(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、
マイクロレンズの光軸上に位置する開口に光源からの光から１色の光束を反射または透過する色分離手段としての色分離第１ダイクロミラーを、マイクロレンズの光軸上に位置していないそれぞれ２つの開口に光源からの光から２色の光束をそれぞれ反射する色分離手段としての色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーから離して配置し、且つ、反射または透過後でそれぞれ角度の異なる、前記色分離第１ダイクロミラーで反射または透過された１色の光束と、前記色分離第２ダイクロミラーと前記色分離第３ダイクロミラーで反射された２色の光束を空間的に合成する色合成手段としての色合成ダイクロミラーを設けたことを特徴とするマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項２】
少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、
前記色分離手段では、光源からの光から１色の光束を反射するために、色分離第１ダイクロミラーを配置し、前記色分離第１ダイクロミラーを透過した光源からの光から２色の光束を反射するために、前記色分離第１ダイクロミラーより大きい角度と小さい角度で色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーをそれぞれ配置し、反射後でそれぞれ角度の異なる前記１色の光束と前記２色の光束を空間的に合成する色合成手段としての色合成ダイクロミラーを設けたことを特徴とするマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項３】
少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、
前記色分離手段では、光源からの光から２色の光束を反射するために、色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーを配置し、前記色分離第２ダイクロミラーと前記色分離第３ダイクロミラーを透過した光源からの光から１色の光束を反射するために、色分離第１ダイクロミラーを配置し、反射後の前記１色の光束と反射後の前記２色の光束を空間的に合成する色合成手段としての色合成ダイクロミラーを設け、前記色分離第１ダイクロミラーより大きい角度と小さい角度で前記色分離第２ダイクロミラーと前記色分離第３ダイクロミラーをそれぞれ配置したことを特徴とするマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項４】
前記色分離手段の色分離第１ダイクロミラーと、前記色合成手段の色合成ダイクロミラーを平行に配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項５】
前記色分離手段の色分離第１ダイクロミラーと、前記色合成手段の色合成ダイクロミラーを照明光学系の光軸に対してそれぞれ斜め４５度に配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項６】
少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、
前記色分離手段では、光源からの光から１色の光束を透過するために、色分離第１ダイクロミラーを配置し、前記色分離第１ダイクロミラーを反射した光源からの光から２色の光束を反射するために、前記色分離第１ダイクロミラーより大きい角度と小さい角度で色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーをそれぞれ配置し、前記色分離第２ダイクロミラーと前記色分離第３ダイクロミラーで、前記２色の光束を反射させるとともに、前記１色の光束を透過させることにより、それぞれ角度の異なる前記１色の光束と前記２色の光束を空間的に合成する色合成手段として作用させることを特徴とするマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項７】
前記リフレクタから前記色分離手段の間に、順に偏光変換プリズムと、第１マルチレンズアレイと、第２マルチレンズアレイを配置し、
第１マルチレンズアレイの各レンズ面での光量分布を液晶パネル面上に重ね合わせるための結像レンズを第２マルチレンズアレイと液晶パネルの間に配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項８】
前記結像レンズは２枚以上の凸レンズを有し、２つの凸レンズの間に前記色分離手段及び前記色合成手段を配置したことを特徴とする請求項７に記載のマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項９】
