JP2001142028A

JP2001142028A - 反射型液晶プロジェクタ

Info

Publication number: JP2001142028A
Application number: JP32227199A
Authority: JP
Inventors: Takashi Aizaki; 隆嗣相崎
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: JP3578020B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コントラストを優先する場合と明るさを優先
する場合とを選択することができる反射型液晶プロジェ
クタを提供する。【解決手段】第１，第２フライアイインテグレータ１
０７，１１３の内、第２フライアイインテグレータ１１
３の近傍、光線の射出側にスライドシャッタ１５０を設
ける。コントラストを優先する場合には、スライドシャ
ッタ１５０を閉じる。このとき、偏光ビームスプリッタ
２１のスプリッタ面の法線と投射レンズ１３９の光軸と
で作られる主入射面方向の開口角をＰＩとし、主入射面
に垂直な方向の開口角をＰＰとすると、瞳の形状が、開
口角ＰＰ＞開口角ＰＩとなるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フライアイインテ
グレータと偏光ビームスプリッタとを備えた反射型液晶
プロジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶素子上に表示される画像
に対して平面偏光を照射し、その液晶素子上の画像に対
応する画素により反射される楕円偏光から所定の方向の
平面偏光を取り出し、これを投射レンズによりスクリー
ン上に投射する反射型液晶プロジェクタが知られてい
る。図１は、このような反射型液晶プロジェクタの一例
を示す。このプロジェクタは、光源手段（図示せず）
と、偏光ビームスプリッタ２１と、液晶素子２３と、投
射レンズ２５を備える。図１において、図示していない
光源手段は、光軸がＹ軸に平行なレンズ（図示せず）を
備え、偏光ビームスプリッタ２１は、スプリッタ面（２
つのプリズムの接合面）の法線ｎがＹ−Ｚ平面内に存在
し、かつ、Ｙ軸・Ｚ軸に対して４５°の角度をなすよう
に配置されている。また、液晶素子２３はその表面がＺ
軸に直交するようにされ、投射レンズ２５はその光軸が
Ｚ軸と平行になるように配置されている。

【０００３】光源手段からの光線Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２の
内、Ｙ軸に平行な光線（主入射光線）Ｒ０は、偏光ビー
ムスプリッタ２１のスプリッタ面に対して４５°の角度
で入射される。偏光ビームスプリッタ２１は、入射光線
が白色光の場合、入射光線Ｒ０のエネルギの内、Ｙ軸と
偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎで定義される主入射
面２７に平行に振動するＰ波（Ｐ偏光成分）を透過さ
せ、主入射面２７に直交する方向に振動するＳ波（Ｓ偏
光成分）を反射させ、Ｚ軸に沿って液晶素子２３へ向か
わせるよう構成されている。液晶素子２３により反射さ
れた光線は再びＺ軸に沿って偏光ビームスプリッタ２１
へ向かう。

【０００４】その際、液晶素子２３が鏡面として作用す
る部位から反射された光線は再びＳ波の直線偏光とな
る。従って、この光線は偏光ビームスプリッタ２１によ
り反射され、光源手段側へ向かう。一方、液晶素子２３
内の所定の画像を生ずる部位で反射された光線は、その
部位における複屈折により楕円偏光となり、偏光ビーム
スプリッタ２１に入射される。そして、そのＳ波成分は
偏光ビームスプリッタ２１により反射されて光源手段側
へ向かい、そのＰ波成分は偏光ビームスプリッタ２１を
透過し、投射レンズ２４を介して図示していないスクリ
ーンへ投射され、所定の画像を形成する。

【０００５】光源手段からの光は、光束として偏光ビー
ムスプリッタ２１へ入射される。従って、光源手段から
の光線は光線Ｒ０のみならず光線Ｒ１及び光線Ｒ２を含
む。光線Ｒ１は、主入射面（Ｙ−Ｚ面）２７内でＹ軸に
対して傾斜した角度で、偏光ビームスプリッタ２１へ入
力される。この光線Ｒ１は、入射光軸がレンズ光軸Ｌと
法線ｎとで定義される主入射面２７にあるため、偏光ビ
ームスプリッタ２１により反射された反射光（Ｓ波）は
主入射面２７に垂直に振動する。従って、この反射光
は、液晶素子２３の内、鏡面として作用する部位に入射
される場合、これによりそのまま反射され再び主入射面
２７に直交する方向の直線偏光を有し、偏光ビームスプ
リッタ２１により反射され光源手段側へ向かう。

