(57)【要約】【課題】３板式の液晶プロジェクターを組み込んだプロンプターにおいて、プロジェクターの投射光学系の光軸に対して傾いたハーフミラーを用いると、色ムラが発生するという問題があった。【解決手段】そこで、３つの液晶パネルからの色光を合成した後に、波長板或いは位相板を挿入することにより、ハーフミラーを介しても色ムラが発生しないようにした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光方向を有する少なくとも１つの第１色光と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を有する少なくとも１つの第２色光とを合成する色合成光学系と、該色合成光学系からの光を所定面上に投射する投射光学系と、前記第１の偏光方向の光に対する反射率と前記第２の偏光方向の光に対する反射率とが異なり、前記所定面からの光の少なくとも一部を反射する反射部材とを有する観察光学系であって、
前記第１色光と前記第２色光とが合成された合成光路上に、波長板及び／又は偏光板を有することを特徴とする観察光学系。
【請求項２】
第１の偏光方向を有する少なくとも１つの第１色光と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を有する少なくとも１つの第２色光とを合成する色合成光学系と、該色合成光学系からの光を所定面上に結像する結像光学系とを有する投射光学系であって、
前記結像光学系が前記第１の偏光方向の光に対する反射率と前記第２の偏光方向の光に対する反射率とが異なる反射部材を有しており、前記色合成光学系と前記反射部材との間に、波長板及び／又は偏光板を有することを特徴とする投射光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色毎に異なる偏光特性を有する像を投射する投射光学系および投射像を観察する光学系に関し、特に偏光特性を有する反射部材を含む投射光学系および観察光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンが普及するにしたがい、パソコンで作成した資料でプレゼンテーションすることが多い。その際、講演者と聴衆は互いの表情をみながら講演者は常に聴衆の方を向いて原稿を読み、話しをすることができるようにプロンプターを用いることが多くなってきた。現状のプロンプターは液晶パネルなどの表示装置をハーフミラーを通してみる構成になっている。しかし表示装置はバックライト付きの液晶パネルのためさほど明るさを確保できず、かつ講演者と聴衆が互いの表情をみることができるようにハーフミラーの反射率は押さえられているため、講演者が見る原稿像は比較的暗く見づらい場合がある。そのために会場を暗くせざるを得ず、話し手と聴衆が互いの表情を見ることができるというプロンプターのメリットが半減している。
【０００３】
そこで、プロンプターを明るくする方法として、液晶プロジェクターの投射像を適当なサイズでスクリーンに投射し、そのスクリーン像をハーフミラーを介して講演者が見る構成のプロンプターが特許登録２９１６８２５号公報に開示されている。しかしながら、ここで用いられているような液晶プロジェクターは近年画像の高精細化が求められており、赤、緑、青の３色の液晶パネルを用いてそれらの合成画像をスクリーン上に投影するものが一般的である。さらに、３色の液晶パネルからの光は、例えば緑色用液晶パネルからはＰ偏光、赤色用液晶パネル、青色用液晶パネルからはＳ偏光と言った具合に、偏光方向が異なる場合が多い。このような構成の液晶プロジェクターを前述の特許登録２９１６８２５号公報のプロンプターに用いた場合、液晶プロジェクターの光軸に対して傾けて配置されたハーフミラーからの反射光は、それぞれの色光の偏光方向の違いから色によって反射率が異なってしまい、その結果白色部分に色がついてしまう。
【０００４】
