(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、照明光学系、色分離合成系、画像形成素子としての反射型のライトバルブ、投射光学系とを備える画像投射装置であって、
前記照明光学系は、偏光変換素子を有しており、前記光源からの無偏光光を所定の偏光に変換し、
前記色分離合成系は、前記照明光学系からの白色光をＲＧＢに分離して、前記ライトバルブに導き、各画像光を合成する手段であり、
前記色分離合成系は、
前記照明光学系から出射された光のうちＲＢ成分を反射させ、Ｇ成分を透過させて、色分離するダイクロイックミラーと、
ＲＢ成分の光のうちのＲとＢのいずれか一方の光の偏波面を９０°回転させ、他方の光は偏波面を変化させないことによって、Ｒの光をＳ偏光、Ｂの光をＰ偏光とする波長選択性位相板と、
Ｒの光をＲのライトバルブ側に反射させ、Ｂの光をＢのライトバルブ側に透過するプリズム形状のＲＢ用の偏光ビームスプリッターと、
前記ライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、前記ＲＢ用の偏光ビームスプリッターから出射した後のＢの光を検光する第１の偏光板と、
前記ダイクロイックミラーを透過したＧの光を透過させることにより、Ｇのライトバルブ側に導くプリズム形状のＧ用の偏光ビームスプリッターと、
前記Ｇのライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターにより反射されて前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターから出射した後の光を検光する第２の偏光板と、
前記ＲＧＢの画像光を合成して前記投射光学系に導くとともに、Ｒの光を検光する作用を有する合成プリズムと、から構成され、
前記Ｇのライトバルブに入射する光線角度をθ、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターの屈折率をｎとするとき、前記Ｇの偏光ビームスプリッターの膜面の光線入射角度βは、
β＝４５°＋ｓｉｎ−１（１／ｎ×ｓｉｎθ）
と表され、前記ダイクロイックミラーの光線入射角度αは、
α＝４５°−θ
と表され、
前記第２の偏光板を透過する偏波面はＳ偏光であり、
前記ダイクロイックミラーにおいて透過率が５％となる波長のうち、長波長側の波長をＷａ、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターの膜面への光線入射角度βでのＳ偏光透過率をＴｓ（β）としたとき、
Ｗ＜Ｗａなる波長域Ｗにおいて、
Ｔｓ（β）≦５％
を満足することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
光源、照明光学系、色分離合成系、画像形成素子としての反射型のライトバルブ、投射光学系とを備える画像投射装置であって、
前記照明光学系は、偏光変換素子を有しており、前記光源からの無偏光光を所定の偏光に変換し、
前記色分離合成系は、前記照明光学系からの白色光をＲＧＢに分離して、前記ライトバルブに導き、各画像光を合成する手段であり、
前記色分離合成系は、前記照明光学系から出射された光のうちＲＢ成分を反射させ、Ｇ成分を透過させて、色分離するダイクロイックミラーと、
ＲＢ成分の光のうちのＲとＢのいずれか一方の光の偏波面を９０°回転させ、他方の光は偏波面を変化させないことによって、Ｒの光をＳ偏光、Ｂの光をＰ偏光とする波長選択性位相板と、
Ｒの光をＲのライトバルブ側に反射させ、Ｂの光をＢのライトバルブ側に透過するプリズム形状のＲＢ用の偏光ビームスプリッターと、
前記ライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、前記ＲＢ用の偏光ビームスプリッターから出射した後のＢの光を検光する第１の偏光板と、
前記ダイクロイックミラーを透過したＧの光を反射させることにより、Ｇのライトバルブ側に導くプリズム形状のＧ用の偏光ビームスプリッターと、
前記Ｇのライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターを透過して該Ｇ用の偏光ビームスプリッターから出射した後の光を検光する第２の偏光板と、
