(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を第１色・第２色・第３色からなる光の三原色に分光し，分光された各光により各光に対応した３枚の液晶パネルを照射し，各々の液晶パネルを透過した３色の光を第１色反射のダイクロイックミラーと第２色反射のダイクロイックミラーで順次合成して投射レンズによりスクリーンに投影する液晶投射装置において，
前記投射レンズの横方向をＸ軸，前記投射レンズの縦方向をＹ軸，前記投射レンズの光軸方向をＺ軸として直交座標を定義した時，
前記第１色反射のダイクロイックミラーの反射面をＸ軸を中心にして所定角度傾斜させるとともに，前記第２色反射のダイクロイックミラーの反射面をＹ軸を中心に所定角度傾斜させたことを特徴とする液晶投射装置。
【請求項２】
光源からの光を第１色・第２色・第３色からなる光の三原色に分光し，分光された各光により各光に対応した３枚の液晶パネルを照射し，各々の液晶パネルを透過した３色の光を第１色反射のダイクロイックミラーと第２色反射のダイクロイックミラーで順次合成して投射レンズによりスクリーンに投影する液晶投射装置において，
前記投射レンズの横方向をＸ軸，前記投射レンズの縦方向をＹ軸，前記投射レンズの光軸方向をＺ軸として直交座標を定義した時，
前記第１色反射のダイクロイックミラーの反射面をＸ軸を中心にして４５度傾斜させるとともに，前記第２色反射のダイクロイックミラーの反射面をＹ軸を中心に４５度傾斜させたことを特徴とする液晶投射装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の液晶投射装置において，前記第１色反射のダイクロイックミラーの厚さを他方のダイクロイックミラーの厚さの半分にし，第１色の反射面を投射レンズの光軸に沿って後方に形成するとともに，この第１色反射のダイクロイックミラーの後方且つ平行に同一厚さで同一屈折率のガラス板を配置したことを特徴とする液晶投射装置。
【請求項４】
請求項３記載の液晶投射装置において，前記第１色反射のダイクロイックミラーと前記ガラス板とが貼合されたことを特徴とする液晶投射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレンズを使用した拡大投射装置，例えば液晶プロジェクタ装置などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一本の投射レンズと液晶表示パネル３枚を用いたプロジェクタ一として  図６に示す様な構成のものが知られている。図中において，１は光源，２は赤色光Ｒを反射するダイクロイックミラー，３は表面鏡，４は青色光Ｂを反射するダイクロイックミラー，５は青色光Ｂを反射するダイクロイックミラー，６は表面鏡，７は緑色光Ｇを反射するダイクロイックミラー，８は投射レンズ，９は緑色画像を形成する液晶パネル，１０は青色画像を形成する液晶パネル，１１は赤色画像を形成する液晶パネルを各々示し，光源１からの光はダイクロイックミラー２及び４で分光されて各色の液晶パネル９・１０・１１を通過し，各色画像はダイクロイックミラー７及び５で合成されて投射レンズ８で投射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
さて，図６に示す構成の場合，上述の様にダイクロイックミラー５及び７が画像合成様に使用されるが，この画像合成用のダイクロイックミラー５及び７が投射レンズ８の光軸に対して対称に配置されていないために非点収差が発生し，縦縞の解像力が最高の位置と横縞の解像力が最高の位置が異なり，スクリーンは双方の平均的な画像が得られる位置に設置されることとなり，投射レンズ８の最高の解像力を発揮することが出来ないという問題がある。又，レンズの横方向（図６におけるＸ方向）の光軸ズレが発生するという問題もある。
【０００４】
