(57)【要約】【課題】プロジェクタにおいて光学補償フィルムによるコントラスト向上効果を更に高める。【解決手段】プロジェクタにおいて、液晶ライトバルブ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに備えられた液晶パネルに、それぞれ光学補償フィルムを取り付ける。光学補償フィルムとは、光の入射角度によって変化する液晶パネルのコントラスト特性を補償するためのフィルムであり、サファイアガラスに貼り付けられた上で、液晶パネルに取り付けられる。固定用のネジよりも大きい取り付け孔を設けることにより、光学補償フィルムの姿勢に自由度を持たせる。姿勢を調整可能とすることにより、最適なコントラスト特性が得られる状態で光学補償フィルムを取り付けることができる。【選択図】　図１
2004037864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクタであって、
液晶パネルを用いて光を変調する液晶ライトバルブと、
該液晶ライトバルブに対し照明光を射出する照明光学系と、
前記液晶ライトバルブで変調された光を投写する投写光学系と、
を備え、
前記液晶ライトバルブは、
前記光の入射角に依存する前記液晶パネルのコントラスト特性を補償するための光学補償板と、
前記液晶パネルの法線軸周りに該光学補償板の取り付け方向を調整する調整機構とを備えるプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１記載のプロジェクタであって、
前記光学補償板は、
所定方向の光学光軸を有する透過性板材と、
該透過性板材に固定された光学補償フィルムとを有しており、
前記透過性板材と光学補償フィルムの光学光軸のなす角度θが、−５°≦θ≦５°、または８５°≦θ≦９５°であるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルを用いて画像を投写表示するプロジェクタに関し、詳しくは光学補償フィルムを備えるプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタは、液晶ライトバルブで光を変調して、スクリーン上に画像を投写する。一般に、液晶ライトバルブは、光の入射角度によってコントラストが変化する特性がある。液晶ライトバルブには、種々の入射角で光が入射することが多く、コントラスト特性が低くなる入射角の光も含まれるため、液晶ライトバルブのコントラストが低下することがある。かかる原因によるコントラストの低下を抑制する一つの技術として、光学補償フィルムが用いられる場合があった。
【０００３】
光学補償フィルムとは、液晶パネルと逆のコントラスト特性を有することにより、光の入射角度に依存するコントラスト特性を補償するフィルムである。従来、　光学補償フィルムは、液晶パネルのコントラスト特性を考慮して、適切なコントラスト特性が得られるよう、予め決められた姿勢で固定されていた。また、光学補償フィルムは、強度確保のため、サファイアガラスに貼り付けられた上で、取り付けられることが多かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光学補償フィルムおよび液晶パネルそれぞれのコントラスト特性には、製造上のばらつきが存在する。サファイアガラスにも比較的小さいながらコントラスト特性が入射角に依存する性質があり、その特性にも製造上のばらつきが存在する。これらのばらつきにより、予め設定された姿勢で光学補償フィルムを固定しても、必ずしも十分なコントラスト向上効果を得ることができない場合があった。また、サファイアガラスの光軸と光学補償フィルムの光軸とが、０°または９０°など所定の角度からずれて貼り付けられ、十分なコントラスト向上効果を得ることができない場合もあった。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、プロジェクタにおいて、光学補償フィルムによるコントラストの向上効果を更に向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するため、本発明では、プロジェクタにおいて、
液晶パネルを用いて光を変調する液晶ライトバルブと、
該液晶ライトバルブに対し種々の入射角が混在した照明光を射出する照明光学系と、
前記液晶ライトバルブで変調された光を投写する投写光学系と、
を備え、
前記液晶ライトバルブは、
前記光の入射角に依存する前記液晶パネルのコントラスト特性を補償するための光学補償板と、
