JPH09211384A

JPH09211384A - 投射装置

Info

Publication number: JPH09211384A
Application number: JP8016745A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mabe; 雄二間辺; Hideaki Shimomura; 英明下村; Tetsuo Hattori; 徹夫服部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】光源からの光の利用効率を向上させて投射像
の明るさ・輝度を格段に向上させつつ、コストの低減を
図ることができる投射装置を提供すること。【解決手段】光源１からの光を第１偏光と第２偏光と
に偏光分離する偏光分離光学系３と、第１偏光を色分離
する色分離光学系５と、色分離光学系によって色分離さ
れた光が導かれる位置に設けられた複数の色信号用ライ
トバルブ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂと、複数の色信号用ライトバ
ルブによって変調された光を合成する色合成光学系９
と、第２偏光が導かれる位置に設けられた輝度信号用ラ
イトバルブ１３と、色合成光学系からの光と輝度信号用
ライトバルブからの光とを合成する合成光学系１４と、
合成光学系からの光を投射する投射レンズ１０７とを備
えるものであって、投射レンズ１０７によって定まる主
光線が光軸と交わる位置に偏光分離光学系を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ライトバルブ
上に形成される画像をスクリーン上に投射する装置に関
し、特に複数の色成分用の液晶ライトバルブに形成され
る画像ををれぞれ複数の色成分の照明光で照明するとと
もに、これら画像を合成して投射レンズにて該合成像を
投射する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光源からの光を三色分解光学系により
Ｒ、Ｇ、Ｂ光に色分解し、液晶を使用したライトバルブ
によりこれら分解されたＲ、Ｇ、Ｂ光の入射光を信号に
よって変調して、これらライトバルブから射出した変調
光を色合成し、投射レンズにより投射する投射装置が知
られている。この装置の代表的な例を図３に示す。

【０００３】図３において、ランプ３０１から放射され
たＲ、Ｇ、Ｂ光を含む光源光は背後に配置される凹面鏡
３０２と集光レンズ３０３によって略平行光束に変換さ
れ、色分解光学系に入射する。色分解光学系は青色光
（Ｂ光）反射ダイクロイックミラー３０４と緑光（Ｇ
光）反射ダイクロイックミラー３０５とから構成され、
Ｂ光反射ダイクロイックミラー３０４にて反射されたＢ
光はミラー３０７によって再び反射されてＢ光用液晶ラ
イトバルブ３１１に入射し、Ｇ光反射ダイクロイックミ
ラー３０５によって反射されたＧ光はＧ光用液晶ライト
バルブ３１０に入射する。そして、ダイクロイックミラ
ー３０５を通過した赤色（Ｒ光）はミラー３０６及びミ
ラー３０８にて反射されてＲ光用液晶ライトバルブ３０
９に入射する。各液晶ライトバルブに入射した各色光は
各色の映像信号に基づいて変調される。すなわち各色の
映像信号は各液晶ライトバルブ上で透過率分布を持つ画
像に変換される。これらライトバルブから射出された光
は、合成光学系としてのＲ光及びＢ光反射ダイクロイッ
ク膜を有するダイクロイックプリズム３１２に入射して
三色合成されて、Ｇ光が透過する方向に合成光として該
プリズムから射出し、投射レンズ３１３にて図示なきス
クリーン上に拡大投射される。

【０００４】この従来例では、ダイクロイックミラー３
０４と３０５とが互いに平行になるように構成している
が、これらのダイクロイックミラー３０４と３０５をを
Ｘ型に配置した、いわゆるクロスダイクロイックミラー
としたものも従来例として知られている。しかし、図３
の従来例では、液晶ライトバルブに入射する光のうちの
約半分は、液晶ライトバルブを構成する液晶パネルを両
側から挟み込んでクロスニコルをなす偏光板によって吸
収されて熱となって廃棄される。このように図３の従来
例では、結果として投射像を明るくすることができない
問題点がある。