前記結像レンズと前記液晶パネルの間に、前記色分離手段及び前記色合成手段を配置したことを特徴とする請求項７に記載のマイクロレンズを有する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、液晶プロジェクタ装置に関する。この液晶プロジェクタ装置は、前面投射のいわゆる液晶プロジェクターや、投射型テレビといった画像表示分野に広く利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。このような液晶表示素子を用いた投射型カラー画像表示装置として、特開平４−６０５３８号公報に、液晶表示素子を１枚用いる単板式のものが提案されている。これは、光学系が簡単で小型のシステムに適したものとして知られている。
【０００３】
このシステムに対して、照明効率の向上のために偏光変換素子を用い、また、液晶パネル面での光量分布の一様化を図るためのインテグレータとしての２組のマルチレンズアレイを用いた液晶プロジェクタ装置の従来例としての構成例を、図１１を用いて説明する。
【０００４】
インテグレータとしての２組のマルチレンズアレイを用いた液晶プロジェクタ装置は、ランプ１と、リフレクタ２と、偏光変換プリズム３と、マルチレンズアレイ４と、結像レンズ５と、色分離手段６と、液晶パネル８と、投射レンズ９とを有している。
【０００５】
リフレクタ２は、反射面の形状が放物面に構成され、焦点位置に配置されたランプ１から放射される光を偏光変換プリズム３に平行光束として入力する。
【０００６】
偏光変換プリズム３は、リフレクタ２で平行光束とされたランプ１からの光を、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離する手段である。
【０００７】
マルチレンズアレイ４は、インテグレータとしての機能を有し、第１マルチレンズアレイ４１と、第２マルチレンズアレイ４２とで構成されている。
【０００８】
結像レンズ５は、第１レンズ５１と第２レンズ５２とで構成されている。
【０００９】
色分離手段６は、色分離第１ダイクロミラー６１と、色分離第２ダイクロミラー６２と、色分離第３ダイクロミラー６３とから構成される。
【００１０】
なお、図１１においては、偏光変換プリズム３と色分離手段６の機能を含めて全体の基本構成を説明するために、それぞれの基本機能を示す断面で表示した。即ち、偏光変換プリズム３とマルチレンズアレイ４はＹＺ平面の断面図で表示され、色分離手段６はＸＺ平面の断面図で表示される。
【００１１】
リフレクタ２の焦点位置に配置したランプ１から出た光束は、リフレクタ２で反射し照明光学系の光軸に平行な平行光束となる。実際は、ランプ１は理想的な点光源ではないので、光軸に平行な基準の光線に対して広がりを持った光束となる。
【００１２】
リフレクタ２で反射した光束は自然光なので、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分がある。一方、液晶パネル８の透過軸は１方向のみである。そこで、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を有する自然光を、偏光変換プリズム３でＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離し、片方の光路の直後にのみ図示を省略したλ／２波長板を設け、偏光方向を揃える。偏光方向を揃えたうえで波長板を用いて、液晶パネル８の透過軸に偏光軸を合わせることで、光利用率を改善できる。
【００１３】
また、一方、インテグレータ作用を有するマルチレンズアレイ４は、第１マルチレンズアレイ４１の各レンズ面での光量分布を第２マルチレンズアレイ４２及び、結像レンズ５によって液晶パネル８の面上に重ね合わせることによって、液晶パネル８での光量分布の一様化を実現している。なお、結像レンズ５は液晶パネル８の面に結像させるための第１レンズ５１と主光線が液晶パネル８にほぼ垂直に入射するための第２レンズ５２に分けられる。第１レンズ５１と第２レンズ５２はそれぞれ複数の枚数で構成してもよく、また、第１レンズ５１と第２レンズ５２を一体化した結像レンズ５をマルチレンズアレイ４から離して配置してもよいが、結像レンズ５の大型化も含めた全体構成が大型化するので、この従来例では結像レンズ５は第１レンズ５１と第２レンズ５２の２枚構成としている。
【００１４】
第２レンズ５２の後で主光線が光軸に平行になった状態、いわゆるテレセントリックな状態である第２レンズ５２の後ろに色分離手段６を配置するのが基本である。しかし、従来例では、第１レンズ５１と第２レンズ５２の間には大きな空間があり、色分離ダイクロミラー６１，６２，６３への入射光束の角度範囲は色分離ダイクロミラーの膜設計上で実現可能な角度範囲となるので、この第１レンズ５１と第２レンズ５２の間の空間に色分離手段６を配置している。
【００１５】