前記ＲＧＢの画像光を合成して前記投射光学系に導くとともに、Ｒの光を検光する作用を有する合成プリズムと、から構成され、
前記Ｇのライトバルブに入射する光線角度をθ、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターの屈折率をｎとするとき、前記Ｇの偏光ビームスプリッターの膜面の光線入射角度βは、
β＝４５°＋ｓｉｎ−１（１／ｎ×ｓｉｎθ）
と表され、前記ダイクロイックミラーの光線入射角度αは、
α＝４５°−θ
と表され、
前記第２の偏光板を透過する偏波面をＰ偏光、
前記ダイクロイックミラーにおいて透過率が５％となる波長のうち、長波長側の波長をＷａとしたとき、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターの膜面への光線入射角度βでのＰ偏光反射率をＲｐ（β）としたとき、
Ｗ＜Ｗａなる波長域Ｗにおいて、
Ｒｐ（β）≦５％
を満足することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタなどの画像投射装置に用いられる色分離合成系に関し、黒表示時の画像の色味、色ムラを改善し、画像のコントラスト特性を向上させる色分離合成系に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶プロジェクタは高輝度化、高コントラスト化が進んでいる。特に近年ではホームシアター用途として、コントラストの高いモードを持つ方式の製品が多く市場に出ている。そうした中、シネマ鑑賞等において画像のコントラスト特性を改善するべく、絞りを用いたタイプが多く用いられている。画像のコントラストに関し、画像の有効内でのコントラストを高める絞りを用いた従来例としては、特許文献１がある。この従来例は、光源、光源の光をライトバルブに向けて平行光として反射する放物面リフレクター、該リフレクターからの平行光束を分割して２次光源像を作り、ライトバルブに重ね合わせて照明する光学手段を設けており、前記２次光源像近傍に光束を制限する手段を設けている。これにより、入射角度特性に敏感な光学素子に入射する光の角度範囲を狭めることができるので、コントラスト特性を改善できる。
【特許文献１】特開平０５−３０３０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の従来例では、画像のコントラストを改善できるが、光源像近傍で光束を制限しているために、光量低下が大きいという問題がある。また、色分離合成の前の照明系で光束制限しているために、波長ごとに光束制限を行なうことができないため、黒表示時における黒の色味、色ムラに関して効果的な手段となっていない。
【０００４】
そこで、本発明の例示的目的は、黒の色味、色ムラに有効で、光量低下を抑え、低コストを実現する画像投射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面としての画像投射装置は、光源、照明光学系、色分離合成系、画像形成素子としての反射型のライトバルブ、投射光学系とから構成される。照明光学系は、偏光変換素子を有しており、光源からの無偏光光を所定の偏光に変換する。色分離合成系は、照明光学系からの白色光をＲＧＢに分離して、ライトバルブに導き、各画像光を合成する手段である。色分離合成系は、照明光学系から出射された光のうちＲＢ成分を反射させ、Ｇ成分を透過させて、色分離するダイクロイックミラーと、ＲＢ成分の光のうちのＲとＢのいずれか一方の光の偏波面を９０°回転させ、他方の光は偏波面を変化させないことによって、Ｒの光をＳ偏光、Ｂの光をＰ偏光とする波長選択性位相板と、Ｒの光をＲのライトバルブ側に反射させ、Ｂの光をＢのライトバルブ側に透過するプリズム形状のＲＢ用の偏光ビームスプリッターと、ライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、ＲＢ用の偏光ビームスプリッターから出射した後のＢの光を検光する第１の偏光板と、ダイクロイックミラーを透過したＧの光を透過させることにより、Ｇのライトバルブ側に導くプリズム形状のＧ用の偏光ビームスプリッターと、Ｇのライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、Ｇ用の偏光ビームスプリッターにより反射されて該Ｇ用の偏光ビームスプリッターから出射した後の光を検光する第２の偏光板と、ＲＧＢの画像光を合成して投射光学系に導くとともに、Ｒの光を検光する作用を有する合成プリズムと、から構成されている。