【０００６】これに対して、光源手段からの光線の内、
主入射面２７に対して傾斜した入射方向（これは、例え
ばＸ−Ｚ面内にあるとする）に沿って入射する光線Ｒ２
は、偏光ビームスプリッタ２１により分離されると、偏
光ビームスプリッタ２１による反射光は光線Ｒ２の入射
方向と法線ｎにより定まる入射面に直交する方向へ振動
する直線偏光となる。この直線偏光の方向は、図２にお
いてＳ２で示される。図示の如く、この振動方向Ｓ２は
主入射面２７に直交する軸（Ｘ軸）に対して、進行方向
を向いて時計回りにずれた角度αを有する。この振動方
向Ｓ２を有するＳ波が液晶素子２３により反射されると
（より詳細には液晶素子２３の内、鏡面として作用する
部位で反射されると）、液晶素子２３による反射光は図
２においてＸ軸に対して同じ角度αだけずれた偏光方向
Ｓ２′を有する。この偏光方向Ｓ２′の直線偏光が偏光
ビームスプリッタ２１へ入力される。

【０００７】ところで前述した通り、偏光ビームスプリ
ッタ２１は、光線の入射方向と偏光ビームスプリッタ２
１の法線ｎとで定義される入射面と垂直な振動方向を有
する直線偏光を完全に反射し、入射面に平行な振動成分
を完全に透過する機能を有する。液晶素子２３からの反
射光（光線Ｒ２の反射光）が、偏光ビームスプリッタ２
１の法線ｎとで作る入射面に直交する方向は、図２に示
すように、Ｘ軸に対して（−α）の角度を有する方向Ｓ
４である。従って、反射光の直線偏光Ｓ２′の内、Ｓ４
と平行な成分は偏光ビームスプリッタ２１により反射さ
れるが、Ｓ４と直交する方向の成分は偏光ビームスプリ
ッタ２１を透過してスクリーン上へ投射される。これに
よりスクリーン上で、例えば黒くあるべきところが薄明
るくなりコントラストが低下する。

【０００８】図３は、図１に示す反射型液晶プロジェク
タにおいて、偏光ビームスプリッタ２１から、意図する
ことなく漏れ出る光の量を表す。ここに開口角は±６°
に設定されている。図３において、それぞれの数字
（％）は、それぞれ数字が位置する場所において、光量
分布が均一である場合に漏れ出る光の量を表す。即ち、
１％と記載されている場所では１％の光が漏れることを
表す。これによれば、開口角が±６°に設定されている
にもかかわらず、コントラストは０．０１以下に低下す
る。

【０００９】図４は、コントラストの低下を防止するた
めに、偏光ビームスプリッタ２１と液晶素子２３との間
に、進相軸あるいは遅相軸を主入射面２７の方向に合わ
せた１／４波長板３１を置いた構成を示す。この構成に
おいては、液晶素子２３で反射される光線は１／４波長
板３１を２回通過する。従って、１／４波長板３１は、
実質的に１／２波長板として作用する。このため、入射
光線Ｒ２からの光線は、液晶素子２３で反射された後
（１／２波長板が存在しない場合は、偏光面Ｓ２′を有
するが、１／４波長板３１が存在する場合は）、偏光面
Ｓ４（図２）を有する直線偏光となり、偏光ビームスプ
リッタ２１へ入力されると偏光ビームスプリッタ２１に
より完全に反射され、投射レンズ２５の側へ透過するこ
とがない。

【００１０】より詳細には以下の通りである。即ち、光
線Ｒ２が偏光ビームスプリッタ２１に反射されて生成さ
れた反射光線において偏光方向の主入射面２７の直交方
向からのずれ角度をαとする（図２）と、反射光線のジ
ョーンズベクトルは

【数１】で表される。すると、液晶素子２３で反射され１／４波
長板３１を通過した後のジョーンズベクトルは、

【数２】で表される。

【００１１】ここで１／４波長板３１の進相軸あるいは
遅相軸（光軸）は、主入射面２７に直交するように配置
されている（即ち、Ｘ軸と平行に配置されている）。従
って、１／４波長板３１を通過して出てきた光線の偏光
方向は入射光線の偏光方向Ｓ２から−２α回転し、偏光
方向Ｓ４を有することとなる。前述の通り、この偏光方
向Ｓ４は、偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎと反射光
線の入射方向で定義される入射面に垂直であり、偏光ビ
ームスプリッタ２１を通過する率は零であり、スクリー
ン上には光が達することはなく高いコントラストが得ら
れる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
反射型液晶プロジェクタでは、偏光ビームスプリッタ２
１の特性のために、１／４波長板３１からのＰ波（Ｐ波
偏光成分）が依然として偏光ビームスプリッタ２１を透
過することがあり、これにより画像のコントラストが低
下するという問題点があった。また、コントラストが高
い画像の方が見やすい場合と、コントラストは多少低下
しても明るい画像の方が見やすい場合とがあり、従来の
反射型液晶プロジェクタでは、その選択ができないとい
う問題点があった。

