(57)【要約】【課題】入射光量が増大しても、出射側の偏光板の偏光性能が劣化せず、高輝度で低価格の要請に応え得る液晶プロジェクション装置を提供する。【解決手段】投射レンズ４１を第１のレンズ群４２と第２のレンズ群４４とこれらの間に配置された反射型偏光板４３により構成し、反射型偏光板４１が、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂにて変調された光のうち、投影表示される映像の色を所望の色とするために必要な直線偏光を反射して第２のレンズ４４群へ導き、不要な直線偏光を透過して投射レンズ４１外へ導く。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルと、前記液晶パネルにて変調された光を拡大投影する投射レンズと、前記液晶パネルを照射する光を出射する光源と、を備えた液晶プロジェクション装置であって、当該投射レンズは、第１のレンズ群と第２のレンズ群とこれらの間に配置された反射型偏光板からなり、前記反射型偏光板は、前記液晶パネルにて変調された不要な直線偏光を透過して当該投射レンズの外へ導き、必要な直線偏光を反射して前記第２のレンズ群へ導くことを特徴とする液晶プロジェクション装置。
【請求項２】
照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルと、前記液晶パネルにて変調された光を拡大投影する投射レンズと、前記液晶パネルを照射する光を出射する光源と、を備えた液晶プロジェクション装置であって、当該投射レンズは、第１のレンズ群と第２のレンズ群とこれらの間に配置された偏光分離プリズムからなり、前記偏光分離プリズムは、前記液晶パネルにて変調された不要な直線偏光を透過して当該投射レンズの外へ導き、必要な直線偏光を反射して前記第２のレンズ群へ導くことを特徴とする液晶プロジェクション装置。
【請求項３】
前記必要な直線偏光を反射した後の光路上に吸収型偏光板を配置し、当該吸収型偏光板の透過軸の方向を、前記必要な直線偏光の振動方向と一致するよう設定したことを特徴とする請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の液晶プロジェクション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルを用いた液晶プロジェクション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の３板式液晶プロジェクション装置に係る光学系の一例を示した平面図である。従来の３板式液晶プロジェクション装置では、光源ランプ１０から出射された白色光が、色分離用のダイクロイックミラー２０、２１によって赤色波長域の光、緑色波長域の光、青色波長域の光の順に分けられ、入射側に設置された偏光板３０ｒ、３０ｇ、３０ｂを介して、それぞれの色を担当する液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂへ照射される。液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂは、入射側偏光板３０ｒ、３０ｇ、３０ｂを透過した各色の光を透過するとき、各色の映像信号に応じて変調する。この変調された各色の光は、出射側に設置された偏光板３３ｒ、３３ｇ、３３ｂを介してダイクロイックプリズム４０へ入射される。ダイクロイックプリズムは出射側偏光板３３ｒ、３３ｇ、３３ｂを透過した各色の光を合成してカラー映像光にする。このカラー映像光は、投射レンズ４１へ導かれて拡大投射され、図示しないスクリーン上に投影表示される。
【０００３】
液晶パネルは、ダイクロイックプリズムで合成される色が所望の色となるように、照射された光を映像信号に基づき変調する。すなわち、液晶パネルは、投影表示される映像の色を所望の色とするために必要な直線偏光（成分）が出射側偏光板を透過し、不要な直線偏光（成分）が出射側偏光板を透過しないように変調を行う。具体的には、例えば映像が白色の場合（映像信号が白色信号の場合）には、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂを透過した直線偏光の大半が出射側偏光板３３ｒ、３３ｇ、３３ｂを透過するように変調を行い、映像が黒色の場合（映像信号が黒色信号の場合）には、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂを透過した直線偏光のすべてが出射側偏光板３３ｒ、３３ｇ、３３ｂを透過しないように変調を行う。つまり、映像が白色の場合には、液晶パネルを透過した直線偏光の大半が必要な直線偏光であり、映像が黒色の場合には、液晶パネルを透過した直線偏光のすべてが不要な直線偏光である。