また、近年のプロジェクターにおいては、投射光学系をレンズではなく、屈折力を有する反射ミラーで構成する投射光学系が提案されている。しかし３板式液晶プロジェクターにおいて色光によって液晶パネルから出射される色光の偏光方向が異なる場合、入射光に対する反射率が偏光方向によって異なる反射ミラーを有する投射光学系を用いると、白色画像は色付いて投射されてしまうという欠点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は色毎に偏光方向の異なる画像光を出射する液晶パネル（画像形成素子）からの光をスクリーンに投射する光学系および投射像を観察する光学系において、偏光特性を有する（光の偏光方向によって反射率の異なる）反射部材を介しても白色画像に色付きのない投射像を形成できる、或いは色つきのない画像を観察することができるようにすることを目的にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記の目的を達成するために、本願発明請求項１に記載の観察光学系は、第１の偏光方向を有する少なくとも１つの第１色光と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を有する少なくとも１つの第２色光とを合成する色合成光学系と、該色合成光学系からの光を所定面上に投射する投射光学系と、前記第１の偏光方向の光に対する反射率と前記第２の偏光方向の光に対する反射率とが異なり、前記所定面からの光の少なくとも一部を反射する反射部材とを有する観察光学系であって、前記第１色光と前記第２色光とが合成された合成光路上に、波長板及び／又は偏光板を有することを特徴としている。
【０００７】
ここで、前記波長板が１／２波長板であり、該波長板の遅相軸の方向は、前記第１の偏光方向とも前記第２の偏光方向とも異なるようにしても良い。また、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向とが互いに略９０度をなしており、前記１／２波長板の遅相軸が、前記第１の偏光方向に対して、又は前記第２の偏光方向に対して２０度以上２５度以下（好ましくは２２．５度）の角度をなすようにしても良い。
【０００８】
また、前記波長板が１／４波長板であり、該波長板の遅相軸の方向は、前記第１の偏光方向とも前記第２の偏光方向とも異なるようにしても良い。また、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向とが互いに略９０度をなしており、前記１／４波長板の遅相軸が、前記第１の偏光方向に対して及び／又は前記第２の偏光方向に対して４０度以上５０度以下（好ましくは４５度）の角度をなすようにしても良い。
【０００９】
また、前記偏光板の透過軸の方向が、前記第１の偏光方向とも前記第２の偏光方向とも異なるように構成しても良い。ここで、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向とが互いに略９０度をなしており、前記偏光板の透過軸の方向が、前記第１の偏光方向に対して及び／又は前記第２の偏光方向に対して４０度以上５０度以下（好ましくは４５度）の角度をなすようにしても良い。
【００１０】
また、前記波長板が色選択性波長板であっても良い。ここで、前記色選択性波長板を透過した前記第１色光と前記第２色光とは、偏光方向が略一致（好ましくは偏光方向の差が５度以内）するように構成しても良い。
【００１１】
また、前記波長板は２枚構成でもよい。たとえば色合成光学系側から順に１／２波長板、１／４波長板を配置する構成がよい。
【００１２】
また、前記波長板及び又は前記偏光板が、前記色合成光学系と前記反射部材との間の光路上に配置されているのが好ましい。
【００１３】
また、上述のような観察光学系を用いて、液晶画像素子（液晶パネル）やその他の原画の情報を形成する画像形成素子からの光を観察することが可能な観察装置を構成しても構わない。
【００１４】
また、本願発明の目的を達成する投射光学系としては、第１の偏光方向を有する少なくとも１つの第１色光と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を有する少なくとも１つの第２色光とを合成する色合成光学系と、該色合成光学系からの光を所定面上に結像する結像光学系とを有する投射光学系であって、前記結像光学系が前記第１の偏光方向の光に対する反射率と前記第２の偏光方向の光に対する反射率とが異なる反射部材を有しており、前記色合成光学系と前記反射部材との間に、波長板及び／又は偏光板を有するように構成するのが好ましい。ここで、上述の観察光学系において好ましい構成をこの投射光学系に適用しても構わないし、また、この投射光学系を用いて、原画情報を形成する画像形成素子からの光を投射する投射装置を構成しても構わない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１６】
（第１実施例）