【００１３】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、コントラストを優先する場合と明るさを優
先する場合とを選択することができ、コントラストを優
先する場合でも明るさの低下を最小限に抑えつつ、高い
コントラストを保ちながら光源の発する光を高い効率で
取り込み、明るい画像を形成することができる反射型液
晶プロジェクタを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の技術の課題を解決するため、光源からの光線を集光す
る第１及び第２フライアイインテグレータと、この第１
及び第２フライアイインテグレータからの光線を偏光す
る偏光ビームスプリッタを備えた反射型液晶プロジェク
タにおいて、前記偏光ビームスプリッタのスプリッタ面
の法線と、前記第２フライアイインテグレータから前記
偏光ビームスプリッタへと入射される光線の光軸とで作
る前記光線の主入射面と平行な方向に幅を調整するスラ
イドシャッタを、前記第２フライアイインテグレータの
近傍に設けて構成したことを特徴とする反射型液晶プロ
ジェクタを提供するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、本発明の反射型液晶プロジ
ェクタの好適な概要について、添付図面を参照して説明
する。上述した画像のコントラストが低下するという課
題は、例えば液晶面から光源側を見た時の瞳の形状を、
偏光ビームスプリッタ２１のスプリッタ面（接合面）の
法線ｎと投射レンズ２５の光軸とで作られる主入射面２
７方向の開口角をＰＩとし、主入射面２７に垂直な方向
の開口角をＰＰとするとき、ＰＰ＞ＰＩとすることによ
り解決される。ここに主入射面２７とは、偏光ビームス
プリッタ２１へ入射される入射光束の内、入射光束を射
出する光学要素の光学軸に沿って進む光線と偏光ビーム
スプリッタ２１の法線ｎとで作られる面である。この面
は本発明のプロジェクタの場合、その法線と投射レンズ
２５の光軸とで作られる面と同一である。また、瞳の開
口角は、液晶面の位置から見た場合の開口角である。

【００１６】ここで、以上の構成によりコントラストが
低下するという課題が解決されることを説明するため
に、問題点の発生原因である偏光ビームスプリッタの特
性を説明する。

【００１７】図５に示すように、偏光ビームスプリッタ
２１のスプリッタ面は、その法線ｎに対して入射光線ｉ
が略θ＝４５°で入射する場合、入射光線のＳ波を完全
に反射しＰ波を完全に透過するように設計されている。
しかし、その入射角度が４５°から著しくずれた場合に
は、その機能が低下する。例えば図５に示すように、入
射光の光束が太くなった場合、その光束の内の周辺光の
光線ｉ’では、法線ｎに対する入射角度θ±φが４５°
から所定角度（例えば±６°）以上にずれ、偏光ビーム
スプリッタ２１を透過するＳ波の振幅、及び、偏光ビー
ムスプリッタ２１で反射されるＰ波の振幅が増大するお
それがある。この事情をより詳細に説明すると以下の通
りである。

【００１８】図６は、偏光ビームスプリッタ２１の特性
の一例を示すものである。図６において、横軸は入射光
の波長λ（単位はｎｍ）を示し、縦軸は偏光ビームスプ
リッタ２１の透過率Ｔ（％）を表す。図６に示される４
５０ｎｍないし６００ｎｍの波長は緑色光線に対応す
る。図６において、Ｓ（４５°）で示される曲線は、入
射光線と偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎとが４５°
をなす場合のＳ波の透過率を表す。即ち、この場合には
４５０ｎｍ〜６００ｎｍで、Ｓ波は偏光ビームスプリッ
タ２１により完全に反射される。また、曲線Ｐ（４５
°）で示すように、偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎ
に対して４５°の角度で入射した光線のＰ波は偏光ビー
ムスプリッタ２１を完全に透過する。

