(57)【要約】【課題】  光源の寿命を長くし、光源の交換（メンテナンス）の回数を少なくし、また省消費電力化を可能とする投影装置を提供する。【解決手段】  液晶パネルの垂直延長線上に青色、緑色、赤色の三色の高輝度の発光ダイオード２乃至４を配置し、各発光ダイオード２、３、４の背面には光を有効活用するためにドーム形状の反射板（リフレクタ）２ａ、３ａ、４ａを配置し、発光ダイオード２、３、４のすぐ前面には集光レンズ５、６、７を配置する。集光レンズ５乃至７にて集光された青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒをフライアイレンズ８、９、１０で明るさを均一化してから、ＰＳ変換素子１１、１２、１３、凸平レンズ１４、１５、１６、偏光素子１７、１８、１９を介して液晶パネル２０、２１、２２に供給する構成となっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色発光素子を光源とし、青色発光素子が発光した青色光を集光する集光レンズと、集光レンズが集光した青色光を均一化するフライアイレンズと、フライアイレンズによって均一化された青色光の偏光方向を所定の偏光方向に換える偏光素子と、偏光素子によって所定の偏光方向とされた青色光を変調する液晶パネルとを有する青色光処理系と、
緑色発光素子を光源とし、緑色発光素子が発光した緑色光を集光する集光レンズと、集光レンズが集光した緑色光を均一化するフライアイレンズと、フライアイレンズによって均一化された緑色光の偏光方向を所定の偏光方向に換える偏光素子と、偏光素子によって所定の偏光方向とされた緑色光を変調する液晶パネルとを有する緑色光処理系と、
赤色発光素子を光源とし、赤色発光素子が発光した赤色光を集光する集光レンズと、集光レンズが集光した赤色光を均一化するフライアイレンズと、フライアイレンズによって均一化された赤色光の偏光方向を所定の偏光方向に換える偏光素子と、偏光素子によって所定の偏光方向とされた赤色光を変調する液晶パネルとを有する赤色光処理系と、
上記青色光処理系の液晶パネルで変調された青色光と、上記緑色光処理系の液晶パネルで変調された緑色光と、上記赤色光処理系の液晶パネルで変調された赤色光とを合成するクロスプリズムと、
クロスプリズムによって合成された合成光を投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする投影装置。
【請求項２】
上記青色光処理系の青色発光素子、上記緑色光処理系の緑色発光素子及び上記赤色光処理系の赤色発光素子の各背面に、それぞれ反射板を設けることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタ等の投影装置に関するものであり、特に、液晶パネルによって形成されたＲＧＢ各色光を合成してスクリーン上にカラーの投射映像を形成する投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５には、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、液晶プロジェクタ装置という）の光学系の構成例を示す。この液晶プロジェクタ装置の光学系は、下記特許文献１等においても、従来技術として説明されている。
【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、光源５２には水銀ランプやキセノンランプが使用されている。これらのランプは高輝度であるため、その寿命は約８０００時間とＣＲＴなどと比べると極めて短く、定期的に交換する必要がある。光源５２から発せられた光は白色であり、まず、フライアイレンズ５３で中央部と周辺部の光量の均一化が行われた後、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）のようなＰＳ変換素子５４によって所定の偏光方向の光に偏光される。ＰＳ変換素子５４によって所定の方向に偏光された光は、集光レンズ５５によって集光されてから、第一のダイクロイックミラー５６で青色の光のみ反射され、青色光Ｂが取り出される。次に、第一のダイクロイックミラー５６を通過した光は第２のダイクロイックミラー５７で緑色の光Ｇのみ反射され、緑色光Ｇと赤色光Ｒが取り出される。各ダイクロイックミラー５６、５７は光の進路に対して４５度の角度で配置されるが、中央部の反射光と周囲での反射光で反射角のずれが生じる。その補正を行うためダイクロイックミラー５６、５７には、ウェッジと呼ばれる補正対策がなされている。また、三色の光の光路で他の二色に比べ光路が長い赤光路に対してリレーレンズ５８、５９を用いて他の二色との照度分布のマッチング補正を行うこともある。