本発明の第１の実施例としてプロンプター（観察装置）に適用した例を示す。図１は本発明に関するプロンプターの構成を説明する図である。図中、１は液晶プロジェクター、１Ｌは投射レンズ、１１は液晶パネル、１２はダイクロイックプリズム、２は結像レンズ、３は位相板、４は反射ミラー、５はスクリーン（拡散板、光偏向部材、光屈折部材、半透過膜等）、６はハーフミラー、７は演台である。図中の液晶プロジェクター１は詳細な光学系を図示していないが、３枚の液晶パネルを使用し、それぞれＲＧＢの各色の照明光によりカラー投射できるフロントプロジェクターである。図１において液晶プロジェクター１の投射レンズ１Ｌから投射される投射像は結像レンズ２によってスクリーン５上に適当な大きさに結像される。講演者はスクリーン５上の画像をハーフミラー６で反射して見ることができる。ハーフミラー６の反射率を１０％前後（５％以上２０％以下程度が好ましい）にしておけば講演者はスクリーン上の像を見ることができ、同時にハーフミラー６を通して聴衆を見ることができる。また聴衆もハーフミラー６を通して講演者を見ることができる。スクリーン５に結像される投射像の大きさは講演者が無理なく画面全体をみることができるように視野角が１０度くらい（７度以上２０度以下が好ましい）になるように設定するのがよい。したがって、液晶プロジェクター１の液晶パネルサイズ及び投射レンズ１Ｌの焦点距離に応じて結像レンズ２の焦点距離を適切な値に設定するのがよい。図１の構成は液晶プロジェクター１の特性を生かしてスクリーン５上に明るく高コントラストの投射像を形成でき、講演者はそのスクリーン５上の投射像をみることができる。なおスクリーン５の近傍にフィールドレンズを配置すると照明効率が上がるため講演者はさらに明るい投射像をみることができる。この場合にはスクリーン５は外しても投射像全体をほぼ均等な明るさで観察できる。
【００１７】
上記の構成のプロンプターにおいて、ハーフミラー６は４５度入射のためコーテイング無しでもコーテイング有りでも偏光特性を有する。通常誘電体膜のコーテイングによって所望の反射特性を得ている。図２に平均反射率１０％程度の偏光特性の１例を示す。図中Ｓ，Ｐはハーフミラーに入射するＳ偏光、Ｐ偏光の反射率を示す。図２に示すようにＳ偏光、Ｐ偏光で反射特性が大きく異なる。一方、液晶プロジェクター１はダイクロイックプリズム１２により３色の液晶パネル像を合成して投射する構成をとっているために色毎に偏光方向の異なる直線偏光の光束を投射レンズから射出している。図６にＲＧＢ　３色の液晶パネルとダイクロイックプリズムとの関係を示す。図中、１１Ｒ，１１Ｇ、１１ＢはそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの画像を表示する液晶パネル、１２はダイクロイックプリズムである。この場合、一般に知られているダイクロイックプリズムの透過、反射特性から１１Ｇから射出されるＧ像の射出光束は紙面に平行方向の直線偏光に、１１Ｒ，１１Ｂから射出されるＲ，Ｂ像の射出光束は紙面に垂直方向の直線偏光にするのがよい。このように直線偏光の方向を設定すると各色の光束はダイクロイックプリズム１２において効率よく反射あるいは透過した後にダイクロイックプリズム１２から射出される。この図６は図１の構成において上方向から見た図である。図６の構成を図１に適用すると、投射レンズ１Ｌから射出された光束はハーフミラー６に対してＧの光束はＳ偏光、Ｂ、Ｒの光束はＰ偏光で入射するので、位相板３がない場合、図２に示す反射特性からハーフミラー６での反射率はＧの光束に対しては高く、ＲとＢの光束に対しては低くなる。したがってハーフミラー６に白色の光束が入射した場合、色毎の反射率の違いによりハーフミラー６で反射して見たスクリーン像は緑がかった色になる。そのため図１のプロンプターにおいて結像レンズ２の射出側に位相板３を配置して色毎にハーフミラー６における反射率の違いが生じないようにしている。
【００１８】
位相板３として１／４波長板、１／２波長板、波長選択性の１／２波長板のいずれかを選択すればよい。
【００１９】
位相板３を１／４波長板にすると１／４波長板の遅相軸が各色の直線偏光方向に対し４５度（４０度以上５０度以下にするのが好ましい。）を成すように配置するのがよい。図３（ａ）に各色の偏光方向に対する１／４波長板の遅相軸の配置を示す。この場合投射レンズ１Ｌを射出した各色の直線偏光が１／４波長板を通過した後に円偏光に変換される。そのためハーフミラー６に入射する各色の光束は同等の反射率を有することになり、講演者は白色に対して色付きのない画像を見ることができる。ここで、１／４波長板の遅相軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて１／４波長板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２０】
