(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶素子で変調した画像をスクリーンに投射する液晶プロジェクタ装置において、
第１乃至第４の偏光ビームスプリッタと、
第１及び第２の１／２波長板と、
第１及び第２の液晶素子と、
を有し、
前記第１の偏光ビームスプリッタは入射する緑色光を互いに直交する第１及び第２の緑色光に分離し、前記第１の液晶素子は前記第１の緑色光を変調し、前記第２の偏光ビームスプリッタは、第１の偏光ビームスプリッタで分離された第１の緑色光を反射して前記第１の液晶素子に導くとともに前記第１の液晶素子で変調された前記第１の緑色の光を透過し、前記第１の１／２波長板は前記第１の偏光ビームスプリッタで分離された第２の緑色光の偏光面を９０度回転し、前記第２の液晶素子は前記第２の緑色光を変調し、前記第３の偏光ビームスプリッタは前記第２の１／２波長板からの前記第２の緑色光を反射して前記第２の液晶素子に導くとともに前記第２の液晶素子で変調された前記第２の緑色の光を透過し、前記第２の１／２波長板は前記第３の偏光ビームスプリッタを透過した前記第２の緑色光の偏光面を９０度回転し、前記第４の偏光ビームスプリッタは前記第２の偏光ビームスプリッタを透過した前記第１の緑色光を透過するとともに前記第２の１／２波長板からの前記第２の緑色光を反射し、
前記第１及び第２の液晶素子は、画像を投射するスクリーンにおいて、垂直及び水平方向に半画素ピッチずれた位置関係にある緑色画素に対応していること
を特徴とする液晶プロジェクタ装置。
【請求項２】
赤色光及び青色光をそれぞれ変調する赤色光及び青色光用液晶素子を有し、前記第１及び第２の液晶素子で変調された第１及び第２の緑色光と、前記赤色光及び青色光用液晶素子で変調された赤色光及び青色光を前記スクリーン上において重ね合わせることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項３】
前記赤色光及び青色光用液晶素子により変調された赤色光及び青色光の内の赤色光による画像と、前記第１及び第２の液晶素子で変調された第１及び第２の緑色光による画像の大きさが一致していることを特徴とする請求項２記載の液晶プロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子を用いて変調した画像をスクリーンに投射する液晶プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶素子を用いて変調した画像をスクリーンに投射する液晶プロジェクタ装置が提供されている。このような液晶プロジェクタ装置としては、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光のような３つの単色光をそれぞれ変調素子で変調する構成が知られている。
【０００３】
ここで、液晶プロジェクタ装置によりスクリーンに投射された画像を、高解像度にして高精細化することが求められている。このため、（１）液晶素子の画素数の増加、（２）複数のプロジェクタ装置によるマルチ画面の構成、（３）緑色（Ｇ）光用の画素を半画素ピッチずらした２倍の配置が試みられている。緑色画素を本来の画素ピッチの半画素ピッチで２倍の画素数だけ配置する方法は、人間の視感度特性に着目して感度を向上させる方式であり、デュアルＧ方式と称されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、画像の高精細化のために液晶素子の画素数を増加させると、透過型液晶素子においては、画素の開口率が低下し、投射輝度が不足する。また、反射型液晶素子においては、開口率を低下させることなく画素数を増加させても、赤緑青色（ＲＧＢ）の全帯域の光を１つの投射レンズでスクリーン上に結像するため、投射レンズの有する倍率色収差によって各色に像は厳密に同じ大きさにならず、高解像度の画像は得られない。
【０００５】
マルチ画面構成は、画素数を増加させるのに最も単純な手段であるが、各画面を滑らかに接続することは難しい。また、各プロジェクタ装置の明るさ、色再現性、ガンマ特性等のばらつきにより、それぞれの画面の画質が異なる。
【０００６】
緑色（Ｇ）光用画素の半画素ピッチでの２倍の画素数の配置は、前述したようにＲＧＢ全帯域の光を１つの投射レンズでスクリーン上に結像するため、投射レンズの有する倍率色収差によって、各色の像は厳密に同じ大きさにならず、高解像度の画像を得ることは難しい。
【０００７】