前記液晶パネルの法線軸周りに該光学補償板の取り付け方向を調整する調整機構とを備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明のプロジェクタによれば、調整機構により、光学補償板の取り付け方向を調整することができる。この調整により、最適なコントラスト特性を実現することができる。光学補償板としては、例えば、厚み方向で光軸の傾斜角度が異なる高分子層を備える光学補償フィルム単体、または光学補償フィルムをガラスなどの透過性板材に貼り付けたものを利用することができる。
【０００８】
調整機構は、例えば、光学補償板の姿勢に自由度を持たせることが可能な種々の機構を適用することができる。一例として、光学補償板を固定する固定部材の取り付け孔を大きく設けることにより、固定部材の位置を可変にする機構が挙げられる。
【０００９】
本発明では、光学補償板は、更に、サファイアガラスその他の透過性板材に貼り付けられていることが好ましい。かかる場合には、サファイアガラスの影響によってコントラスト特性が損なわれる場合が多いため、取り付け方向の調整によるコントラストの向上効果が特に有用である。
【００１０】
透過性板材と光学補償フィルムとは、光学光軸が一致（０°）または９０°をなすよう貼り付けられるが、この角度にはずれが生じる可能性がある。本発明では、かかる場合の調整にも有用であり、両者の光軸のなす相対角度θが、−５°≦θ≦５°、または８５°≦θ≦９５°である場合に有用性が高い。調整機構は、理想的な光学光軸の相対角度と、実際の相対角度との差違を補償可能な範囲で可動とすることが好ましい。例えば、相対角度θが、−５°≦θ≦５°、または８５°≦θ≦９５°となる場合には、理想的な相対角度からそれぞれ±５°ずれる可能性があることを意味するから、調整機構は少なくとも±５°の範囲で可動とすることが好ましい。
【００１１】
また、照明光学系は、光源装置から射出された光線束を複数の部分光線束に分割して、これを液晶ライトバルブに重畳させるいわゆるインテグレータ光学系とすることが好ましい。インテグレータ光学系はその特性上、液晶ライトバルブに種々の入射角で光が入射されるため、本発明によるコントラスト向上効果は、特に大きい。
【００１２】
液晶パネルは、ＴＮモードであることが好ましい。ＴＮモードの液晶パネルでは、コントラストに入射角依存性が生じやすいから、本発明の効果は、特に大きい。
【００１３】
本発明は、プロジェクタとしての態様の他、光学補償板の取り付け方向を調整することによるコントラスト特性の調整方法、かかる調整を行う工程を備えたプロジェクタの製造方法などの態様で構成してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
Ａ．全体構成：
図１は実施例としてのプロジェクタの概略構成を示す説明図である。プロジェクタ１０００は、照明光学系１００、色光分離光学系２００、リレー光学系２２０、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５２０、および投写レンズ５４０を備えている。
【００１５】
照明光学系１００は光源１２０から光を射出する。色光分離光学系２００は、ダイクロイックミラー２０２、２０４によって、この光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に分離する。ダイクロイックミラー２０２は、赤色光Ｒを透過させ、青色光Ｂと緑色光Ｇとを反射することで、赤色光Ｒを分離する。ダイクロイックミラー２０２は、青色光Ｂを透過させ緑色光Ｇを反射することで、青色光Ｂと緑色光Ｇとを分離する。
【００１６】
赤色光Ｒは、反射ミラー２０８で反射し、フィールドレンズ２３２を通って、液晶ライトバルブ３００Ｒに入射する。フィールドレンズ２３２は、この入射光を中心軸に対してほぼ平行な光束に変換する。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２０４で反射し、フィールドレンズ２３４を通って、液晶ライトバルブ３００Ｇに入射する。青色光は、リレー光学系２２０によって液晶ライトバルブ３００Ｂに入射する。リレー光学系２２０は、３つのレンズ、即ち、入射側レンズ２２２、リレーレンズ２２６、およびフィールドレンズ２３０と、２つの反射ミラー２２４、２２８で構成されている。
【００１７】
