(57)【要約】      （修正有）【課題】投映レンズのバックフォーカスを短くし、高精細で、小型かつ安価な液晶投影装置を提供する。【解決手段】液晶投影装置は、光源３と、光源からの光の振動方向をそろえ反射形光変調素子１２に集光させる照明光学系と、電気信号により画像に応じた光変調を行う反射型光変調素子１２と、変調素子により作られた画像をスクリーンへ投影する投映レンズ１０，１３と、投映レンズの途中に有って、照明光学系からの光を透過させ、変調素子により反射した光を分離する偏光分離素子９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光を均一化するための光学要素と、光の振動方向をそろえる偏光変換素子と、反射形光変調素子に集光させる照明光学系と、電気信号により画像に応じた光変調を行う反射型光変調素子と、前記反射形光変調素子により作られた画像をスクリーンへ投影する投映レンズ群と、前記投映レンズ群の途中に配置され、前記照明光学系からの光を透過し前記反射形光変調素子により光変調され反射した光を、その光の振動方向により選択分離する偏光分離素子とを備え、
前記投映レンズ群の一部が、前記照明光学系のレンズ群の一部を構成することを特徴とする液晶投影装置。
【請求項２】
前記照明光学系より入射した白色光を、クロスプリズムにより３色に分離し、それぞれの色に応じた変調を行う反射形光変調素子にて光変調を行った後、再びプリズムにより変調された光を合成することにより、フルカラー画像を得ることができるようにした請求項１記載の液晶投影装置。
【請求項３】
前記偏光分離素子は、透過軸に平行な振動方向を持つ光を透過させ、透過軸に垂直な振動方向の光を反射させる反射形偏光板である請求項１記載の液晶投影装置。
【請求項４】
前記偏光分離素子は、１対の三角柱プリズムと、その斜面に偏光分離膜が形成された、偏光ビームスプリッタである請求項１記載の液晶投影装置。
【請求項５】
前記偏光分離素子の入射面近傍および出射面近傍の両方または、いずれか一方に、偏光板を設けたことを特徴とする請求項１記載の液晶投影装置。
【請求項６】
前記投映レンズ群の一部が、前記照明光学系のレンズ群の一部としての役割を果たすレンズ群の一部が、前記クロスプリズムと、前記偏光変換素子の間にあって、前記クロスプリズムにて分離された３色の波長にそれぞれ最適な焦点距離が設定されている、請求項２記載の液晶投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射形液晶装置のような反射形光変調素子により形成された表示画像を投射面に投影する、液晶投影装置に関するものである。本発明は、液晶投影装置に関し、より詳細には、液晶投影装置の光学系の構成を小型化、簡素化する技術に関する。本発明は、液晶投影装置に係り、特に高画質化および小型化に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶投影装置は、反射形光変調素子と投映レンズの間に、光源部からの光を反射形光変調素子へ反射し、反射形光変調素子で形成された画像を、投映レンズへ導く偏光ビームスプリッタを配置している。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００２−３６５５９４号公報（第１９頁、第１図、第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、反射形光変調素子と投映レンズの間に偏光ビームスプリッタを配置するための空間が必要となるので、投映レンズのバックフォーカスが長くなる。そのため、投映レンズの設計が困難で、高精細化に限界が有り、また、投映レンズが大きく、高価なものになるという課題を有していた。本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高精細で、小型かつ安価な液晶投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の液晶投影装置は、光源と、前記光源からの光を均一化するための光学要素と、光の振動方向をそろえる偏光変換素子と、反射形光変調素子に集光させる照明光学系と、電気信号により画像に応じた光変調を行う反射型光変調素子と、前記反射形光変調素子により作られた画像をスクリーンへ投影する投映レンズ群と、前記投映レンズ群の途中に配置され、前記照明光学系からの光を透過し前記反射形光変調素子により光変調され反射した光を、その光の振動方向により選択分離する偏光分離素子とを備え、前記投映レンズ群の一部が、前記照明光学系のレンズ群の一部を構成することを特徴としたものである。
【０００５】