また、ＲＧＢに対応した反射型液晶素子が搭載された光学ユニットにおいて、緑色用反射型液晶素子を追加してデュアルＧ方式を実現しても、追加の緑色反射型液晶素子に対して緑色光用偏光ビームスプリッタの十分な偏光分離性能が得られず、追加の緑色用反射型液晶素子から射出した画像は、十分なコントラスト比が得られない。
【０００８】
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、高解像度でコントラスト比が十分な液晶プロジェクタ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る液晶プロジェクタ装置は、液晶素子で変調した画像をスクリーンに投射する液晶プロジェクタ装置において、第１乃至第４の偏光ビームスプリッタと、第１及び第２の１／２波長板と、第１及び第２の液晶素子と、を有し、前記第１の偏光ビームスプリッタは入射する緑色光を互いに直交する第１及び第２の緑色光に分離し、前記第１の液晶素子は前記第１の緑色光を変調し、前記第２の偏光ビームスプリッタは、第１の偏光ビームスプリッタで分離された第１の緑色光を反射して前記第１の液晶素子に導くとともに前記第１の液晶素子で変調された前記第１の緑色の光を透過し、前記第１の１／２波長板は前記第１の偏光ビームスプリッタで分離された第２の緑色光の偏光面を９０度回転し、前記第２の液晶素子は前記第２の緑色光を変調し、前記第３の偏光ビームスプリッタは前記第２の１／２波長板からの前記第２の緑色光を反射して前記第２の液晶素子に導くとともに前記第２の液晶素子で変調された前記第２の緑色の光を透過し、前記第２の１／２波長板は前記第３の偏光ビームスプリッタを透過した前記第２の緑色光の偏光面を９０度回転し、前記第４の偏光ビームスプリッタは前記第２の偏光ビームスプリッタを透過した前記第１の緑色光を透過するとともに前記第２の１／２波長板からの前記第２の緑色光を反射する。
【００１０】
このような構成の液晶プロジェクタ装置により、第１及び第２の緑色光によりスクリーンに表示される第１及び第２の緑色画素は、ともに十分なコントラスト比が得られる。
【００１１】
好ましくは、前記第１及び第２の液晶素子は、画像を投射するスクリーンにおいて、水平及び／又は垂直方向に半画素ピッチずれた位置関係にある緑色画素に対応している。
【００１２】
好ましくは、赤色光及び青色光をそれぞれ変調する赤色光及び青色光用液晶素子を有し、前記第１及び第２の液晶素子で変調された第１及び第２の緑色光と、前記赤色光及び青色光用液晶素子で変調された赤色光及び青色光を前記スクリーン上において重ね合わせる。
【００１３】
好ましくは、前記赤色光及び青色光用液晶素子により変調された赤色光及び青色光の内の赤色光による画像と、前記第１及び第２の液晶素子で変調された第１及び第２の緑色光による画像の大きさが一致している。
【００１４】
青色光による画像は、人間の感度に対し鈍いので、赤色光及び緑色光による画像の大きさを一致させることにより、各色の画層は同様の大きさに感じられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本実施の形態は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光を変調するユニットから構成される。以下では、赤色光及び青色光を変調する赤色光及び青色光ユニットを説明し、続いて緑色光ユニットを説明する。
【００１７】
図１は、液晶プロジェクタ装置の赤色光及び青色光ユニット１０の概略的な構成を示す図である。
【００１８】
赤色光及び青色光ユニット１０は、相互に交差してＸ型に配置され、白色光が入射される赤色光用ダイクロイックミラー１１及び青色光用ダイクロイックミラー１２と、赤色光用ダイクロイックミラー１１から赤色光が入射される第１のプリ偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３と、青色光用ダイクロイックミラー１２から青色光が入射される第２のプリ偏光ビームスプリッタ１４とを有している。
【００１９】
また、赤色光及び青色光ユニット１０は、赤色光を変調する赤色光用反射型液晶素子１５と、第１のプリ偏光ビームスプリッタ１３から入射された赤色光を反射して赤色光用反射型液晶素子１５に入射させ、赤色光用反射型液晶素子１５で変調された赤色光を透過させる赤色光用偏光ビームスプリッタ１６とを有している。
【００２０】
