える偏光変換につ
いては省略している。

【００２７】上述のように、第１レンズアレイ３の各レ
ンズで分割された光源からの光束は、第２レンズアレイ
１１近傍に収束されて二次光源像１２を形成し、この二
次光源像１２のそれぞれが液晶パネル１６の全面を照射
する。すなわち、第１レンズアレイ３を構成する各レン
ズが、それぞれ液晶パネル１６と共役な位置に配置され
ている。したがって、液晶パネル１６のＡ側に至る光束
の光路及びＢ側に至る光束の光路は、図２に実線及び破
線で示す通りである。

【００２８】一方、液晶パネル１６の入射側近傍に設置
されるフィールドレンズ２４は、第２レンズアレイ１１
近傍の二次光源像１２から広がりながら入射する光束を
平行光束とすることにより、液晶パネル１６をテレセン
トリック照明するものであるから、フィールドレンズ２
４の焦点距離は、第２レンズアレイ１１とフィールドレ
ンズ２４との距離に等しくなるように設定されている。

【００２９】ここで、液晶パネル１６のＡ側に入射する
光束について考察すると、例えば５本の光路４１〜４５
を通る光束があるが、上記の設定のフィールドレンズ２
４によれば、これら５本の光束のうち、光軸４０上のレ
ンズ３ａからの光路４３を通る光束のみが、光軸４０に
対して平行なものとなる。

【００３０】しかし、スクリーン上に形成される画像の
輝度に対して影響を及ぼす光束のエネルギーは、光軸４
０上に中心を有した分布をしているため（図２（ｂ）参
照）、液晶パネルのＡ側に入射する上記５本の光束の中
では、光路４２及び４３を通る光束が最もエネルギーが
高く、以下、光路４１及び４４、光路４５と続くことと
なる。すなわち、Ａ側に入射する光束のエネルギー分布
の中心４６は、光路４３とは一致せず、光路４２と４３
との間にある。したがって、フィールドレンズ２４によ
り光路４３の光束が光軸４０と平行になった場合には、
エネルギー分布の中心４６は光軸４０に対して傾いたも
のとなり、ダイクロイックプリズム２６には、収束気味
に入光することとなる。

【００３１】例えば、液晶パネル１６のＡ側からダイク
ロイックプリズム２６に入射する光束のエネルギー中心
４６が、角度αだけ収束気味であったとすれば、赤反射
ダイクロイックミラー２７に４５°＋α、青反射ダイク
ロイックミラー２８に４５°−αの角度で入射すること
となる。同様に考えれば、液晶パネル１６のＢ側からの
光束のエネルギー中心４７は、Ａ側とは逆に、青反射ダ
イクロイックミラー２８に４５°＋α、赤反射ダイクロ
イックミラー２７に４５°−αの角度で入射することと
なる。

【００３２】しかし、一般に、ダイクロイックプリズム
２６内の赤反射及び青反射ダイクロイックミラー２７、
２８は、ともに入射角度の増大にしたがって透過率５０
％となる波長（以下、「カットオフ波長」という）が短
波長側にずれるという特性を有するため、Ａ側からの光
束とＢ側からの光束とでは、ダイクロイックプリズム２
６を透過できる波長域が異なってしまうという問題が生
じる。

【００３３】具体的に説明するため、ダイクロイックプ
リズム２６に入射する光束のエネルギー中心の収束角度
αを１０°とし、図３（ａ）、（ｂ）に示す特性を有す
るダイクロイックミラーを考える。図３（ａ）に示す赤
反射ダイクロイックミラー２７のカットオフ波長は、入
射角４５°で５９０ｎｍであるが、入射角５５°のとき
５８０ｎｍ、入射角３５°のとき６００ｎｍである。同
様に、図３（ｂ）に示す青反射ダイクロイックミラー２
８のカットオフ波長は、入射角４５°で５００ｎｍであ
るが、入射角５５°のとき４９０ｎｍ、入射角３５°の
とき５１０ｎｍである。

【００３４】したがって、これらを合わせると、図３
（ｃ）に示すように、液晶パネル１６のＡ側からの光束
は５１０〜５８０ｎｍ、Ｂ側からの光束は４９０〜６０
０ｎｍの波長域のものがダイクロイックプリズム２６を
透過し、Ｂ側の方が透過する帯域幅が広いため明るく、
その結果、投影レンズ３３を通してスクリーン上に形成
される画像において輝度差が生じることとなる。