【０００５】また、従来の投射装置としては、例えば図
４に示すものも知られている。この図４に示す従来例に
おいては、光源２０１からの光源光は、偏光ビームスプ
リッタ（ＰＢＳ）２０２にて偏光分離される。偏光分離
された一方の光は、上記の従来例の装置の様に、三色分
解光学系としてのダイクロイックミラー２１０，２１５
によって三色分解された後、各色用ライトバルブ２０
６，２０７，２０８によって色信号に応じて変調され
る。その後、各色用ライトバルブ２０６，２０７，２０
８から射出される光は、三色合成光学系としてのダイク
ロイックミラー２１４，２１８にて合成される。

【０００６】一方、ＰＢＳ２０２によって、偏光分離さ
れた他方の偏光光は、輝度信号用ライトバルブ２０４に
入射し、輝度信号に応じて変調される。その後、三色合
成光学系２１４，２１８からの光と、輝度信号用ライト
バルブからの光とは、合成用ＰＢＳ２０９にて合成され
た後、投射レンズ２１９を介して図示なきスクリーンに
投射される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の投射装置で使用
される偏光ビームスプリッタは、一般的にガラスなどの
支持用光学部材上に誘電体多層膜を設けたものが使用さ
れる。ここで、偏光ビームスプリッタの大きさが大きく
なりすぎると、光学特性が均質な支持用光学部材のコス
トが格段に上昇し、さらにはその入手も困難になる問題
がある。特に、偏光ビームスプリッタとしてプリズム型
のものを用いる場合には、光路中に置かれる支持用光学
部材の厚みが増すため、さらにコスト上昇を伴う。

【０００８】そこで、本発明は、光源からの光の利用効
率を向上させて投射像の明るさ・輝度を格段に向上させ
つつ、コストの低減を図ることができる投射装置を提供
することを目的とする

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の一つの態様にかかる投射装置は、光源か
らの光を第１偏光と第２偏光とに偏光分離する偏光分離
光学系と、第１偏光を色分離する色分離光学系と、色分
離光学系によって色分離された光が導かれる位置に設け
られた複数の色信号用ライトバルブと、複数の色信号用
ライトバルブによって変調された光を合成する色合成光
学系と、第２偏光が導かれる位置に設けられた輝度信号
用ライトバルブと、色合成光学系からの光と輝度信号用
ライトバルブからの光とを合成する合成光学系と、合成
光学系からの光を投射する投射レンズとを備えるもので
あって、投射レンズによって定まる主光線が光軸と交わ
る位置に偏光分離光学系を配置するものである。

【００１０】また、本発明の好ましい態様においては、
主光線がテレセントリック性を維持している位置に色分
離光学系と色合成光学系とを設けるように構成する。ま
た、本発明の好ましい態様においては、主光線がテレセ
ントリック性を維持している位置に合成光学系を設ける
用に構成する。また、本発明の好ましい態様において
は、光源と色分離光学系との間には、インテグレータ
と、前群と後群とを有しインテグレータからの光を色分
離光学系へ導く照明用リレー光学系が設けられ、偏光分
離光学系は、前群と後群との間の光路中に配置されるも
のである。

【００１１】上述の構成に加えて、色分離光学系と複数
の色信号用ライトバルブとの間には、色分離光学系から
の光を複数の色信号用ライトバルブへ導く色信号用リレ
ー光学系が設けられ、かつ偏光分離光学系と輝度信号用
ライトバルブとの間には、偏光分離光学系からの光を輝
度信号用ライトバルブへ導くための輝度信号用リレー光
学系の後群が設けられ、輝度信号用リレー光学系の前群
は、照明用リレー光学系の前群であるように構成するこ
とが好ましい。

【００１２】そして、上記構成に加えて、インテグレー
タは面光源を形成し、照明用リレー光学系は、面光源の
像を形成し、かつ面光源の像側にテレセントリックな光
学系であり、色信号用リレー光学系は、面光源の２次像
を複数の色信号用ライトバルブ上に形成し、かつ２次像
側にテレセントリックな光学系であり、輝度信号用リレ
ー光学系は、面光源の像を輝度信号用ライトバルブ上に
形成し、かつ面光源側にテレセントリックな光学系であ
るように構成することが好ましい。