分光された三色の光（赤色、青色、緑色）は、必要に応じ反射ミラー６０乃至６２で９０度曲げられ、凸平レンズ６３乃至６５を介してから偏光板６６乃至６８に供給される。さらに、偏光板６６乃至６８で偏光方向が変えられた光は、液晶パネル６９乃至７１に供給される。液晶パネル６９乃至７１を通過した光は、偏光素子７２乃至７４を介して４Pプリズム（クロスプリズム）７５に供給される。この４Pプリズム（クロスプリズム）７５は、液晶パネル６９乃至７１にて光変調された光を合成する。クロスプリズム７５で合成された光は、投射レンズ７６を通してスクリーンを照らす。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４４７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したように、現在、液晶プロジェクタ装置５１の光源５２としては、水銀ランプやキセノンランプが使用されているが、白色光であるためダイクロイックミラーを２枚使用して、赤色、青色、緑色の光を取り出す必要がある。また、３色の光路に違いが生じるためリレーレンズを用いて照度分布のマッチングを行う必要がある。ランプとしては高輝度が望まれるため寿命はＣＲＴなどに比べると短く、定期的にランプを交換する必要がある。また、ランプ交換時には光軸を合わせる調整が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、光源の寿命を長くし、光源の交換（メンテナンス）の回数を少なくし、また省消費電力化を可能とする投影装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る投影装置は、上記課題を解決するために、青色発光素子を光源とし、青色発光素子が発光した青色光を集光する集光レンズと、集光レンズが集光した青色光を均一化するフライアイレンズと、フライアイレンズによって均一化された青色光の偏光方向を所定の偏光方向に換える偏光素子と、偏光素子によって所定の偏光方向とされた青色光を変調する液晶パネルとを有する青色光処理系と、緑色発光素子を光源とし、緑色発光素子が発光した緑色光を集光する集光レンズと、集光レンズが集光した緑色光を均一化するフライアイレンズと、フライアイレンズによって均一化された緑色光の偏光方向を所定の偏光方向に換える偏光素子と、偏光素子によって所定の偏光方向とされた緑色光を変調する液晶パネルとを有する緑色光処理系と、赤色発光素子を光源とし、赤色発光素子が発光した赤色光を集光する集光レンズと、集光レンズが集光した赤色光を均一化するフライアイレンズと、フライアイレンズによって均一化された赤色光の偏光方向を所定の偏光方向に換える偏光素子と、偏光素子によって所定の偏光方向とされた赤色光を変調する液晶パネルとを有する赤色光処理系と、上記青色光処理系の液晶パネルで変調された青色光と、上記緑色光処理系の液晶パネルで変調された緑色光と、上記赤色光処理系の液晶パネルで変調された赤色光とを合成するクロスプリズムと、クロスプリズムによって合成された合成光を投射する投射レンズとを備える。
【０００８】
青色発光素子、緑色発光素子及び赤色発光素子を用いるので、寿命が長くなる。また、ダイクロイックミラー、リレーレンズを不要とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る投影装置は、光源の寿命を長くし、光源の交換（メンテナンス）の回数を少なくし、また省消費電力化を可能とする。
【００１０】
また、光を分光するためのダイクロイックミラー、照度分布のマッチング補正を行うリレーレンズを使用する必要がなくなりコストダウンを実現できる。また、三色光を直接供給するため、途中のレンズ、ミラーを削除でき、それらを光が通過する時に発生する光の損失がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。この実施の形態は、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である。
【００１２】