さらに、赤色光及び青色光ユニット１０は、青色光を変調する青色光用反射型液晶素子１７と、第２のプリ偏光ビームスプリッタ１４から入射された青色光を反射して青色光用反射型液晶素子１７に入射させ、青色光用反射型液晶素子１７で変調された青色光を透過させる青色光用偏光ビームスプリッタ１８とを有している。
【００２１】
さらにまた、赤色光及び青色光ユニット１０は、赤色光用ビームスプリッタ１６から入射された赤色光と、青色光用ビームスプリッタ１８から入射された青色光を同じ方向に反射して合成するクロスダイクロイックプリズム１９を有している。
【００２２】
Ｘ型に交差した赤色用ダイクロイックミラー１１及び青色用ダイクロイックミラー１２に入射した白色光は、赤色用ダイクロイックミラー１１で赤色光が反射され、青色用ダイクロイックミラー１２で青色光が前記赤色光と逆方向に反射され、緑色光は透過する。
【００２３】
赤色用ダイクロイックミラー１１で反射された青色光は、第１のプリ偏光ビームスプリッタ１３に入射し、所定の偏光が反射される。第１のプリ偏光ビームスプリッタ１３で反射された赤色光は、赤色用偏光ビームスプリッタ１６に入射し、反射されて赤色光用反射型液晶素子１５に入射し、変調される。赤色光用反射型液晶素子１５で変調された赤色光は、赤色用偏光ビームスプリッタ１６を透過して、クロスロイックプリズム１９に入射し、反射される。
【００２４】
青色用ダイクロイックミラー１１で反射された赤色光は、第２のプリ偏光ビームスプリッタ１４に入射し、所定の偏光が反射される。第２のプリ偏光ビームスプリッタ１４で反射された青色光は、青色用偏光ビームスプリッタ１８に入射し、反射されて青色光用反射型液晶素子１７に入射し、変調される。青色光用反射型液晶素子１７で変調された青色光は、青色用偏光ビームスプリッタ１８を透過して、クロスダイクロイックプリズム１９に入射し、反射される。
【００２５】
図２は、液晶プロジェクタ装置の緑色光ユニット２０の概略的な構成を示す図である。
【００２６】
図中において、光線ａは無偏光の白色光を、光線ｂはＳ波を、光線ｃはＰ波を、それぞれ示している。
【００２７】
緑色光ユニット２０は、無偏光の白色光が入射される緑色用ダイクロイックミラー２１と、緑色用ダイクロイックミラー２１を透過した緑色光が入射され、相互に直交する第１及び第２の緑色光に分離する板状の第１の偏光ビームスプリッタ２２と、第１の緑色光を変調する第１の緑色用反射型液晶素子２３と、第１の偏光ビームスプリッタ２２からの第１の緑色光と第１の反射型液晶素子２３からの第１の緑色光が入射される第２の偏光ビームスプリッタ２４とを有している。
【００２８】
なお、第１の偏光ビームスプリッタ２２は、板状であるが、キューブ状の硝子ブロックによる偏光ビームスプリッタを用いることもできる。
【００２９】
また、緑色光ユニット２０は、第１の偏光ビームスプリッタ２２からの第２の緑色光について、偏光面を９０度回転する変換する第１の１／２波長板２５と、第２の緑色光を変調する第２の緑色用反射型液晶素子２６と、第１の１／２波長板２５からの第２の緑色光と第２の反射型液晶素子２６からの第２の緑色光が入射される第３の偏光ビームスプリッタ２７と、第２の偏光ビームスプリッタ２７からの第２の緑色光の偏光面を９０度回転する第２の１／２波長板２８と、第２の偏光ビームスプリッタ２４からの第１の緑色光及び第３の偏光ビームスプリッタ及び第２の１／２波長板２８からの第２の緑色光が入力され、これらを合成する第４の偏光ビームスプリッタ２９とを有している。
【００３０】
緑色光ユニット２０に入力された無偏光の白色光は、緑色用ダイクロイックミラー２１に入射され、緑色光のみが透過する。緑色用ダイクロイックミラー２１を透過した緑色光は、板状の第１の偏光ビームスプリッタ２２に入射され、Ｓ波は第１の緑色光として反射され、Ｐ波は第２の緑色光として透過し、波面が分離される。第１の偏光ビームスプリッタ２２で反射されたＳ波の第１の緑色光は、第２の偏光ビームスプリッタ２４に入射され、反射される。第２の偏光ビームスプリッタ２４で反射されたＳ波の第１の緑色光は、第１の緑色用反射型液晶素子２３に入射され、変調されたＰ波となる。第１の緑色用反射型液晶素子２３で変調されたＰ波の第１の緑色光は、第２の偏光ビームスプリッタ２４に入射し、透過する。第２の偏光ビームスプリッタ２４を透過したＰ波の第１の緑色光は、第４の偏光ビームスプリッタ２９に入射し、透過する。
【００３１】