【００１３】また、本発明の好ましい態様においては、
複数の色信号用ライトバルブは、Ｒ光用ライトバルブと
Ｇ光用ライトバルブとＢ光用ライトバルブとからなり、
色信号用リレー光学系は、色分解光学系からのＲ成分光
をＲ光用ライトバルブへ導くＲ光用リレー光学系と、色
分解光学系からのＧ成分光をＧ光用ライトバルブへ導く
Ｇ光用リレー光学系と、色分解光学系からのＢ成分光を
Ｂ光用ライトバルブへ導くＢ光用リレー光学系とを有す
るように構成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、図１及び図２を参照して、
本発明による実施の形態を説明する。図１は、本発明に
よる実施の形態に係る投射装置の全体構成を説明するた
めの斜視図であり、説明を簡単にするためにＸＹＺ座標
系を採用している。図２は、図１に示す投射装置のＹＺ
平面図における光路図であり、図中実線は軸外光束の最
周縁光線を示し、破線はこの軸外光束の主光線を示す。
なお、図２における座標系は図１のものと対応してい
る。

【００１５】図１において、図示なきランプと該ランプ
が第１焦点になるように設けられた楕円鏡とからなる光
源１からの光は、図示なき赤外吸収フィルター及び紫外
吸収フィルターを通過した後、角柱形状の透明光学部材
からなるロッドインテグレータ２の入射面に集光され
る。ロッドインテグレータ２に入射した光は、その内面
にて反射を繰り返して入射面と対向する射出面から射出
される。ここで、射出面には均一の光強度分布を持つ面
光源が形成される。言い換えると、この射出面は、ロッ
ドインテグレータ２の内面反射によってその入射面の位
置に形成される複数の光源の虚像からの光で重畳的に照
明されている。

【００１６】次に、ロッドインテグレータ２の射出面か
らの光は、図中−Ｚ方向に沿って進行し、第１及び第２
照明レンズ１０１，１０２からなる照明用リレー光学系
に入射する。この照明用リレー光学系は、前群としての
焦点距離ｆ１の第１照明レンズ１０１と後群としての焦
点距離ｆ２の第２照明レンズ１０２とが間隔ｆ１＋ｆ２
となるように、すなわち第１照明レンズ１０１の後側焦
点位置と第２照明レンズ１０２の前側焦点位置とが合致
するように構成されている。

【００１７】この照明用リレー光学系の瞳位置、すなわ
ち第１照明レンズ１０１の後側焦点位置と第２照明レン
ズ１０２の前側焦点位置とが合致した位置には、第１偏
光ビームスプリッタ３が設けられている。第１偏光ビー
ムスプリッタ３に入射する第１照明レンズ１０１からの
光のうち、偏光ビームスプリッタ３に対してＰ偏光成分
（振動方向が図中±Ｙ方向の直線偏光）となる第１偏光
成分は、この偏光ビームスプリッタ３を通過した後、そ
の射出側に配置された１／２波長板４を通過して偏光方
向が９０度回転した状態の偏光成分（振動方向が図中±
Ｘ方向の直線偏光）で第２照明レンズに入射する。

【００１８】照明用レンズ１０２を通過した直線偏光光
は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー５ＲとＢ光反射ダイ
クロイックミラー５ＢをＸ型に組み合わせたクロスダイ
クロイックミラー５に入射する。ここで、Ｒ成分光はＲ
光反射ダイクロイックミラー５Ｒにて図中−Ｘ方向へ向
けて反射され、Ｂ成分光はＢ光反射ダイクロイックミラ
ー５Ｂにて図中＋Ｘ方向へ向けて反射される。そして、
Ｇ成分光はＲ光反射ダイクロイックミラー５Ｒ及びＢ光
反射ダイクロイックミラー５Ｂを透過して図中−Ｚ方向
へ進行する。

