(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を３つの原色光に分離して各原色光に対応する液晶表示パネルに照射し、これら各液晶表示パネルにおいて前記各原色光をその原色光に対応する映像信号により輝度変調し、これら変調された各原色光をダイクロイックプリズムにより合成し、合成された３つの原色光を所定のスクリーン上に拡大投射する液晶ビデオプロジェクタにおいて、
前記分離された３つの原色光の光路中に配された各液晶表示パネルに形成される前記光源の像が互いにそのサイズおよび上下左右の方向を略同一としうるように、前記分離された３つの原色光が前記各液晶表示パネルを照射するまでの各光路のうち、他の光路に比して長い少なくとも１つの光路中に、リレーレンズ、およびこのリレーレンズによって上下左右が反転した前記光源の像の上下左右を再反転しうる４枚以上の反射ミラーを配設してなることを特徴とする液晶ビデオプロジェクタ。
【請求項２】
前記反射ミラーの前段および/または後段に視野レンズを配設してなることを特徴とする請求項１記載の液晶ビデオプロジェクタ。
【請求項３】
前記反射ミラーが４枚構成とされてなることを特徴とする請求項１または２記載の液晶ビデオプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を３原色光に分離し、これら各原色光を液晶表示パネルに導き映像信号を用いて輝度変調せしめた後、ダイクロイックプリズムにより合成し、この合成光を所定のスクリーン上に拡大投射する液晶ビデオプロジェクタに関し、詳しくは、３原色光の各系を疑似的に等光路長とした液晶ビデオプロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、色分離された３原色光を液晶表示パネルを用い所定の映像信号により変調し、この変調光をダイクロイックプリズムにより合成した後、所定のスクリーン上に拡大投射する液晶ビデオプロジェクタが広く知られている。
このような液晶ビデオプロジェクタは、光源からの光を３原色光に分離し、各々の原色光を対応する液晶表示パネルに導くために２つのダイクロイックミラーと複数枚の反射ミラーからなる色分離光学系を備えている。
【０００３】
ところで、このような色分離光学系では光源から各液晶表示パネルまでの各原色光の光路長が全て等しくなるように設定されていないと、スクリーン上で各原色光の強度分布が一致しなくなるため、投影画像に色むらが生じてしまい、投影画像の画質の劣化を招く原因となる。
【０００４】
このような事情から、近年、各原色光の光路長を全て等しく設定するために図５に示すような色分離光学系を備えた液晶ビデオプロジェクタが開示されている（特開平5-107658号公報）。
【０００５】
すなわち、この従来技術を図５により説明すると、まず、光源１からの光は第１のダイクロイックミラー２で第１の原色光Ｒとその余の原色光に分離される。なお、第１の原色光Ｒはこの第１のダイクロイックミラー２で直角に反射され、この後第１の反射ミラー１３、第２の反射ミラー１４および第３の反射ミラー１５で順次直角反射され第１の液晶表示パネル４に入射する。
【０００６】
一方、上記その余の原色光は第４の反射ミラー１６で直角反射された後、第２のダイクロイックミラー６で第２の原色光Ｇと第３の原色光Ｂに分離される。なお、第２の原色光Ｇはこの第２のダイクロイックミラー６で直角に反射される。この第２の原色光Ｇは上記第１の反射ミラー１３の裏面に配置された第５の反射ミラー１７で直角反射され第２の液晶表示パネル７に入射する。また、第３の原色光Ｂは第６の反射ミラー１８で直角反射され第３の液晶表示パネル１０に入射する。この後、各液晶表示パネル４，７，１０を透過した原色光はダイクロイックプリズム５で合成され、この合成された原色光は投影レンズ１１によりスクリーン上に拡大投射される。
【０００７】
この従来技術においては、２枚のダイクロイックミラー２，６と６枚の反射ミラー１３，１４，１５，１６，１７，１８を上記の如く配設して、光源１から各液晶表示パネル４，７，１０までの各原色光Ｒ，Ｇ，Ｂの光路長を互いに等しく設定しているので、前述した色むらの発生を回避することができる。しかし、その一方で、各原色光の光路長を互いに等しく設定するために光学設計の自由度が小さくなるという問題があり、さらに、反射ミラーの枚数も多くなりがちであって反射ミラーに要するコストが増加するとともに組立工数も増加し、結局製造コストが増加するという問題もある。
【０００８】
そこで、近年リレーレンズを用いて疑似等光路長を達成した光学系を採用することが考えられている。