Ｇのライトバルブに入射する光線角度をθ、Ｇ用の偏光ビームスプリッターの屈折率をｎとするとき、Ｇの偏光ビームスプリッターの膜面の光線入射角度βは、β＝４５°＋ｓｉｎ−１（１／ｎ×ｓｉｎθ）と表され、ダイクロイックミラーの光線入射角度αは、α＝４５°−θと表され、第２の偏光板を透過する偏波面はＳ偏光であり、ダイクロイックミラーにおいて透過率が５％となる波長のうち、長波長側の波長をＷａ、Ｇ用の偏光ビームスプリッターの膜面への光線入射角度βでのＳ偏光透過率をＴｓ（β）としたとき、Ｗ＜Ｗａなる波長域Ｗにおいて、Ｔｓ（β）≦５％を満足することを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の一側面としての画像投射装置は、光源、照明光学系、色分離合成系、画像形成素子としての反射型のライトバルブ、投射光学系とを備える画像投射装置であって、前記照明光学系は、偏光変換素子を有しており、前記光源からの無偏光光を所定の偏光に変換し、前記色分離合成系は、前記照明光学系からの白色光をＲＧＢに分離して、前記ライトバルブに導き、各画像光を合成する手段であり、前記色分離合成系は、前記照明光学系から出射された光のうちＲＢ成分を反射させ、Ｇ成分を透過させて、色分離するダイクロイックミラーと、ＲＢ成分の光のうちのＲとＢのいずれか一方の光の偏波面を９０°回転させ、他方の光は偏波面を変化させないことによって、Ｒの光をＳ偏光、Ｂの光をＰ偏光とする波長選択性位相板と、Ｒの光をＲのライトバルブ側に反射させ、Ｂの光をＢのライトバルブ側に透過するプリズム形状のＲＢ用の偏光ビームスプリッターと、前記ライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、前記ＲＢ用の偏光ビームスプリッターから出射した後のＢの光を検光する第１の偏光板と、前記ダイクロイックミラーを透過したＧの光を反射させることにより、Ｇのライトバルブ側に導くプリズム形状のＧ用の偏光ビームスプリッターと、前記Ｇのライトバルブで画像変調を受けた画像光であって、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターを透過して該Ｇ用の偏光ビームスプリッターから出射した後の光を検光する第２の偏光板と、前記ＲＧＢの画像光を合成して前記投射光学系に導くとともに、Ｒの光を検光する作用を有する合成プリズムと、から構成され、前記Ｇのライトバルブに入射する光線角度をθ、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターの屈折率をｎとするとき、前記Ｇの偏光ビームスプリッターの膜面の光線入射角度βは、β＝４５°＋ｓｉｎ−１（１／ｎ×ｓｉｎθ）と表され、前記ダイクロイックミラーの光線入射角度αは、α＝４５°−θと表され、前記第２の偏光板を透過する偏波面はＰ偏光であり、前記ダイクロイックミラーにおいて透過率が５％となる波長のうち、長波長側の波長をＷａとしたとき、前記Ｇ用の偏光ビームスプリッターの膜面への光線入射角度βでのＰ偏光反射率をＲｐ（β）としたとき、Ｗ＜Ｗａなる波長域Ｗにおいて、Ｒｐ（β）≦５％を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、黒画像表示時において、黒の色味や色むらを改善でき、画像のコントラストを高めることが可能となる。さらに、偏光板をなくすことができるために、コストダウンができると同時に、偏光板による耐久時の劣化をなくすことができるので、非常に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１には、本発明の実施例１である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。本実施例のプロジェクタは、光源１と、照明光学系２と、色分離合成光学系３と、画像形成素子としての反射型の液晶パネル６、７、８（ライトバルブ）と、投射レンズ４とにより構成される。照明光学系２は、光源１の光を液晶パネル６、７、８に導く光学系である。
【００１０】