【００１９】これに対して、曲線Ｓ（５１°）で示され
るように、偏光ビームスプリッタ２１へその法線ｎに対
して例えば５１°の入射角度で入射するＳ波は短波長で
は完全に反射されるが、６００ｎｍ前後の波長で、その
エネルギの一部が偏光ビームスプリッタ２１を透過して
しまう。また、曲線Ｐ（３９°）で示されるように、偏
光ビームスプリッタ２１へその法線ｎに対して例えば３
９°の入射角度で入射するＰ波は、４５０ｎｍないし５
００ｎｍの波長で、そのエネルギの一部が反射されてし
まい明るさが減少する。

【００２０】なお、上記では緑色の波長の光線に対する
偏光ビームスプリッタ２１の特性を説明したが、赤色・
青色の波長の光線に対する偏光ビームスプリッタ２１の
特性も同様である。即ち、偏光ビームスプリッタ２１へ
その法線ｎに対して４５°からずれた角度で入射される
光線では、Ｐ波とＳ波が所望の通りに完全に分離されな
い。

【００２１】従って、入射光と偏光ビームスプリッタ２
１の法線ｎのなす角度が４５°から著しくずれる（例え
ば±６°ずれる）と、図４で説明した１／４波長板３１
の設置にもかかわらず、偏光ビームスプリッタ２１から
光の漏れが発生し、コントラストが低下したり明るさが
減少したりする。

【００２２】図７及び図８は、入射光と偏光ビームスプ
リッタ２１の法線ｎのなす角度がほぼ４５°であり（例
えば４５°との差違が±６°以内であり）、偏光ビーム
スプリッタ２１からの光の漏れが発生しない入射光の入
射範囲を表す。ここに図７はポアンカレ球を示し、偏光
ビームスプリッタは番号２１で表される。図６を参照し
て説明したように、偏光ビームスプリッタ２１へ入力さ
れる光線の内、法線ｎに対して４５°をなす光線を中心
として、例えばその前後±６°の光線については、偏光
ビームスプリッタ２１が正常に機能し、Ｓ方向の直線偏
光とＰ方向の直線偏光が正しく分離される。図７におけ
る斜線部分（リング状部分）４１は、そのような光線が
存在する範囲（即ち、法線ｎに対する入射光線の角度が
例えば３９°ないし５１°である範囲）を示す。この斜
線部分４１から入射される光線は、偏光ビームスプリッ
タ２１によりそのＳ方向直線偏光とＰ方向直線偏光が正
しく分離され、Ｓ方向直線偏光は偏光ビームスプリッタ
２１により完全に反射され、Ｐ方向直線偏光は偏光ビー
ムスプリッタ２１を完全に通過する。

【００２３】図８は、液晶素子２３の側から見た場合
の、斜線部分（リング状部分）４１の形状を表す。図８
において番号４１で示されるものは、図７における斜線
部分４１のＸ−Ｙ面への射影である。偏光ビームスプリ
ッタ２１を使用する反射型液晶プロジェクタでは、液晶
素子２３の側から見て、円管部分４１を通る光線は、偏
光ビームスプリッタ２１により正しくＳ波直線偏光とＰ
波直線偏光が分離されるが、この領域の外側を通る光線
はＳ波直線偏光とＰ波直線偏光が正しく分離されない。
即ち、Ｓ波でも偏光ビームスプリッタ２１を透過する成
分が存在し、Ｐ波でも偏光ビームスプリッタ２１により
反射される成分が存在する。

【００２４】さらに、偏光ビームスプリッタ２１と反射
型液晶素子２３とを組み合わせた本発明のプロジェクタ
では、液晶素子２３での光の反射後、反射光線が偏光ビ
ームスプリッタ２１へ入射する際にその入射角度が逆転
する。図９において、番号４２は、液晶素子２３からの
反射光線が偏光ビームスプリッタ２１へ入射する際に、
法線ｎに対する入射角度が例えば３９°ないし５１°と
なる反射光線の存在範囲を示す。

【００２５】従って最終的に、偏光ビームスプリッタ２
１によりＳ波直線偏光とＰ波直線偏光が正しく分離され
るためには、光線は図９における領域４１と領域４２と
が交差する細長範囲（細長領域）４３を通る必要があ
る。換言すれば、この細長範囲４３の外側を通る光線は
Ｓ波偏光とＰ波偏光とが正しく分離されずコントラスト
の劣化を招く。なお、細長範囲４３のＸ軸方向の長さｂ
は、Ｙ軸方向の長さａに比較して５倍以上の長さを有す
る。