各色光は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂで画像情報に応じて変調される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム５２０で合成され、投写レンズ５４０を介してスクリーンＳＣ上に投写される。
【００１８】
Ｂ．照明光学系：
図２は照明光学系１００の拡大図である。本実施例では、インテグレータ光学系、即ち光源からの光束を複数の部分光束に分割した後、液晶ライトバルブで重畳する光学系を用いた。
【００１９】
照明光学系１００において、光源装置１２０は略平行な光線束を射出する。光源ランプ１２２から射出された光は、リフレクタ１２４によって反射される。本実施例では、リフレクタ１２４は、回転楕円面形状の凹面としたが、回転放物面形状の凹面としてもよい。反射光は、平行化レンズ１２６によって光源光軸１２０ａｘにほぼ平行な光に変換される。
【００２０】
第１のレンズアレイ１４０は、マトリクス状に配列された複数の平凸レンズ１４２を有している。各凸レンズ１４２をｚ方向から見たときの外形形状は、液晶ライトバルブＬＡと相似形である。第１のレンズアレイ１４０は、光源装置１２０からの射出された光線束を複数の部分光線束に分割する。
【００２１】
第２のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ１４０と同様、マトリクス状に配列された複数の平凸レンズ１５２を有している。第２のレンズアレイ１５０は、部分光線束のそれぞれの中心軸がシステム光軸１００ａｘにほぼ平行となるように揃える機能を有する。
【００２２】
偏光発生光学系１６０は、遮光板６２、偏光ビームスプリッタアレイ６４、および選択位相差板６６を備えている。
【００２３】
偏光ビームスプリッタアレイ６４は、略平行四辺形の断面を有する柱状の透光性板材が複数貼り合わされている。各透光性板材の界面には、偏光分離膜６４ａと反射膜６４ｂとが交互に形成されている。偏光分離膜６４ａは、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射することにより、入射した部分光線束をｓ偏光とｐ偏光とに分離する。偏光分離膜６４ａは、例えば、誘電体多層膜で形成することができる。反射膜６４ｂは、全光束を反射する膜であり、誘電体多層膜や金属膜で形成することができる。
【００２４】
遮光板６２には、遮光面６２ｂと開口面６２ａとがストライプ状に配列されている。遮光面６２ｂは反射膜６４ｂへの光の入射を遮るよう配置され、開口面６２ａは、偏光分離膜６４ａに光を入射させるよう配置されている。遮光板６２としては、平板状の透明体（例えばガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜や、アルミニウム膜、誘電体多層膜など）を部分的に形成したものを用いることができる。アルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたものを用いてもよい。
【００２５】
選択位相差板６６は、開口層６６ａとλ／２位相差層６６ｂとがストライプ状に配列されている。開口層６６ａは、偏光光をそのまま透過する。λ／２位相差層６６ｂは、入射光の偏光方向を直交する方向に変換して射出する偏光変換素子として機能する。この機能により、例えば、ｐ偏光はｓ偏光に変換される。λ／２位相差層６６ｂは、偏光分離膜６４ａを透過した光が入射するよう配置されている。
【００２６】
レンズアレイ１４０、１５０から射出された部分光線束は、遮光板６２の開口面６２ａを通り、偏光分離膜６４ａに入射する。入射光のうち、ｐ偏光は偏光分離膜６４ａを透過してλ／２位相差層６６ｂに入射し、ｓ偏光に変換される。入射光のうち、ｓ偏光は偏光分離膜６４ａで反射され、開口層６６ａからそのまま射出される。この結果、偏光発生光学系１６０からの射出光は、ｓ偏光にほぼ統一される。偏光発生光学系１６０は、λ／２位相差層６６ｂと開口層６６ａとの配置を入れ替えることにより、ｐ偏光に統一する機構として構成してもよい。
【００２７】
偏光発生光学系１６０から射出された部分光線束は、重畳レンズ１７０によって照明領域ＬＡ上で重畳される。このとき、照明領域ＬＡを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となる。
【００２８】
Ｃ．液晶ライトバルブ：