【０００４】
一方、上述のように所望の色を得るには、出射側偏光板へ出射する光の振動方向を揃える必要がある。しかし、光源ランプ１０から出射される白色光は様々な振動方向の光からなる。そこで液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂの入射側に偏光板３０ｒ、３０ｇ、３０ｂを配置し、特定の振動方向の直線偏光のみが液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂへ入射されるようにしている。
【０００５】
入射側偏光板および出射側偏光板としては、吸収型偏光板が用いられている。吸収型偏光板は、入射された光のうち当該吸収型偏光板の透過軸に平行な振動方向成分を透過し、この透過軸と直交する振動方向成分を吸収する偏光板である。しかし、吸収型偏光板は吸収した光エネルギーによって発熱して昇温し、その温度が許容温度を超えると変色し偏光性能が劣化するので、液晶プロジェクション装置においては、偏光板をファンなどによって冷却し、許容温度を超えて昇温することがないようにしている。特に、出射側偏光板においては、映像が黒色の場合に吸収する光量が、使用する液晶パネルの透過率や光学系の構成によって異なるが例えば偏光変換素子を用いた構成では、入射側偏光板に入射される光量の７０〜８０％に達する。そのため、映像信号が暗い（黒色）状態が長く続く場合を考慮すると、出射側偏光板には入射側偏光板以上の冷却が必要となる。
【０００６】
しかしながら、近年、液晶プロジェクタ（液晶プロジェクション装置）の低価格化の要請が高まっており、この要請を満たす手段として、液晶パネルの小型化による光学系全体の小型化や冷却構造の簡素化が求められている。液晶パネルを小型化しつつ画面（スクリーン）の輝度をそれまでと同等以上に維持するには、液晶パネルに照射する単位面積当たりの光量を液晶パネルの有効画面の面積に反比例して増加させる必要がある。したがって、入射側偏光板および出射側偏光板にはいっそうの耐光性が求められることになるが、このような要求を充足する吸収型偏光板は未だ得られていない。
【０００７】
そこで、従来の３板式液晶プロジェクション装置には、図５に示すように、入射側偏光板３０ｒ、３０ｇ、３０ｂの入射側に反射型偏光板３２ｒ、３２ｇ、３２ｂを設置することで、入射側偏光板の昇温を抑えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
反射型偏光板は、入射された光のうち当該反射型偏光板の透過軸に平行な振動方向成分を透過し、この透過軸と直交する振動方向成分を反射する偏光板であり、吸収型偏光板と違い光を殆ど吸収しないので、昇温がほとんどなく、したがって劣化し難い。
【０００９】
しかし、現状では、反射型偏光板は偏光性能の面で吸収型偏光板に劣るという問題がある。
そこで、図５に示すように、吸収型偏光板と反射型偏光板を組み合わせる。すなわち、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂへ入射されるべき特定の振動方向の直線偏光に直交する直線偏光の殆どを反射型偏光板３２ｒ、３２ｇ、３２ｂにより反射させ、その後入射側偏光板（吸収型偏光板）３０ｒ、３０ｇ、３０ｂを透過させるようにする。
【００１０】
このようにすれば、特定の振動方向の直線偏光に直交する直線偏光の殆どが入射側偏光板に入射される前に反射されるので、入射側偏光板（吸収型偏光板）が吸収する光量を削減でき、入射側偏光板の昇温を抑えることができる。また、偏光性能の高い入射側偏光板を透過させることで、反射型偏光板のみを配置した場合と比べて液晶パネルへ照射する光の偏光度を高めることができ、投影映像において十分なコントラストを得ることが可能となる。
【００１１】