【００３５】この課題を解決するため、この実施形態
は、偏光分離膜５への光束の入射角を最大効率入射角度
から若干ずらすことによってあらかじめ照度むらをもっ
て液晶パネル１５、１６、１７を照明することにより、
この液晶パネル１５、１６、１７上の照度むらと、ダイ
クロイックミラー２７、２８による影響とを打ち消し合
わせ、スクリーン上に形成される画像における輝度の均
一化を図るものである。

【００３６】以下、偏光分離膜５の具体的な構成につい
て図４を参照しつつ説明する。図４は、スクリーン３
４、Ｇ用液晶パネル１６及び第１レンズアレイ３を構成
する個々のレンズの共役関係を概念的に示した説明図で
ある。

【００３７】上述したように、図４においても、液晶パ
ネル１６を均一照明した場合、ダイクロイックプリズム
２６の赤反射ダイクロイックミラー２７及び青反射ダイ
クロイックミラー２８の配置によれば、スクリーン３４
上では液晶パネル１６上のＡ側の像Ａ’が暗く、Ｂ側の
像Ｂ’が明るくなる。したがって、照明光学系１００に
より、液晶パネル１６のＡ側を明るく、Ｂ側を暗く照明
すれば、スクリーン３４上に形成される画像における輝
度むらを軽減あるいは解消することができる。

【００３８】第１レンズアレイ３を構成するレンズはそ
れぞれが液晶パネル１６と共役関係にあるが、これらを
光軸４０上にあるレンズ３ａに代表させ、このレンズ３
ａから液晶パネル１６への光路を考えると、液晶パネル
１６上のＡ側はレンズ３ａのＡ”側に対応し、Ｂ側は
Ｂ”側に対応している。

【００３９】ここで、レンズ３ａから偏光分離膜５への
入射角度を考えれば、主光線５１は偏光分離膜５に４５
°で入射するが、Ａ”からＡへ至る光路５２の光束は４
５°＋β、Ｂ”からＢへ至る光路５３の光束は４５°−
βで偏光分離膜５に入射する。なお、この角度βは、レ
ンズ３ａ（第１レンズアレイ）の集光角に起因するもの
であり、第１レンズアレイ３を構成するすべてのレンズ
に共通である。

【００４０】このように、液晶パネル１６のＡ側に至る
光束とＢ側に至る光束とは、偏光分離膜５に異なる入射
角で入射するが、この偏光分離膜５にも、ダイクロイッ
クミラー２７、２８と同様に、偏光分離効率に入射角依
存性があり、最大効率入射角度を中心として、その前後
では、ほぼ対称に低下するという性質がある。ここで、
最大効率入射角度を４５°及び４６．９°に構成した偏
光分離膜５の、光線の入射角度と偏光分離効率の関係を
示すグラフを図５に示す。このような偏光分離効率の入
射角依存性を利用して、液晶パネル１６面を照明する際
に照度むらを形成することができる。

【００４１】偏光分離膜５は、一般に、高屈折率層（屈
折率ｎ_H）と低屈折率層（屈折率ｎ_Ｌ）との交互積層膜
からなり、ガラス層（屈折率ｎ_Ｇ）で挟み込まれた状態
で用いられる。この偏光分離膜５の偏光分離効率が最大
となる入射角度θは、次式で与えられる。

【００４２】

【数１】

【００４３】したがって、適当な材質を組み合わせるこ
とにより、任意の最大効率入射角度を有する偏光分離膜
５を構成することができる。

【００４４】図４に戻って、この実施形態では、Ｂ”か
ら偏光分離膜５に入射角４５°−βで入射して液晶パネ
ル上のＢに至る光路５３の光束の照度に対し、Ａ”から
偏光分離膜５に入射角４５°＋βで入射して液晶パネル
上のＡに至る光路５２の光束の輝度を高くして、液晶パ
ネル１６上のＡ側がＢ側より明るくなるような照度むら
を形成することが望まれる。

【００４５】そこで、この実施形態では、第１レンズア
レイ３から入射する主光線の入射角度４５°より、最大
効率入射角度が大きなものとなるように偏光分離膜５を
形成している。

【００４６】この最大効率入射角度の変位量は、第１レ
ンズアレイ３の焦点距離のみならず、ダイクロイックプ
リズム２６や、投影レンズ３３にも依存しうるものであ
るため、一概に決定することはできない。そこで、一例
として、この第１実施形態の液晶プロジェクターにおい
て、偏光分離膜５の最大効率入射角度を様々に変更した
場合の、スクリーン３４上に形成される画像の輝度を図
６に示す。