すなわち、この疑似等光路長とは、無理に実際の光路長を等長とすることなく、光路長の長いチャネル中にリレーレンズを配することにより光源から各液晶表示パネルまでの各光路長を実質的に等長とするようにしたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように光路中にリレーレンズを配するとこのリレーレンズによって光像の上下左右が反転してしまう。上下左右が反転した光像によって照明された色光と、反転していない光像によって照明された色光とではスクリーン上での強度分布が一致せず、結局、投影画像に色むらが生じてしまうことになり、せっかく各光路長を実質的に等長としても投影画像の画質の劣化を防止することが困難となってしまう。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、光学設計の自由度の減少を最小限に押さえつつ、投影画像上での色むらの発生を確実に防止しうる液晶ビデオプロジェクタを提供することを目的とするものである。
さらに、これらの目的に加え光学部品点数の増加を最小限に押さえ得る液晶ビデオプロジェクタを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶ビデオプロジェクタは、光源からの光を３つの原色光に分離して各原色光に対応する液晶表示パネルに照射し、これら各液晶表示パネルにおいて前記各原色光をその原色光に対応する映像信号により輝度変調し、これら変調された各原色光をダイクロイックプリズムにより合成し、合成された３つの原色光を所定のスクリーン上に拡大投射するものであって、
前記分離された３つの原色光の光路中に配された各液晶表示パネルに形成される前記光源の像が互いにそのサイズおよび上下左右の方向を略同一としうるように、前記分離された３つの原色光が前記各液晶表示パネルを照射するまでの各光路のうち、他の光路に比して長い少なくとも１つの光路中に、リレーレンズ、およびこのリレーレンズによって上下左右が反転した前記光源の像の上下左右を再反転しうる４枚以上の反射ミラーを配設してなることを特徴とするものである。
【００１２】
なお、前記反射ミラーの前段および／または後段に視野レンズを配設することが周辺光量の損失を防止するために有効である。さらに、前記反射ミラーの枚数を最小限に押さえるためには反射ミラーを４枚構成とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１、および図１のＡ方向矢視図である図２を用いて本発明の実施形態に係る液晶ビデオプロジェクタを説明する。この液晶ビデオプロジェクタは、光源１０１  と、３原色光を分離する第１および第２のダイクロイックミラー１０２  ，１０６  と、全反射ミラー１１８  と、３つの液晶表示パネル１０４  （赤色光用），１０７（緑色光用）  ，１１０  （青色光用）と、３原色光を合成するダイクロイックプリズム１０５  と、投影レンズ１１１  とを備えている。
【００１４】
上記光源１０１  はハロゲンランプ、あるいはメタルハライドランプ等の高輝度白色光源である。
なお、通常、この光源１０１  の光射出側には紫外光および赤外光をカットするＵＶ／ＩＲカットフィルタが配され、また光源１０１  およびその近傍を空冷等により冷却するための冷却手段が設けられている。
【００１５】
第２のダイクロイックミラー１０６  は緑色光／赤色光反射ミラーであり、また第１のダイクロイックミラー１０２  は緑色光反射ミラーであって、各々ガラス基板上に所定の原色光を反射する分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されている。
また、３つの液晶表示パネル１０４  ，１０７  ，１１０  は各々ツイステッド・ネマティック（ＴＮ）型液晶表示素子からなり、図示されない液晶ドライバからの対応する映像信号に応じて映像を表示し、入射された各原色光を輝度変調する。
【００１６】
さらに、ダイクロイックプリズム１０５  は、４個の直角プリズムを接合してなり、その直交する２つの接合面には、各々赤色光反射ミラーおよび青色光反射ミラーとしての分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されており、赤，緑，  青の３原色光を白色光の１本の光束に合成することが可能である。
【００１７】
また、投影レンズ１１１  は、合成された３原色光を所定の距離に配されたスクリーン上に投射し、このスクリーン上にフルカラー画像を拡大投影することができるように構成されている。
また、赤色光Ｒ用の系中には１つのリレーレンズ１２０  が配されており、このリレーレンズ１２０  の前段と後段には各々２枚の全反射ミラー１３１〜１３４が配されており、さらに全反射ミラー１３１の前段と全反射ミラー１３４の後段には各々１つのフィールドレンズ１２１，１２２  が配されている。
