(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色用、緑色用および青色用の三枚の反射型液晶板に偏光光線を入射し、各反射型液晶板で変調し反射された映像光を合成し投写する液晶プロジェクタ装置において、所定の色の波長域の光線を透過するとともに他の色の波長域の光線を反射する第１ダイクロイック層と、第１ダイクロイック層を透過した光線の偏光面を９０度回転する位相差層と、この位相差層からの光線を全反射する全反射層とからなる光学ユニットを設け、この光学ユニットからの偏光面を回転した光線または偏光面を回転しない光線を前記各反射型液晶板に入射するようにした液晶プロジェクタ装置。
【請求項２】
赤色用、緑色用および青色用の三枚の反射型液晶板に偏光光線を入射し、各反射型液晶板で変調し反射された映像光を合成し投写する液晶プロジェクタ装置において、所定の色の波長域の光線を透過するとともに他の色の波長域の光線を反射する所定の傾斜ダイクロイック特性を有する第２ダイクロイック層と、第２ダイクロイック層を透過した光線の偏光面を９０度回転する位相差層と、この位相差層からの光線を反射する所定の傾斜ダイクロイック特性を有する第３ダイクロイック層とからなる光学ユニットを設け、この光学ユニットからの偏光面を回転した光線または偏光面を回転しない光線を前記各反射型液晶板に入射するようにした液晶プロジェクタ装置。
【請求項３】
前記光学ユニットの前に、前記第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層と同じダイクロイック特性を有するダイクロイック層と、前記位相差層に相応する位相差を生じない透過層と、全反射層とからなる反射ユニットを設け、非平行光線の入射により前記光学ユニットで生じる光路差を補正するようにした請求項１または２記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項４】
前記第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層をｓ偏光用で構成した請求項１または２記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項５】
前記第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層で反射された光線を入射する反射型液晶板の前に入射光線の偏光面を９０度回転する１／２位相差板を配設し、該反射型液晶板に他の二枚の反射型液晶板と同じ偏光面入射型のものを用いるようにした請求項１または２記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項６】
前記光学ユニットの後に、光学ユニットで偏光面を回転しない１つの色の光線を反射するとともに偏光面を９０度回転した他の２つの色の光線を透過する偏光ビームスプリッタを設け、偏光ビームスプリッタで反射した前記１つの色の光線を１つの反射型液晶板に入射し、偏光ビームスプリッタを透過した他の２つの光線のうちの１つの色の光線を透過し他の１つの色の光線を反射するダイクロイックプリズムを設け、ダイクロイックプリズムで分離した前記２つの色の光線を二枚の反射型液晶板にそれぞれ入射し、二枚の反射型液晶板で変調し反射された映像光を前記ダイクロイックプリズムで合成し、前記偏光ビームスプリッタで反射し、前記１つの反射型液晶板で変調し反射され前記偏光ビームスプリッタを透過する映像光と共に投写レンズでスクリーンに投写するように構成し、前記ダイクロイックプリズムを、反射光線を投写レンズの反対側に出射するように構成すると共に対応する位置に相応の反射型液晶板を配置するようにした請求項１または２記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項７】
前記第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層を緑色の波長域の光線を反射するものとした請求項１または２記載の液晶プロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶板を用いた液晶プロジェクタ装置に係り、狭帯域位相差板を用いることにより部品点数を削減し小型化するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶板を用いた従来の液晶プロジェクタ装置は、例えば、図７に示すように、光源１からの白色光をレンズアレイ２、５およびレンズ６で集光し、ダイクロイックミラー41および42で赤、緑および青の三色に分離し、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）44Ｒ、44Ｇおよび44Ｂで各色光のｓ偏光成分をそれぞれ分離し、赤、緑および青色用の反射型液晶板10Ｒ、10Ｇおよび10Ｂにそれぞれ入射し、各反射型液晶板で変調し反射出力される各色のｐ偏光の映像光をクロスダイクロイックプリズム45で合成し、投写レンズ11でスクリーンに投写するように構成されている。