【００４７】この図６に見られるように、最大効率入射
角度を第１レンズアレイ３からの主光線の入射角４５°
と一致させた場合には、スクリーン３４上のＡ’側と
Ｂ’側とで、ダイクロイックプリズム２６による輝度む
らが大きく現れているが、最大効率入射角度を４５°か
ら徐々に大きくするに従い、スクリーン３４上に形成さ
れる画像の輝度むらは減少し、５０．６°とした場合に
は、ほぼ完全に解消されている。

【００４８】ただし、５０．６°までずらした場合の結
果は、４６．９°の場合の結果と比較すると、輝度むら
は大いに改善されているが、スクリーン３４全体として
の輝度が低下している。このため、変位量は、輝度と輝
度むらの競合関係を考慮して、適当な値を選択すること
が望ましい。

【００４９】この結果からは、一般的な構成の液晶プロ
ジェクターの場合、２°〜７°程度の範囲内でずらすこ
とが好ましいことが分かる。特に、３°〜５°程度ずら
した場合、輝度むらがほぼ完全に解消され、かつ全体輝
度の低下も過大なものとならず、この範囲が特に好まし
い範囲である。

【００５０】図７は、この発明にかかる液晶ビームスプ
リッターの第２の実施形態を示す図である。この液晶ビ
ームスプリッターが第１の実施形態のそれと大きく相違
する点は、照明光学系２００において、偏光ビームスプ
リッタ４’を平板状に構成した点と、部品配置を変更
し、これに伴って色分離光学系であるダイクロイックフ
ィルター１３’の特性を変更した点である。以下、これ
らの第１実施形態との相違点を有する照明光学系２００
を中心に詳細に説明する一方、共通する構成には同一符
号を付して示し、その重複説明を省略する。

【００５１】この第２の実施形態における照明光学系２
００では、図７に示すように、一方の焦点位置に光源１
が配置された放物面鏡２は、同図の左手側が開口側とな
るように配置され、この開口側に第１レンズアレイ３が
配置されており、光源１から放射されたランダム偏光の
光束が直接的に、および放物面鏡２による反射光ととも
に、この第１レンズアレイ３に入射し、複数の光束に分
割された後、全体形状が平板状に構成された偏光ビーム
スプリッタ４’に入射する。

【００５２】この平板状の偏光ビームスプリッタ４’
は、一方の面を第１レンズアレイ３からの光束の入射面
４’ａとし、他方の面を射出面４’ｂとして、これら入
射面４’ａおよび射出面４’ｂに対して４５°傾いた角
度で、所定厚みのガラス基板４’ｃと偏光分離膜５’と
を積層することにより構成されている。したがって、第
１レンズアレイ３からこの入射面４’ａに垂直入射する
光束のうち、偏光分離膜５’で反射する性質を有する第
１の直線偏光成分（ｓ偏光成分）は、偏光分離膜５’に
入射角４５°で入射するため反射角４５°で反射し、隣
に位置する偏光分離膜５’に入射角４５°で入射する。
続いて、この隣の偏光分離膜５’においても反射角４５
°で反射して、結局、光束８’として射出面４’ｂから
垂直に射出される。一方、偏光分離膜５’を透過する性
質を有する第２の直線偏光成分（ｐ偏光成分）は、偏光
分離膜５’を透過し、光束９’として射出面４’ｂから
垂直に射出される。

【００５３】このように、偏光ビームスプリッタ４’は
ランダム偏光をｓ偏光とｐ偏光に分離するが、この偏光
分離効率が最大となる偏光分離膜の最大効率入射角度
は、第１レンズアレイ３から入射する光束の主光線５
１’の入射角である４５°から若干ずれるように構成さ
れている。この点については、後に詳述する。

【００５４】また、このように構成された偏光ビームス
プリッタ４’の射出面４’ｂに対向して、第２レンズア
レイ１１が第１レンズアレイ３の焦点位置近傍に配置さ
れ、この第２レンズアレイ１１を構成する個々のレンズ
の近傍で複数の二次光源像が形成されている。そして、
第２レンズアレイ１１の入射面のうち光束９’が入射す
る部分には、半波長板１０が取り付けられ、この第２レ
ンズアレイ１１から射出された照明光は、その偏光方向
が第１の直線偏光方向（ｓ偏光方向）に揃えられてい
る。

【００５５】第２レンズアレイ１１近傍に形成された二
次光源像からの光束は、Ｒの波長帯の光束を反射し、Ｇ
及びＢの波長帯の光束を透過するダイクロイックフィル
ター１３’により、Ｒ波長帯の光束と、Ｇ及びＢの波長
帯の光束とが分離され、その後は、第１の実施形態と同
様に、ダイクロイックフィルター１４によりＧの波長帯
の光束とＢの波長帯の光束とが分離される。こうしてＲ
ＧＢの３色の波長帯に分離された光束は、さらに、全反
射ミラー１８、２０、２２、およびレンズ１９、２１、
フィールドレンズ２３、２４、２５により、それぞれ対
応する液晶パネル１５、１６、１７に光軸に対して平行
に照射されて、それぞれ対応する液晶パネル１５、１
６、１７を照明する。

