JPH11344722A - 液晶プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロスプリズムの合わせ部分による影を分散
させるとともに、光の利用効率を向上する。 【解決手段】 偏光変換ブロック５における光の入射部
とされるプリズム素子５ａの短手方向が、クロスプリズ
ム９の合わせ部分１２の配置方向と一致するようにされ
るとともに、レンズセル４ａを偏光変換ブロック５にお
ける前記入射部の長手方向に対応して千鳥配列する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルによっ
て形成されたＲＧＢ各色光を、クロスプリズムを用いて
合成してカラー画像を形成することができる液晶プロジ
ェクタ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５はＲＧＢ各色毎に１枚の液晶パネル
を用いて構成される３板式液晶プロジェクタ装置（以
下、単に液晶プロジェクタ装置という）の光学系の構成
例を説明する図である。

【０００３】この図に示されている液晶プロジェクタ装
置５１において、ランプ５２はリフレクタ５２ａの焦点
位置に発光部５２ｂが配置されており、ランプ５２から
出射した光は、リフレクタ５２ａの光軸にほぼ平行な光
としてその開口部から前方に出射する。

【０００４】ランプ５２の後段には、後述する液晶パネ
ル６１、６４、７０の被照射領域（画像形成のための光
変調を行なう有効開口に相当する）のアスペクト比にほ
ぼ等しい相似型をした外形を有している複数のレンズセ
ル５４ａが、例えば正方配列されているマルチレンズア
レー５４と、このマルチレンズアレー５４のレンズセル
５４ａに対向するように複数のレンズセル５５ａが形成
されているマルチレンズアレー５５が配置されている。
これらのマルチレンズアレー５４、５５で集光された光
は、偏光変換ブロック５６によって所定の偏光方向の光
に偏光される。すなわち、ランプ５２から出射した無偏
光（Ｐ偏光波＋Ｓ偏光波）の光は偏光変換ブロック５６
を通過することによって、液晶パネルに対応した所定の
偏光方向（例えばＰ偏光波）の光に変換される。

【０００５】ここで、図６にしたがい偏光変換ブロック
５６の構成例を及び偏光変換の原理を説明する。なお、
図６において光軸方向（Ｚ軸方向）は図５に対応してい
るが、偏光変換ブロック５６は偏光変換の原理を説明す
る便宜上、側面方向、すなわちＸ軸方向から示してい
る。この図に示されている偏光変換ブロック５６におい
て、図示していないランプ５２、マルチレンズアレー５
４、５５を介した無偏光は、入射部を形成するプリズム
素子８１、８１、８１・・・に入射する。プリズム素子
８１に入射した光は、偏光分離膜（偏光ビームスプリッ
タ）８２、８２、８２・・・に到達し、ここで例えばＰ
偏光波が透過して、Ｓ偏光波が反射することで偏光分離
が行なわれる。

【０００６】偏光分離膜８２を透過したＰ偏光波はその
まま進むことでプリズム素子８３、８３、８３・・・か
ら出射する。また、偏光分離膜８２で反射したＳ波はミ
ラー８４、８４、８４・・・で反射して、さらにプリズ
ム素子８１の出射側に配置されている１／２波長板８
５、８５、８５・・・によって、偏光方向が回転するよ
うにされ、Ｐ波に変換される。すなわち、無偏光は偏光
変換ブロック５６を介することにより、所定の偏光方向
の光（例えばＰ偏光波）に変換される。

【０００７】このように、偏光変換ブロック５６はプリ
ズム素子８１による入射部と、プリズム素子８３による
変換部が交互に配列されるが、正面から示すと入射部、
変換部は短冊状に構成される。図５に示す例では、短冊
状の長手方向がＸ軸方向に相当する。

【０００８】偏光変換ブロック５６によって、例えばＰ
偏光波に変換された光は、図５に示されている偏光変換
ブロック５６の後段に配置されている平凸レンズ５７に
入射する。この平凸レンズ５７は、偏光変換ブロック５
６からの光を集光して、効率良く液晶パネルを照明する
ことができるようにされている。なお、マルチレンズア
レー５４、５５、平凸レンズ５７による集光動作につい
ては、後で図７を参照して説明する。