また、本発明は、前記偏光分離素子に反射形偏光板を使用することを特徴としたものである。さらに、液晶投影装置において、前記照明光学系より入射した白色光を、クロスプリズムにより３色に分離し、それぞれの色に応じた変調を行う反射形光変調素子にて、光変調を行った後、再びプリズムにより変調された光を合成することにより、フルカラー画像を得ることができるようにすることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の液晶投影装置によれば、投映レンズと変調素子との間に偏光分離素子を配置するための空間を必要とせず、これにより投映レンズのバックフォーカスを短くすることが出来るため、投映レンズの設計が容易となり、高精細で小型、かつ安価な液晶投影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の液晶投影装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【０００８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施例における液晶投影装置の上面図を示す。
図１において、光源ランプ１と放物面リフレクタ２より構成される光源３から出射された光は、インテグレータ４、５により、均一化され、偏光変換素子６により、振動方向を紙面に平行にそろえられた偏光となる。
光源ランプ1は、ガラス管中に一対の電極を設け、水銀とハロゲン化合物が封入され、電極間の放電を利用して光を得る、超高圧水銀灯である。電極間の距離は短いほど、点光源に近くなるため、集光が容易となる。本実施例では光源ランプの電極間距離は１．３ｍｍである。
インテグレータ４，５は長方形のレンズを複数並べたレンズアレイであり、光源３からの光を分割し、反射形光変調素子上に重積させることにより画面の中心付近と周辺付近の輝度差を小さくする作用を持つ。この偏光は、コンデンサーレンズ７およびリレーレンズ８をとおして、反射形偏光板９に入射する。
【０００９】
反射形偏光板９は、ガラス等の透明基板上に半導体プロセスにより微細なアルミのラインを形成した、ワイヤーグリット偏光板で有り、形成されたアルミラインに平行な振動方向を持つ偏光を透過し、アルミラインに垂直な振動方向を持つ偏光を反射する作用を持つ。本実施例ではアルミラインの方向が、紙面に平行な振動方向をもつ偏光を透過し、紙面に垂直な振動方向をもつ偏光を反射するように配置されている。したがって、反射形偏光板９に入射した偏光は反射形偏光板９を透過し、第１のレンズ群１０をとおして、クロスプリズム１１に導かれる。
【００１０】
クロスプリズム１１は、４個の三角柱プリズムと、その斜面に形成された２種類の特性をもつ波長選択膜からなり、第１のレンズ群１０より入射した偏光を波長により３色に分離する作用を持ち、３枚の反射型光変調素子１２ｒ，１２ｇ，１２ｂに入射させる。
偏光変調素子１２ｒ，１２ｇ，１２ｂはそれぞれの色に応じた画像信号に応じて偏光を変調させる。すなわち、画像において明るい部分は入射偏光に対して振動方向を９０度変化させ，暗い部分は振動方向を入射偏光と同一のままで反射させる作用を持つ。
【００１１】
偏光変調素子１２ｒ，１２ｇ，１２ｂによって偏光変調され、反射された偏光は、再びクロスプリズム１１に入射され、前述と反対の作用により１つに合成されることによりフルカラーの画像となる。合成された偏光はレンズ群１０を通して反射形偏光板９へと再び導かれる。
偏光変調素子１２ｒ，１２ｇ，１２ｂにより振動方向を９０度変化させられた偏光（すなわち白信号に対応する部分）は紙面に対して垂直な振動方向となっているため、反射形偏光板９の表面にて反射し、光路を９０度変化させて、第２のレンズ群１３へと導かれる。この偏光は第１のレンズ群１０と第２のレンズ群１３の作用によりスクリーン１４上に画像を投影する。一方、振動方向を変えられることのなかった偏光（すなわち黒信号に対応する部分）は、紙面に対して平行な振動方向のままであるため、反射形偏光板９を透過し、光源へと戻される。
【００１２】
図４は、本発明によるレンズバック短縮効果の説明図である。図４の（ａ）が本発明の構成であり、クロスプリズム１１により合成された光はその直後に置かれたレンズ群１０に入射するため、レンズバックは短くて済み、また、レンズ径も小さくて済む。図４の（ｂ）に示す従来の構成では、クロスプリズム１１とレンズ群１０の間に偏光ビームスプリッタ９ｄを配置しているため、偏光ビームスプリッタ９を配置する分、レンズバックが長くなる。また、レンズバックが長くなった分、反射型光変調素子１２ｇよりの光は広範囲に広がるため、より大きなレンズ径を必要とする。
【００１３】
図５はレトロフォーカスタイプのレンズの原理図である。通常、液晶投影装置に用いられる投影レンズは、焦点距離ｆよりもレンズバックｆｂの長いレトロフォーカス型のレンズタイプが用いられることが一般的である。特に、短い投影距離で大きな拡大倍率を必要とする背面投射型投影装置に使用する場合は、焦点距離ｆを極めて短くする必要がある。一方で、バックフォーカスｆｂは偏光分離素子やクロスプリズム１１などを配置するために物理的に必要な空間を確保する必要がある。
【００１４】
焦点距離ｆとレンズバックｆｂの差を大きくするためには、前群により負のパワーの大きなレンズを配置する必要が生じる。しかし、前群に大きな負のパワーのレンズを配置する事は収差補正を困難にする。本発明の配置であれば、従来構成に対して、バックフォーカスを短くする事が出来るため、収差補正が容易になる。
【００１５】
以上のように、本実施の形態１においては反射形偏光板９を投射レンズの途中に配置することにより、反射形変調素子と投射レンズの間に偏光分離素子を配置するための特別な空間を必要とすることが無くなり、投射レンズのバックフォーカスを短くすることができる。