次に、図１２と図１３を用いて、色分離手段６の作用について説明する。基本作用より、色分離第１ダイクロミラー６１，色分離第２ダイクロミラー６２，色分離第３ダイクロミラー６３で、それぞれに対応した色の光束のみを反射する。また、色分離第１ダイクロミラー６１に対して、色分離第２ダイクロミラー６２と、色分離第３ダイクロミラー６３は、±θ／２の角度差で配置されている。従って、色分離第１ダイクロミラー６１の反射光が９０度の方向へ、色分離第２ダイクロミラー６２の反射光が９０−θ度の方向へ、逆に、色分離第３ダイクロミラー６３の反射光が９０＋θ度の方向へ反射する。
【００１６】
すなわち、基準光に対して、±θの角度差を持った全体で３色の光束が液晶パネル８の面へ照射される。
【００１７】
図１４を用いて、角度差を持った３色の光束がマイクロレンズを有する液晶パネル８に照射した際の状態について説明する。
【００１８】
図１４において、液晶パネル８の入射面に設けた複数のマイクロレンズは、液晶パネルの各画素に対応して設けられており、第１マイクロレンズ８１−１、第２マイクロレンズ８１−２…は、それぞれ液晶パネル８の液晶層に設けた開口８３Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１、８３Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２に対応して設けられている。液晶パネル８の入射面には複数のマイクロレンズが設けられているが、図１４では、２つのマイクロレンズ８１−１，８１−２で代表的に表示してある。液晶層には、各マイクロレンズに対応した赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）用の開口８３がある。第１マイクロレンズ８１−１を基準に考えると、第１マイクロレンズ８１に入射した主光線は、それぞれ直進する。ここで、マイクロレンズの焦点距離と各色用の開口８３までの距離を光学的にほぼ同じ値に設定すれば、各色それぞれの開口部で各色が集光し、その結果、液晶パネル８を通過することができる。
【００１９】
ここで、図１３に戻って従来の色分離手段における多重反射の問題点について説明する。
【００２０】
理想的には、色分離手段を構成するそれぞれの色分離ダイクロミラーの波長に対する透過率の特性が、特定の波長範囲の色のみ反射し、それ以外の波長の光を透過できればよいが、現実の色分離ダイクロミラーをこのような特性とするには、極めて多層の膜を備えることが必要となり、コスト面からも許容しがたく、現実には、特定の波長範囲以外の波長をも反射してしまうという問題がある。
【００２１】
すなわち、上記のように色分離ダイクロミラーを角度を違えて３枚配置し、マイクロレンズを有する液晶パネルで色分離合成するシステムにおいては、以下説明する色分離ダイクロミラーでの多重反射が問題となる。
【００２２】
図１３では、基準となる色分離第１ダイクロミラー６１の両側に、±θ／２の角度差で、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３を配置している。
【００２３】
色分離第２ダイクロミラー６２は、色分離第１ダイクロミラー６１に対してθ／２傾いて配置されている。ここで、色分離第１ダイクロミラー６１で反射した正常な光束の一部が、色分離第２ダイクロミラー６２で反射し、再び色分離第１ダイクロミラー６１で反射する多重反射光について説明する。色分離第２ダイクロミラー６２は、色分離第１ダイクロミラー６１に対してθ／２角度がずれて配置されているので、色分離第２ダイクロミラー６２からの反射光はθ／２の２倍の角度、即ち、θ角度がずれて、色分離第１ダイクロミラー６１へ再び到達する。この色分離第１ダイクロミラー６１で再び反射する多重反射光Ｂ’は、正常光束に対してθ分、角度がずれるが、この値は、色分離第３ダイクロミラー６３で正常に反射する光線Ｇの反射角度に一致する。この場合は、色分離第１ダイクロミラー６１の反射光の一部が、色分離第３ダイクロミラー６３の反射光に混色する。
【００２４】
すなわち、単色の色目が劣化し、本来の色再現性が劣化する。
【００２５】
具体的な混色の現象を、マイクロレンズ８１と各ＲＧＢの光に対応した液晶の開口部８３の関係を示す図１４を用いて説明する。マイクロレンズの焦点位置に各ＲＧＢの開口部を配置しており、図１４では、その代表光線としての主光線のみを表示している。
【００２６】
このとき、主光線に平行な光束は全て、各開口部で集光する。例えば、色分離第１ダイクロミラー６１でＢ光を反射し、色分離第２ダイクロミラー６２でＲ光を反射し、色分離第３ダイクロミラー６３でＧ光を反射する場合、第１マイクロレンズ８１−１に入射した各色の光束は、Ｂ光束がＢ光束用開口８３Ｂ１に、Ｒ光束がＲ光束用開口８３Ｒ１に、Ｇ光束がＧ光束用開口８３Ｇ１に、それぞれ集光する。従って、Ｂ光用の色分離第１ダイクロミラー６１と、Ｒ光用の色分離第２ダイクロミラー６２による多重反射Ｂ１’光束は、本来Ｇ１光束用の開口８３Ｇ１に集光し、混色となる。
【００２７】