この様な問題を解決するために，例えば特開平４−２１６５４３号や特開平５−３１３１１９号等が提案されている。図７は特開平４−２１６５４３号を原理的に示したものであり，ガラス板１２をダイクロイックミラー７と光軸に対して逆の角度で配置し，ガラス板１３をダイクロイックミラー５と光軸に対して逆の角度で配置する様にした内容が示されている。尚，図７は図６の延長線上で示しているため，特開平４−２１６５４３号の図１とは図面の形状が若干異なっているが，特開平４−２１６５４３号は画像合成用のダイクロイックミラーの光路上にダイクロイックミラーと光軸に対して逆の角度でガラス板を配置することによって光軸ズレを補正している。しかしながら，この手法の場合には光軸ズレを修正することは出来るが，非点収差を基本的には補正することが出来ないという問題がある。次に，特開平５−３１３１１９号に関しては独立して図示はしないが，具体的には図６におけるダイクロイックミラー７やダイクロイックミラー５を適切な角度の楔状に形成し，収差を吸収する様にした内容が開示されている。しかしながら，特開平５−３１３１１９号の様に，面精度を維持しながら，楔状のダイクロイックミラーを形成することは技術的な困難性を伴い，コストアップにつながるという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたものであり，画像合成用のダイクロイックミラー投射レンズの光軸に対して対称配置されていないことによって発生する非点収差を吸収することが出来るようにした液晶投射装置を提供することを目的とする。要約すれば，本発明の液晶投射装置は，光源からの光を第１色・第２色・第３色からなる光の三原色に分光し，分光された各光により各光に対応した３枚の液晶パネルを照射し，各々の液晶パネルを透過した３色の光を第１色反射のダイクロイックミラーと第２色反射のダイクロイックミラーで順次合成して投射レンズによりスクリーンに投影する液晶投射装置を前提として：前記投射レンズの横方向をＸ軸，前記投射レンズの縦方向をＹ軸，前記投射レンズの光軸方向をＺ軸として直交座標を定義した時：前記第１色反射のダイクロイックミラーの反射面をＸ軸を中心にして所定角度傾斜させるとともに，前記第２色反射のダイクロイックミラーの反射面をＹ軸を中心に所定角度傾斜させることにより，双方のダイクロイックミラーを透過する光中の非点隔差を除去し，双方のダイクロイックミラーを透過する光路上での非点収差を解消する様にするものである。更に望ましくは，本発明の液晶投射装置は上記を前提として：前記第１色反射のダイクロイックミラーの厚さを他方のダイクロイックミラーの厚さの半分にし，第１色の反射面を投射レンズの光軸に沿って後方に形成するとともに，この第１色反射のダイクロイックミラーの後方且つ平行に同一厚さで同一屈折率のガラス板を配置する事により，全ての分光成分に関して，非点隔差を除去し，光軸上での非点収差を解消出来る様にするものである。
【０００６】
【作用】
光源からの光は光の三原色に分光され，各色に対応した液晶パネルを投射し，各々の液晶パネルを透過した３色の光は第１色反射のダイクロイックミラーと第２色反射のダイクロイックミラーで合成されて投射レンズによりスクリーンに投影される。各々のダイクロイックミラーは投射レンズの光軸に対して傾斜して配置されており，投射レンズの光軸に対して対称ではない。従って，各ダイクロイックミラーは非点収差を発生させるが，第１色反射のダイクロイックミラーを透過した光と，第２のダイクロイックミラーを透過した光とでは９０度異なる方向の非点収差を持ち，双方のダイクロイックミラーを透過した光の非点隔差は打ち消され，双方のダイクロイックミラーを透過する光路上では軸上で非点収差のない光路を実現することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の最適なる実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る液晶投射装置の１例を示す斜視図（等角投影図）である。又，図２は図１におけるミラーの配置位置を示す３次元座標を図１とは視点をずらして見た斜視図であり，後述の投射レンズ２４の中心を原点，投射レンズ２４の横方向をＸ軸，投射レンズ２４の縦方向をＹ軸，投射レンズ２４の光軸方向をＺ軸として示している。
【０００８】