【０００９】平凸レンズ５６から出射した光すなわち白
色光は、まず赤色光Ｒを透過するダイクロイックミラー
５８に入射して、ここで赤色光Ｒが透過し緑色光Ｇ及び
青色光Ｂが反射する。このダイクロイックミラー５８を
透過した赤色光Ｒはミラー５９により進行方向を例えば
９０゜曲げられて凸平レンズ６０を介して液晶パネル６
１に導かれる。

【００１０】一方、ダイクロイックミラー５８で反射し
た緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、青色光Ｂを透過するダイク
ロイックミラー６２により分離されることになる。すな
わち、緑色光Ｇは反射して、凸平レンズ６３を介して液
晶パネル６４に導かれる。また青色光Ｂはダイクロイッ
クミラー６２を透過して直進し、リレーレンズ６５、ミ
ラー６６、リレーレンズ６７、ミラー６８、凸平レンズ
６９を介して液晶パネル７０に導かれる。

【００１１】液晶パネル６１、６４、７０で光変調され
た各色光は、それぞれクロスプリズム７１に入射する。
このクロスプリズム７１は、例えば複数のガラスプリズ
ムを接合して外形が形成される。そして各ガラスプリズ
ムの接合面には、所定の光学特性を有している干渉フィ
ルタ７２ａ、７２ｂが形成されている。例えば干渉フィ
ルタ７２ａは赤色光Ｒを反射して緑色光Ｇを透過するよ
うに構成され、また、干渉フィルタ７２ｂは青色光Ｂを
反射して緑色光Ｇを透過するように構成されている。し
たがって、赤色光Ｒは干渉フィルタ７２ａで、また青色
光Ｂは干渉フィルタ７２ｂで投写レンズ７４の方向に反
射される。そして緑色束Ｇは干渉フィルタ７２ａ、７２
ｂを透過することにより投写レンズ７４に到達し、ここ
で各色光が１つの光軸に合成されるようになる。

【００１２】ここで、図７にしたがい、マルチレンズア
レー５４、５５、及び凸平レンズ５７による光路を説明
する。なお、図７は図５に示した液晶プロジェクタ装置
５１においてマルチレンズアレー５４、５５、偏光変換
ブロック５６、凸平レンズ５７、及びコンデンサレンズ
６３、液晶パネル６４の経路を展開して、光路の説明に
関する要部のみを示す摸式図である。

【００１３】図示していないランプ５２からの光は、マ
ルチレンズアレー５４の各レンズセル５４ａにおいてラ
ンプ像として結像し、さらにマルチレンズアレー５５の
各レンズセル５５ａに集光する。レンズセル５５ａに集
光したランプ像としての光は、偏光変換ブロック５６で
偏光変換された後に、凸平レンズ５７によって所定の方
向に屈折して、コンデンサレンズ６３に集光される。そ
して、コンデンサレンズ６３は入射した光を所定の入射
角度を以て液晶パネル６４の被照明領域（有効開口）に
入射させる。すなわち、マルチレンズアレー５４、５５
を備えることにより、レンズセル５５ａに結像したラン
プ像が効率良く、かつ均一に液晶パネル６４の被照明領
域を照明することができるようになる。なお、図７では
凸平レンズ５７以降は液晶パネル６４までの経路のみを
示したが、図５に示されている他の液晶パネル６１、７
０の被照明領域に対しても同様の経路で照明が行なわれ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示す
ようなクロスプリズム７１は、その中心部分とされる合
わせ部７３において干渉フィルタ７２ａ、７２ｂにむら
が生じ、反射特性、または透過特性が異なるなどの問題
があり、図７に示されているように中心部分に光路を採
る光束は、合わせ部７３によって遮られることによって
弱まってしまう。これにより、図８に示されているよう
に投写される画像９０において、合わせ部７３に対応し
た縦筋状の影９１、９１、９１・・・が現れてしまい画
質が劣化するという問題があった。