【００１６】
また、本実施の形態１では、照明光学系に一対のレンズアレイ（インテグレータ）を用いたことにより、光源の光の均一性を向上させることとなり、均一で明るい映像を得ることもできる。
【００１７】
なお、本実施の形態１では、３つの光変調素子を使用する３板式画像投影装置の例を示したが、クロスプリズム１１および、光変調素子１０ｒ、１０ｂを省略することにより、単板式画像投影装置としても良い。この場合は、クロスプリズム１１を配置する空間が必要無くなるため、更にバックフォーカスを短くすることができる。さらに、前述の単板式画像投影装置では、モノクロ画像しか得られないが、反射形光変調素子の前面にカラーフィルターを配置することにより、フルカラーの画像を得ることができる。
【００１８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の液晶投影装置の平面図を示す。
図２において、９ｄは偏光ビームスプリッタであり、１０ｒ、１０ｇ、１０ｂはレンズで、１５および１６は偏光板である。実施の形態1の構成と異なるところは、反射形偏光板９の代わりに、偏光ビームスプリッタ９ｄを用い、第１のレンズ群の一部を分離し、３色のそれぞれに設けた点である。
【００１９】
本実施の形態では前述した実施の形態１と同様の光源および照明光学系が用いられる。
偏光板１５は紙面に平行な振動方向を持つ偏光を透過させ、紙面に垂直な振動方向を持つ偏光を吸収する作用を持つ吸収型偏光板である。
偏光板１６は紙面に垂直な振動方向を持つ偏光を透過させ、紙面に平行な振動方向を持つ偏光を吸収する作用を持つ吸収型偏光板である。
光源からの光は、偏光変換素子６により大半が偏光板１５を透過する振動方向にそろえられた偏光であるが、わずかに異なる振動方向を持つ偏光を含む。また、偏光ビームスプリッタ９ｄもわずかながら本来透過する偏光を反射し、本来反射する偏光を透過させてしまう特性を持つ。
【００２０】
しかし、偏光ビームスプリッタ９ｄの前後に偏光板１５および偏光板１６を用いることにより、本来目的とする偏光以外の偏光を吸収することにより取り除くことができるため、よりコントラストの高い画像を提供することができる。
偏光ビームスプリッタ９ｄは、一対の三角柱プリズムからなり、斜面に形成された偏光分離膜を、２つのプリズムで峡持された構造をしており、紙面に平行な振動の偏光を透過し、紙面に垂直な偏光を反射させる働きを持つ。
【００２１】
本実施の形態１の反射形偏光板９を偏光ビームスプリッタ９ｄとすることにより、第１のレンズ群と第２のレンズ群の間が屈折率の高いガラスで埋められることとなり、光学的な光路長を短くすることができるので、投映レンズの設計自由度を大きくすることができるため、投映レンズの性能をさらに向上させることができる。
また、第１レンズ群１０の一部を、各色毎に分離独立させ、レンズ１０ｒ、レンズ１０ｇ、レンズ１０ｂとして、クロスプリズム１１と反射形光変調素子１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの間に配置することにより、レンズ１０ｒ、レンズ１０ｇ、レンズ１０ｂの作用により光束をより小さくすることができるので、投映レンズの口径が小さくても、より明るい画像を得ることができる。
【００２２】
さらに、レンズ１０ｒ、レンズ１０ｇ、レンズ１０ｂの焦点距離を使用する光の波長に応じて最適化することにより、投映レンズの色収差の補正が容易となり、投映レンズ群の構成枚数を少なくすることができ、より高精細な画像投影装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明にかかる液晶投影装置は、投映レンズと変調素子との間に偏光分離素子を配置するための空間を必要とせず、これにより投映レンズのバックフォーカスを短くすることが出来るため、投映レンズの設計が容易となり、高精細で小型、かつ安価な液晶投影装置を提供することができるという特徴を有し、高精細で安価な、大画面画像表示装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶投影装置の平面図
【図２】本発明の実施の形態２における液晶投影装置の平面図
【図３】従来の液晶投影装置の平面図
【図４】本発明によるレンズバック短縮効果の説明図
【図５】レトロフォーカスタイプの原理図
【符号の説明】
【００２５】
１
光源ランプ
２  リフレクター
３  光源
４  第１のインテグレータ
５  第２のインテグレータ
６  偏光変換素子
７  コンデンサーレンズ
８  リレーレンズ
９  反射形偏光板
９ｄ  偏光ビームスプリッタ
１０  第１のレンズ群
１０ｒ、１０ｇ、１０ｂ  レンズ
１１  クロスプリズム
１２  反射形光変調素子
１２r、１２ｇ、１２ｂ  反射形光変調素子
１３  第２のレンズ群
１４  スクリーン
１５  偏光板
１６  偏光板
【図１】
2005164885.tif 000003
【図２】
2005164885.tif 000004
【図３】
2005164885.tif 000005
【図４】
2005164885.tif 000006
【図５】
2005164885.tif 000007