【００２６】上記に鑑みて、本発明は、細長範囲４３に
対応する形状の瞳が形成されるように構成した。即ち、
液晶素子２３の液晶面から光源側を見たときの瞳の形状
を、偏光ビームスプリッタ２１のスプリッタ面（接合
面）の法線ｎと投射レンズ２５の光軸とで作られる主入
射面２７方向の開口角をＰＩとし、主入射面２７に垂直
な方向の開口角をＰＰとするとき、ＰＰ＞ＰＩとした。
これにより、細長範囲４３の外側を通る光線は遮断さ
れ、高いコントラストの映像を実現することができる。
また、細長範囲４３を通る光線は効率よく使用され、明
るいプロジェクタを実現することができる。さらに、開
口角ＰＰは、開口角ＰＩの１．２倍より大きいことが望
ましい。これにより極めて明るいプロジェクタが実現で
きる。

【００２７】上記の如く細長範囲４３の長幅ｂは、短幅
ａの５倍以上の長さを有する。従って、この範囲に比例
する開口角ＰＰと開口角ＰＩの比率の瞳を使用すること
により極めて明るいプロジェクタを実現することができ
る。

【００２８】さらに、図１０に示すように、偏光ビーム
スプリッタ２１がガラスプリズム４４で作られている場
合、ガラスプリズム４４の入射出面（接合面）で入射光
が屈折する。従ってこの場合には、図１１に示すよう
に、Ｘ軸方向にさらに細長い細長範囲４５が形成され
る。なお、図１１の領域は、より詳細にはプリズムの屈
折率が１．８である場合を示す。この場合、偏光ビーム
スプリッタ２１の法線ｎに対する主入射光線の光軸（Ｙ
軸）のなす角度θは４５°であり、図１０に示すよう
に、許容ずれ角度φは３．３２°となる。

【００２９】なお、垂直方向の開口角ＰＰは、６０°よ
り小さいのが望ましい。これによりレンズの収差補正が
容易となる。開口角が６０°であることは、Ｆナンバー
で１に相当する。従って、この角度を越える明るさの投
射レンズ２５の実現は一般的には困難である。

【００３０】本発明の他の側面は、偏光ビームスプリッ
タ２１と１／４波長板３１と投射レンズ２５を備えた反
射型液晶プロジェクタにおいて、投射レンズ２５の前方
（スクリーン側）から光源側を見たときの瞳の形状を、
偏光ビームスプリッタ２１のスプリッタ面（接合面）の
法線ｎと投射レンズ２５の光軸とで作られる主入射面２
７方向の開口角をＰＩとし、主入射面２７に垂直な方向
の開口角をＰＰとするとき、ＰＰ＞ＰＩとすることであ
る。開口角ＰＰは、開口角ＰＩの１．２倍より大きいこ
とが望ましい。

【００３１】瞳は、好ましくは、偏光ビームスプリッタ
２１と光源との間に置かれた絞りを、液晶素子２３の液
晶面または投射レンズ２５のスクリーン側から見た場合
の、絞りのレンズ系による像である。この絞りは、好ま
しくはフライアイインテグレータ（後述する実施態様に
おける第２フライアイインテグレータ）である。

【００３２】本発明の他の側面は、偏光ビームスプリッ
タ２１と１／４波長板３１と投射レンズ２５を備えた反
射型液晶プロジェクタにおいて、光学系を通過する光線
を定める機能を有する絞り手段の形状を、偏光ビームス
プリッタ２１のスプリッタ面（接合面）の法線ｎと投射
レンズ２５の光軸とで作られる主入射面２７に平行な方
向の幅に比べて、当該方向に垂直な方向の幅が大きいも
のとしたことである。主入射面２７に垂直な方向の幅
は、平行な方向の幅の１．２倍より大きいことが望まし
い。

【００３３】絞り手段の機能は、例えば光源と偏光ビー
ムスプリッタ２１の間に配置されるフライアイインテグ
レータにより果たされる。この場合、絞りの形状は、フ
ライアイインテグレータの外形形状である。

【００３４】以下、図１２ないし図１５を参照して、本
発明の反射型液晶プロジェクタの一実施形態を説明す
る。

【００３５】図１２に示す実施形態には、光源としての
ランプ１０１が設けてある。このランプ１０１から射出
された光線はリフレクタ１０３により反射された後、コ
ンデンサレンズ１０５により集束され、第１フライアイ
インテグレータ１０７へ入射される。ここに、リフレク
タ１０３により反射され、コンデンサレンズ１０５によ
り集束される光線はリフレクタ軸１０９に対して回転対
称に分布する。従って、第１フライアイインテグレータ
１０７は、図１３に示すように光線を最大限取り込める
ように円形に近い外形形状に成形されている。