ここで、位相板３を結像レンズ２側から順に１／２波長板、１／４波長板の２枚構成としてもよい。この場合上記の１／２波長板と１／４波長板の機能が組み合わされてハーフミラー６に対し各色の光束はＳ偏光、Ｐ偏光の両成分を同等に有することになり各色のハーフミラー６の反射率は同等になる。
【００２１】
位相板３を１／２波長板とすると、１／２波長板の遅相軸が所定の色光の直線偏光方向に対し２２．５度（２０度以上２５度以下が好ましい）或いは６７．５度（６５度以上７０度以下が好ましい）を成すように配置するのがよい。図３（ｂ）に各色の偏光方向に対する１／２波長板の遅相軸の配置を示す。この場合、投射レンズ１Ｌを射出した直線偏光が１／２波長板を通過した後各色の偏光方向が４５度方向に変換される。その結果ハーフミラー６に対し各色の光束はＳ偏光、Ｐ偏光の両成分を同等に有することになり各色のハーフミラー６の反射率は同等になる。ここで、１／２波長板の遅相軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて１／２波長板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２２】
位相板３をＲ，Ｂの光束のみに作用する波長選択性（波長選択性）の１／２波長板にすると、Ｒ，Ｂの光束の偏光方向に対して１／２波長板の遅相軸が４５度（４０度以上５０度以下が好ましい）を成すように配置するのがよい。図３（ｃ）に各色の偏光方向に対する波長選択性の１／２波長板の遅相軸の配置を示す。投射レンズ１Ｌから射出されたＲ，Ｂの光束は位相板３を通過後偏光方向が９０度回転してハーフミラー６に対しＳ偏光となる。波長板で作用を受けないＧの光束は位相板通過後もＳ偏光であるので、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の色光の偏光方向が実質的に同じになる（３色の色光の偏光方向のお互いのずれが５度以内に収まるようにしても構わない。）ので、ハーフミラー６で反射される画像に色付きは発生しない。ハーフミラーにおける反射率はＰ偏光よりＳ偏光の方が高いので講演者は明るい画像を見ることができる。なお位相板３をＧの光束にのみ作用する波長選択性の１／２波長板にしてもよい。この場合Ｇの光束の偏光方向に対し１／２波長板の遅相軸が４５度を成すように配置することになる。この構成において位相板３を通過後ＲＧＢの光束すべてがハーフミラー６に対してＰ偏光となりハーフミラー６で反射される画像は色付きを発生しない。ただし観察光量はすべての光束がＳ偏光の場合に比し減少する。なお、本実施例で用いられている波長選択性の１／２波長板の具体的な例としては、特許公開公報２００１−６６４３４に開示されている位相板を積層した構成のものが挙げられる。ここで、この波長選択性波長板の遅相軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて波長選択性波長板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２３】
位相板３の代わりに直線偏光板を配置しても白色の色付きを防止できる。この場合、直線偏光板は透過軸方向が各色の直線偏光方向に対し４５度（４０度以上５０度以下にするのが好ましい）で配置するのがよい。図３（ｄ）に各色の偏光方向に対する直線偏光板の透過軸方向の配置を示す。投射レンズ１Ｌから射出された光束は直線偏光板を通過後３色ともほぼ同量の４５度方向の直線偏光となる。ハーフミラー６に対し各色の光束はＳ偏光、Ｐ偏光成分をほぼ同等に有することになり、色付きのない画像を見ることができる。ただし、４５度方向の直線偏光成分のみの通過となるため光量は減少する。ここで、偏光板の透過軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて偏光板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２４】
また位相板３を配置せずに、ハーフミラー６の射出側に直線偏光板を配置しても色付きを防止できる。ハーフミラー６で反射されたＳ偏光、Ｐ偏光の光量がほぼ同等になるように直線偏光板の透過軸方向を設定すればよい。具体的には透過軸方向をＳ偏光とＰ偏光の中間の方向に対してＰ偏光寄りに設定するとよい。この場合、直線偏光板の偏光方向成分のみの透過光量となるため観察光量は減少する。ここでも、前述したのと同様に、偏光板を公知の回転機構を用いて偏光板の透過軸と偏光光の偏光方向との角度を調整できるようにしても構わない。また、勿論手動で行えるようにしても構わない。