一方、出射側においては、入射側のように反射型偏光板を利用することができない。すなわち、入射側と同様に出射側偏光板と液晶パネルとの間に反射型偏光板を設置したり、出射側偏光板として吸収型偏光板に代えて反射型偏光板を設置すると、この反射型偏光板で反射した光が液晶パネルにの裏面に照射され、液晶パネルに悪影響を与える。具体的には、液晶パネルの裏面に設けられたトランジスタがこの反射光を受けて誤作動を起こす等の問題が発生する。さらに、熱に弱い液晶パネルに対して表面と裏面から光が照射され、入射光量が増加することは、液晶パネルの信頼性を損なうことにもなる。
【００１２】
そのため、従来の３板式液晶プロジェクション装置においては、出射側偏光板としては、光吸収によって昇温する吸収型偏光板を使用するしかなく、出射側偏光板の昇温を抑えるための冷却構造を簡素化することができなかった。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−３５６７７０号公報（第２−３頁、第１図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、投射レンズを第１のレンズ群と第２のレンズ群とこれらの間に配置された反射型偏光板により構成し、この反射型偏光板が、液晶パネルにて変調された光のうち従来において出射側偏光板が吸収していた不要な直線偏光（成分）を透過して投射レンズ外へ（液晶プロジェクション装置の光学系外へ）導き、従来において出射側偏光板が透過していた必要な直線偏光（成分）を反射して第２のレンズ群へ導くようにすることにより、出射側の偏光板として反射型偏光板を使用できるようにし、入射光量が増大しても、出射側の偏光板の偏光性能が劣化せず、高輝度で低価格の要請に応え得る液晶プロジェクション装置を提供することを目的とする。
【００１５】
このような光学的構成とすることにより、反射型偏光板を出射側偏光板として用いても、液晶パネルに反射光が入射されることがない。また、液晶パネルの小型化により入射光量が増大しても、光吸収による昇温がほとんどなく、偏光性能が劣化しないので、冷却構造を簡素化することができる。そのため、高輝度、低価格な液晶プロジェクション装置を実現することができる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の液晶プロジェクション装置は、照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルと、前記液晶パネルにて変調された光を拡大投影する投射レンズと、前記液晶パネルを照射する光を出射する光源と、を備えた液晶プロジェクション装置であって、当該投射レンズは、第１のレンズ群と第２のレンズ群とこれらの間に配置された反射型偏光板からなり、前記反射型偏光板は、前記液晶パネルにて変調された不要な直線偏光を透過して当該投射レンズの外へ導き、必要な直線偏光を反射して前記第２のレンズ群へ導くことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項２記載の液晶プロジェクション装置は、照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルと、前記液晶パネルにて変調された光を拡大投影する投射レンズと、前記液晶パネルを照射する光を出射する光源と、を備えた液晶プロジェクション装置であって、当該投射レンズは、第１のレンズ群と第２のレンズ群とこれらの間に配置された偏光分離プリズムからなり、前記偏光分離プリズムは、前記液晶パネルにて変調された不要な直線偏光を透過して当該投射レンズの外へ導き、必要な直線偏光を反射して前記第２のレンズ群へ導くことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項３記載の液晶プロジェクション装置は、請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の液晶プロジェクション装置であって、前記必要な直線偏光を反射した後の光路上に吸収型偏光板を配置し、当該吸収型偏光板の透過軸の方向を、前記必要な直線偏光の振動方向と一致するよう設定したことを特徴とする。
【００１９】