ところで、同じような多重反射は、Ｂ光用の色分離第１ダイクロミラー６１とＧ光用の色分離第３ダイクロミラー６３の間でも起こる。この場合、多重反射Ｇ’光束と同じ角度の正常な反射光束は無い。しかしながら、第２マイクロレンズ８２と対応した開口８３Ｇ２・開口８３Ｂ２・開口８３Ｒ２が同じ周期で隣接して配置されているので、隣の第２マイクロレンズ８１−２からの上記多重反射光Ｇ２’が開口８３Ｒ１に入る。この状態を、図１５（Ｂ）に示す。マイクロレンズ８１に対向した開口８３には、開口８３内にＲ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｇ２で示した各色の写像が投射される。上段は正常光束を、下段は多重反射光束をそれぞれ示している。
【００２８】
ここで、正常光束よりも角度の大きな光は、投射レンズ９のＦ値に対応したＦ値相当の開口でケラレ、スクリーン面に到達できないはずである。しかしながら、本発明で使用しているマイクロレンズ８１を有する液晶パネルの場合、図１５に示すように、１つのマイクロレンズ８１に対して、ＲＧＢそれぞれの開口部８３Ｒ，Ｇ，Ｂが対応しており、各開口は図１５の表示では縦長な開口３つが一対となっている。もし、多重反射光が投射レンズ９へ入射しないように、投射レンズ９のＦ値、即ち、Ｆ値相当の開口９１を小さくすると、最初に、Ｇ光束とＲ光束がケラレはじめる。即ち、白色でのＲＧＢのバランスが崩れて、その結果、白色の色目も劣化してしまう。実際は、白色の色目を直すために、電気回路的に光量が相対的に多い光を絞った使い方をすることとなる。
【００２９】
図１６を用いて、投射レンズ９のＦ値相当の開口によるケラレについて補足説明する。図１６（Ａ）は、液晶パネル８と投射レンズ９の位置関係を，図１６（Ｂ）は、液晶パネル８の要部を拡大して示しているが、通常、投射レンズ９の入射瞳位置（拡大投射系で）は、液晶パネル８からの出射光束に合わせて、液晶パネル８から遠く離れた位置としている。このとき、入射瞳位置（距離）に対して、液晶パネル８サイズは約２桁小さく、更に、マイクロレンズは約３桁小さい大きさである。従って、投射レンズ９によるケラレを考える場合、マイクロレンズの位置はほとんど無視でき、マイクロレンズ出射後の角度、即ち、上記のように、マイクロレンズと通過する開口の位置関係のみに着目すれば良いことになる。
【００３０】
以上より、白色の色目の点から図１５で示すようにＲＧＢの各開口を通過した光束の大部分が通過できるような投射レンズ９、即ち、小さいＦ値が望ましい。しかしながら、投射レンズ９のＦ値を小さくすると、図１４で説明したＢ光用の色分離第１ダイクロミラー６１とＧ光用の色分離第３ダイクロミラー６３の間でも起こる多重反射Ｇ光束が投射レンズ９を通過してしまい、混色が生じてしまう。
【００３１】
この対策手段として、明るさよりもなにより、先ず第１に、多重反射を発生させない色分離ダイクロミラーの波長特性を優先することも一つの解決するための手段であるが、完全に多重反射光を無くすことはできない。逆に、多重反射光防止を優先すると、正常光束の反射率事態が劣化する等の不具合が生じる。仮に、実用上問題とならない程度まで、色分離ダイクロミラーの波長特性を得たとしても、色分離ダイクロミラーの膜数が増え、色分離ダイクロミラーの製作時間が長く、また、コストが大きくなる。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するものであり、基本構成の変更により多重反射を無くしたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、色分離ダイクロミラーの積層反射膜を同数としたときに、簡単な構成を附加することによって、多重反射の影響をなくしたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明では、従来は、それぞれ異なる角度で連続して配置された３種類の色分離ダイクロミラーを、両端の２枚の色分離ダイクロミラーと、中央の色分離ダイクロミラーの２群構成に分割配置し、色分離手段を第１段階と第２段階に分ける構成を採用した。
【００３４】
本発明は、少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、マイクロレンズの光軸上に位置する開口に光源からの光から１色の光束を反射または透過する色分離手段としての色分離第１ダイクロミラーを、マイクロレンズの光軸上に位置していないそれぞれ２つの開口に光源からの光から２色の光束をそれぞれ反射する色分離手段としての色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーから離して配置し、且つ、反射または透過後でそれぞれ角度の異なる、前記色分離第１ダイクロミラーで反射または透過された１色の光束と、前記色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーで反射された２色の光束を空間的に合成する色合成手段としての色合成ダイクロミラーを設けた。
【００３５】