液晶パネル６、７、８は反射型のＲＧＢの液晶パネルであり、色分離合成系３は照明系２からの白色光をＲＧＢに分離し、ＲＧＢの各パネルに導き、各パネルからの画像光を合成して投射光学系４に導く。投射光学系４は各パネルの表示画像をスクリーン５に向けて投射する光学系である。光源１から出射された光は、無偏光光であるが、照明系２に含まれる非図示の偏光変換素子により、所定の偏光（本実施例ではＰ偏光）となる。
【００１１】
色分離合成系３は、３つのプリズム形状の偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳとする）から構成されている。以下では、１０をＧ−ＰＢＳ、１１をＲＢ−ＰＢＳ、１２を合成ＰＢＳとする。
【００１２】
色分離合成系３は、照明系２からの白色光のうち、ダイクロイックミラー９により、Ｒｅｄ（Ｒ成分）とＢｌｕｅ（Ｂ成分）の光を反射させ、Ｇｒｅｅｎ（Ｇ成分）の光は透過させることで、ＲＢ光路とＧ光路を分離している。また、ＲＢ光路において、ダイクロイックミラーで反射されたＲＢ成分の光をＲｅｄとＢｌｕｅに分離するために、波長選択性位相板１５を設けている。波長選択性位相板は図２に示す特性であり、これにより、一方（本実施例ではＲｅｄ）の光はＰ偏光からＳ偏光へと偏光状態を変化（偏波面を９０°回転）させるが、他方（本実施例ではＢｌｕｅ）の光はＰ偏光のままである。
【００１３】
波長選択性位相板透過後のＲｅｄの光はＳ偏光であり、ＲＢ−ＰＢＳ１１（ＲＢ用の偏光ビームスプリッター）により反射され、Ｒｅｄパネル８に導かれる。Ｒｅｄパネル８（Ｒのライトバルブ側）に導かれた光は、パネルで画像変調されてＰ偏光となり、ＲＢ−ＰＢＳ１１を透過し、合成ＰＢＳ１２に至る。一方、Ｂｌｕｅの光はＰ偏光でＲＢ−ＰＢＳ１１に入射し、ＲＢ−ＰＢＳ１１を透過してＢｌｕｅパネル７（Ｂのライトバルブ側）に導かれる。パネル７に入射した光は画像変調を受けて、Ｓ偏光となり、ＲＢ−ＰＢＳ１１で反射されて、合成ＰＢＳ１２に至る。
【００１４】
合成ＰＢＳ１２は、図３に示す特性であり、Ｒｅｄの光に対して偏光ビームスプリッターの機能を有しており、ＢｌｕｅとＧｒｅｅｎに対しては、ダイクロ膜の機能を有したプリズム形状の光学素子である。この合成ＰＢＳと前記ＲＢ−ＰＢＳの間には、Ｂｌｕｅの光を検光する偏光板１６を配置しており、Ｂｌｕｅの光はこの偏光板で検光された後、合成ＰＢＳ１２に入射し、透過して投射系４に至る。また、Ｒｅｄの光は、合成ＰＢＳ１２の図３に示す検光特性により検光されて透過し、投射系４に至る。
【００１５】
一方、ダイクロイックミラー９を透過したＧｒｅｅｎの光は、Ｐ偏光であり、Ｇ−ＰＢＳ１０（Ｇ用の偏光ビームスプリッター）を透過してＧｒｅｅｎパネル６に入射する。Ｇｒｅｅｎパネル６に入射した光は、パネルにより画像変調を受けてＳ偏光となり、Ｇ−ＰＢＳ１０によって反射され、合成ＰＢＳ１２に入射する。合成ＰＢＳ１２とＧ−ＰＢＳ１０の間には、Ｇｒｅｅｎの光を検光する偏光板を配置しており、これによりＧｒｅｅｎの光を検光した後、合成ＰＢＳ１２によって反射させ、投射系４に導いている。
【００１６】
図４に、本実施例におけるダイクロイックミラー９の特性を図示しており、実線が入射角度４５°での透過率、点線が入射角度が４５°よりも大きいときの透過率、一点破線が入射角度が４５°よりも小さいときの透過率である。また、図５には、Ｇ−ＰＢＳのＳ偏光透過の特性を示している。
【００１７】
ここで、実線は光線入射角度４５°における透過率、点線は光線入射角度が４５°よりも小さいときの透過率、一点破線は光線入射角度が４５°よりも大きいときの透過率を示している。図６に示すように、ダイクロイックミラー９の光線入射角度αが４５°よりも小さいときには、Ｇ−ＰＢＳ１０の膜面に入射する光線角度は４５°よりも大きくなる。
【００１８】
ここで、本実施例では色分離合成系３に入射する光のほとんどはＰ偏光であるが、実際には、僅かであるがＳ偏光の成分も混じっている。Ｇｒｅｅｎの光路において、この僅かなＳ偏光成分がＧ−ＰＢＳ１０に入射した場合、図５に示すＳ偏光透過特性により、長波長側の光がＧ−ＰＢＳ１０を透過してしまう。この透過光は、Ｇｒｅｅｎパネル６に入射し、黒表示時には変調を受けないため、Ｓ偏光として出射し、Ｇ−ＰＢＳ１０に入射し、反射されて合成プリズム１２に導かれ、投射系を通してスクリーン５に至る。このＧｒｅｅｎ光路から発生する長波長成分の光漏れは、黒表示時の画像の色味、色むらを劣化させ、コントラストを低下させる原因となる。