【００１５】このため、この影９１を分散させるため
に、図９に液晶プロジェクタ装置１００として示されて
いるように、例えば偏光変換ブロック５６と凸平レンズ
５７の間にミラーユニット１０１を配置することが知ら
れている。このミラーユニット１０１は通常の反射面に
対して、さらに異なる反射手段を例えば局所的に備える
ことで、この反射手段によって局所的に光束のオフセッ
トを行ない、影９１を分散させるようにしている。これ
により、投写される画像としては図１０に示されている
ようになり、影９２、９２、９２・・・を分散させるこ
とで画質の改善を図っている。

【００１６】しかし、液晶プロジェクタ装置１００とし
ては、ミラーユニット１０１に入射する光束は、主光線
が光軸に対して平行である場合について影を分散させる
効果を得ることができる。つまり、例えばリフレクタ５
２ａの反射面を楕円面で形成した場合など、光束が絞り
込まれている場合に適用すると、液晶パネル６１、６
４、７０の被照明領域が前記反射手段によって局所的に
シフトしてしまうことになり、集光効率が低下してしま
う。

【００１７】また、集光効率を維持したまま光学系の小
型化を図ろうとすると、偏光変換ブロック５６と凸平レ
ンズ５７の距離を短くすることが必要になる。つまり、
光束が絞り込まれている位置にミラーユニット１０１が
配置されることになるので、光学系の小型化を維持しつ
つ集光効率の向上を図ることは困難であるという問題が
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するために、ランプと、前記ランプから出射し
た光を集光することができるようにされている複数の矩
型のレンズセルが配列されている一対のマルチレンズア
レーと、前記ランプから出射した無偏光の光を入射し
て、所定の偏光方向の光に変換して出射することができ
る偏光変換手段と、前記ランプから出射した光をＲＧＢ
各色光に分離することができる色分離手段と、前記色分
離手段によって分離されたＲＧＢ各色光それぞれに対応
して設けられ、所要の光変調を行ない各色の画像光を形
成する液晶パネルと、前記液晶パネルによって形成され
た各色の画像光を合成することができる干渉フィルタを
有して形成されているクロスプリズムと、前記クロスプ
リズムによって合成されたカラー画像を投写することが
できる投写手段を備えた液晶プロジェクタ装置におい
て、前記偏光変換手段における光の入射部分の短手方向
が、前記クロスプリズムの合わせ部分の配置方向と一致
するようにされるとともに、前記レンズセルを前記入射
部分の長手方向に対応して千鳥配列するようにする。

【００１９】本発明によれば、偏光変換を行なって光の
利用効率を維持した状態で、クロスプリズムの合わせ部
分の影を抑制することができるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の液晶プロジ
ェクタ装置の光学系として本発明に関わる要部を示す図
である。なお、この図に示す液晶プロジェクタ装置１に
おいて、ランプ２、偏光変換ブロック５、凸平レンズ
６、平凸レンズ７、液晶パネル８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、ク
ロスプリズム９（干渉フィルタ１０ａ、１０ｂ、合わせ
部１２）は、図５に示したランプ５２、偏光変換ブロッ
ク５６、凸平レンズ５７、平凸レンズ６３、液晶パネル
６４、クロスプリズム７１（干渉フィルタ７２ａ、７２
ｂ、合わせ部７３）に対応している。すなわち、図１で
は色分離系についての図示は省略している。

【００２１】また、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ
マルチレンズアレー４、偏光変換ブロック５、及びクロ
スプリズム９を例えば正面から示す平面図である。な
お、図２にはマルチレンズアレー４のみを示している
が、このマルチレンズアレー４の後方に配置されるマル
チレンズアレー３についても図２（ａ）に示した構成と
同様にレンズセル３ａが配置される構成とされる。