【００１８】
さらに、第１のダイクロックミラー１０２  と緑色光用液晶表示パネル１０７  および第３の全反射ミラー１１８  と青色光用液晶表示パネル１１０  の間には各々フィールドレンズ１２３，１２４  が配されている。
【００１９】
以下、上記の如く構成された液晶ビデオプロジェクタの作用を説明する。
光源１０１  から出力された光（白色光）は第２のダイクロイックミラー１０６により青色光Ｂとその余の原色光に分離される。この第２のダイクロイックミラー１０６  は上述したように緑色光Ｇおよび赤色光Ｒを反射する分光特性を有するダイクロイックミラーであって、照明光に対して青色光Ｂ以外の原色光を左直角方向に反射する。この第２のダイクロイックミラー１０６  を透過した青色光Ｂは全反射ミラー１１８  により直角反射されて青色光用液晶表示パネル１１０  に導かれる。
【００２０】
一方、第２のダイクロイックミラー１０６  により左方向に直角反射された青色光Ｂ以外の原色光は、第１のダイクロイックミラー１０２  により緑色光Ｇと赤色光Ｒに分離される。
この第１のダイクロイックミラー１０２  は、上述したように緑色光Ｇを反射する分光特性を有し、また上記青色光Ｂ以外の原色光に対してその入射角が４５°となるように配されているので、緑色光Ｇを直角反射し、赤色光Ｒを透過する。
【００２１】
第１のダイクロイックミラー１０２  により反射された緑色光Ｇは緑色光用液晶表示パネル１０７  に導かれる。
また、第１のダイクロイックミラー１０２  から透過された赤色光Ｒは全反射ミラー１３１および全反射ミラー１３２により順次反射され、リレーレンズ１２０  を通過し、さらに全反射ミラー１３１および全反射ミラー１３２により順次反射されて赤色光用液晶表示パネル１０４  に導かれる。
【００２２】
このようにして、対応する液晶表示パネル１０４  ，１０７  ，１１０  に入射した各原色光Ｒ，Ｇ，Ｂは、これらの液晶表示パネル１０４  ，１０７  ，１１０  において、各原色光Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する映像信号により輝度変調され、この後ダイクロイックプリズム１０５  において１本の白色光に合成され、投影レンズ１１１  により拡大されて所定のスクリーン上に投射される。これにより、各液晶表示パネル１０４  ，１０７  ，１１０  に表示された映像はスクリーン上にフルカラー画像として投影される。
【００２３】
ところで、上記実施形態においては、上述した如く赤色光Ｒ用の系内に１つのリレーレンズ１２０  と４枚の全反射ミラー１３１〜１３４を挿入している。これら４枚の全反射ミラー１３１〜１３４は図３に示すように、一平面内ではなく３次元的な空間内に配されており、光源１０１からの照明光がこの４枚の全反射ミラー１３１〜１３４を通過するうちに、その光像の上下左右が反転するような配置構成とされている。この配置構成を図３を用いてより具体的に説明すれば、第１のダイクロイックミラー１０２  からの照明光は全反射ミラー１３１  によって斜め上方に反射され、次に全反射ミラー１３２  によって斜め下方に反射され、次に全反射ミラー１３３  によって斜め上方に反射され、
最後に全反射ミラー１３４  によって赤色光用液晶表示パネル１３４  方向に横方向に反射されることになる。そして、２つの全反射ミラー１３２，１３３の略中間位置にリレーレンズ１２０  が配される。なお、これら４枚の全反射ミラー１３１〜１３４およびリレーレンズ１２０  の上下位置関係は図２に示されている。
【００２４】
すなわち、光源１０１  の像はリレーレンズ１２０  によって上下左右が反転されることとなるが、上記４枚の全反射ミラー１３１〜１３４によって上下左右が再度反転されることとなり、元の光像と上下左右の配置が同一の光像が赤色光用液晶表示パネル１０４  上に形成されることとなる。
【００２５】
本来、リレーレンズ１２０  を長い光路（赤色光Ｒ用の光路）中に配するのはこの赤色光Ｒ用の系の光路長を他の２つの系の光路長と疑似的に等しくするためである。すなわち、スクリーン上で各原色光の強度分布を一致させるためには、３つの系の光路長を等しくする必要があるが、このような液晶ビデオプロジェクタの光学部材の配置上、３原色光の各系を互いに等光路長とすると光学設計の自由度が減少したり、反射ミラーの枚数が増加する等という問題があり、これらの問題を解決するためにリレーレンズを用いて３つの系が疑似的に（実質的に）等光路長となるようにしたものである。しかしながら、光路中にリレーレンズ１２０  のみを挿入した場合には、赤色光用表示パネル１０４  上のみに上下左右が反転した光像が形成されることとなりスクリーン上での画像の色ムラの原因となる。そこで、上記本実施例のものでは上述したように配された４枚の全反射ミラー１３１〜１３４により上記光像の上下左右を反転しうるようにし、リレーレンズ１２０  によって上下左右が反転する光像の上下左右を再反転できるようにして、赤色光用液晶表示パネル１０４  上に、他の２つの液晶表示パネル１０７，１１０  と、強度および上下左右が同一の光像を形成するようにしている。
