(57)【要約】【課題】  偏光ビームスプリッタ光学系を用いた画像表示装置において、黒の漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供する。【解決手段】  偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの間に配置するλ/4板部に、λ/4板の進相軸と平行な軸を回転中心として回転させるλ/4板の位相差調整手段を設けることにより、反射型液晶パネルを反射した光の偏光ビームスプリッタの検光特性とのずれを補正する事ができる。【選択図】  図１
2010145502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧水銀灯からなり白色光を射出する光源と、
光束の分割機能、重畳機能および偏光変換機能を有する照明系と、
入射した光を変調する画像表示素子と、
投射光学系とを有する画像投影装置において、
偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの間に配置するλ/4板部に、
λ/4板の進相軸と平行な方向を回転中心として回転させるλ/4板調整手段を有する事を特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記λ/4板部において、入射光線光軸と平行な方向を回転中心として回転さる位相差手段を有する事を特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶プロジェクタに用いられ、偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの間に配置される、画像投影装置のλ/4板の調整手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に偏光ビームスプリッタと反射型液晶の間にλ/4が配置された偏光ビームスプリッタ光学系について開示されている。
【０００３】
従来、特定の偏光成分の照明光を作成する偏光子としての作用と、特定の偏光成分の画像光を作成する検光子としての作用を併せ持つ偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルおよびλ/4板からなる偏光ビームスプリッタ光学系において以下の問題点がある。
【特許文献１】特開２００２−２０７２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの間に配置するλ/4板を前記光学系装置への取り付けにおいてλ/4板に倒れが生じて、λ/4板の位相差効果にずれが生じる。
【０００５】
その位相差ずれにより、偏光ビームスプリッタの検光特性と光の偏光特性にずれが生じ、黒の漏れ光が増えてコントラストが低下してしまうという問題が起こる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの間に配置するλ/4板部に、λ/4板の進相軸と平行な軸を回転中心として回転させるλ/4板の位相差調整手段を設けることにより、反射型液晶パネルを反射した光の偏光ビームスプリッタの検光特性とのずれを補正する事ができる。
【０００７】
その結果、前記偏光ビームスプリッタ光学系を用いた画像表示装置において黒の漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供することを目的としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反射型液晶パネルを反射した光の偏光ビームスプリッタの検光特性とのずれをλ/4板の調整により補正する事ができ、前記偏光ビームスプリッタ光学系を用いた画像表示装置において黒の漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１に実施例１におけるλ/4板の位置調整手段としてのλ/4板調整機構の構造図を示す。
【００１１】
λ/4板１３はλ/4板ホルダー３０により保持されており、前記λ/4板ホルダーはλ/4板の進相軸３１と平行な軸を回転中心として回転できるような支持部３３を有する。
【００１２】
図２に前記λ/4板調整機構のＹＺ平面図を示す。
【００１３】