以上のように、本発明によれば、反射型偏光板を出射側偏光板として用いても、液晶パネルに反射光が入射されることがない。また、液晶パネルの小型化により入射光量が増大しても、光吸収による昇温がほとんどなく、偏光性能が劣化しないので、冷却構造を簡素化することができる。そのため、高輝度、低価格な液晶プロジェクション装置を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を交えて説明する。図１は、本実施の形態による３板式液晶プロジェクション装置に係る光学系の一例を示した平面図である。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしも以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
メタルハライド等の光源ランプ１０は、液晶パネルを照射する光（白色光）を出射する。光源ランプ１０より出射された白色光は、リフレクター１１で前面へと反射され、インテグレータレンズ１２、偏光変換素子１３、コンデンサーレンズ１４を経て、第１のダイクロイックミラー２０へと導かれる。
【００２２】
インテグレータレンズ１２は、一対のレンズ群から構成され、光源ランプ１０から出射された白色光に存在する輝度ムラを平均化し、液晶パネルの全面を照射するように設計されている。偏光変換素子１３は、光源ランプ１０から出射された様々な振動方向の光の９０％以上を特定の振動方向に揃えることができ、液晶プロジェクション装置の輝度を概ね２倍に向上させ、入射側偏光板の昇温を１／５以下に抑制する働きをする。
【００２３】
第１のダイクロイックミラー２０は赤色波長域の光を反射し、シアン（緑+青）波長域の光を透過する。第１のダイクロイックミラー２０により反射された赤色波長域の光は、全反射ミラー２２により反射され、光路を変更された後、入射側偏光板３０ｒを経て、赤色用透過型液晶パネル３１ｒに導かれ、これを透過することにより光変調される。一方、第１のダイクロイックミラー２０を透過したシアン波長域の光は、第２のダイクロイックミラー２１へ導かれる。
【００２４】
第２のダイクロイックミラー２１は緑色波長域の光を反射し、青色波長域の光を透過する。第２のダイクロイックミラー２１により反射された緑色波長域の光は、入射側偏光板３０ｇを経て、緑色用透過型液晶パネル３１ｇに導かれ、これを透過することにより光変調される。一方、第２のダイクロイックミラー２１を透過した青色波長域の光は、リレーレンズ２３、全反射ミラー２４、および入射側偏光板３０ｂを経て、青色用透過型液晶パネル３１ｂに導かれ、これを透過することにより光変調される。
【００２５】
入射側偏光板は、入射光のうち特定の振動方向の直線偏光のみが液晶パネルへ照射されるようにする。
液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂは、照射された光を映像信号に基づいて変調する。ダイクロイックプリズム４０は、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂにより各色の映像信号に応じて変調された各色の光を合成してカラー映像光とし、投射レンズ４１へ導く。投射レンズ４１は第１のレンズ群４２と第２のレンズ群４４とその間に配置された反射型偏光板４３からなり、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂにて変調された光を拡大投影する。すなわち、ダイクロイックプリズム４０により生成されたカラー映像光は、第１のレンズ群４２を透過した後、反射型偏光板４３を介して第２のレンズ群４４へ導かれ、拡大投影され、スクリーン４５上に投影表示される。
【００２６】
液晶パネルは、映像信号に基づき、投影表示される映像の色を所望の色とするために必要な直線偏光（成分）が反射型偏光板４３により反射され、不要な直線偏光（成分）が反射型偏光板４３を透過するように変調を行う。具体的には、例えば映像が白色の場合（映像信号が白色信号の場合）には、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂを透過した光、つまりダイクロイックプリズム４０によって合成されカラー映像光となった光の大半が反射型偏光板４３により反射されるように変調を行い、映像が黒色の場合（映像信号が黒色信号の場合）には、液晶パネル３１ｒ、３１ｇ、３１ｂを透過した光のすべてが反射型偏光板４３を透過するように変調を行う。つまり、映像が白色の場合には、液晶パネルを透過した直線偏光の大半が必要な直線偏光であり、映像が黒色の場合には、液晶パネルを透過した直線偏光のすべてが不要な直線偏光である。