【００１９】クロスダイクロイックミラー５によって分
離されたＲ成分光、Ｇ成分光及びＢ成分光の光路におけ
る第２照明用レンズ１０２の後側焦点位置には、ロッド
インテグレータ２の射出面の像が、各色成分光ごとに形
成される。さて、各色成分光のうちＧ成分光の光路を示
す図２を参照して、Ｇ成分光について説明する。クロス
ダイクロイックミラー５を通過したＧ成分光は、第２照
明用レンズ１０２から光路長ｆ２だけ離れた位置に、ロ
ッドインテグレータ２の射出面のＧ成分光による像を形
成する。この像からのＧ成分光は、折曲げミラー６Ｇに
て反射されて図中−Ｙ方向に沿って進行する。その後、
Ｇ成分光は、レンズ１０３Ｇを通過した後に折曲げミラ
ー７Ｇにて反射されて、図中＋Ｚ方向に偏向されてレン
ズ１０４Ｇを通過する。ここで、レンズ１０３Ｇ及び１
０４Ｇは、Ｇ光用リレー光学系を構成し、焦点距離ｆ２
のレンズ１０３Ｇと焦点距離ｆ１のレンズ１０４Ｇとが
間隔ｆ１＋ｆ２となるように、すなわちレンズ１０３Ｇ
の後側焦点とレンズ１０４Ｇの前側焦点とが合致するよ
うに配置される。

【００２０】このＧ光用リレー光学系からのＧ成分光
は、＋Ｚ方向に沿って進行し、色信号用ライトバルブと
してのＧ光用液晶ライトバルブ８Ｇに達する。このＧ光
用液晶ライトバルブ８Ｇは、Ｇ光用リレー光学系から間
隔ｆ１だけ離れて配置されており、ここには、ロッドイ
ンテグレータ２の射出面のＧ成分光による像が形成され
る。

【００２１】図１に戻って、クロスダイクロイックミラ
ー５によって−Ｘ方向へ向けて反射されたＲ成分光は、
Ｇ成分光と同様に、第２照明用レンズ１０２から光路長
ｆ２だけ離れた位置に、ロッドインテグレータ２の射出
面のＲ成分光による像を形成する。この像からのＲ成分
光は、折曲げミラー６Ｒにて反射されて図中−Ｙ方向に
沿って進行する。その後、Ｒ成分光は、レンズ１０３Ｒ
を通過した後に折曲げミラー７Ｒにて反射されて、図中
＋Ｚ方向に偏向されてレンズ１０４Ｒを通過する。ここ
で、レンズ１０３Ｒ及び１０４Ｒは、Ｒ光用リレー光学
系を構成し、焦点距離ｆ２のレンズ１０３Ｒと焦点距離
ｆ１のレンズ１０４Ｒとが間隔ｆ１＋ｆ２となるよう
に、すなわちレンズ１０３Ｒの後側焦点とレンズ１０４
Ｒの前側焦点とが合致するように配置される。

【００２２】このＲ光用リレー光学系からのＲ成分光
は、＋Ｘ方向に沿って進行し、色信号用ライトバルブと
してのＲ光用液晶ライトバルブ８Ｒに達する。このＲ光
用液晶ライトバルブ８Ｒは、Ｒ光用リレー光学系から間
隔ｆ１だけ離れて配置されており、ここには、ロッドイ
ンテグレータ２の射出面のＲ光成分による像が形成され
る。

【００２３】また、クロスダイクロイックミラー５にて
反射されたＢ成分光は、Ｇ成分光と同様に、第２照明用
レンズ１０２から光路長ｆ２だけ離れた位置に、ロッド
インテグレータ２の射出面のＢ成分光による像を形成す
る。この像からのＢ成分光は、折曲げミラー６Ｂにて反
射されて図中−Ｙ方向に沿って進行する。その後、Ｂ成
分光は、レンズ１０３Ｂを通過した後に折曲げミラー７
Ｂにて反射されて、図中＋Ｚ方向に偏向されてレンズ１
０４Ｂを通過する。ここで、レンズ１０３Ｂ及び１０４
Ｂは、Ｂ光用リレー光学系を構成し、焦点距離ｆ２のレ
ンズ１０３Ｂと焦点距離ｆ１のレンズ１０４Ｂとが間隔
ｆ１＋ｆ２となるように、すなわちレンズ１０３Ｂの後
側焦点とレンズ１０４Ｂの前側焦点とが合致するように
配置される。