３４はバネであり、支持部３３を回転中心として図中で反時計回りの方向にλ/4板ホルダーを押している。３５は調整ネジであり、支持部３３を回転中心として時計回りの方向にネジが繰り出す構造になっており、ネジの繰り出し量でλ/4板１３を任意の傾きに調整できる調整機構となっている。
【００１４】
本実施例において、λ/4板の位置調整は画像表示装置のスクリーン部に測定機を設置して、黒投影時の光量が最小になるようにλ/4板の位置を調整する。
【００１５】
図３に本発明の実施例１であるプロジェクタの光学系の構成を示す。
【００１６】
前記光学系は、光源ランプ１、照明光学系２、色分解合成光学系２０、反射型液晶パネル７〜９および投射レンズ１０により構成される。
【００１７】
光源ランプ１は、高圧水銀ランプ等の発光管とリフレクタとにより構成され、白色光を射出する。
【００１８】
照明光学系２は、光源ランプ１から射出された光を複数の光束に分割した後、液晶パネル７〜９上で重ね合わせる機能や、光源ランプ１から射出された光の偏光方向を所定の偏光方向に揃える機能を有し、光源ランプ１からの光を色分解合成光学系２０に導く。
【００１９】
色分解合成光学系２０はダイクロイックミラー３を有する。
【００２０】
色分解合成光学系２０に入射された白色光はダイクロイックミラー３によって、白色光のうち緑（Ｇ光：５００〜５９０ｎｍ）の光を反射し、青（Ｂ光：４４０〜５００ｎｍ）の光および赤（Ｒ光：５９０〜６５０ｎｍ）の光を透過する。
【００２１】
ダイクロイックミラー３によって反射されたＧ光は第１の偏光ビームスプリッタ４に入射する。
【００２２】
Ｇ光は第１の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離膜１６およびλ/4板１３を透過して、光変調素子である反射型液晶パネル７に導かれる。
【００２３】
ここで、反射型液晶パネル７は入力された画像（映像）情報に基づいて駆動される。
【００２４】
反射型液晶パネル７によって画像変調され、反射されたＧ光は再びλ/4板１３を透過し、第１の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離膜１６で反射され、色合成プリズム６に入射する。
【００２５】
一方、ダイクロイックミラー３を透過したＲ，Ｂ光は、色選択性位相板１２でＢ光のみ偏光方向が９０°回転させられて第２の偏光ビームスプリッタ５に入射する。
【００２６】
Ｒ光は、第２偏光ビームスプリッタ５の偏光分離膜１７で反射し、λ/4板１４を透過して反射型液晶パネル８に至る。前記反射型液晶パネル８で画像変調および反射されたＲ光は、再びλ/4板１４を透過した後、第２の偏光ビームスプリッタ５の偏光分離膜１７を透過して、色合成プリズム６に入射する。
【００２７】
また、Ｂ光は、第２の偏光ビームスプリッタ５の偏光分離膜１７を透過し、λ/4板１５を透過して反射型液晶パネル９に至る。前記反射型液晶パネル９で画像変調および反射されたＢ光は、再びλ/4板１５を透過した後、第２の偏光ビームスプリッタ５の偏光分離膜１７で反射し、色合成プリズム６に入射する。
【００２８】
色合成プリズム６はＧ光を反射しＲＢ光を透過する特性を有する。
【００２９】
色合成プリズム６に入射したＧ光は、色合成プリズム６の色合成膜１８で反射して投射レンズ１０に向かう。また、色合成プリズム６に入射したＲ，Ｂ光は、該色合成プリズム６の色合成膜１８を透過して投射レンズ１０に向かう。
【００３０】
こうして色合成プリズム６により合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光（カラー画像）は、投射レンズ１０によってスクリーン等の被投射面１１に投射される。
【００３１】
図４に偏光ビームスプリッタ光学系部の構成を示す。
【００３２】
反射型液晶パネル７は偏光ビームスプリッタ４の透過光軸２２に対して垂直に配置されており、偏光ビームスプリッタ４の偏光分離膜面１６はＳ偏光を反射してＰ偏光を透過する特性を有する。
【００３３】
偏光ビームスプリッタ４の透過光軸３６をＺ軸、λ/4板の進相軸３１と平行な方向をＸ軸、ＸとＺ軸に直行する方向をＹ軸とする。
【００３４】
次に、画像表示装置で黒を投影する場合の偏光ビームスプリッタ光学系部の光学特性について説明する。
【００３５】
ＹＺ平面内にあり入射方向がＺ軸と平行でない入射光線３７が偏光ビームスプリッタ４に入射すると、偏光分離膜１６およびλ/4板を透過して反射型液晶パネル７に入射する。
【００３６】
入射光は反射型液晶パネル７で偏光方向を変調されずに反射光３８として反射され、再度λ/4板を透過して偏光ビームスプリッタ４に入射する。