【００２２】これらの図においては、特に図２（ｂ）か
ら解るように偏光変換ブロック５において短冊状に形成
される入射部（プリズム素子５ａの端面）の長手方向を
Ｘ軸方向、同じく偏光変換ブロック５の入射部分の短手
方向をＹ軸方向、光軸をＺ軸方向として想定した場合を
示している。なお、ハッチングを施して示している部分
は、変換部を担うプリズム素子５ｂの端面である。

【００２３】すなわち、図１（ａ）に示されているよう
に、マルチレンズアレー４を構成しているレンズセル４
ａ、４ａ、４ａ・・・は、偏光変換ブロック５のプリズ
ム素子５ａ、５ａ、５ａ・・・の長手方向に沿って、例
えば１／２ピッチ位相がずれた状態（いわゆる千鳥格子
配列）で配列されている。つまり、図２（ａ）における
各レンズセル４ａにおいて、図２（ｃ）に示されている
クロスプリズム９の合わせ部１２に対して光学的に対応
する位置は破線で示されているようになる。したがっ
て、図１０に示した例とほぼ同様に合わせ部１２による
影を分散させることができる。また、偏光変換ブロック
５の構成としては、マルチレンズアレー３、４に対応し
た形状に対応した変更を施す必要が無く、従来と同様の
偏光変換を行なうことができるようになる。

【００２４】これらのことから解るように、本発明は偏
光変換ブロック５の入射側において短冊状に形成される
入射部分（プリズム素子５ａの端面）の長手方向に対応
して、レンズセル４ａ（３ａ）が例えば１／２ピッチ位
相がずれた配列となるようにマルチレンズアレー４
（３）を形成することで、まず、クロスプリズム９の合
わせ部１２による影を分散することができる。つまり、
図９に示したミラーユニット１０１などを省略すること
ができるので、液晶パネル８Ｒ、８Ｇ、８Ｂに対する照
明効率を維持した状態で影を分散することが可能にな
る。

【００２５】また、ミラーユニット１０１を省略するこ
とができることから、光学部品の配置としては図５に示
した例と同等のものとすることができるようになる。つ
まり、偏光変換ブロック５と凸平レンズ６の配置距離を
短したコンパクトな光学系を構成することができる。

【００２６】さらに、偏光変換ブロック５の構成として
はマルチレンズアレー３、４の形状に対応して変形させ
る必要はない現状の構成とすることができるので、生産
性を維持するとともにコストアップを避けることができ
る。

【００２７】なお、図１、図２ではマルチレンズアレー
４（３）のレンズセル４ａ（３ａ）は、一例として１／
２ピッチ位相がずれた構成を示しているが、このずれ量
は１／２ピッチに限定されるものではなく、光学系の設
計に対応して最適のずれ量を設定すれば良い。

【００２８】ところで、図１、図２においては、例えば
偏光変換ブロック５の入射部分の長手方向が形成される
画像の水平方向に対応した、いわゆる横型の光学系を例
に挙げて説明したが、本発明は、偏光変換ブロック５の
入射部分の長手方向が画像の垂直方向に対応した、いわ
ゆる縦型の光学系にも適用することができる。

【００２９】図３は縦型の偏光変換ブロックを適用した
液晶プロジェクタ装置の要部を説明する図であり、図４
はマルチレンズアレー２４（２３）、偏光変換ブロック
５、クロスプリズム９を正面から示す平面図である。な
お、これらの図では、偏光変換ブロック２５の入射部分
（プリズム素子２５ａの端面）の短手方向をＸ軸方向、
同じく偏光変換ブロック２５の入射部分の長手方向をＹ
軸方向、光軸をＺ軸方向として想定して示している。ま
た、このような縦型の光学系においては、クロスプリズ
ム９は合わせ部１２がＸ軸方向に対応するような配置と
される。