【００５６】このような構成の照明光学系２００を備え
た液晶プロジェクターにおいて、スクリーン３４上に形
成される画像における輝度むらを軽減あるいは解消する
ための偏光分離膜５’の構成について、画像の輝度にも
っとも影響の大きいＧ波長帯の光束に基づき説明する。

【００５７】この実施形態は、照明光学系２００を除き
第１実施形態と同一の構成であるから、液晶パネル１
５、１６、１７を均一照明した場合に生じるスクリーン
３４上に形成される画像の輝度むらは第１実施形態のそ
れと同一である。すなわち、スクリーン３４上では、液
晶パネル１６のＣ側の像Ｃ’が暗く、Ｄ側の像Ｄ’が明
るくなる。したがって、照明光学系２００により、液晶
パネル１６のＣ側を明るく、Ｄ側を暗く照明すれば、ス
クリーン３４上に形成される画像における輝度むらを軽
減あるいは解消することができる。

【００５８】そこで、第１レンズアレイ３を構成するレ
ンズの１つであるレンズ３ｂを例として、このレンズ３
ｂから液晶パネル１６への光路を考えると、液晶パネル
１６のＣ側は、レンズ３ｂのＣ”側に対応し、液晶パネ
ル１６のＤ側は、レンズ３ｂのＤ”側に対応している。
ここで、これらの光路を通る光束の偏光分離膜５’への
入射角を考えると、Ｃ”からＣへ至る光路５２’の光束
は４５°−βであり、Ｄ”からＤへ至る光路５３’の光
束は４５°＋βである。

【００５９】したがって、この第２実施形態の構成によ
れば、偏光分離膜５’の最大効率入射角度を偏光分離膜
５’への光束の主光線の入射角度４５°より小さくする
ことにより、液晶パネルのＣ側がＤ側より明るい照度む
らが形成され、その結果、スクリーン３４上に形成され
る画像の輝度むらを減少あるいは解消することができ
る。

【００６０】この第２実施形態の液晶プロジェクターに
おいて、偏光分離膜５’の最大効率入射角度を様々に変
更した場合の、スクリーン３４上に形成される画像の輝
度を図８に示す。この結果においても、最大効率入射角
度を４５°からずらしていくに従い、スクリーン３４上
に形成される画像の輝度むらは減少している。

【００６１】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、以下のように構成してもよい。

【００６２】（１）投影光学系は、テレセントリックな
投影レンズに限ることなく、例えば、非テレセントリッ
クな投影レンズを用いてもよい。なお、この場合には、
投影レンズの焦点距離等も、スクリーン上に形成される
画像の輝度むらに影響を与えうるため、これも考慮して
液晶パネル上の照度むらを形成することが望ましい。

【００６３】（２）上記実施形態では、偏光分離膜の最
大効率入射角度を光源からの主光線の入射角度からずら
すことにより、液晶パネル面に照度むらを形成する構成
としたが、逆に、偏光分離膜の最大効率入射角度に対し
て、光源からの主光線の入射角度をずらすことにより、
最大効率入射角度と光源からの主光線の入射角度の相対
的なずれを形成し、液晶パネル面に照度むらを形成する
構成としてもよい。

【００６４】（３）上記実施形態では、偏光分離膜の最
大効率入射角度を光源からの主光線の入射角度からずら
すことにより、液晶パネル面に照度むらを形成する構成
としたが、このような構成に限ることなく、例えば、照
明光学系に、照度むらを形成するための専用フィルター
等を備える構成などとしてもよい。

【００６５】（４）光源から偏光偏光分離膜へ入射する
主光線の入射角度は、液晶プロジェクター内の部品配置
等に応じて設定すればよく、４５°に限定するものでは
ない。

【００６６】（５）上記実施形態では、Ｇの波長帯の光
束に着目しながらも、すべての液晶パネルに照度むらが
形成される構成としているが、１あるいは２の液晶パネ
ルにのみ照度むらを形成する構成としてもよい。ただ
し、このような構成とする場合であっても、Ｇ用液晶パ
ネルには照度むらを形成することが望ましい。