【００２７】
図２および図３は、光源ランプ１０から出射された光が、入射側偏光板３０ｇを経て液晶パネル３１ｇによって変調され、反射型偏光板４３に至るまでの偏光状態を示す。入射側偏光板（吸収型偏光板）３０ｇには、図１の偏光変換素子１３によって９０％以上が特定の振動方向に揃えられた光（直線偏光）が入射される。入射側偏光板３０ｇは、入射光に１０％以下含まれる特定の振動方向の直線偏光に直交する直線偏光を吸収し、特定の振動方向の直線偏光のみを透過する。液晶パネル３１ｇはこの直線偏光を透過することで、映像信号に応じて光変調する。入射側偏光板３０ｇによって吸収される光量は入射光量の１０％以下であるため、入射側偏光板３０ｇの昇温はそれほど大きくはならない。
【００２８】
入射側偏光板３０ｇの昇温をさらに抑える必要がある場合には、前述したように、入射側偏光板３０ｇと光源ランプ１０との間に反射型偏光板をその透過軸が入射側偏光板３０ｇと平行となるように配置してもよい。このようにすれば、入射光に１０％以下含まれる特定の振動方向の直線偏光に直交する直線偏光の９５％をこの反射型偏光板で反射させることができるので、入射側偏光板３０ｇが吸収する光量を、偏光変換素子と反射型偏光板を設置しない場合の０．５％以下に抑えることができる。
【００２９】
図２は、映像が明るい（白色）場合の偏光状態を示す。この場合、液晶パネル３１ｇに入射された直線偏光は、その振動方向が入射時の振動方向（特定の振動方向）と垂直となるように光変調され、ダイクロイックプリズム４０を介して、反射型偏光板４３に入射される。反射型偏光板４３の透過軸は入射側偏光板３０ｇと平行に配置されているので、この直線偏光（必要な直線偏光）は反射され、第２のレンズ群４４へ導かれる。
【００３０】
図３は、映像が暗い（黒色）場合の偏光状態を示す。この場合、液晶パネル３１ｇに入射された直線偏光は、その振動方向を入射時の振動方向（特定の振動方向）から変えられることなく透過され、ダイクロイックプリズム４０を介して、反射型偏光板４３に入射される。反射型偏光板４３の透過軸は入射側偏光板３０ｇと平行に配置されているので、この直線偏光（不要な直線偏光）は透過され、投射レンズ４１の外へ（液晶プロジェクション装置の光学系外へ）導かれる。
【００３１】
したがって、出射側偏光板を吸収型偏光板で構成した場合のように、光吸収により昇温することもなく、液晶パネル３１ｇの直後に反射型偏光板を配置した場合のように、反射光が再び液晶パネルへ入射されることもない。
【００３２】
なお、緑色用透過型液晶パネル３１ｇについて説明したが、赤色用透過型液晶パネル３１ｒおよび青色用透過型液晶パネル３１ｂについても同様である。
以上のように、反射型偏光板を出射側偏光板として用いても、液晶パネルに反射光が入射されることがない。また、液晶パネルの小型化により入射光量が増大しても、光吸収による昇温がほとんどなく、偏光性能が劣化しないので、冷却構造を簡素化することができる。そのため、高輝度、低価格な液晶プロジェクション装置を実現することができる。
【００３３】
なお、反射型偏光板４３で構成した例で説明したが、反射型偏光板４３の代わりに偏光分離プリズムで構成した場合についても同様に実施可能である。反射型偏光板に代えて偏光分離プリズムを使用した場合、プリズムを構成するガラスの屈折率に応じて光学的な光路長が短くなるため、第１のレンズ群４２と第２のレンズ群４４の設置位置の自由度が大きくなり、結果、各レンズ群の設計自由度が大きくなり、レンズ性能を改善することができる。
【００３４】
また、投射レンズとダイクロイックプリズムの間に反射型偏光板や偏光分離プリズムを配置した場合に比べると、投射レンズのバックフォーカス（投射レンズと液晶パネル間の距離）を短くできるので、投射レンズのサイズを小さくでき、その結果、投射レンズは、構成が簡便で安価なもので済む。
【００３５】