第１の偏光ビームスプリッタ２２を透過したＰ波の第２の緑色光は、第１の１／２波長板２５に入射し、Ｓ波に変換される。第１の１／２波長板２５で変換されたＰ波の第２の緑色光は、第３の偏光ビームスプリッタ２７に入射し、反射される。第３の偏光ビームスプリッタ２７で反射されたＳ波の第２の緑色光は、第２の緑色用反射型液晶素子２６に入射され、変調されたＰ波となる。第２の緑色用反射型液晶素子２６で変調されたＰ波の第２の緑色光は、第３の偏光ビームスプリッタ２７に入射し、透過する。第３の偏光ビームスプリッタ２７を透過したＰ波の第２の緑色光は、第２の１／２波長板２８に入射し、Ｓ波に変換される。第２の１／２波長板で変換されたＳ波の第２の緑色光は、第４の偏光ビームスプリッタ２９に入射し、反射される。
【００３２】
第４の偏光ビームスプリッタ２９から射出された第１及び第２の緑色光は、前述の赤色及び青色用ユニット１０のクロスダイクロイックプリズム１９から射出された赤色光及び青色光とともに、投射レンズを介して図示しないスクリーンに投射される。スクリーン上において、第１の緑色用反射型液晶素子２３により変調された第１の緑色光と第２の緑色用反射型液晶素子２６により変調された第２の緑色光による画像は、合成される。
【００３３】
次に、本実施の形態と比較するために、反射型液晶素子を用いる通常の液晶プロジェクタ装置に追加の緑色用液晶素子を加えることにより実現したデュアルＧ方式のプロジェクタ装置を参考例として説明する。
【００３４】
図３は、参考例のプロジェクタ装置１００の概略的な構成を示す図である。
【００３５】
まず、追加の緑色液晶素子を加える前の動作について説明する。
【００３６】
プロジェクタ装置１００に入射した白色光の内、赤色光（Ｒ）及び緑色光（Ｇ）は、赤色及び緑色用ダイクロイックミラー１０１によって反射され、第１のプリ偏光ビームスプリッタ１０３に入射され、反射される。ここで、赤色光及び緑色光は、重なって黄色光（Ｙｅ）となっている。
【００３７】
第１のプリ偏光ビームスプリッタ１０３で反射された赤色光及び緑色光は、緑色用ダイクロイックミラー１０５に入射し、緑色光は反射し、赤色光は透過する。
【００３８】
緑色用ダイクロイックミラー１０５を透過した赤色光は、第１のフィールドレンズ１０６を介して赤色光用偏光ビームスプリッタ１０７に入射し、反射されて赤色光用反射型液晶素子１０８に入射し、変調される。赤色光用反射型液晶素子１０８で変調された赤色光は、赤色光用偏光ビームスプリッタ１０７を透過し、クロスダイクロイックプリズム１０９に入射し、反射される。
【００３９】
緑色用ダイクロイックミラー１０５で反射された緑色光は、第２のフィールドレンズ１１３を介して緑色用偏光ビームスプリッタ１１４に入射され、反射されて緑色用反射型液晶素子１１５に入射し、変調される。緑色用反射型液晶素子１１５で変調された緑色光は、緑色光用偏光ビームスプリッタ１１４を透過し、クロスダイクロイックプリズム１０９に入射し、透過する。
【００４０】
プロジェクタ装置１００に入射した白色光の内、青色光（Ｂ）は、青色光用ダイクロイックミラー１０２によって反射され、第２のプリ偏光ビームスプリッタ１０４に入射され、反射される。第２のプリ偏光ビームスプリッタ１０４で反射された青色光は、第３のフィールドレンズ１１０を介して青色光用偏光ビームスプリッタ１１１に入射し、反射されて青色光用反射型液晶素子１１２に入射し、変調される。青色光用液晶素子１１２で変調された青色光は、青色光用偏光ビームスプリッタ１１１を透過し、クロスダイクロイックプリズム１０９に入射し、反射される。
【００４１】
このように、プロジェクタ装置１００には、白色光が入射し、赤色光用反射型液晶素子１０８で変調された赤色光、緑色光用反射型液晶素子１１５で変調された緑色光、及び青色光用反射型液晶素子１１２で変調された青色光が射出される。これら赤色光、緑色光及び青色光は、同一の投射レンズでスクリーン上に投射される。
【００４２】
このような構成のプロジェクタ装置１００に、追加の緑色用液晶素子１１６を備えることにより、デュアルＧ方式を実現する。
【００４３】
この場合、第２のフィールドレンズ１１３を介して緑色用偏光ビームスプリッタ１１４に入射した緑色光の内、Ｓ波は反射して緑色光用反射型液晶素子１１５に入射し、Ｐ波は透過して追加の緑色光用反射型液晶阻止１１６に入射する。緑色用反射型液晶素子１１５に入射されたＳ波は、変調されたＰ波となって緑色用偏光ビームスプリッタ１１４を透過し、追加の緑色用反射型液晶阻止１１６に入射されたＰ波は、変調されたＳ波となって緑色用偏光ビームスプリッタ１１４で反射される。これらＳ波及びＰ波からなる緑色光は、共にクロスダイクロイックプリズム１０９に入射する。
【００４４】
