(57)【要約】【課題】  Ｒ光やＢ光の減衰を可能な限り低減しつつ、Ｇ光をＮＤフィルタ等で大きく減衰させることなく所望のホワイトバランスを達成することができるプロジェクタを提供すること。【解決手段】  色分割光学系２３において、第３光路ＯＰ３に導かれるＧ色の照明光は、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２等を経ることによってある程度減光する。また、クロスダイクロイックプリズム２７において、これを直進・通過するＲ色の像光は、両誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを透過することによって多少減光する。よって、色分割光学系２３において、最も強いＧ色の照明光が自動的に減光され、クロスダイクロイックプリズム２７において、次に強いＲ色の照明光が自動的に減光されて、各色ＲＧＢの像光の輝度が全体としてバランスの取れた状態になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１から第３色の照明光を含み、第３色の光量が第１及び第２色の光量よりも大きく、かつ、第２色の光量が第１色の光量よりも大きくなるような光源光を射出する光源と、
前記光源から射出された光源光のうち、第１及び第２色の光源光を、第１及び第２色の照明光として第１及び第２光路にそれぞれ導き、第３色の光源光を、第３色の照明光として前記第１及び第２光路よりも長い光路を有しリレーレンズ系を通る第３光路に導く光分割手段と、
前記光分割手段から射出される第１から第３色の照明光によってそれぞれ照明されるとともに、第１から第３色の照明光をそれぞれ変調して第１から第３色の変調光を形成する第１から第３の光変調装置と、
直交する一対のクロスダイクロイックミラーを内蔵するとともに、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第１及び第３色の変調光を反射させ、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第２色の変調光を透過させることによって、前記光変調装置を経た第１から第３色の変調光を合成する光合成部材と、
前記光合成部材を経ることによって合成された像光の投射像を形成する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。
【請求項２】
前記光源は、白色光源であり、前記第１色の照明光は、Ｂ光であり、前記第２色の照明光は、Ｒ光であり、前記第３色の照明光は、Ｇ光であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記光源は、水銀ランプ及びメタルハライドランプのいずれかであることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記投射像の色温度が４０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記光合成部材は、クロスダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示パネルその他の光変調装置を用いてカラー画像を投射するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタでは、一般に、白色光源からの白色光を一対のダイクロイックミラーで分割してＲＧＢの各色の照明光とする。これらＲＧＢの照明光は、各色の液晶表示パネルの照明に利用され、各色の液晶表示パネルを経た変調光は、クロスダイクロイックプリズムとよばれる光合成部材で合成され、カラー画像として投射される（特許文献１参照）。
【０００３】
このようなプロジェクタにおいて、Ｒ光は、クロスダイクロイックプリズム中の一方の誘電体多層膜で反射される光路に導かれ、Ｂ光は、クロスダイクロイックプリズム中の他方の誘電体多層膜で反射される光路に導かれ、Ｇ光は、クロスダイクロイックプリズム中の両誘電体多層膜を透過する光路に導かれる。この際、クロスダイクロイックプリズムの形状的制限を受けて、液晶表示パネルに至るＲ光の光路は、液晶表示パネルに至るＢ光やＧ光の光路よりも長くなるので、光路差を補償するためのリレーレンズが挿入される。この際、高圧水銀ランプの波長特性はＧ色に強いピークを有しており、これに起因して白画像が緑味がかることを防止するため、ホームシアター、プロジェクションＴＶ等の色合いを重視する用途では、Ｇ色の光路上にＮＤフィルタを配置したりＧ色液晶表示パネルの変調度を高めることによって、所望の色合いを達成する必要が生じる。
【０００４】
なお、リレーレンズ等での光量損失の影響を抑えるため、Ｇ光ではなくＢ光が、クロスダイクロイックプリズムを直進する構成とされ、Ｂ光ではなくＧ光が、リレーレンズ等を設けた長い光路に導かれる構成とされる場合もある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８７８０４号公報
【特許文献２】特許第３２５４６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のうち前者のプロジェクタでは、最も弱いＲ光がリレーレンズ等によって減衰する可能性があるので、Ｇ色の減衰だけでは目的とするホワイトバランスが必ずしも達成されない。
【０００６】