このような従来の液晶プロジェクタ装置は、三個のＰＢＳと、高価なクロスダイクロイックプリズムを必要とするばかりでなく、また、赤、緑および青の各色の光路に反射型液晶板10Ｒ、10Ｇおよび10Ｂを干渉を生じないようにレイアウトしなければならないため、筐体の容積が大きくなるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような点に鑑み、ダイクロイック反射特性と位相差特性とを持つ光学ブロックを配置することにより特定波長域の光線の偏光面を90度回転し、部品点数を削減して装置を小型化し、また、１／２位相差板を用いることにより三枚の反射型液晶板を共通化することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液晶プロジェクタ装置は、光源からの白色光を赤、緑および青の三色に分離するとともに偏光し、これらの分離・偏光したそれぞれの色の光線を、赤色用、緑色用および青色用の三枚の反射型液晶板に入射し、各反射型液晶板で変調し反射された映像光を合成し投写する液晶プロジェクタ装置において、所定の色の波長域の光線を透過するとともに他の色の波長域の光線を反射する第１ダイクロイック層と、第１ダイクロイック層を透過した光線の偏光面を９０度回転する位相差層と、この位相差層からの光線を全反射する全反射層とからなる光学ユニットを設け、この光学ユニットからの偏光面を回転した光線または偏光面を回転しない光線を前記各反射型液晶板に入射するように構成する。
【０００５】
また、前記光学ユニットを、所定の色の波長域の光線を透過し、他の色の波長域の光線を反射する所定の傾斜ダイクロイック特性を有する第２ダイクロイック層と、この第２ダイクロイック層を透過した光線の偏光面を90度回転する位相差層と、該位相差層からの光線を反射する所定の傾斜ダイクロイック特性を有する第３ダイクロイック層とで構成し、入射光線が非平行のために生じる第２ダイクロイック層への入射角の違いによるダイクロイック特性の差を補正するようにしてもよい。
【０００６】
そして、光学ユニットの前に、第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層と同じダイクロイック特性を有するダイクロイック層と、上記位相差層に相応する位相差を生じない透過層と、全反射層とからなる反射ユニットを設け、光学ユニットで生じる光路差を補正するようにする。
【０００７】
なお、第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層をｓ偏光用で構成し、透過率特性を良好にして光線を有効利用するようにする。
【０００８】
また、第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層で反射された光線を入射する反射型液晶板の前に入射光線の偏光面を90度回転する１／２位相差板を配設することにより、この反射型液晶板に他の二枚の反射型液晶板と同じ偏光面入射型のものを用いるようにして、反射型液晶板の共通化を図る。
【０００９】
また、光学ユニットの後に、光学ユニットで偏光面を回転しない１つの色の光線を反射するとともに偏光面を90度回転した他の２つの色の光線を透過する偏光ビームスプリッタを設け、偏光ビームスプリッタで反射した１つの色の光線を１つの反射型液晶板に入射し、偏光ビームスプリッタを透過した他の２つの色の光線のうちの１つの色の光線を透過し他の１つの色の光線を反射するダイクロイックプリズムを設け、このダイクロイックプリズムで分離した２つの色の光線を二枚の反射型液晶板にそれぞれ入射し、この二枚の反射型液晶板で変調し反射された映像光をダイクロイックプリズムで合成し、偏光ビームスプリッタで反射し、前記１つの反射型液晶板で変調し反射され偏光ビームスプリッタを透過する映像光と共に投写レンズでスクリーンに投写するように構成し、ダイクロイックプリズムを、反射光線を投写レンズの反対側に出射するように構成すると共に対応する位置に相応の反射型液晶板を配置し、投写レンズのフランジを取付け易くする。
【００１０】