図１には、液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す。従来の液晶プロジェクタで用いていたランプ光源の代わりに、液晶パネルの垂直延長線上に青色、緑色、赤色の三色の高輝度の発光ダイオード（Light emitting diode:ＬＥＤ）２乃至４を配置し、各発光ダイオード２、３、４の背面には光を有効活用するためにドーム形状の反射板（リフレクタ）２ａ、３ａ、４ａを配置し、発光ダイオード２、３、４のすぐ前面には集光レンズ５、６、７を配置する。集光レンズ５乃至７にて集光された青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒをフライアイレンズ８、９、１０で明るさを均一化してから、ＰＳ変換素子１１、１２、１３、凸平レンズ１４、１５、１６、偏光素子１７、１８、１９を介して液晶パネル２０、２１、２２に供給する構成となっている。さらに、液晶パネル２０、２１、２２にて光変調された各光は、偏光素子２３、２４、２５で偏光されてから４Pプリズム（クロスプリズム）２６に供給される。４Pプリズム（クロスプリズム）２６は、液晶パネル２０乃至２２にて光変調された光を合成する。クロスプリズム２６で合成された光は、投射レンズ２７を通してスクリーンを照らす。
【００１３】
以下、詳細に液晶プロジェクタ装置の光学系の構成を説明する。この液晶プロジェクタ装置は、クロスプリズム２６の３面に配置した３枚の液晶パネル２０乃至２２の各垂直延長線上に、青色ＬＥＤ２と、緑色ＬＥＤ３と、赤色ＬＥＤ４という三色の高輝度ＬＥＤである３つの光源を有している。
【００１４】
以下、青色ＬＥＤ２が発光した青色光を処理する系を青色光処理系とする。また、緑色ＬＥＤ３が発光した緑色光を処理する系を緑色光処理系とする。また、赤色ＬＥＤ４が発光した赤色光を処理する系を赤色光処理系とする。
【００１５】
青色光処理系、緑色光処理系、赤色光処理系の各ＬＥＤ２、３、４の背面には、それぞれ光を有効活用するためにリフレクタ２ａ、３ａ、４ａが配置されている。リフレクタ２ａ、３ａ、４ａは、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされているがことが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【００１６】
青色光処理系にあって、高輝度の青色ＬＥＤ２から出射された青色照明光Ｂは、集光レンズ５によって集光されてから、フライアイレンズ８に入射する。フライアイレンズ８は、青色照明光Ｂが液晶パネル２０の有効面積を均一に照明するように、照明光を液晶パネル２０の有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。
【００１７】
図２及び図３には、フライアイレンズ８の詳細な構成と原理を示す。フライアイレンズ８は、第１のレンズ群である第１フライアイ８ａと、第２のレンズ群である第２フライアイ８ｂという一対のフライアイレンズで構成される光学系である。第１のレンズ群８ａは、液晶パネル２０の表示面と相似の矩形形状である。青色ＬＥＤ２から出射された青色照明光Ｂは、第１のレンズ群８ａに入射し、多数の光束に分割された後、対応する第２のレンズ群８ｂに入射し、第２のレンズ群８ｂとその後のレンズ系によって第１のレンズ群８ａのそれぞれの開口部が液晶ライトバルブ（液晶パネル）２０上に重ね合わせて結像される。その結果、光軸中心で回転対称に分布していた２次光源光束はその強度を積分され、それぞれの強度差が相殺されて均一な強度分布を得る。フライアイレンズ８の材料は、白板ガラス、ＰＹＲＥＸ（登録商標）等で、型によるプレス成型による。
【００１８】
フライアイレンズ８を透過した青色照明光Ｂは、ＰＳ変換素子１１であるＰＢＳに入射する。ＰＳ変換素子１１は、上記青色照明光Ｂを所定の偏光方向の光に偏光する。液晶プロジェクタ装置では、液晶パネル２０で光の振動方向を変化させることで画像を作り出す。上記青色照明光Ｂは、入射側に設置されたＰＳ変換素子１１により液晶パネル２０に入射する光が、所定の偏光方向の光に偏光され、映像信号に応じて液晶パネル２０でその振動方向を０°乃至９０°に回転させられる。その後、後述の出射側の偏光板１７及び２３で偏光方向が換えられる。
【００１９】
緑色光処理系にあって、高輝度の緑色ＬＥＤ３から出射された青色照明光Ｇは、集光レンズ６によって集光されてから、フライアイレンズ９に入射する。フライアイレンズ９は、青色照明光Ｇが液晶パネル２１の有効面積を均一に照明するように、照明光を液晶パネル２１の有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。
【００２０】
フライアイレンズ８の詳細な構成は、図２及び図３に示したとおりである。フライアイレンズ９は、第１のレンズ群である第１フライアイ９ａと、第２のレンズ群である第２フライアイ９ｂという一対のフライアイレンズで構成される光学系である。第１のレンズ群９ａは、液晶パネル２１の表示面と相似の矩形形状である。緑色ＬＥＤ３から出射された緑色照明光Ｇは、第１のレンズ群９ａに入射し、多数の光束に分割された後、対応する第２のレンズ群９ｂに入射し、第２のレンズ群９ｂとその後のレンズ系によって第１のレンズ群９ａのそれぞれの開口部が液晶ライトバルブ（液晶パネル）２１上に重ね合わせて結像される。その結果、光軸中心で回転対称に分布していた２次光源光束はその強度を積分され、それぞれの強度差が相殺されて均一な強度分布を得る。