【００３６】図１３に示すように、第１フライアイイン
テグレータ１０７は多数のレンズエレメント１１１から
構成されている。そして、第１フライアイインテグレー
タ１０７の各レンズエレメント１１１による光源のスポ
ット像が第２フライアイインテグレータ１１３の対応す
る各々のレンズエレメント１１５（図１４）の上に結像
される。

【００３７】第２フライアイインテグレータ１１３から
の光線は、ダイクロイックミラー１１７及び１１９によ
り例えば赤，青，緑の波長の光線に分光される。分光さ
れた各光線は、フィールドレンズ１２１，１２３，１２
５（及び場合によってはリレーレンズ１２７，反射ミラ
ー１２８、リレーレンズ１２９）を介してそれぞれの波
長についての像形成を行う像形成装置１３１，１３３，
１３５へ入射される。ここに、像形成装置１３１，１３
３，１３５は、例えば図４に示したものと同様な構成を
有し、それぞれ、偏光ビームスプリッタ２１と１／４波
長板３１と液晶素子２３を備えている。像形成装置１３
１，１３３，１３５からのそれぞれの波長を有する光線
は色合成プリズム１３７で合成され、投射レンズ２５と
同様の投射レンズ１３９を介して図示しないスクリーン
上へ投射される。

【００３８】図１５は、投射レンズ１３９をスクリーン
側（図１２において左側）から覗いてみたときに投射レ
ンズ１３９の中に見える像であり、投射レンズ１３９の
瞳１３９ａの中に、第２フライアイインテグレータ１１
３の像１１３′が見える。従って、この反射型液晶プロ
ジェクタでは、第２フライアイインテグレータ１１３が
実質的に開口絞りとして機能する。即ち、第１フライア
イインテグレータ１０７からのスポット像は光源１０１
の広がりにより第２フライアイインテグレータ１１３の
エレメントからはみ出す場合があるが、はみ出した光線
は液晶素子２３あるいは投射レンズ１３９により蹴られ
てしまい、実質的にこの反射型液晶プロジェクタの光学
系を通過することができない。従って、このプロジェク
タの光学系では第２フライアイインテグレータ１１３の
外形形状のレンズ系による像が光学系全体の瞳形状とな
る。

【００３９】ところで、既に図７ないし図９を参照して
説明したように、偏光ビームスプリッタ２１の特性のた
め、偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎと投射レンズ１
３９（もしくは２５）の光軸で作られる主入射面２７と
垂直な方向（図１２においてＸ軸方向）に細長い範囲４
３を通過する光線では、偏光ビームスプリッタ２１によ
り、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが正しく分離されるが、
その細長い範囲４３の外側を通る光線ではＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分とが正しく分離されず、コントラストの低下
を招く。

【００４０】従って、偏光ビームスプリッタ２１の法線
ｎと投射レンズ１３９の光軸で作られる主入射面２７と
平行な方向（図１２においてＹ軸方向）における第２フ
ライアイインテグレータ１１３の幅１１３ａ（図１４）
は、比較的短く設計され、この第２フライアイインテグ
レータ１１３を通過して偏光ビームスプリッタ２１へ到
達した光線が細長範囲４３のＹ軸方向の幅ａの中に入る
ように設定されている。これによりコントラストの高い
画像をスクリーン上に形成できる。即ち、Ｙ軸方向の幅
１１３ａを大きくすれば無駄になる光線の割合を少なく
することができるが、この幅１１３ａの外側を通る光線
を使用すると、スクリーン上において画像のコントラス
トの低下を招く。

【００４１】一方、偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎ
と投射レンズ１３９の光軸で作られる主入射面２７と垂
直な方向（図１２においてＸ軸方向）における第２フラ
イアイインテグレータ１１３の幅１１３ｂ（図１４）
は、比較的長く設計され、この第２フライアイインテグ
レータ１１３を通過して偏光ビームスプリッタ２１へ到
達した光線が細長範囲４３のＸ軸方向の幅ｂの中に入る
ように設定されている。Ｘ軸方向の幅１１３ｂをＹ軸方
向の幅１１３ａに比べて大きく設定することにより、ラ
ンプ１０１から射出された光線を効率良く液晶素子２３
へ導きスクリーンをコントラストよく照らすことができ
る。