クロスダイクロイックプリズム１０９を透過した緑色光は、同一の投射レンズによってスクリーン上に投射される。スクリーン上で、第１及び第２の緑色用反射型液晶素子で変調された緑色光は、半画素ピッチずれた緑色画素に対応している。
【００４５】
ただし、追加の緑色反射型液晶素子１１６に対して緑色光用偏光ビームスプリッタ１１４の十分な偏光分離透過性能が得られず、追加の緑色用反射型液晶素子から射出した画像は、十分なコントラスト比が得られない。
【００４６】
この参考例の液晶プロジェクタ装置１００と比較すると、本実施の形態の液晶プロジェクタ装置においては、第１及び第２の緑色光において、いずれも十分なコントラスト比を有している。すなわち、本実施の形態の緑色用ユニット２０においては、第１及び第２の緑色光について、いずれも十分な偏光分離等価性能を有しているので、いずれの緑色光についても十分なコントラスト比が得られる。
【００４７】
図４は、液晶プロジェクタ装置からスクリーンへの投射を示す図である。
【００４８】
本実施の形態の液晶プロジェクタ装置は、赤色光及び青色光を投射する赤色光及び青色光ユニット１０と緑色光を投射する緑色光ユニット２０から構成されている。
【００４９】
赤色光及び青色光を投射する赤色光及び青色光ユニット１０が投射する赤色光及び青色光ａと、緑色光ユニット２０が投射する緑色光ｂ，ｃによる画像は、スクリーン３０上の同じ位置にある。
【００５０】
ここで、赤色光及び青色光ａの内の赤色光と緑色光ｂ，ｃの大きさが一致するようになされる。通常、赤色光による画像と青色光による画像は、投射レンズの倍率色収差により、投射時の画像の大きさが異なるが、青色画像は人間の感度に対し鈍いので、赤色画像と緑色画像の大きさが一致するように配置すればよい。
【００５１】
図５は、スクリーン上における第１及び第２の緑色画素の配置を示す図である。
【００５２】
緑色光用ユニット２０が投射する緑色光は、第１の緑色用反射型液晶素子２３により変調された第１の緑色光ｂと、第２の緑色用反射型液晶素子２６により変調された第２の緑色光ｃから構成される。
【００５３】
第１の緑色光ｂによる第１の緑色画素（図中の実線）と、第２の緑色光ｃによる第２の緑色画素（図中の破線）とは、水平方向及び垂直方向に半画素ピッチＤ、すなわち最小画素単位ピッチの１／２ずれた位置に重ね合わせて配置されている。
【００５４】
人間の感度は、可視光では緑色光に対して一番敏感であるので、このように緑色画素を半画素ピッチＤずらして２倍の画素数だけ配置することにより、画像の高精細化を図ることができる。
【００５５】
なお、前述の実施の形態は、本発明の一具体例に過ぎず、本発明は、これに限定されない。例えば、前記図３においては、赤色光及び青色光ユニット１０と緑色光ユニット２０を個別に構成したが、これらを同一のユニットに構成することもできる。
【００５６】
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、高解像度であって、倍率色収差が小さく、コントラスト比が十分な液晶プロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶プロジェクタ装置の赤色光及び青色光ユニットの概略的な構成を示す図である。
【図２】液晶プロジェクタ装置の緑色光ユニットの概略的な構成を示す図である。
【図３】参考例のプロジェクタ装置の概略的な構成を示す図である。
【図４】液晶プロジェクタ装置からスクリーンへの投射を示す図である。
【図５】第１及び第２の緑色画素の配置を示す図である。
【符号の説明】
１１  赤色用ダイクロイックミラー
１２  青色用ダイクロイックミラー
１３  第１のプリ偏光ビームスプリッタ
１４  第２のプリ偏光ビームスプリッタ
１５  赤色用反射型液晶素子
１６  赤色用偏光ビームスプリッタ
１７  青色用反射型液晶素子
１８  青色用偏光ビームスプリッタ
１９  クロスダイクロイックプリズム
２１  緑色用ダイクロイックミラー
２２  第１の偏光ビームスプリッタ
２３  第１の緑色用反射型液晶素子
２４  第２の偏光ビームスプリッタ
２５  第１の１／２波長板
２６  第２の緑色用反射型液晶素子
２７  第３の偏光ビームスプリッタ
２８  第２の１／２波長板
２９  第４の偏光ビームスプリッタ
【図１】
0004397565.tif 000002
【図２】
0004397565.tif 000003
【図３】
0004397565.tif 000004
【図４】
0004397565.tif 000005
【図５】
0004397565.tif 000006