【００３０】すなわち、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示
されているように、マルチレンズアレー２３、２４を構
成しているレンズセル２３ａ、２４ａは、偏光変換ブロ
ック２５の入射面２５ａの長手方向（Ｙ軸方向）に対応
して、例えば１／２ピッチ位相がずれた状態（いわゆる
千鳥格子）で配列されている。つまり、図４（ａ）にお
ける各レンズセル２３ａ、２４ａにおいて、クロスプリ
ズム９（図４（ｃ））の合わせ部１２に対して光学的に
対応する位置は破線で示されているようになる。つま
り、図１、図２で説明した場合と同様にして、クロスプ
リズム９の合わせ部１２による影を分散させることがで
きる。

【００３１】また、レンズセル４ａの長手方向と液晶パ
ネルの長手方向は一致するようにされることが必要とさ
れるが、縦型に構成されている偏光変換ブロック２５は
入射部の短手方向の幅Ｗを広く採ることが可能になる。
したがって、ランプ２２からの光が偏光変換ブロック２
５に入射する際のけられを少なくして、より多くの光を
偏光変換することができるようになり、投写画像の輝度
向上を図ることができるようになる。

【００３２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、クロス
プリズムの合わせ部分による影を分散させることができ
るとともに、偏光変換ブロックを用いることによって光
の利用効率を向上することができる。したがって、合わ
せ部分の影の影響が少なく、かつ偏光を効率良く利用し
た高輝度の画像を形成することができる。また、マルチ
レンズアレーのレンズセルを偏光変換ブロックの入射部
分の長手方向に対応して、千鳥配置とすることで影を分
散させているので、光束をオフセットさせるためのミラ
ーユニットなどが必要なくなる。これにより、ミラーユ
ニットを省略したコンパクトな光学系を構成することが
できるようになる。また、偏光変換ブロックの構成につ
いては、マルチレンズアレーなどの形状に対応した変更
が必要ないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の液晶プロジェクタ装置の
光学系の要部を示す図である。

【図２】マルチレンズアレー、変更変換ブロック、及び
クロスプリズムを正面から示す図である。

【図３】本発明の他の実施の形態の液晶プロジェクタ装
置の要部を示す図である。

【図４】図３に示すマルチレンズアレー、変更変換ブロ
ック、及びクロスプリズムを正面から示す図である。

【図５】従来の液晶プロジェクタ装置の光学系の要部を
示す図である。

【図６】偏光変換ブロックの偏光変換動作を説明する図
である。

【図７】クロスプリズムの合わせ部分における図であ
る。

【図８】画像に現れる影を説明する図である。

【図９】影を分散させるミラーユニットを備えた液晶プ
ロジェクタ装置の光学系の要部を図である。

【図１０】画像に現れる分散した影を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 液晶プロジェクタ装置、２ ランプ、３，４，２
３，２４ マルチレンズアレー、３ａ，４ａ，２３ａ，
２４ａ レンズセル、５，２５ 偏光変換ブロック、５
ａ プリズム素子（入射部）、９ クロスプリズム、１
０ａ，１０ｂ 干渉フィルタ、１２ 合わせ部

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプと、 前記ランプから出射した光を集光することができるよう
   にされている複数の矩型のレンズセルが配列されている
   一対のマルチレンズアレーと、 前記ランプから出射した無偏光の光を入射して、所定の
   偏光方向の光に変換して出射することができる偏光変換
   手段と、 前記ランプから出射した光をＲＧＢ各色光に分離するこ
   とができる色分離手段と、 前記色分離手段によって分離されたＲＧＢ各色光それぞ
   れに対応して設けられ、所要の光変調を行ない各色の画
   像光を形成する液晶パネルと、 前記液晶パネルによって形成された各色の画像光を合成
   することができる干渉フィルタを有して形成されている
   クロスプリズムと、 前記クロスプリズムによって合成されたカラー画像を投
   写することができる投写手段と、 を備えた液晶プロジェクタ装置において、 前記偏光変換手段における光の入射部分の短手方向が、
   前記クロスプリズムの合わせ部分の配置方向と対応する
   ようにされるとともに、前記レンズセルを前記入射部分
   の長手方向に対応して千鳥配列するようにしたことを特
   徴とする液晶プロジェクタ装置。