また、後者のプロジェクタでは、Ｒ光の減衰は低減できるが、通常Ｇ光よりも弱いＢ光がクロスダイクロイックプリズムを直進・通過することによって、減衰する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、Ｒ光やＢ光の減衰を可能な限り低減しつつ、Ｇ光をＮＤフィルタ等で大きく減衰させることなく所望のホワイトバランスを達成することができるプロジェクタ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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のプロジェクタは、（ａ）第１から第３色の照明光を含み、第３色の光量が第１及び第２色の光量よりも大きく、かつ、第２色の光量が第１色の光量よりも大きくなるような光源光を射出する光源と、（ｂ）光源から射出された光源光のうち、第１及び第２色の光源光を、第１及び第２色の照明光として第１及び第２光路にそれぞれ導き、第３色の光源光を、第３色の照明光として第１及び第２光路よりも長い光路を有しリレーレンズ系を通る第３光路に導く光分割手段と、（ｃ）光分割手段から射出される第１から第３色の照明光によってそれぞれ照明されるとともに、第１から第３色の照明光をそれぞれ変調して第１から第３色の変調光を形成する第１から第３の光変調装置と、（ｄ）直交する一対のクロスダイクロイックミラーを内蔵するとともに、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第１及び第３色の変調光を反射させ、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第２色の変調光を透過させることによって、光変調装置を経た第１から第３色の変調光を合成する光合成部材と、（ｅ）光合成部材を経ることによって合成された像光の投射像を形成する投射光学系とを備える。
【０００９】
上記プロジェクタでは、光分割手段が、第１及び第２色の照明光より光量が大きな第３色の照明光を第１及び第２光路よりも長くリレーレンズ系を通る第３光路に導かれるので、第３色の照明光がリレーレンズ系等によって減衰することを利用して第３色の相対的強度を自然に減少させることができる。また、光合成部材が一対のクロスダイクロイックミラーで第１及び第３色の変調光を反射させるとともに第２色の変調光を透過させるので、第２色の変調光が一対のクロスダイクロイックミラーの透過によって他のものよりも減衰することを利用し、第２色の相対的強度を自然に減少させて、第１色や第３色の程度に近づけることができる。よって、フィルタ等の減光用の光学系を特に設けることなく、第１から第３色の変調光の相対強度をバランスすることができ、投射画像について簡易に所望のホワイトバランスを達成することができる。
【００１０】
本発明の具体的態様では、上記プロジェクタにおいて、光源が白色光源であり、第１色の照明光がＢ光であり、第２色の照明光がＲ光であり、第３色の照明光がＧ光である。一般的に、十分な輝度を有するプロジェクタ用の汎用的なランプ光源は、Ｂ光が最も弱くＧ光が最も強い場合が多いので、このようなランプ光源の色バランスを光分割手段や光合成部材によって自動的に補正することができる。
【００１１】
また、本発明の別の具体的態様では、光源が水銀ランプ及びメタルハライドランプのいずれかである。この場合、水銀ランプ及びメタルハライドランプの色バランスを適宜補正することができる。
【００１２】
また、本発明の別の具体的態様では、投射像の色温度が４０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下である。この場合、照明光を無駄にすることなく、投射画像のホワイトバランスを、ホームシアター、プロジェクションＴＶ等の色合いを重視する用途に適合させることができる。
【００１３】
また、本発明の別の具体的態様では、光合成部材がクロスダイクロイックプリズムである。この場合、光合成部材が一体の部材となり、安定して良好な光合成が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。このプロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光をＲＧＢの３色に分割する光分割手段である色分割光学系２３と、色分割光学系２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５からの各色の変調光を合成するための光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た像光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備える。
【００１５】
ここで、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。ここで、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプからなる白色光源であり、光源光をコリメートするための凹面鏡を備える。かかる高圧水銀ランプは、ＲＧＢの各色からなる光源光を発生するが、このうちＧ色に最も強いピークを有し、Ｇ光の光量が最も大きくなっている。また、Ｒ色の光量はＢ色の光量よりも幾分大きくなっている。つまり、光源光は完全な白色ではなく緑がかった傾向を有する。一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源ランプ２１ａからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、フライアイ光学系２１ｅから射出した光源光を例えば図１の紙面に垂直なＳ偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部２５に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述する色分割光学系２３を経て、光変調部２５を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃを均一に重畳照明する。
【００１６】