【００２１】
フライアイレンズ９を透過した緑照明光Ｇは、ＰＳ変換素子１２であるＰＢＳに入射する。ＰＳ変換素子１２は、上記緑色照明光Ｇを所定の偏光方向の光に偏光する。液晶プロジェクタ装置では、液晶パネル２１で光の振動方向を変化させることで画像を作り出す。上記緑色照明光Ｇは、入射側に設置されたＰＳ変換素子１２により液晶パネル２１に入射する光が、所定の偏光方向の光に偏光され、映像信号に応じて液晶パネル２１でその振動方向を０°乃至９０°に回転させられる。その後、後述の出射側の偏光板１８及び２４で偏光方向が換えられる。
【００２２】
赤色光処理系にあって、高輝度の赤色ＬＥＤ４から出射された赤色照明光Ｒは、集光レンズ７によって集光されてから、フライアイレンズ１０に入射する。フライアイレンズ１０は、赤色照明光Ｒが液晶パネル２２の有効面積を均一に照明するように、照明光を液晶パネル２２の有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。
【００２３】
フライアイレンズ１０の詳細な構成も、図２及び図３に示したとおりである。フライアイレンズ１０は、第１のレンズ群である第１フライアイ１０ａと、第２のレンズ群である第２フライアイ１０ｂという一対のフライアイレンズで構成される光学系である。第１のレンズ群１０ａは、液晶パネル２２の表示面と相似の矩形形状である。赤色ＬＥＤ４から出射された赤色照明光Ｒは、第１のレンズ群１０ａに入射し、多数の光束に分割された後、対応する第２のレンズ群１０ｂに入射し、第２のレンズ群１０ｂとその後のレンズ系によって第１のレンズ群１０ａのそれぞれの開口部が液晶ライトバルブ（液晶パネル）２２上に重ね合わせて結像される。その結果、光軸中心で回転対称に分布していた２次光源光束はその強度を積分され、それぞれの強度差が相殺されて均一な強度分布を得る。
【００２４】
フライアイレンズ１０を透過した赤照明光Ｒは、ＰＳ変換素子１３であるＰＢＳに入射する。ＰＳ変換素子１３は、上記赤色照明光Ｒを所定の偏光方向の光に偏光する。液晶プロジェクタ装置では、液晶パネル２２で光の振動方向を変化させることで画像を作り出す。上記赤色照明光Ｒは、入射側に設置されたＰＳ変換素子１３により液晶パネル２２に入射する光が、所定の偏光方向の光に偏光され、映像信号に応じて液晶パネル２２でその振動方向を０°乃至９０°に回転させられる。その後、後述の出射側の偏光板１９及び２５で偏光方向が換えられる。
【００２５】
図４は、ＰＳ変換素子の原理を説明するための図である。ＰＳ変換素子とは偏光分離膜（ＰＢＳ）と位相差板を利用して光源からの光を単一直線偏光に変換する。プロジェクタ装置は、ある一方向の直線偏光を用いて画像を作るため、使用する直線偏光が多いほどスクリーン照度を明るくできる。図４に示すＰＳ変換素子の具体例である位相差板は、光波の位相をコントロールするものであり、フィルム形状とされている。ＰＢＳでは、広帯域１／２λ板を使用し、直線偏光の振動方向を９０度回転させることで、Ｐ偏光をＳ偏光にしている。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態の液晶プロジェクタ装置は、青色光処理系、緑色光処理系、赤色光処理系にあって、高輝度の青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤを光源として用いているので、各光源の寿命を長くし、各光源の交換（メンテナンス）の回数を少なくし、また省消費電力化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】液晶プロジェクタ装置の光学系の構成図である。
【図２】フライアイレンズの原理説明図である。
【図３】フライアイレンズの斜視図である。
【図４】ＰＳ変換素子の断面図である。
【図５】従来の液晶プロジェクタ装置の光学系の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  液晶プロジェクタ装置、２  高輝度青色ＬＥＤ、３  高輝度緑色ＬＥＤ、４  高輝度赤色ＬＥＤ、５，６，７  集光レンズ、８，９，１０  フライアイレンズ、１１，１２，１３  ＰＳ変換素子、２０，２１，２２  液晶パネル、２６  クロスプリズム、２７  投射レンズ
【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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