なお、第１ダイクロイック層または第２ダイクロイック層は、緑色の波長域の光線を反射するものとし、ダイクロイックプリズムの特性を緩やかにできるようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図１は本発明による液晶プロジェクタ装置の一実施例の要部構成図である。図において、１はメタルハライドランプ等を用いた白色光を発光する光源、２および５はレンズアレイ、３は全反射ミラー、４は光源１よりの白色光のｓ偏光成分を通すＰＢＳ、６は集光レンズ、７は光学ユニット、８はｓ偏光成分を反射しｐ偏光成分を透過するＰＢＳ、９は赤光を透過し青光を反射するダイクロイックプリズム、10Ｇはｓ偏光入射型の緑色用、10Ｂはｐ偏光入射型の青色用、10Ｒはｐ偏光入射型のそれぞれ反射型液晶板、11は投写レンズである。
【００１２】
光源１からの自然偏光の白色光は全反射ミラー３およびＰＢＳ４（ｓ偏光成分の光線を通す）を挟む二組のレンズアレイ２、５と集光レンズ６とにより集光されて光学ユニット７に入射する。光学ユニット７は、図１の詳細図に示すように第１ダイクロイック層7a、位相差層7bおよび全反射層7cを重ねたもので、例えば、第１ダイクロイック層7aは緑色の波長域の光線を反射するとともに青色および赤色の波長域の光線を透過し、位相差層7bは第１ダイクロイック層を透過した光線が全反射層7c（全反射ミラー）で反射され出射する間に偏光面を90度回転する。すなわち緑色の波長域の偏光面はそのままとし、青色および赤色の波長域の偏光面のみを90度回転する狭帯域位相差板である。偏光面を回転させない波長域を緑色とすることにより、後続のダイクロイックプリズム９の青色と赤色の分離特性（ダイクロイック特性）を緩やかなものにしても、反射型液晶板10Ｂ（青色用）および10Ｒ（赤色用）への入射光線は互いに波長域が離れるので光の干渉が生じないものとなる。
【００１３】
第１ダイクロイック層7aで反射された緑色波長域の光線（ｓ偏光）はＰＢＳ８で反射され、緑色用の反射型液晶板10Ｇに入射し、緑色映像信号で変調した映像光を反射出力する。この映像光はｐ偏光であるからＰＢＳ８を透過する。また、第１ダイクロイック層7aを透過した青色および赤色波長域の光線は位相差層7bを透過して全反射層7cで反射され、偏光面が90度回転してｐ偏光となり、ＰＢＳ８を透過してダイクロイックプリズム９に入射し、青色光線と赤色光線とに分離され、それぞれ青色用、赤色用の反射型液晶板10Ｂと10Ｒとに入射し、各色の映像信号で変調し反射され、それぞれｓ偏光の映像光となり、ダイクロイックプリズム９で合成され、ＰＢＳ８で反射され、ＰＢＳ８を透過する反射型液晶板10Ｇよりの緑色の映像光と共に投写レンズ11によりスクリーンに投写される。
【００１４】
なお、図２の部分構成図に示すように、ＰＢＳ８からの光線から分離した青色光線を投写レンズ11の反対側（図の上方）に反射するダイクロイックプリズム21を設けることにより、青色用の反射型液晶板10Ｂを投写レンズ11の反対側に配置してもよい。これにより、投写レンズ11と反射型液晶板10Ｂとの間隔が空き、投写レンズ11のフランジの取付けを容易にすることができる。
【００１５】
図３は、前記光学ユニット７の他の例を示すもので、入射光線が非平行のために生じるダイクロイック層への入射角の違い（入射角ａ＜ｂ＜ｃ）によるダイクロイック特性の差を補正するものである。ダイクロイック層の特性は、入射角が浅いほど透過光のカットオフ波長が長くなるとともに、反射光のカットオフ波長が短くなる。すなわち、図３に示す、入射角ａでは透過光のカットオフ波長が入射角ｂ（光軸）より長く、反射光のカットオフ波長が短くなり、入射角ｃでは透過光のカットオフ波長が入射角ｂ（光軸）より短く、反射光のカットオフ波長が長くなる。このため、光学ユニット７′は、青および赤色の波長域の光線を透過するとともに緑色の波長域の光線を反射するダイクロイック特性が矢印イの方向に傾斜した第２ダイクロイック層7a′と、第２ダイクロイック層7a′を透過した光線の偏光面を90度回転する位相差層7bと、位相差層7bからの光線を反射するダイクロイック特性が矢印イの方向に傾斜した第３ダイクロイック層7c′とで構成されており、ダイクロイック層の特性（カットオフ波長）を矢印の方向に連続的に変化させて補正を行う。なお、ダイクロイック層の特性を矢印の方向に傾斜（変化）させるのは、光軸に対して垂直方向（図の前後方向）には両端（図の前後端）でも入射角に大きな差はないが、光学ユニット７′を光軸に対し45度傾けるため、水平方向に対しては画面幅の約1.4 倍（逆サイン45度）となり両端（図の左上端と右下端）で入射角に大きな差が生じるからである。なお、図１の全反射層7cに代えて第３ダイクロイック層7c′を用いることにより、両ダイクロイック層の入射角による特性の差を別々に補正することができ、同時に第２ダイクロイック層7aを透過した不要な成分を第３ダイクロイック層7c′を透過させて破棄させることができる。