【００２４】このＢ光用リレー光学系からのＢ成分光
は、＋Ｘ方向に沿って進行し、色信号用ライトバルブと
してのＢ光用液晶ライトバルブ８Ｂに達する。このＢ光
用液晶ライトバルブ８Ｂは、Ｂ光用リレー光学系から間
隔ｆ１だけ離れて配置されており、ここには、ロッドイ
ンテグレータ２の射出面のＢ光成分による像が形成され
る。

【００２５】このように、各色用液晶ライトバルブ上に
は、均一な光強度分布を持つロッドインテグレータ２の
射出面の像が形成される。すなわち、各色用液晶ライト
バルブは、均一な面光源によってクリティカル照明され
る。また、実施の形態においては、照明用リレー光学系
１０１，１０２はロッドインテグレータ２の射出面の像
をｆ２／ｆ１倍で形成し、各色用リレー光学系は、この
像をｆ１／ｆ２倍で各液晶ライトバルブ上に再結像す
る。すなわち、各液晶ライトバルブ上には、ロッドイン
テグレータ２の射出面の等倍像を形成する。このよう
に、実施の形態においては、ロッドインテグレータ２の
射出面と各色用液晶ライトバルブとが共役な配置であ
り、その倍率関係も等倍であるため、角柱形状のロッド
インテグレータ２の射出面を各液晶ライトバルブの画像
表示面と同一サイズ・同一形状となるようにその縦横サ
イズを定めている。

【００２６】なお、図１及び図２に示す実施の形態によ
る投射装置において、Ｒ光用リレー光学系のレンズ１０
３Ｒと、Ｇ光用リレー光学系のレンズ１０３Ｇと、Ｂ光
用リレー光学系のレンズ１０３Ｂとは、焦点距離ｆ２の
同一なレンズであり、Ｒ光用リレー光学系のレンズ１０
４Ｒと、Ｇ光用リレー光学系のレンズ１０４Ｇと、Ｂ光
用リレー光学系のレンズ１０４Ｂとは、焦点距離ｆ１の
同一なレンズである。また、色分離光学系であるクロス
ダイクロイックミラー５から各色用液晶ライトバルブ８
Ｒ，８Ｂ，８Ｇまでの光路長はそれぞれ実質的に同一で
ある。

【００２７】ここで、これらの各色用液晶ライトバルブ
８Ｒ，８Ｂ，８Ｇについて説明する。各液晶ライトバル
ブは、液晶パネルをクロスニコルを構成する２枚の偏光
板にて挟み込んだ構造をなしており、この液晶パネル
は、光の入射側から順に、透明ガラス基板、該ガラス基
板上に形成された格子状の画素を選択スイッチングする
アクティブ非線形素子（例えばＴＦＴ）及びこれと結合
された画素を構成する電極、液晶層、対向電極及び透明
ガラス基板から構成されている。上記アクティブ素子が
各色ごとの色信号によって電極をスイッチングすると、
この電極と対向する対向電極間に電圧が印加され、この
電界によって液晶の分子が互いに平行かつ基板に対して
垂直に配列される。そのため入射側の偏光板からの偏光
はそのまま液晶パネルを通過し、クロスニコルを構成す
る射出側の偏光板に吸収される。ここで、アクティブ素
子によって選択されない箇所はねじれ構造を維持するこ
ととなり、この場合には、入射側の偏光板からの偏光
は、液晶のねじれに倣って偏光方向が９０度変換されて
パネルから射出され、射出側の偏光板を通過する。この
ように、各液晶ライトバルブは、各色信号によりスイッ
チングされることにより、その上に各色信号に応じた画
像を形成する、すなわち各液晶ライトバルブを通過する
光に対して変調をかける。