【００４２】要するに、Ｘ軸方向の幅１１３ａを短く
し、Ｙ軸方向の幅１１３ｂを長くすることにより、はみ
出して無駄になる光線の割合を減らし、ランプ１０１か
ら射出された光線を効率よく液晶素子２３へ導きスクリ
ーンをコントラスト良く照らすことができる。なお、Ｘ
軸方向幅１１３ｂを長くすることに対応して、光学系の
他のエレメントの形状も対応する方向において大きくす
る必要があることは勿論である。

【００４３】このように、偏光ビームスプリッタ２１と
１／４波長板３１を組み合わせて使用する反射型液晶プ
ロジェクタでは、瞳の形状を横長の形状にする（例えば
主入射面２７と平行な方向の開口角ＰＩに対して主入射
面２７と垂直な方向の開口角ＰＰを大きくする）ことに
よりコントラストを低下させずに明るいプロジェクタを
実現することができる。即ち、光源系及び投射系の瞳形
状を円形ではなく主入射面２７に垂直方向に伸ばすこと
により、広い開口角で光源からの光をより多く取り込む
ことができ、もって明るいプロジェクタを実現すること
ができる。

【００４４】垂直方向に伸ばす割合は、主入射面２７と
垂直な方向の開口角ＰＰを主入射面２７と平行な方向の
開口角ＰＩの１．２倍より大きくするのが好ましい。さ
もないと、垂直方向に広げた効果が小さく輝度の向上が
望めない。また、投射レンズ１３９を構成する一枚一枚
のレンズの外形は一般に円形であり垂直方向の開口角Ｐ
Ｐを平行方向の開口角ＰＩよりもあまり大きくすると投
射像の形成に寄与しない無駄なレンズ領域が多くなる。

【００４５】以上の構成により、明るい投射画像を確保
しつつ（明るさの低下を最小限に抑えつつ）、コントラ
ストを大きくするすることができる。本発明では、さら
に、コントラストを優先する場合と明るさを優先する場
合とを選択することができるよう、以下のように構成す
る。図１２に示すように、第２フライアイインテグレー
タ１１３の光線の射出側にスライドシャッタ１５０を設
けている。このスライドシャッタ１５０はＹ方向にスラ
イド自在となっており、第２フライアイインテグレータ
１１３のＹ方向の幅を調節することができる。

【００４６】図１６は、スライドシャッタ１５０を設け
た場合の第２フライアイインテグレータ１１３を示して
いる。図１４に示す第２フライアイインテグレータ１１
３においては、予めＹ軸方向の幅１１３ａを短くし、Ｘ
軸方向の幅１１３ｂを長くした形状のフライアイインテ
グレータを用いたが、スライドシャッタ１５０を設ける
場合には、図１６に示すように、図１３に示す第１フラ
イアイインテグレータ１０７と同様な形状のフライアイ
インテグレータを用い、スライドシャッタ１５０によっ
てＹ軸方向の幅１１３ａを調整する。

【００４７】図１６に示すように、スライドシャッタ１
５０を破線で示す位置に移動させ、Ｙ軸方向の幅１１３
ａを狭くすれば、図１４に示す第２フライアイインテグ
レータ１１３と同様となり、コントラストが優先され
る。スライドシャッタ１５０を実線で示す位置に移動さ
せ、Ｙ軸方向の幅１１３ａを広くすれば、コントラスト
よりも明るさが優先される。なお、スライドシャッタ１
５０は、レンズエレメント１１５のＹ方向の幅よりも小
さい間隔にて複数段階的もしくは連続的に微調整するよ
うな構成としてもよく、最外部のレンズエレメント１１
５の一列を塞ぐような構成としてもよい。スライドシャ
ッタ１５０によって第２フライアイインテグレータ１１
３のＹ方向の幅をどの程度塞ぐかは、適宜設定すればよ
い。

【００４８】スライドシャッタ１５０は絞りとして動作
しているが、通常よく用いられている円形の絞りではな
く、一方向のみ、ここではＹ方向、即ち、偏光ビームス
プリッタ２１のスプリッタ面の法線ｎと、第２フライア
イインテグレータ１１３から偏光ビームスプリッタ２１
へと入射される光線の光軸とで作る主入射面２７と平行
な方向に幅のみに光線を絞ることに大きな意味を有す
る。本発明のような反射型プロジェクタでは、一方向の
みの絞りを設けることによって、コントラストを優先す
る場合と明るさを優先する場合とを選択することができ
る。