色分割光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、３つのフィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。第１ダイクロイックミラー２３ａは、ＲＧＢの３色のうちＢ光を反射しＲ光及びＧ光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射したＲＧの２色のうちＲ光を反射しＧ光を透過させる。この色分割光学系２３において、光源装置２１からの白色の光源光は、第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２３ａで反射されたＢ光は、例えばＳ偏光のまま第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー２３ｍを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイクロイックミラー２３ａを透過して第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されたＲ光は、例えばＳ偏光のまま第２光路ＯＰ２に導かれフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過したＧ光は、例えばＳ偏光のまま第３光路ＯＰ３に導かれ、光路長差を補償するためのリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ２３ｈに入射する。ここで、第３光路ＯＰ３にリレーレンズ系であるリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２を組み込んでおり、第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２よりも長く設定された第３光路ＯＰ３の照明光の収差や拡大率等を補正しているが、このようなリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２や反射ミラー２３ｎ，２３ｏによって減光が生じてしまう。このような減光は、図１に示す配置をとる色分割光学系２３では不可避的であるが、これを逆に利用することによって、像光のカラーバランスの調整が可能である。
【００１７】
光変調部２５は、３色の照明光がそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを挟むように配置される３組の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇとを備える。第１光路ＯＰ１に導かれたＢ光は、フィールドレンズ２３ｆを介して液晶ライトバルブ２５ａの被照射面に入射する。第２光路ＯＰ２に導かれたＲ光は、フィールドレンズ２３ｇを介して液晶ライトバルブ２５ｂの被照射面に入射する。第３光路ＯＰ３に導かれたＧ光は、フィールドレンズ２３ｈを介して液晶ライトバルブ２５ｃの被照射面に入射する。各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調するための非発光型の光変調装置であり、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ２５ｅ〜２５ｇによって、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
【００１８】
クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成部材であり、Ｒ光反射用の誘電体多層膜２７ａとＢ光反射用の誘電体多層膜２７ｂとを直交させた状態で内蔵するものである。一方の誘電体多層膜２７ａは、Ｂ色とＧ色の境界波長（例えば５００ｎｍ）よりも短波長側の像光を反射するダイクロイックミラーであり、他方の誘電体多層膜２７ｂは、Ｂ色とＧ色の境界波長（例えば５００ｎｍ）からＧ色とＲ色の境界波長（例えば５８０〜５８５ｎｍ）にかけての波長域の像光を反射するダイクロイックミラーである。このように、クロスダイクロイックプリズム２７は、交差させた状態の一対の誘電体多層膜２７ａ，２７ｂをクロスダイクロイックミラーとして内蔵する。クロスダイクロイックプリズム２７は、液晶ライトバルブ２５ａからのＲ光を誘電体多層膜２７ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ２５ｂからのＧ光を誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ２５ｃからのＢ光を誘電体多層膜２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。以上により、クロスダイクロイックプリズム２７の３つの側面から入射した像光が合成され、残りの側面から射出される。クロスダイクロイックプリズム２７で合成されて射出された像光は、投射レンズ２９を経て適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。なお、クロスダイクロイックプリズム２７中の両誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを透過させる直進光路に関しては、両誘電体多層膜２７ａ，２７ｂのいずれかで反射される光路に比較して、透過損失が増大する傾向がある。このような減光は、不可避的であるが、これを利用することによってカラーバランスの調整が可能である。
【００１９】