本発明は、少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、前記色分離手段では、光源からの光から１色の光束を反射するために、色分離第１ダイクロミラーを配置し、前記色分離第１ダイクロミラーを透過した光源からの光から２色の光束を反射するために、前記色分離第１ダイクロミラーより大きい角度と小さい角度で色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーをそれぞれ配置し、反射後でそれぞれ角度の異なる前記１色の光束と前記２色の光束を空間的に合成する色合成手段としての色合成ダイクロミラーを設けた。
【００３６】
本発明は、少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、前記色分離手段では、光源からの光から２色の光束を反射するために、色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーを配置し、前記色分離第２ダイクロミラーと前記色分離第３ダイクロミラーを透過した光源からの光から１色の光束を反射するために、色分離第１ダイクロミラーを配置し、反射後の前記１色の光束と反射後の前記２色の光束を空間的に合成する色合成手段としての色合成ダイクロミラーを設け、前記色分離第１ダイクロミラーより大きい角度と小さい角度で前記色分離第２ダイクロミラーと前記色分離第３ダイクロミラーをそれぞれ配置した。
【００３７】
本発明は、上記マイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、前記色分離手段の色分離第１ダイクロミラーと、前記色合成手段の色合成ダイクロミラーを平行に配置した。また、前記色分離手段の色分離第１ダイクロミラーと、前記色合成手段の色合成ダイクロミラーを照明光学系の光軸に対してそれぞれ斜め４５度に配置した。
【００３８】
本発明は、少なくとも光源と、リフレクタと、前記光源からの光の光軸上に複数のダイクロミラーを互いに異なる角度で配置した色分離手段と、マイクロレンズアレイを有し且つ各マイクロレンズ１個に対してそれぞれ３色に対応した開口を有する液晶パネルと、投射レンズを備えたマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、前記色分離手段では、光源からの光から１色の光束を透過するために、色分離第１ダイクロミラーを配置し、前記色分離第１ダイクロミラーを反射した光源からの光から２色の光束を反射するために、色分離第１ダイクロミラーより大きい角度と小さい角度で色分離第２ダイクロミラーと色分離第３ダイクロミラーをそれぞれを配置し、前記色分離第２ダイクロミラーと前記色分離第３ダイクロミラーで、前記２色の光束を反射させるとともに、前記１色の光束を透過させることにより、それぞれ角度の異なる前記１色の光束と前記２色の光束を空間的に合成する色合成手段として作用させるようにした。
【００３９】
本発明は、記上記マイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置において、前記リフレクタから前記色分離手段の間に、順に偏光変換プリズムと、第１マルチレンズアレイと、第２マルチレンズアレイを配置し、第１マルチレンズアレイの各レンズ面での光量分布を液晶パネル面上に重ね合わせるための結像レンズを第２マルチレンズアレイと液晶パネルの間に配置した。また、結像レンズを２枚以上の凸レンズを有するものとし、２つの凸レンズの間に前記色分離手段及び前記色合成手段を配置した。さらに、結像レンズと前記液晶パネルの間に、前記色分離手段及び前記色合成手段を配置した。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図６を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００４１】
図１は、本発明の全体構成を示す配置図である。本発明にかかるインテグレータとしての２組のマルチレンズアレイを用いた液晶プロジェクタ装置は、ランプ１と、リフレクタ２と、偏光変換プリズム３と、マルチレンズアレイ４と、結像レンズ５と、色分離手段６と、色合成ダイクロミラー７と、液晶パネル８と、投射レンズ９と、反射ミラー１０とを有している。
【００４２】
すなわち、本発明にかかるマルチアレイレンズを用いた液晶プロジェクタ装置は、色分離第１ダイクロミラー６１の反射光Ｂの光路に設けた反射ミラー１０と、反射ミラー１０からの反射光Ｂと、色分離第２ダイクロミラー６２からの反射光Ｒと色分離第３ダイクロミラー６３からの反射光Ｇを合成する合成手段としての色合成ダイクロミラー７とを有した点に特徴を有している。図１において、図１１と同一な部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
すなわち、この実施例では、色分離第１ダイクロミラー６１は、Ｂ１色分を反射し、残りのＲ，Ｇ２色分を透過する透過率波長特性を持ち、色分離第２ダイクロミラー６２はＲ１色分を反射し、それ以外を透過する透過率波長特性を持ち、色分離第３ダイクロミラー６３はＧ１色分を反射し、それ以外を透過する透過率波長特性を持っている。
【００４４】