【００４９】本実施例では、図１２に示すように、第２
フライアイインテグレータ１１３の光線の射出側にスラ
イドシャッタ１５０を設けたが、第２フライアイインテ
グレータ１１３の光線の入射側にスライドシャッタ１５
０を設けてもよい。いずれにしても、第２フライアイイ
ンテグレータ１１３の入射側か射出側の第２フライアイ
インテグレータ１１３近傍にスライドシャッタ１５０を
設けることが好ましい。投射レンズ１３９の入射側にス
ライドシャッタ１５０を設けることも考えられるが、第
２フライアイインテグレータ１１３近傍がより好まし
い。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の反
射型液晶プロジェクタは、偏光ビームスプリッタのスプ
リッタ面の法線と、第２フライアイインテグレータから
偏光ビームスプリッタへと入射される光線の光軸とで作
る光線の主入射面と平行な方向に幅を調整するスライド
シャッタを、第２フライアイインテグレータの近傍に設
けて構成したので、コントラストを優先する場合と明る
さを優先する場合とを選択することができる。スライド
シャッタを閉じてコントラストを優先する場合でも、主
入射面と平行方向の開口角ＰＩと、前記主入射面と垂直
な方向の開口角ＰＰとの関係が、ＰＰ＞ＰＩとなるよう
瞳の形状を設定することにより、明るさの低下を最小限
に抑えることができるので、高いコントラストを保ちな
がら光源の発する光を高い効率で取り込み、もって明る
い画像を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の反射型液晶プロジェクタの構成を示す模
式図である。

【図２】図１に示す反射型液晶プロジェクタに設けた液
晶素子への入射光・反射光の偏光方向を示す模式図であ
る。

【図３】図１に示す反射型液晶プロジェクタにおけるス
クリーン上での光の漏れ量を示す模式図である。

【図４】他の従来の反射型液晶プロジェクタの構成を示
す模式図である。

【図５】本発明の作用を示すための説明図であり、偏光
ビームスプリッタに対する入射光線の入射角度を示す図
である。

【図６】本発明の作用を示すための説明図であり、図５
の入射角度に応じるＳ波・Ｐ波の透過率の変動を示す特
性図である。

【図７】Ｓ波・Ｐ波の透過率が所望の値を有する範囲に
存在する入射光線の（偏光ビームスプリッタに対する）
入射角度範囲を表す模式図である。

【図８】図７の入射角度範囲をＸ−Ｙ面へ投影した範囲
を示す模式図である。

【図９】図８の範囲及び液晶素子面での反射後の光線に
ついての使用可能範囲を示す模式図である。

【図１０】偏光ビームスプリッタがガラスプリズムで作
られている場合の、光線の入射経路を示す模式図であ
る。

【図１１】偏光ビームスプリッタがガラスプリズムで作
られている場合の、本発明の瞳の形状を表す模式図であ
る。

【図１２】本発明の実施形態を示す模式図である。

【図１３】図１２に於けるXIII-XIII線に沿って見た第
１フライアイインテグレータの正面図である。

【図１４】図１２に於けるXIV-XIV線に沿って見た第２
フライアイインテグレータの正面図である。

【図１５】図１２におけるXV-XV線に沿って見た投射レ
ンズの中の像の模式図である。

【図１６】本発明の実施形態であるスライドシャッタを
設けた場合の第２フライアイインテグレータの正面図で
ある。

【符号の説明】

２１偏光ビームスプリッタ２３液晶素子２５，１３９投射レンズ３１１／４波長板１０７第１フライアイインテグレータ１１３第２フライアイインテグレータ１５０スライドシャッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光線を集光する第１及び第２フ
ライアイインテグレータと、この第１及び第２フライア
イインテグレータからの光線を偏光する偏光ビームスプ
リッタを備えた反射型液晶プロジェクタにおいて、前記偏光ビームスプリッタのスプリッタ面の法線と、前
記第２フライアイインテグレータから前記偏光ビームス
プリッタへと入射される光線の光軸とで作る前記光線の
主入射面と平行な方向に幅を調整するスライドシャッタ
を、前記第２フライアイインテグレータの近傍に設けて
構成したことを特徴とする反射型液晶プロジェクタ。
【請求項２】前記スライドシャッタを閉じたとき、前記
主入射面と平行方向の開口角ＰＩと、前記主入射面と垂
直な方向の開口角ＰＰとの関係が、ＰＰ＞ＰＩとなるよ
う瞳の形状を設定したことを特徴とする請求項１記載の
反射型液晶プロジェクタ。