以下、本実施形態に係るプロジェクタ１０の動作について説明する。光源装置２１からの光源光は、色分割光学系２３に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂによって色分割され、対応する液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃに照明光としてそれぞれ入射する。各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃは、外部からの画像信号によって変調されて２次元的屈折率分布を有しており、照明光を２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃで変調された照明光すなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成された後、投射レンズ２９に入射する。投射レンズ２９に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。この際、色分割光学系２３において、第３光路ＯＰ３に導かれるＧ色の照明光は、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２等を経ることによってある程度減光するので、他の光路、例えば第１光路ＯＰ１に導かれるＢ色光と同程度の照明光量となる。また、クロスダイクロイックプリズム２７において、これを直進・通過するＲ色の像光は、両誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを透過することによって多少減光するので、例えば第１光路ＯＰ１を経て誘電体多層膜２７ａで反射されるＢ色の像光と同程度の輝度となる。以上により、クロスダイクロイックプリズム２７を射出した各色ＲＧＢの像光の輝度は、全体としてバランスした状態になる。この際、いずれかの色の照明光路や像光路にＮＤフィルタ等を積極的に設ける必要がないので、画像の輝度を高めることができる。また、各液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃの透過率を調節して開度を落とす必要がないので、コントラストの劣化もない。
【００２０】
図２は、図１のプロジェクタ１０によって投射される像光（スクリーン透過後）の色温度と光利用効率との関係を説明するグラフである。グラフにおいて、横軸は色温度（Ｋ）を示し、縦軸は光利用効率（％）を示す。なお、色温度を調節するため、Ｒ，Ｂ光に対してＧ光の利用効率を調節した。グラフ中、印「×」は、本実施形態に対応し、Ｇ光がリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２経由でクロスダイクロイックプリズム２７に入射して反射によって合成され、Ｒ光がクロスダイクロイックプリズム２７を透過して合成される。また、印「▲」は、第１の比較例に対応し、Ｇ光がリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２経由でクロスダイクロイックプリズム２７に入射して反射によって合成され、Ｂ光がクロスダイクロイックプリズム２７を透過して合成される。また、印「■」は、第２の比較例に対応し、Ｒ光がリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２経由でクロスダイクロイックプリズム２７に入射して反射によって合成され、Ｇ光がクロスダイクロイックプリズム２７を透過して合成される。また、印「◆」は、第３の比較例に対応し、Ｂ光がリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２経由でクロスダイクロイックプリズム２７に入射して反射によって合成され、Ｇ光がクロスダイクロイックプリズム２７を透過して合成される。
【００２１】
以上のグラフからも明らかなように、投射像の色温度が４０００〜１２０００（Ｋ）の範囲では、×印で示す実施例の光利用効率が他に比較して最も高いことが分かる。つまり、Ｇ光がリレーレンズＬＬ１，ＬＬ２経由の長い経路でクロスダイクロイックプリズム２７で折り曲げられ、Ｒ光が比較的短い経路でクロスダイクロイックプリズム２７を透過し、Ｂ光が比較的短い経路でクロスダイクロイックプリズム２７で折り曲げられる実施形態の光路構成が最も光源光の利用効率が良いことが分かる。
【００２２】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、光源装置２１の光源ランプ２１ａは、高圧水銀ランプに限らず、メタルハライドランプ等を使用することができ、この場合も、色分割光学系２３において、Ｇ色の照明光が自動的に減光され、クロスダイクロイックプリズム２７において、Ｒ色の照明光が自動的に減光されて、各色ＲＧＢの像光の輝度が全体としてバランスした状態になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態のプロジェクタを説明する図である。
【図２】像光の色温度と光利用効率との関係を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１０…プロジェクタ、  ２１…光源装置、  ２１ａ…光源ランプ、  ２１ｄ，２１ｅ…フライアイ光学系、  ２１ｇ…偏光変換部材、  ２１ｉ…重畳レンズ、  ２３…色分割光学系、  ２３ａ，２３ｂ…ダイクロイックミラー、  ２５…光変調部、  ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…液晶ライトバルブ、  ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇ…偏光フィルタ、  ２７…クロスダイクロイックプリズム、  ２７ａ，２７ｂ…誘電体多層膜、  ２９…投射レンズ、  ＯＰ１…第１光路、  ＯＰ２…第２光路、  ＯＰ３…第３光路
【図１】
2005266115.tif 000003
【図２】
2005266115.tif 000004