図３は液晶ライトバルブ３００Ｒの概略構成を示す説明図である。液晶ライトバルブ３００Ｇ、３００Ｂも同様の構成を有している。液晶ライトバルブ３００Ｒは、液晶パネル３０１Ｒを偏光板３０２Ｒｉ，３０２Ｒｏで挟むように配置して構成されている。偏光板３０２Ｒｉと偏光板３０２Ｒｏとは、偏光軸が直交するように配置されている。偏光板３０２Ｒｉを通過した入射光は、液晶パネル３０１Ｒで偏光軸が９０度変調された光のみが、偏光板３０２Ｒｏを透過することができる。これにより、液晶ライトバルブ３００Ｒの光射出面には、赤色の画像光が形成される。
【００２９】
液晶パネル３０１Ｒと、各偏光板３０２Ｒｉ、３０２Ｒｏとの間には、それぞれ光学補償フィルム３０５Ｒ，３０６Ｒが設けられている。光学補償フィルム３０５Ｒ，３０６Ｒは、それぞれ、薄いサファイアガラスに貼り付けられ、液晶パネル３０１Ｒに取り付けられている。
【００３０】
光学補償フィルムの機能について説明する。本実施例では、インテグレータ光学系の特性上、図示する通り、液晶ライトバルブ３００Ｒの法線方向に対し約１２°までの種々の入射角で光が入射する。一般に液晶ライトバルブ３００Ｒのコントラスト特性は、入射角によって変化することが知られている。種々の入射角で光が入射する場合には、入射光にはコントラスト特性が低くなる入射角の光が含まれるため、液晶ライトバルブ３００Ｒのコントラストが低下することがある。
【００３１】
図４は液晶ライトバルブ３００Ｒにおけるコントラストの入射角への依存性を示す説明図である。原点Ｃは、液晶ライトバルブ３００Ｒの法線方向から入射した光（入射角度０度）に対応する。本実施例では、液晶ライトバルブ３００Ｒに対し、上下左右方向から最大１２°の範囲で種々の入射角の光が入射するから、入射光の範囲は、一点鎖線Ｗで表される。図中の破線Ａ２は、液晶ライトバルブ３００Ｒにおいて、良好なコントラストが得られる入射角の範囲を示している。図示する通り、この範囲は原点を中心として均等ではなく偏っている。つまり、入射角依存性がある。かかる現象は、液晶の屈折率異方性（複屈折性）によって生じると言われている。
【００３２】
光学補償フィルム３０５Ｒ，３０６Ｒは、液晶パネルの屈折率異方性（複屈折性）による影響を打ち消すような光学特性を有する補償フィルムである。光学補償フィルム３０５Ｒ，３０６Ｒとしては、厚み方向で光軸の傾斜角度が異なる高分子層を備えた液晶フィルム、例えば、富士写真フィルム社が販売する「Ｆｕｊｉ　ＷＶ　ＦｉｌｍワイドビューＡ」を用いることができる。例えば、液晶ライトバルブ３００Ｒの上下方向の特性を補償するよう光学補償フィルム３０５Ｒを配置し、左右方向の特性を補償するよう光学補償フィルム３０６Ｒを配置することにより、全体の特性を補償することができる。この結果、図中に実線Ａ１で示すように、上下左右均等なコントラスト特性を得ることが可能となる。
【００３３】
光学補償フィルムは、厚み方向で光軸の傾斜角度が変化しない高分子層を有するものであってもよい。但し、厚み方向で光軸の傾斜角度が異なる高分子層を備えた光学補償フィルムの方が、より高い補償効果を得ることができることが確認されている。
【００３４】
Ｄ．光学補償フィルムの調整機構：
図５は光学補償フィルム３０５Ｒの取付機構を示す説明図である。光学補償フィルム３０５Ｒは、サファイアガラス基盤に貼り付けられた上で、液晶パネル３０１Ｒに取り付けられる。光学補償フィルム３０５Ｒは、その姿勢を液晶パネル３０１の法線軸周りに回転可能な機構によって取り付けられる。
【００３５】
図５（ａ）は、取付機構の一例を示している。説明の便宜上、光学補償フィルム３０５Ｒは、液晶パネル３０１Ｒよりも若干小さいサイズで示したが、両者のサイズは同等としてもよいし、光学補償フィルムの方を大きくしてもよい。
【００３６】
この取付機構では、光学補償フィルム３０５Ｒに、２つの孔３０５１、３０５２が設けられている。液晶パネル３０１Ｒには、この孔に対応する位置に、固定用のネジ３０１１、３０１２が取付可能となっている。孔３０５１は、孔３０５２を中心とする円弧状に形成されている。孔３０５２にネジ３０１２を仮止めした状態では、光学補償フィルム３０５Ｒは、図中に２点鎖線で例示するようにネジ３０１２を中心に回転可能である。回転可能な範囲は、±０．５度〜１度程度が確保されていれば足りる。光学補償フィルム３０６Ｒも同様の機構によって回転可能に取り付けられている。液晶ライトバルブ３００Ｂ、３００Ｇの光学補償フィルムも同様の機構によって回転可能に取り付けられている。
【００３７】
本実施例では、回転可能な範囲は、±０．５度〜１度程度としたが、これよりも広く回転可能としても構わない。本実施例の機構によれば、サファイアガラス基盤と光学補償フィルムの光軸の相対角度θが−５°≦θ≦５°、８５°≦θ≦９５°の範囲でコントラスト特性を調整可能である。両者の相対角度がこの範囲でばらつく可能性がある場合には、回転可能な範囲は、少なくとも５°程度確保することが好ましい。