図中１４は光源である。光源１４は図２における３次元座標の（−１，−１，−４）の点Ｐ０にＺ軸方向に光を照射する様に配置される。１５は赤色光Ｒを反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー１５は，その反射面が図２における３次元座標の（−１，−１，−３）の点Ｐ１に，Ｘ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，光源１４から入射した光中の赤色光ＲをＹ軸方向に反射する。１６は表面鏡であり，表面鏡１６は，その反射面が図２における３次元座標の（−１，０，−３）の点Ｐ２に，Ｚ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，ダイクロイックミラー１５から入射した赤色光ＲをＸ軸方向に反射する。１７は表面鏡であり，表面鏡１７は，その反射面が図２における３次元座標の（０，０，−３）の点Ｐ３に，Ｙ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，表面鏡１６から入射した赤色光ＲをＺ軸方向に反射する。１８はダイクロイックミラーであり，ダイクロイックミラー１８は，その反射面が図２における３次元座標の（−１，−１，−２）の点Ｐ４に，Ｘ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，ダイクロイックミラー１５から入射した青色光ＢをＹ軸方向に反射する。１９は表面鏡であり，表面鏡１９は，その反射面が図２における３次元座標の（−１，０，−２）の点Ｐ５に，Ｚ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，ダイクロイックミラー１８から入射した青色光ＢをＸ軸方向に反射する。２０はダイクロイックミラーであり，ダイクロイックミラー２０は，その反射面が図２における３次元座標の（０，０，−２）の点Ｐ６に，Ｙ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，表面鏡１９から入射した青色光ＢをＺ軸方向に反射する。２１は表面鏡であり，表面鏡２１は，その反射面が図２における３次元座標の（−１，−１，−１）の点Ｐ７に，Ｙ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，ダイクロイックミラー１８から入射した緑色光ＧをＸ軸方向に反射する。２２は表面鏡であり，表面鏡２２は，その反射面が図２における３次元座標の（０，−１，−１）の点Ｐ８に，Ｚ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，表面鏡２１から入射した緑色光ＧをＹ軸方向に反射する。２３はダイクロイックミラーであり，ダイクロイックミラー２３は，その反射面が図２における３次元座標の（０，０，−１）の点Ｐ９に，Ｘ軸を回転軸として４５度回転させて配置され，表面鏡２２から入射した緑色光をＺ軸方向に反射する。又，２４は投射レンズであり，投射レンズ２４は図における３次元座標の（０，０，０）の点Ｐ１０に光軸をＺ軸方向に向けて配置される。
【０００９】
２５は緑色画像を形成する液晶パネルであり，液晶パネル２５は表面鏡２１から表面鏡２２に至る光路中（即ち，図２の点Ｐ７とＰ８の間）に光路が直交する様に配置される。２６は青色画像を形成する液晶パネルであり，液晶パネル２６は表面鏡１９からダイクロイックミラー２０に至る光路中（即ち，図２の点Ｐ５とＰ６の間）に光路が直交する様に配置される。２７は赤色画像を形成する液晶パネルであり，液晶パネル２７は表面鏡１７からダイクロイックミラー２０に至る光路中（即ち，図２の点Ｐ３とＰ６の間）に光路が直交する様に配置される。
【００１０】
図１に示す様な構成の液晶投射装置の場合，第１色（本実施例の場合には青色光Ｂ）を反射するダイクロイックミラー２０で液晶パネル２６を透過した青色光Ｂと液晶パネル２７を透過した赤色光Ｒを合成し，第２色（本実施例の場合には緑色光）を反射するダイクロイックミラー２３で更に液晶パネル２５を透過した緑色光Ｇを合成することにより三色光ＧＢＲの画像を得て，投射レンズ２４でスクリーン上に投射する。
【００１１】
先ず，緑色光Ｇの画像に関しては，液晶パネル２５を通過した後の緑色光Ｇの画像は，表面鏡２２及び緑色光Ｇを反射するダイクロイックミラー２３という反射経路のみを通過して投射レンズ２４に入射するので，投射レンズ２４の光軸に対して非対称のダイクロイックミラーを通過することに起因する非点収差は全く生じない。
【００１２】