また、図４に示すように、反射型偏光板４３による反射後の光路上に、吸収型偏光板４６を、その透過軸が反射型偏光板４３の透過軸と垂直になるように配置してもよい。つまり吸収型偏光板４６を、その透過軸が反射型偏光板４３により反射された必要な直線偏光の振動方向と一致するように配置してもよい。現状では、反射型偏光板は偏光性能の面で吸収型偏光板に劣るが、偏光性能の高い吸収型偏光板を透過させることにより、光の偏光度を高めることができるので、よりコントラストの高い投影映像を得ることができる。また、吸収型偏光板４６に入射する光量が増加しても、吸収する光の大部分はすでに投射レンズ４１の外へ透過されており、吸収型偏光板４６はわずかな光量しか吸収しない。そのため、吸収型偏光板４６の昇温はほとんどなく、したがって吸収型偏光板４６の冷却構造を不要あるいは簡素化できる。なお、無論、反射型偏光板４３の代わりに偏光分離プリズムで構成した場合についても同様に実施可能である。
【００３６】
また、本実施の形態では３板式液晶プロジェクション装置を例に説明したが、単板式液晶プロジェクション装置であっても、無論、同様に実施可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、反射型偏光板を出射側偏光板として用いても、液晶パネルに反射光が入射されることがない。また、液晶パネルの小型化により入射光量が増大しても、光吸収による昇温がほとんどなく、偏光性能が劣化しないので、冷却構造を簡素化することができる。そのため、高輝度、低価格な液晶プロジェクション装置を実現することができる。
【００３８】
また、反射型偏光板の代わりに偏光分離プリズムで構成した場合には、第１のレンズ群と第２のレンズ群の設置位置の自由度が大きくなり、結果、各レンズ群の設計自由度が大きくなり、レンズ性能を改善することができる。
【００３９】
また、投射レンズとダイクロイックプリズムの間に反射型偏光板や偏光分離プリズムを配置した場合に比べると、投射レンズのバックフォーカスを短くできるので、投射レンズのサイズを小さくでき、その結果、投射レンズは、構成が簡便で安価なもので済む。
【００４０】
また、反射型偏光板又は偏光分離プリズムにより反射された必要な直線偏光の光路上に、吸収型偏光板を、その透過軸が必要な直線偏光の振動方向と一致するように配置すれば、光の偏光度を高めることができるので、よりコントラストの高い投影映像を得ることができる。また、この吸収型偏光板において吸収する光量はわずかであるので、昇温はほとんどなく、したがって吸収型偏光板の冷却構造を不要あるいは簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による３板式液晶プロジェクション装置に係る光学系の一例を示した平面図
【図２】本発明の実施の形態による３板式液晶プロジェクション装置において、映像が白色の場合に、入射側偏光板へ入射した光が液晶パネルを経て反射型偏光板により反射するまでの偏光状態を示す図
【図３】本発明の実施の形態による３板式液晶プロジェクション装置において、映像が黒色の場合に、入射側偏光板へ入射した光が液晶パネルを経て反射型偏光板を透過するまでの偏光状態を示す図
【図４】本発明の実施の形態による３板式液晶プロジェクション装置において、吸収型偏光板を設置した場合に、入射側偏光板へ入射した光が液晶パネルを経て反射型偏光板により反射し吸収型偏光板を透過するまでの偏光状態を示す図
【図５】従来の３板式液晶プロジェクション装置に係る光学系の一例を示した平面図
【符号の説明】
１０  光源ランプ
１１  リフレクター
１２  インテグレータレンズ
１３  偏光変換素子
１４  コンデンサーレンズ
２０  第１のダイクロイックミラー
２１  第２のダイクロイックミラー
２２、２４  全反射ミラー
２３  リレーレンズ
３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ  入射側偏光板
３１ｒ、３１ｇ、３１ｂ  液晶パネル
３２ｒ、３２ｇ、３２ｂ  反射型偏光板
３３ｒ、３３ｇ、３３ｂ  出射側偏光板
４０  ダイクロイックプリズム
４１  投射レンズ
４２  第１のレンズ群
４３  反射型偏光板
４４  第２のレンズ群
４５  スクリーン
４６  吸収型偏光板
【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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