【００３８】
液晶ライトバルブの組み立て時には、照明光を照射しながら、光学補償フィルムの姿勢を変化させ、最も好適なコントラストが得られる状態で光学補償フィルムを取り付ける。この調整は、液晶ライトバルブ単体で行うものとしてもよいし、プロジェクタ全体を組み付けた後に行っても良い。かかる場合には、各色の調整を容易にするため、Ｒのみのベタ画像を表示させながらＲの光学補償フィルムを調整し、ＧのみまたはＢのみのベタ画像を表示させながらＧおよびＢの光学補償フィルムを順次調整することが好ましい。
【００３９】
取付機構は、図５（ａ）の態様には限られない。図５（ｂ）に変形例としての取付機構を示す。変形例では、液晶パネル３０１Ｒａおよび光学補償フィルム３０５Ｒａの底辺が回転中心Ｏを中心とする円弧状に形成されている。光学補償フィルム３０５Ｒａには、円弧状の孔３０５１ａが設けられ、液晶パネル３０１Ｒａには、固定用のネジ３０１１ａが取付可能となっている。かかる機構によっても、光学補償フィルム３０５Ｒａの姿勢を調整することができる。
【００４０】
以上で説明した実施例のプロジェクタによれば、光学補償フィルムを備えることによって、良好なコントラストを得ることができる。光学補償フィルムは、液晶パネルのコントラスト特性を補償するものであり、最適な姿勢は、光学補償フィルム、サファイアガラスおよび液晶パネルの屈折率異方性によって決まる。これら三者には、それぞれ製造上のバラツキが存在するため、最適な姿勢を事前に特定することは困難であり、試行錯誤的に調整する必要がある。本実施例では、光学補償フィルムの調整機構を備えるため、最適なコントラストが得られるよう、その取付状態を調整することができる。
【００４１】
Ｅ．変形例：
光学補償フィルムは、種々の配置が可能である。例えば、液晶パネル３０１Ｒと入射側の偏光板３０２Ｒｉとの間に２つの光学補償フィルム３０５Ｒ，３０６Ｒを備えてもよい。同様に、液晶パネル３０１Ｒと射出側の偏光板３０２Ｒｏとの間に２つの光学補償フィルム３０５Ｒ，３０６Ｒを備えてもよい。これらの場合、光学補償フィルムを、偏光板３０２Ｒｉ、３０２Ｒｏに取り付けても良い。
【００４２】
本発明は、インテグレータ光学系を用いる場合に限らず、例えば、ほぼ平行な光線束を射出する光源装置１２０のみで照明光学系を構成するようにしてもよい。また、インテグレータ光学系も図２に例示した構成に限らず、種々の構成を適用可能である。
【００４３】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例としてのプロジェクタの概略構成を示す説明図である。
【図２】照明光学系１００の拡大図である。
【図３】液晶ライトバルブ３００Ｒの概略構成を示す説明図である。
【図４】液晶ライトバルブ３００Ｒにおけるコントラストの入射角への依存性を示す説明図である。
【図５】光学補償フィルム３０５Ｒの取付機構を示す説明図である。
【符号の説明】
６２…遮光板
６２ｂ…遮光面
６２ａ…開口面
６４…偏光ビームスプリッタアレイ
６４ａ…偏光分離膜
６４ｂ…反射膜
６６…選択位相差板
６６ａ…開口層
１００ａｘ…システム光軸
１００…照明光学系
１２０…光源装置
１２０ａｘ…光源光軸
１２２…光源ランプ
１２４…リフレクタ
１２６…平行化レンズ
１４０、１５０…レンズアレイ
１４２、１５２…平凸レンズ
１６０…偏光発生光学系
１７０…重畳レンズ
２００…色光分離光学系
２０２、２０４…ダイクロイックミラー
２０８…反射ミラー
２２０…リレー光学系
２２２…入射側レンズ
２２４…反射ミラー
２２６…リレーレンズ
２３０、２３２…フィールドレンズ
２３４…リレーレンズ
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ
３０１、３０１Ｒ、３０１Ｒａ…液晶パネル
３０２Ｒｉ，３０２Ｒｏ…偏光板
３０５Ｒ，３０５Ｒａ、３０６Ｒ…光学補償フィルム
５２０…クロスダイクロイックプリズム
５４０…投写レンズ
１０００…プロジェクタ
３０１１、３０１１ａ、３０１２…ネジ
３０５１、３０５１ａ、３０５２…孔
【図１】
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【図２】
2004037864.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004037864.tif 000006
【図５】
2004037864.tif 000007