【００２８】さて、各色用液晶ライトバルブ８Ｒ，８
Ｂ，８Ｇの射出側には、Ｒ光反射ダイクロイック膜９Ｒ
とＢ光反射ダイクロイック膜９ＢとがＸ型になるように
４つの直角プリズムを組み合わせたクロスダイクロイッ
クプリズム９が設けられている。Ｇ光用液晶ライトバル
ブ８Ｇにより変調されたＧ成分光は、図中＋Ｚ方向へ向
けて進行し、Ｒ光反射ダイクロイック膜９ＲとＢ光反射
ダイクロイック膜９Ｂとを透過する。また、Ｒ光用液晶
ライトバルブ８Ｒにより変調されたＲ成分光は、図中＋
Ｘ方向へ向けて進行し、Ｒ光反射ダイクロイック膜９Ｒ
にて＋Ｚ方向へ向けて反射され、Ｂ光用液晶ライトバル
ブ８Ｂにより変調されたＢ成分光は、図中−Ｘ方向へ向
けて進行し、Ｂ光反射ダイクロイック膜６Ｂにて＋Ｚ方
向へ向けて反射される。すなわち、クロスダイクロイッ
クミラー５によって、３方向（Ｒ成分光は＋Ｘ方向、Ｇ
成分光は−Ｚ方向、Ｂ成分光は−Ｘ方向）に分離された
各色成分光は、各液晶ライトバルブを通過した後、上記
３方向とは逆向き（Ｒ成分光は−Ｘ方向、Ｇ成分光は＋
Ｚ方向、Ｂ成分光は＋Ｘ方向）にクロスダイクロイック
プリズム９に入射して、クロスダイクロイックミラー５
への入射方向（−Ｚ方向）とは逆向き（＋Ｚ方向）でク
ロスダイクロイックプリズム９から各色成分光が合成さ
れて射出される。このとき、Ｒ光用液晶ライトバルブ８
ＲからのＲ成分光は±Ｙ方向に振動する直線偏光光であ
り、Ｂ光用液晶ライトバルブ８ＢからのＢ成分光は±Ｙ
方向に振動する直線偏光光であり、Ｇ光用液晶ライトバ
ルブ８ＧからのＧ成分光は±Ｙ方向に振動する直線偏光
光である。このように、実施の形態では、偏光ビームス
プリッタ３とクロスダイクロイックミラー５との間に１
／２波長板４を設けているため、各色液晶ライトバルブ
からの直線偏光光をクロスダイクロイックプリズム９の
各ダイクロイック膜９Ｒ，９Ｂに対してＳ偏光とするこ
とができ、各ダイクロイック膜９Ｒ，９Ｂの分光特性を
良好にすることができる。

【００２９】このクロスダイクロイックプリズム９の射
出側（＋Ｚ方向側）には、合成光用リレー光学系１０５
が設けられており、この合成用リレー光学系１０５を通
過した光は、＋Ｚ方向に沿って進行し、折曲げミラー１
０にて偏向されて＋Ｙ方向へ向けて進行し、各色用液晶
ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇの像を同じ位置に形成す
る、すなわち合成用リレー光学系によって、各色用液晶
ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇの合成像Ｉが形成され
る。この合成用リレー光学系１０５は、例えば図２に示
すように、焦点距離ｆ３のレンズ１０５‘と焦点距離ｆ
４のレンズ１０５“とを間隔ｆ３＋ｆ４で配置したもの
を用いることができる。

【００３０】さて、偏光ビームスプリッタ３にて反射さ
れた第２偏光成分（振動方向が図中±Ｘ方向の直線偏
光）は、図中−Ｙ方向に沿って進行し、焦点距離ｆ２の
第３照明用レンズ１０６を通過した後、折曲げミラー１
２にて図中＋Ｚ方向へ向けて反射される。ここで、第３
照明用レンズ１０６は、第１照明用レンズ１０１との光
路長がｆ１＋ｆ２となるように、すなわち第１照明用レ
ンズ１０１の後側焦点位置と第３照明用レンズ１０６の
前側焦点位置とが合致するように配置されている。そし
て、第３照明用レンズ１０６の後側焦点位置には、輝度
信号用ライトバルブ１３が配置されている。ここで、輝
度信号用ライトバルブ１３にロッドインテグレータ２の
射出端の像を形成する輝度信号用リレー光学系は、前群
としての照明用リレー光学系の第１照明レンズ１０１
と、後群としての第３照明レンズ１０６とから構成され
ている。