【００３７】
この時λ/4板により、λ/4板を２回透過する事で反射光３８は入射光３６に対してλ/2の位相差が与えられ、偏光ビームスプリッタ４の検光特性にあった偏光状態に変えられて偏光分離膜１６に再度入射する。
【００３８】
このλ/4板の位相差効果により黒の漏れ光を抑える事ができる。
【００３９】
しかしながら実際の前記偏光ビームスプリッタ光学系作成時にはλ/4板を前記光学系装置への取り付けにおいて、λ/4板進相軸３１を回転中心とした回転方向の倒れが生じる。
【００４０】
前記倒れによりλ/4板の位相差効果がλ/4より小さくなり、偏光ビームスプリッタの検光特性と反射光３８の偏光特性のずれが生じてしまい、黒の漏れ光が増えてコントラストが低下してしまうという問題が起こる。
【００４１】
図５に理想的な配置の場合のλ/4板１３の位相特性を示す。
【００４２】
λ/4板１３の位相特性をＸＹ平面に投影した屈折率楕円体４０として表す。
【００４３】
（屈折率楕円体はＸ軸方向とＹ軸方向の屈折率が異なることを表している。）
Ｚ軸方向から前記λ/4板１３にＸ、Ｙ軸と平行でない直線偏光４１が入射した場合、その偏光のＸ軸と平行な偏光成分の位相差効果４１とＹ軸と平行な成分の位相差効果４２は相対的にλ/4の位相差を持つ。
【００４４】
図６にλ/4板進相軸３１を回転中心とした回転方向に倒れたλ/4板の図を示す。
【００４５】
図７に前記図６の状態でのλ/4板１３の位相特性を示す。
【００４６】
λ/4板１３の位相特性を、ＸＹ平面に投影した屈折率楕円体４４として表す。
【００４７】
屈折率楕円体４４は図５の屈折率楕円体４０に斜めから光が入射した特性と同等の位相特性であり、屈折率楕円体４０に対して位相差効果が大きく変化している。
【００４８】
つまり、前記図６の状態でＺ軸方向から前記λ/4板１３にＸ、Ｙ軸と平行でない直線偏光４５が入射した場合、その偏光のＸ軸と平行な偏光成分の位相差効果４６とＹ軸と平行な成分の位相差効果４７は相対的にλ/4からずれた位相差を持つことになる。
【００４９】
このようにλ/4板進相軸を回転中心とした回転方向に倒れてしまった場合でも、前記図１に示す調整機構によって偏光ビームスプリッタとのλ/4板の位置ずれを補正することができ、前記偏光ビームスプリッタ光学系を用いた画像表示装置において黒の漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供することができる。
【実施例２】
【００５０】
図８は本発明の第二の実施例における構成図である。
【００５１】
実施例１のλ/4板調整機構に対して、さらに入射光軸Ｚと平行な軸を回転軸とした位相板調整機構を有する事を特徴とする。
【００５２】
記述しない点においては実施例１同様であるとする。
【００５３】
λ/4板の装置組み込み時の取り付け誤差によって入射光軸Ｚに対して回転方向にずれた状態で組み込んでしまった場合、λ/4板の位相差効果はλ/4からずれてしまう。
【００５４】
本実施例におけるλ/4板部は内側λ/4板ホルダー５１、外側λ/4板ホルダー５２から構成され、λ/4板５０は内側λ/4板ホルダー５１によって保持されている。
【００５５】
内側λ/4板ホルダー５１は光軸Ｚと平行な回転軸５３を回転中心として回転方向に調整する事ができ、調整後に外側λ/4板ホルダー５２と固定できる構造となっている。
【００５６】
外側λ/4板ホルダー５２はλ/4板の進相軸と平行な回転軸５３を回転中心として回転できるような支持部５５を有し、回転方向に調整できる構造となっている。
【００５７】
実施例１同様に、λ/4板の位置調整は画像表示装置のスクリーン部に測定機を設置して、黒投影時の光量が最小になるように、前記内側λ/4板ホルダー５１および前記外側λ/4板ホルダー５２の位置を調整する。
【００５８】
前記調整により反射型液晶パネルへの入射光と反射光の相対的な位相差を正確にλ/2与える事が可能となり、偏光ビームスプリッタとの偏光方向ずれを補正することができ、黒の漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供することが可能となる。
【実施例３】
【００５９】
Ｌ字型のλ/4板ホルダーを有し、調整ネジの繰り出し量でλ/4板の位置を調整する位相板調整機構を有する事を特徴とする。
【００６０】
記述しない点においては実施例１同様であるとする。
【００６１】
図９は本発明の第三の実施例におけるＸＹ平面図である。
【００６２】