なお、色分離第１ダイクロミラー６１が、Ｂ１色分を理想的に反射する波長特性を有している場合は、後続の色分離第２ダイクロミラー６２の透過率波長特性においてＢ１色分を反射しても透過しても実際上は差がない。加えて、同様に、色分離第２ダイクロミラー６２が、Ｒ１色分を理想的に反射する透過率波長特性を有している場合は、後続の色分離第３ダイクロミラー６３の透過率波長特性においてＢ１色分およびＲ１色分を反射して透過しても実際上は差がない。
【００４５】
また、理想的な透過率波長特性でなくとも、本発明のように多重反射が起きにくい基本構成を採用することによって、後続のダイクロミラーの透過率波長特性において上記の自由度が生じる。これは、従来の多重反射が起きやすい基本構成では許容されない自由度である。以下、別の実施例においても、同様である。
【００４６】
また、この実施例では、色合成ダイクロミラー７は、Ｂ１色分を反射し、残りのＲ，Ｇ２色分を透過する透過率波長特性を持っている。
【００４７】
なお、図１においては、偏光変換プリズム３と色分離手段６と色合成ダイクロミラー７の機能を含めて全体の基本構成を説明するために、それぞれの基本機能を示す断面で表示した。即ち、偏光変換プリズム３とマルチレンズアレイ４はＹＺ平面の断面図であり、色分離手段６と色合成ダイクロミラー７はＸＺ平面の断面図である。
【００４８】
ランプ１から出た光束は、リフレクタ２で反射し、偏光変換プリズム３で自然光の偏光方向を一方向に揃える。具体的には、自然光は偏光変換プリズム３で一旦、Ｐ偏光とＳ偏光に分離され、片方の光路の直後に配置したλ／２板で偏光方向を揃えている。
【００４９】
次に、インテグレータとしてのマルチレンズアレイ４と、結像レンズ５で光量分布の一様性を改善している。また、途中の光路に配置した色分離手段６としての色分離ダイクロミラーで色分離を、色合成手段としての色合成ダイクロミラー７で色合成を行っている。
【００５０】
そもそも、ランプ１から出た光束は、ランプ１自体の配光分布（角度分布）と、リフレクタ２の有効範囲の形状等によって、例えば、偏光変換プリズム３入射面では光量分布に大きなばらつきがある。偏光変換プリズム３出射面でも光量分布のばらつきは保存されており、第１マルチレンズアレイ４１の個々の各レンズ面での光量分布を第２マルチレンズアレイ４２と後続の結像レンズ５により、液晶パネル８面に重畳させ、光量分布の一様化を実現している。
【００５１】
次に、図２に図１の色分離手段と色合成手段の拡大図を、図３に本発明での多重反射の説明図を示す。
【００５２】
色分離第１ダイクロミラー６１は、照明光学系の光軸に対して従来と同じ４５度の角度を保持しながら、色分離第２ダイクロミラ−６２のマルチレンズアレイ４側よりに、色分離第２ダイクロミラ−６２と色分離第３ダイクロミラー６３とから分割されて配置されているので、図２では、色分離第１ダイクロミラー６１で最初に１色（例えばＢ）を色分離反射し、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３で残りの２色（例えばＲ，Ｇ）の色分離反射を行っている。
【００５３】
尚、色分離第１ダイクロミラ−６１で色分離反射された色光Ｂは、反射ミラ−１０で反射され、色合成ダイクロミラ−７で、色分離第２ダイクロミラ−６２と色分離第３ダイクロミラー６３とで色分離反射された各色光Ｒ，Ｇと色合成される。色合成ダイクロミラ−７は、反射ミラ−１０からの色光を照明光学系の光軸方向に反射し、色分離第２ダイクロミラ−６２と色分離第３ダイクロミラー６３からの反射光を透過させる。色分離第３ダイクロミラー６３は、３色に分離するだけであれば全反射ミラーであってよいが、通常は、ランプの波長に対する発光特性から、緑との境および赤との境の波長域を削減する目的からダイクロミラーとする。
【００５４】
図２の構成としたことにより、従来と異なり、色分離第１ダイクロミラー６１の前後に色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３は存在していないので、色分離第１ダイクロミラー６１による多重反射光は生じない。
【００５５】
しかし、一方で、図３に示したように、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３の間での多重反射光は生じる。すなわち、色分離第３ダイクロミラー６３の反射光Ｇが色分離第２ダイクロミラー６２および色分離第３ダイクロミラー６３で多重反射し、多重反射光束Ｇ’を生じる。しかしながら、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３の配置上の角度差はθであり、図１２の従来例で説明した多重反射光を生じさせる色分離ダイクロミラーの角度差θ／２の２倍の角度である。
【００５６】
このとき、この多重反射光が投射レンズ９を通過できないことを、図４と図５を用いて説明する。図４において、図１４に同一な部分には同一符号を付して説明を省略する。図４では、マイクロレンズ１個とＧ光用の開口、Ｂ光用の開口、Ｒ光用の開口の組を２組のみ示したが、実際は、液晶パネル８の有効範囲に、画素数分、存在している。
【００５７】