【００６７】（６）上記実施形態では、偏光ビームスプ
リッタに第１レンズアレイによる収束光を入射させる構
成を挙げたが、このような構成に限るものではない。例
えば、偏光ビームスプリッタに光源からの拡散光が直接
に入射する構成や、レンズを介して拡散光が入射する構
成としてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、液晶
パネルを均一照明した際に生じるスクリーン上に形成さ
れる画像の輝度むらに応じて、照明光学系により第１、
第２及び第３の液晶パネルのうち少なくとも１の液晶パ
ネルを照度むらをもって照明するように構成しているた
め、液晶パネルを均一照明した際に生じるスクリーン上
に形成される画像の輝度むらが、あらかじめ照明光学系
により液晶パネル上に形成される照度むらと打ち消し合
い、スクリーン上に形成される画像の輝度むらを軽減あ
るいは解消することができる。

【００６９】特に、請求項２の構成によれば、光源から
偏光分離膜への入射光の主光線の入射角度に対し、偏光
分離膜の最大効率入射角度を相対的にずらしているた
め、スクリーン上に形成される画像の輝度むらを軽減あ
るいは解消するための、液晶パネル上の所望の照度むら
を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態にかかる液晶プロジェクターの構
成図である。

【図２】Ｇ波長帯の光束の光軸を１直線上に表した説明
図である。

【図３】ダイクロイックミラーの特性図、及びダイクロ
イックプリズムを透過する波長域を示す図である。

【図４】スクリーン、液晶パネル及び第１レンズアレイ
を構成するレンズの共役関係を概念的に示した説明図で
ある。

【図５】偏光分離膜の光線の入射角度と偏光変換効率と
の関係を示すグラフである。

【図６】第１実施形態において、偏光分離膜の偏光変換
効率が最大となる光線の入射角度を様々に変化させた場
合における、スクリーン上に形成される画像の輝度を示
すグラフである。

【図７】第２実施形態にかかる液晶プロジェクターの構
成図である。

【図８】第２実施形態において、偏光分離膜の偏光変換
効率が最大となる光線の入射角度を様々に変化させた場
合における、スクリーン上に形成される画像の輝度を示
すグラフである。

【符号の説明】

１光源２放物面鏡３第１レンズアレイ４偏光ビームスプリッタ５偏光分離膜６平行平板８第１偏光成分（ｓ偏光）の光束９第２偏光成分（ｐ偏光）の光束１０半波長板１１第２レンズアレイ１３、１４ダイクロイックフィルター１５、１６、１７液晶パネル２３、２４、２５フィールドレンズ２６ダイクロイックプリズム２７赤反射ダイクロイックミラー２８青反射ダイクロイックミラー３３投影レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１、第２及び第３原色光に対応する光
学画像をそれぞれ形成する第１、第２及び第３の液晶パ
ネルと、前記第１の液晶パネルに第１原色光を、前記第２の液晶
パネルに第２原色光を、また前記第３の液晶パネルに第
３原色光を照射する照明光学系と、ダイクロイックフィルター及び／またはダイクロイック
ミラーを組み合わせて、前記第１、第２及び第３の液晶
パネル上の光学画像を合成する画像合成光学系と、前記画像合成光学系により合成された光学画像をスクリ
ーン上に拡大投影する投影光学系とを備えた液晶プロジ
ェクターにおいて、前記液晶パネルを均一照明した際に生じるスクリーン上
に形成される合成光学画像における輝度むらに応じた照
度むらをもって、前記照明光学系により前記第１、第２
及び第３の液晶パネルのうち少なくとも１つ以上の液晶
パネルを照明することを特徴とする液晶プロジェクタ
ー。
【請求項２】請求項１記載の液晶プロジェクターにお
いて、前記照明光学系は、光源と、互いに偏光方向が直交する２方向の直線偏光成分の一方
を透過し、他方を反射することにより、前記光源からの
入射光を偏光分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜により分離された２方向の直線偏光成分
のうち、どちらか一方の直線偏光成分の偏光方向を他方
の直線偏光成分の偏光方向に変換する偏光変換光学系
と、こうして偏光方向の揃えられた光束を、第１、第２及び
第３原色光に分離する色分離光学系とを備え、前記光源から前記偏光分離膜に入射する光の主光線の入
射角度に対し、前記偏光分離膜の偏光分離効率が最大と
なる最大効率入射角度を相対的にずらしたことを特徴と
する液晶プロジェクター。
【請求項３】請求項２記載の液晶プロジェクターにお
いて、前記光源からの入射光の主光線の入射角度に対す
る、前記最大効率入射角度の相対ずれ量が２〜７度とな
るように、前記偏光分離膜を構成したことを特徴とする
液晶プロジェクター。