【００２６】
これにより、スクリーン上には、強度分布が同一の各色光によって照明された３つの原色画像が重ね合わされて形成されるからスクリーン上のカラー画像に色ムラが発生するのを防止できる。
【００２７】
なお、上記リレーレンズ１２０  の位置は必ずしも２つの全反射ミラー１３２，１３３の略中間位置とする必要はないが、リレーレンズ１２０  による上記光像の結像点が赤色光用液晶表示パネル１０４  上に位置するようにこのリレーレンズ１２０  の焦点距離および配設位置を設定する必要がある。
【００２８】
また、上述した各フィールドレンズ１２１〜１２４  はレンズ周辺光量の損失を防止するために有効であり、特に、図示するように、４枚の全反射ミラー１３１〜１３４の直前および直後に各々フィールドレンズ１２１，１２２  を設けるようにすれば上記周辺光量の損失を防止する効果を一層向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明の液晶ビデオプロジェクタとしては上記実施形態のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。
例えば、４枚の全反射ミラー131〜134の配置としても種々の配置を採り得ることができ、これらを両者の中点を中心として任意の角度だけ回転させた図４に示す如き配置とすることができる。この場合には、これら全反射ミラー132a,133aのみならず両端に位置する２枚の全反射ミラー131a,134aの角度およびリレーレンズ120aの位置を調整する必要がある。
【００３０】
また、２つの系内に各々上述した如きリレーレンズおよび全反射ミラーを挿入することも可能である。
また、フィールドレンズの配置および数も適宜変更可能であり、例えば上述した４つの全反射ミラー１３１〜１３４  の間にフィールドレンズを配することも可能である。
【００３１】
また、上記光源の像の上下左右を反転させるための全反射ミラーを５枚以上とすることも可能である。
また、赤，緑，  青各光の光路はダイクロイックミラーの分光特性を変えることにより互いに入れ替え可能である。
【００３２】
さらに、上記実施例においては反射ミラーとして全反射ミラーを用いているが、一部の全反射ミラーをハーフミラーに代え、各原色光間の光量調整を行なうことも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の液晶ビデオプロジェクタによれば、３原色光の各系を実質的に等光路長とするために、疑似等光路長を形成するリレーレンズを設け、しかもこのリレーレンズを設けた色光系内に４枚以上の全反射ミラーを設けており、リレーレンズにより上下左右反転され得る光源の像を、全反射ミラーの組により上下左右再反転させ得るようにしている。これにより、リレーレンズを用いて各系を疑似等光路長とする場合にも強度分布の一致した光源の像によって３つの液晶表示パネルを照明することができ、スクリーン上の投影画像に色ムラが発生するのを確実に防止することができる。また、これにより色ムラに伴う投影画像の画質の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶ビデオプロジェクタを示す平面図
【図２】図１のＡ方向矢視図
【図３】図１に示す全反射ミラーを拡大して示す斜視図
【図４】図２の一部変更例を示す概略図
【図５】従来の液晶ビデオプロジェクタを示す概略図
【符号の説明】
１，１０１            光源
２，６，１０２，１０６            ダイクロイックミラー
１３，１４，１５，１６，１７，１８，１３１，１３２，１３３，１３４      反射ミラー（全反射ミラー）
４，７，１０，１０４，１０７，１１０          液晶表示パネル
５，１０５                    ダイクロイックプリズム
１１，１１１                    投影レンズ
１２０，  １２０ａ                  リレーレンズ
１２１，  １２２，  １２３，  １２４        フィールドレンズ
【図１】
0003625974.tif 000002
【図２】
0003625974.tif 000003
【図３】
0003625974.tif 000004
【図４】
0003625974.tif 000005
【図５】
0003625974.tif 000006