図１４の従来例では、図１５で説明したように、θ／２の角度差のある色分離ダイクロミラーによる多重反射光Ｇ’Ｂ’，が生じ、多重反射光Ｂ１’が開口８３Ｇ１へ混色し、多重反射光Ｇ２’が開口８３Ｒ１に混色している。本発明では、図４に示したように、θの角度差のある色分離ダイクロミラー６２，６３により生じた多重反射光Ｇ２’は開口８３Ｂ１へ入る。しかし、図４、図５から明らかなように、第２マイクロレンズ８１−２から開口８３Ｒ１へ入る従来の角度に比べて、第２マイクロレンズ８１−２から開口８３Ｂ１へ入る角度の方がより傾きが大きいので、後続の投射レンズ９に入射できない。
【００５８】
図１６の従来例では、多重反射光が投射レンズ９に入射していたが、図６では、投射レンズの９のＦ値相当の開口がパネルサイズより極めて大きく且つパネルサイズがマイクロレンズより極めて大きいので、角度の大きな多重反射光は投射レンズ９に入射していない。従って、混色を防止でき、良好な色目を実現することができる。
【００５９】
図７、図８を用いて本発明の第２の実施例を説明する。図７は本実施例の全体構成を示す配置図、図８は図７の色分離手段と色合成手段の拡大図である。既述の図１の実施の例では、色分離第１ダイクロミラー６１で最初に１色の分離反射を行い、次に、残りの光束に対して、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３の組合せで２色の反射分離を行っている。第２の実施例では、逆に、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３の組合せでＲ，Ｇ２色の反射分離を行い、次に、色分離第１ダイクロミラー６１で残りのＢ１色の分離反射を行っている。色分離第３ダイクロミラー６３で色分離され反射されたＧ光は反射ミラー１０で反射され色合成ダイクロミラー７に到達する。同様に、色分離第のダイクロミラー６３を通過し色分離第２ダイクロミラー６２で色分離され反射されたＲ光は、反射ミラー１０で反射され色合成ダイクロミラー７に到達する。色分離第３ミラー６３と色分離第２ダイクロミラー６２を通過したＢ光は色分離第１ダイクロミラー６１で反射され色合成ダイクロミラー７に到達する。Ｒ，Ｇ光は色合成ダイクロミラー７で反射され、結像レンズ５２へ入射する。Ｂ光は色合成ダイクロミラー７を通過して結像レンズ５２へ入射する。
【００６０】
この実施例では、色分離第３ダイクロミラー６３は、Ｇ１色分を反射し、残りのＢ，Ｒ２色分を透過する透過率波長特性を持ち、色分離第２ダイクロミラー６２はＲ１色分を反射し、それ以外を透過する透過率波長特性を持ち、色分離第１ダイクロミラー６１はＢ１色分を反射し、それ以外を透過する透過率波長特性を持っている。
【００６１】
また、この実施例では、色合成ダイクロミラー７は、Ｂ１色分を透過し、残りのＲ，Ｇ２色分を反射する透過率波長特性を持っている。
【００６２】
即ち、マイクロレンズの光軸上にある開口に対応した色分離ダイクロミラーである色分離第１ダイクロミラー６１と、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３を、空間的に離して配置することによって、色分離第１ダイクロミラー６１が関係した多重反射を防止できる。
【００６３】
図９、図１０を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図９は本実施例の全体構成を示す配置図、図１０は図９の色分離手段と色合成手段の拡大図である。第３の実施例では、色分離第１ダイクロミラー６１でＢ１色を分離透過させ、Ｒ，Ｇ２色を反射分離し、色分離第２ダイクロミラー６２でＲ１色を反射分離させ、それ以外を透過させ、色分離第３ダイクロミラー６３でＧ１色を反射分離させ、それ以外を透過させている。色分離第２ダイクロミラー６２および色分離第３ダイクロミラー６３は、Ｒ，Ｇ２色の角度的な分離を行うと同時に、最初に分離したＢ１色を空間的に合成する色合成ダイクロミラーの役目も兼ねることになる。
【００６４】
色分離第１ダイクロミラー６１で色分離され反射されたＲ，Ｇ光は反射ミラー１０で反射され色分離第２ダイクロミラー６２に到達し、Ｒ光は分離反射され結像レンズ５２へ入射する。色分離第２ダイクロミラー６２を透過したＧ光は、色分離第３ダイクロミラー６３で反射され結像レンズ５２へ入射する。色分離第１ダイクロミラー−６１を通過したＢ光はダイクロミラー１０´で反射され、色分離第３ダイクロミラー６３および色分離第２ダイクロミラー６２を透過して、Ｒ，Ｇ光と合成され結像レンズ５２へ入射する。即ち、マイクロレンズの光軸上にある開口に対応した色分離ダイクロミラーである色分離第１ダイクロミラー６１と、色分離第２ダイクロミラー６２と色分離第３ダイクロミラー６３を、空間的に離して配置することによって、色分離第１ダイクロミラー６１が関係した多重反射を防止できる。
【００６５】
この実施例では、色分離第１ダイクロミラー６１は、Ｒ，Ｇ２色分を分離反射し、残りのＢ１色分を透過する透過率波長特性を持ち、色分離第２ダイクロミラー６２はＲ１色分を反射し、それ以外を透過する透過率波長特性を持ち、色分離第３ダイクロミラー６３はＧ１色分を反射し、それ以外を透過する透過率波長特性を持っている。