【００１９】
ここで、図６において、パネル入射角度をθ、Ｇ−ＰＢＳの屈折率をｎとした場合、Ｇ−ＰＢＳの膜面の光線入射角度βは下記で表される。
【００２０】
β＝４５°＋ｓｉｎ−１（１／ｎ×ｓｉｎθ）
【００２１】
そして、入射角度βにおけるＧ−ＰＢＳのＳ偏光透過率をＴｓ（β）とした場合、
Ｔｓ（β）≦５％
を満足するようにすることで、Ｇ−ＰＢＳの入射側に偏光板を設けることなく黒表示時の漏れ光を低減できる。これにより、コストダウンと、耐久時における偏光板の劣化の回避が可能となる。
【００２２】
なお、参考として、図１０には、従来のＧ−ＰＢＳのＳ偏光の透過率特性を示す。
【実施例２】
【００２３】
図７には、本発明の実施例２である液晶プロジェクタの構成を示している。基本的な構成は上記の実施例１と同じであるが、照明系出射後の偏光はＳ偏光となるようにしている。ダイクロイックミラー９によってＲＢとＧを分離するところも実施例１と同様であるが、波長選択性位相板によって、Ｒｅｄの光はＳ偏光のままであるが、Ｂｌｕｅの光はＳ偏光からＰ偏光へと偏光状態を変化するようにしている。この後の光学作用は、実施例１と同様である。Ｇ光路において、ダイクロイックミラー９を透過したＧｒｅｅｎ光は、Ｇ−ＰＢＳ１０に入射し、Ｓ偏光のためＧ−ＰＢＳ１０の膜面にて反射しＧｒｅｅｎパネル６に入射する。パネル６に入射した光は、画像変調されてＰ偏光となり、Ｇ−ＰＢＳ１０を透過して合成ＰＢＳ１２側に出射される。Ｇ−ＰＢＳ１０を出射した画像光は、Ｇ−ＰＢＳ１０と合成ＰＢＳ１２の間の偏光板１７によって検光され、合成ＰＢＳ１２に入射し、合成ＰＢＳ１２の膜面で反射されて投射系４に導かれ、スクリーン５に至る。ここで、合成ＰＢＳ１２は、実施例１と同様の特性である。
【００２４】
照明系２から出射する光はほとんどＳ偏光であるが、実際には、僅かにＰ偏光の成分が混じっている。このＰ偏光は、Ｇ−ＰＢＳ１０の膜をほとんど透過するが、実際には図８に示すように、短波長側において、反射する成分がある。図９に示すように、パネル入射角度をθとした場合、Ｇ−ＰＢＳ入射角度βは下記で表される。
【００２５】
β＝４５°＋ｓｉｎ−１（１／ｎ×ｓｉｎθ）
【００２６】
そして、入射角度βにおけるＧ−ＰＢＳのＰ偏光反射率をＲｐ（β）とした場合、
Ｒｐ（β）≦５％
を満足するようにすることで、Ｇ−ＰＢＳの入射側に偏光板を設けることなく黒表示時の漏れ光を低減できる。これにより、コストダウンと、耐久時における偏光板の劣化の回避が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施例の概略構成図。
【図２】本発明の第１実施例における波長選択性位相板の特性図。
【図３】本発明の第１実施例における合成ＰＢＳの特性図。
【図４】本発明の第１実施例におけるダイクロイックミラーの角度特性図。
【図５】本発明の第１実施例におけるＧ−ＰＢＳのＳ偏光透過率特性図。
【図６】本発明の第１実施例におけるダイクロイックミラーからＧｒｅｅｎパネルまでの概略図。
【図７】本発明の第２実施例の概略構成図。
【図８】本発明の第２実施例におけるＧ−ＰＢＳのＰ偏光反射率特性。
【図９】本発明の第２実施例におけるダイクロイックミラーからＧｒｅｅｎパネルまでの概略図。
【図１０】従来のＧ−ＰＢＳのＳ偏光透過率特性図。
【符号の説明】
【００２８】
１  光源
２  照明系
３  色分離合成系
４  投射光学系
５  スクリーン
６  Ｇｒｅｅｎの液晶パネル
７  Ｂｌｕｅの液晶パネル
８  Ｒｅｄの液晶パネル
９  ダイクロイックミラー
１０  Ｇ−ＰＢＳ
１１  ＲＢ−ＰＢＳ
１２  合成ＰＢＳ
１５  波長選択性位相板
１６  Ｂ偏光板
１７  Ｇ偏光板
【図２】
0005074704.tif 000002
【図６】
0005074704.tif 000003
【図７】
0005074704.tif 000004
【図１】
0005074704.tif 000005
【図３】
0005074704.tif 000006
【図４】
0005074704.tif 000007
【図５】
0005074704.tif 000008
【図８】
0005074704.tif 000009
【図９】
0005074704.tif 000010
【図１０】
0005074704.tif 000011