λ/4板６０はλ/4板ホルダー６１によって保持されている。
【００６３】
図１０は本発明の第三の実施例におけるＹＺ平面図である。
【００６４】
前記λ/4板ホルダー６１および支点部６２、調整ネジ６３からなり、調整ネジを紙面下方向に繰り出すとλ/4板ホルダー６１が押されてλ/4板は紙面右側に傾き、逆に調整ネジを紙面上方向に繰り込むとλ/4板は紙面左側に傾く構造になっている。
【００６５】
つまりネジの繰り出し量でλ/4板６０を任意の傾きに調整できる調整機構となっている。
【００６６】
実施例１同様に、λ/4板の位置調整は画像表示装置のスクリーン部に測定機を設置して、黒投影時の光量が最小になるように、前記内側λ/4板ホルダー６１の位置を調整する。
【００６７】
その結果、黒の漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供することが可能となる。
【実施例４】
【００６８】
位相差効果がλ/4より大きな位相板を用い、実施例１の位相板位置調整を行う事で、投影装置の漏れ光の増加を抑える事を特徴とする。
【００６９】
記述しない点においては実施例１同様であるとする。
【００７０】
λ/4板の製造上の位相特性誤差により、正常な位置に配置した場合にλ/4板透過時の位相差がλ/４からずれてしまう事がある。
【００７１】
このような場合、λ/4板を２回透過した後の位相差効果はλ/2からずれてしまい、偏光方向が偏光ビームスプリッタの検光特性とずれが生じてしまい、漏れ光が増加してしまうという問題がある。
【００７２】
前記位相板の位相差特性はλ/4より大きい場合とλ/4より小さい場合が考えられる。
【００７３】
本実施例の場合、位相差特性がλ/4より小さい場合でも、δa＞λ/4（λ/4板の中心波長に対する位相差をδaとする）となる位相板を用いて実施例１の調整を行う事で、確実にδa以下の位相差であるλ/4を与えることができ、漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供することが可能となる。
【００７４】
本実施例においてδa = λ/3.9、前記中心波長はＲＧＢ光路毎に設計時に任意に決めることができる波長のことであり、本実施例のＧ光路の中心波長は550nmである。
【００７５】
図１１は本発明の第四の実施例に用いる位相差がλ/3.9である位相板の位相特性を示す。
【００７６】
位相差がλ/3.9である位相板の位相特性を、ＸＹ平面に投影した屈折率楕円体５６として表す。
【００７７】
Ｚ軸方向から前記位相板にＸＹ軸と平行でない直線偏光５７が入射した場合、その偏光のＸ軸と平行な偏光成分の位相差効果５８とＹ軸と平行な成分の位相差効果５９は相対的にλ/3.9の位相差を持つ。
【００７８】
実施例１の調整機構を用いて、画像表示装置のスクリーン部に測定機を設置して黒投影時の光量が最小になるように前記位相板の位置を調整する。
【００７９】
その結果、黒の漏れ光を抑え、コントラストの高い画像表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明実施例１におけるλ/4板の位置調整手段としてのλ/4板調整機構の構造図。
【図２】λ/4板調整機構のＹＺ平面図。
【図３】実施例１であるプロジェクタの光学系の構成。
【図４】偏光ビームスプリッタ光学系部の構成。
【図５】理想的な配置の場合のλ/4板１３の位相特性。
【図６】λ/4板進相軸３１を回転中心とした回転方向に倒れたλ/4板の図。
【図７】図６の状態でのλ/4板１３の位相特性。
【図８】本発明の第二の実施例における構成図。
【図９】本発明の第三の実施例におけるＸＹ平面図。
【図１０】第三の実施例におけるＹＺ平面図。
【図１１】第四の実施例に用いる位相差がλ/3.9である位相板の位相特性を示す図。
【図１】
2010145502.tif 000003
【図２】
2010145502.tif 000004
【図３】
2010145502.tif 000005
【図４】
2010145502.tif 000006
【図５】
2010145502.tif 000007
【図６】
2010145502.tif 000008
【図７】
2010145502.tif 000009
【図８】
2010145502.tif 000010
【図９】
2010145502.tif 000011
【図１０】
2010145502.tif 000012
【図１１】
2010145502.tif 000013