【００６６】
また、この実施例では、反射ミラー１０´は、３色に分離するだけであれば全反射ミラーであってよいが、通常は、ランプの波長に対する発光特性から、緑との境および赤との境の波長域を削減する目的からダイクロミラーとする。
【００６７】
これらの実施例では、リフレクタに放物面リフレクタを使用したが、楕円リフレクタとし、後ろに凹レンズを配置して平行光束としてからマルチレンズへ光束を導いても良い。
【００６８】
また、インテグレータとして、四角柱の側面で反射を繰り返すロッドレンズまたは、同等の機能を有する別方式のインテグレータを用いて良い。
【００６９】
リフレクタの形状や、インテグレータの方式は、本発明の本質に関わる問題ではない。
【００７０】
ただ、偏光変換プリズムの替わりに平板状の偏光変換アレイを用いても、本発明の多重反射防止の効果は得られるが、マイクロレンズ１個にＲＧＢ３つの開口を一対で用いる液晶パネルの方式では、液晶パネルの各ＲＧＢ用の開口がそれぞれ縦長となるので、それに対応した偏光変換方式が有利であり、本実施の形態では、偏光変換プリズムを使用している。このことを補足すると、偏光変換プリズムの通過前後で入射光束の断面積が２倍になるが、偏光変換プリズムを配置する向きは、即ち、光束の断面積が２倍になる方向は、液晶パネルでのＲＧＢの各開口の長手方向に一致された方が、光量的に有利である。
【００７１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、色分離ダイクロミラー間での多重反射を低減し、混色の少ないマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置を提供できる。
【００７２】
さらに、本発明によれば、色分離ダイクロミラーの反射膜の積層数を増加せずに、色分離ダイクロミラー間での多重反射を低減し、混色の少ないマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置の基本構成を概念的に示す概念図。
【図２】本発明の実施の形態における色分離手段と色合成手段の働きを説明する説明図。
【図３】本発明の色分離手段のダイクロミラーによる多重反射光の発生を説明する説明図。
【図４】本発明の色分離手段のダイクロミラーで発生した多重反射光が、液晶パネルの各マイクロレンズ及び各色に対応した開口部のどこを通過するかを説明する図。
【図５】本発明の色分離手段のダイクロミラーで発生した多重反射光が、液晶パネルを通過した後、投射レンズのＦ値に相当する開口部を通過しないことを説明する平面図。
【図６】本発明の色分離手段のダイクロミラーで発生した多重反射光が、液晶パネルを通過した後、投射レンズのＦ値に相当する開口部を通過しないことを説明する断面図。
【図７】本発明の第２の実施例にかかるマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置の基本構成を概念的に示す概念図。
【図８】本発明の第２の実施例における色分離手段と色合成手段の働きを説明する説明図。
【図９】本発明の第３の実施例にかかるマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置の基本構成を概念的に示す概念図。
【図１０】本発明の第３の実施例における色分離手段と色合成手段の働きを説明する説明図。
【図１１】従来のマイクロレンズを有する液晶プロジェクタ装置の基本構成を概念的に示す概念図。
【図１２】従来例における色分離手段と色合成手段の働きを説明する説明図。
【図１３】従来例の色分離手段のダイクロミラーによる多重反射光の発生を説明する説明図。
【図１４】従来例の色分離手段のダイクロミラーで発生した多重反射光が、液晶パネルの各マイクロレンズ及び各色に対応した開口部のどこを通過するかを説明する図。
【図１５】従来例の色分離手段のダイクロミラーで発生した多重反射光が、液晶パネルを通過した後、投射レンズのＦ値に相当する開口部を通過することを説明する平面図。
【図１６】従来例の色分離手段のダイクロミラーで発生した多重反射光が、液晶パネルを通過した後、投射レンズのＦ値に相当する開口部を通過することを説明する断面図。
【符号の説明】
１  光源
２  リフレクタ
３  偏光変換プリズム
４  マルチレンズアレイ
５  結像レンズ
６  色分離手段
７  色合成ダイクロミラー
８  液晶パネル
９  投射レンズ
１０  反射ミラ−
６１  色分離第１ダイクロミラー
６２  色分離第２ダイクロミラー
６３  色分離第３ダイクロミラー
８１  マイクロレンズ
８３Ｒ  Ｒ光束対応の開口
８３Ｂ  Ｂ光束対応の開口
８３Ｇ  Ｇ光束対応の開口
９１  投射レンズのＦ値相当の開口
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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