次に，赤色光Ｒの画像に関しては，液晶パネル２７を通過した後の赤色光Ｇの画像は，ダイクロイックミラー２０及び２３の双方を通過して投射レンズ２４に入射するので，各々のダイクロイックミラー２０及び２３を通過する時に非点収差を生じる。しかしながら，ダイクロイックミラー２０はＹ軸を中心に回転しているのでＸ軸方向に収差が生じ，又，ダイクロイックミラー２３はＸ軸を中心に回転しているのでＹ軸方向に収差が生じることになり，双方のダイクロイックミラー２０及び２３を通過した光中の非点隔差は消滅し，軸上での非点収差を生じない光路を得ることが出来る。従って，図１に示す実施例によれば，緑色光Ｇ及び赤色光Ｒに関して，非点収差を解消することが可能となる。
【００１３】
さて，青色光Ｂの画像に関しては，液晶パネル２６を通過した後に青色光Ｂの画像は，ダイクロイックミラー２０で反射された後にダイクロイックミラー２３を通過して投射レンズ２４に入射するので，ダイクロイックミラー２３を通過することによる非点収差は残存したままになる。即ち，図１に示す実施例は３色中の２色迄の非点収差の補正を成しえるものである。
【００１４】
図３乃至図５に示す実施例は図１に示す実施例では解消できなかった分光成分に関しても非点収差の補正を行い得るものである。図３に示す実施例において図１に示す実施例と共通する要素に関しては図１と同一符号を付して重複した説明は省略し，相違点を説明するといる。図３の場合，ダイクロイックミラー２０は厚さがダイクロイックミラー２３の半分のダイクロイックミラー２０ａ及び同一屈折率のガラス板２０ｂを貼合し，その貼合面が反射面２０ｃとなる様にしてある。
【００１５】
図４はこれをＹ軸方向から見た図であり，Ｘ軸に沿ってダイクロイックミラー２０ａに入射した青色光Ｂはダイクロイックミラー２０ａと空気との境界面で屈折した後に反射面２０ｃで反射して空気との境界面で再度屈折してＺ軸方向に進む。この時の射出方向はＺ軸に沿ってガラス板２０ｂに入射した赤色光Ｒの射出方向と一致する。即ち，図３及び図４に示す実施例の場合には，青色光Ｂに関しても半分の厚さのダイクロイックミラー２０ａの内部を往復透過することによってダイクロイックミラー２０及び２３を２度通過したのと等価な状態が得られることになり，青色光Ｇに関しても非点収差が補正されることになる。
【００１６】
図５は図４の変形例であり，ガラス板２０ｂをダイクロイックミラー２０ａから離反して配置した例を示している。ガラス板２０ｂはダイクロイックミラー２０ａと平行配置されている。この図５の場合もＸ軸に沿ってダイクロイックミラー２０ａに入射した青色光Ｂはダイクロイックミラー２０ａでの屈折及び反射面２０ｃでの反射をする過程でガラス板２０ｂにＺ軸に沿って入射した赤色光Ｒと同一方向に射出し，この図５の変形例でも青色光Ｇに関しても非点収差の補正が可能となる。尚，図４に示す実施例は図５に示す実施例中の空気間隔が「０」の特定の態様と把握することも出来る。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した様に，本発明によれば，色合成用の２枚のダイクロイックミラーが各々３次元空間で直交する軸を回転軸とした傾斜が設けられているので，各々のダイクロイックミラーを透過する時に縦軸方向及び横軸方向に各々生じる非点収差が合成される時に非点隔差が消滅し，投射レンズの光軸上に非点収差のない光路を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る液晶投射装置の斜視図。
【図２】図１に示す斜視図におけるミラーの配置個所３次元座標で示す図。
【図３】図１に示す実施例の変形例を示す斜視図。
【図４】図３に示すダイクロイックミラー２０をＹ軸方向から見た拡大図。
【図５】図４の変形例を示す拡大図。
【図６】従来の液晶投射装置の一例を示す構成図。
【図７】従来の液晶投射装置の他の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１４  光源
１５  ダイクロイックミラー
１６  表面鏡
１７  表面鏡
１８  ダイクロイックミラー
１９  表面鏡
２０  ダイクロイックミラー
２１  表面鏡
２２  表面鏡
２３  ダイクロイックミラー
２４  投射レンズ
２５  液晶パネル
２６  液晶パネル
２７  液晶パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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