【００２５】
（第２の実施例）
次に第２の実施例として自由曲面ミラーで構成される投射光学系に適用した例を示す。図４は投射光学系を示す図である。図中、１１はＧ像を形成する液晶パネル、１２はダイクロイックプリズム、１３は位相板、１４は自由曲面ミラー６面で構成される投射光学系である。自由曲面ミラーは光学的パワーを有する反射ミラーであり自由曲面ミラー６面で結像系である投射光学系１４を構成している。なおＢ，Ｒ像の液晶パネルは図示していないが、紙面に垂直方向の前後に配置されている。第１実施例で示したと同様、ダイクロイックプリズム１２から射出される光束はＧ像では投射光学系１４を構成する自由曲面ミラーに対しＳ偏光であり、Ｂ，Ｒ像では投射光学系１４を構成する自由曲面ミラーに対しＰ偏光である。図４の投射光学系の構成は高仰角でスクリーンに投射できる。前記自由曲面ミラーは金属膜に誘電体膜の保護膜あるいは複数の誘電体膜で構成される増反射膜を有し、かつ入射光束が斜入射になるので反射率に偏光特性を生じる。自由曲面ミラー１面の反射特性の一例を図５に示す。図中、Ｓ，ＰはＳ偏光、Ｐ偏光に対する反射率を示す。図４の実施例の投射光学系１４は自由曲面ミラー６面で構成されているので偏光方向によって各色の光束の反射率は異なる。その結果、位相板１３なしの場合、色毎に自由曲面ミラー１４からの射出光量が異なるので白色で投射されたはずの像が色付くことになる。図４ではダイクロイックプリズム１２と投射光学系１４の間に位相板１３を配置して色付きの問題を解消している。位相板１３として、１／４波長板、１／２波長板、波長選択性の１／２波長板のいずれかを選択すればよい。それぞれの位相板の遅相軸は第１実施例のプロンプターと同様、投射光束の偏光状態に合わせて適切な方向に設定するのがよい。それによって投射光学系内の各自由曲面ミラーにおいて色毎に反射率の違いが生じなくなり、色付きのない画像をスクリーンに投射できる。
【００２６】
位相板１３の代わりに直線偏光板を配置しても白色の投射像の色付きを解消できる。この場合、直線偏光板を透過後、Ｒ，Ｇ，Ｂ像の光量がほぼ同等になるように直線偏光板の透過軸方向を設定する必要がある。直線偏光板の透過軸方向の成分のみの透過となるためスクリーンに投射される透過光量は減少する。直線偏光板は自由曲面ミラー１４の射出側に配置しても問題を解消できる。この場合、Ｓ偏光の透過光量、Ｐ偏光の透過光量はすでに異なっているので、直線偏光板の透過軸方向はほぼ同等になるように設定する必要がある。具体的には透過軸方向をＳ偏光とＰ偏光の中間の方向に対してＰ偏光寄りに設定するのがよい。なおこの場合もスクリーンに投射される透過光量は減少する。
【００２７】
この第２実施例は、投射光学系を使用する投射装置としてフロントプロジェクターおよびリアプジェクション装置の両方に適用できる。
【００２８】
上記のすべての実施例において液晶パネルは色毎に偏光特性の異なる光束を射出する他の表示パネル（画像形成素子）に置き換えても同様の効果を有する装置を構成できる。また、前述したように、偏光手段としての位相板あるいは偏光板に投射光学系の光軸回りに回転する機能を持たせることによって各偏光方向の色光の透過光量を調節し、カラーバランスを調整することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、色毎に偏光特性の異なる合成像を反射部材を介して投射像とする光学系および投射像を観察する光学系において偏光による影響を解消し色付きのない投射像を形成および観察できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す図
【図２】本発明の第１実施例に関するハーフミラーの反射率の一例を示す図
【図３】本発明に関する位相板および偏光板の軸を示す図
【図４】本発明の第２実施例を示す図
【図５】本発明の第２実施例に関する自由曲面ミラーの反射率の一例を示す図
【図６】液晶パネルとダイクロイックプリズムとの関係を示す図
【符号の説明】
１　液晶プロジェクター
２　結像レンズ
３　位相板
４　反射ミラー
５　スクリーン
６　ハーフミラー
７　演台
１１　液晶パネル
１２　ダイクロイックプリズム
１３　位相板
１４　投射光学系
【図１】
2004133112.tif 000003
【図２】
2004133112.tif 000004
【図３】
2004133112.tif 000005
【図４】
2004133112.tif 000006
【図５】
2004133112.tif 000007
【図６】
2004133112.tif 000008