JP3578020B2

JP3578020B2 - 反射型液晶プロジェクタ

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Publication number: JP3578020B2
Application number: JP32227199A
Authority: JP
Inventors: 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: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: JP2001142028A

Description

【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２１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２１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Ｓ４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２１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４５０ｎｍ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３９°の入射角度で入射するＰ波は、４５０ｎｍないし５００ｎｍ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２１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２１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１２１，１２３，１２５（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１３１，１３３，１３５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１３１，１３３，１３５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１１３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１３９（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４３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ＰＰ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１１３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１５０を破線で示す位置に移動させ、Ｙ軸方向の幅１１３ａ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１５０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１１５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１１３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１５０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

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。
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。