【００１６】
図４はもう一つの実施例の要部構成図で、光学ユニット７（または７′）の前に図１の全反射ミラー３に代えて反射ユニット31を配設する。これは、光学ユニット７の第１ダイクロイック層7aで反射される光線と全反射層7cで反射される光線とが反射後の光路に差が生じて照射エリアにずれが生じるのを補正するためである。この反射ユニット31は、図５に示すように、第１ダイクロイック層7a（または第２ダイクロイック層7a′）と同じ特性ダイクロイック層31ａと、位相差層7bと同じ厚みの透過層31ｂ（位相差を生じない層）と、全反射層31ｃとで構成する。これにより、反射ユニット31の全反射層31ｃで反射された光線ｓ′（青、赤光線）が光学ユニット７（または７′）の全反射層7c（または第３ダイクロイック層7c′）で反射されるものとなり（光線ｐ′）、ダイクロイック層31ａおよび第１ダイクロイック層7a（または第２ダイクロイック層7a′）で反射した光線ｓ（緑色）の光路と略一致するので、後続のＰＢＳ８への入射エリアが略一致し、反射型液晶板の照射エリアにずれが生じないものになる。なお、その他の各符号は図１の同符号と同じなので説明を省略する。
【００１７】
また、上記ではＰＢＳ４はｓ偏光成分を透過するものとし、光学ユニット７または７′の表面のダイクロイック層7a（または7a′）をｓ偏光用で構成するものとしたが、これは、図６に示すように、ダイクロイック膜（層）の透過率特性にｓ偏光光線とｐ偏光光線とで違いがあり、ダイクロイック層7a（または7a′）をｓ偏光用とすることにより、位相差層7bを透過した光線、すなわちｐ偏光となった光線の380nm 付近以下および780nm 付近以上の波長域の透過率が良好になり、この波長域の利用率が高まり投写画像の輝度が上がるからである。なお、ＰＢＳ４がｓ偏光光線を透過するものであるので、当然反射ユニット31のダイクロイック層にもｓ偏光用のものが用いる。
【００１８】
また、緑色用の反射型液晶板10Ｇの前に１／２位相差板を介挿し、ＰＢＳ８よりのｓ偏光光線の偏波面を90度回転してｐ偏光光線とすることにより、反射型液晶板10Ｇに反射型液晶板10Ｂおよび10Ｒと同じｐ偏光入射型を用いて三枚の反射型液晶板を共通化するようにしてもよい。なお、反射型液晶板10Ｇで変調され反射されたｓ偏光の映像光は１／２位相差板でｐ偏光となり、ＰＢＳ８を透過する。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明による液晶プロジェクタ装置によれば、ダイクロイック層、位相差層および全反射層（またはダイクロイック層）からなるダイクロイックな特性と位相差特性を持つ反射体（光学ユニット）を用いることにより比較的高価なＰＢＳの数を減らすことができ、コストを低減し装置を小型化することが可能となる有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶プロジェクタ装置の一実施例の要部構成図である。
【図２】本発明による液晶プロジェクタ装置の他の実施例の部分構成図である。
【図３】光学ユニットの一実施例の要部構成図である。
【図４】本発明による液晶プロジェクタ装置の他の実施例の要部構成図である。
【図５】反射ユニットおよび光学ユニットの一実施例の要部構成図である。
【図６】ダイクロイック層のｐ偏光とｓ偏光の透過率特性の一例である。
【図７】従来の液晶プロジェクタ装置の一例の要部構成図である。
【符号の説明】
１  光源
２、５  レンズアレイ
３、43  全反射ミラー
４、９、21、44G,44B,44R ＰＢＳ
６  集光レンズ
７、７′光学ユニット
7a  第１ダイクロイック層
7a′第２ダイクロイック層
7b  位相差層
7c、31ｃ  全反射層
7c′第３ダイクロイック層
８、45  ダイクロイックプリズム
10Ｇ  緑色用反射型液晶板
10Ｂ  青色用反射型液晶板
10Ｒ  赤色用反射型液晶板
11  投写レンズ
31  反射ユニット
31ａ  ダイクロイック層
31ｂ  透過層
41、42  ダイクロイックミラー
【図１】
0003573190.tif 000002
【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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