【００３１】ここで、輝度信号用ライトバルブ１３にロ
ッドインテグレータ２の像を形成する輝度信号用リレー
光学系は、前群としての照明用リレー光学系の第１照明
レンズ１０１と、後群としての輝度信号用リレー光学系
の第３照明レンズ１０６とから構成されており、照明用
リレー光学系と輝度信号用リレー光学系とで第１照明レ
ンズ１０１を共用している。ここで、第２の実施の形態
に係る投射装置では、照明用リレー光学系の第２照明レ
ンズ１０２と輝度信号用リレー光学系の第３照明レンズ
１０６とは、同一なレンズを用いている。

【００３２】この輝度信号用ライトバルブ１３は、構造
的には上述の色信号用ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇと
同様であるが、その大きさが色信号用ライトバルブ８
Ｒ，８Ｂ，８Ｇよりも大きく、かつ画素の数も多くなる
ように構成されている。上記のリレー光学系１０１，１
０６によって、輝度信号用ライトバルブ１３上には、ロ
ッドインテグレータ２の射出面の拡大像が形成される。
このとき、輝度信号用ライトバルブ１３上の拡大像の倍
率は、ｆ２／ｆ１倍で与えられる。従って、第１乃至第
３照明用レンズの焦点距離並びに各色用リレー光学系の
レンズの焦点距離ｆ１，ｆ２は、輝度信号用ライトバル
ブ１３と各色用液晶ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，９Ｇとの
大きさの比によって定めれば良い。

【００３３】輝度信号用ライトバルブ１３の射出側（＋
Ｚ方向側）には、合成光学系としての偏光ビームスプリ
ッタ１４が配置されている。輝度信号用ライトバルブ１
３から射出される光は、図中±Ｙ方向の振動方向を持つ
直線偏光光であり、偏光ビームスプリッタ１３に対して
Ｐ偏光であるため、この光は偏光ビームスプリッタ１３
を透過して、その射出側に位置する投射レンズ１０７へ
入射する。

【００３４】一方、合成用リレー光学系１０５によって
形成された合成像Ｉからは、図中±Ｚ方向の振動方向を
持つ直線偏光光が＋Ｙ方向に沿って進行する。この直線
偏光光は、１／２波長板１１を通過して偏光方向が９０
度回転して±Ｘ方向となり、偏光ビームスプリッタ１３
へ入射する。この光は、偏光ビームスプリッタ１３に対
してＳ偏光となるため、ここで反射されて図中＋Ｚ方向
に沿って進行し、投射レンズ１０７へ入射する。ここ
で、輝度信号用ライトバルブ１３と合成像Ｉとは投射レ
ンズ１０７に関して互いに共役な位置にある。

【００３５】この投射レンズ１０７は、図示なき開口絞
りを有し、この開口絞りよりも偏光ビームスプリッタ１
３側に位置するレンズ群の後側焦点（開口絞り側を後側
とする）位置に開口絞りを配置する構成である。この開
口絞りによって投射装置の光学系の主光線が定まり、偏
光ビームスプリッタ１３と投射レンズ１０７との間にお
いて主光線が光軸と平行になる。すなわち、この投射レ
ンズ系１０７は、偏光ビームスプリッタ１３側にテレセ
ントリックな光学系である。

【００３６】図２に示すように、実施の形態に係る投射
装置では、ロッドインテグレータ２の射出面と照明用レ
ンズ１０１との間の光路、照明用レンズ１０２とＧ光用
リレーレンズのレンズ１０３Ｇとの間の光路、Ｇ光用リ
レーレンズのレンズ１０４Ｇと合成用リレー光学系のレ
ンズ１０５‘との間の光路、合成用リレー光学系のレン
ズ１０５“と投射レンズ１０７との間の光路及び第３照
明レンズ１０６と投射レンズ１０７との間の光路におい
て、投射レンズ系１０５の開口絞りによって決定される
主光線が光軸と平行になる。

【００３７】また、図２では図示していないが、照明用
レンズ１０２とＲ光用リレーレンズのレンズ１０３Ｒと
の間の光路、Ｒ光用リレーレンズのレンズ１０４Ｒと合
成用リレー光学系のレンズ１０５’との間の光路、照明
用レンズ１０２とＢ光用リレーレンズのレンズ１０３Ｂ
との間の光路及びＢ光用リレーレンズのレンズ１０４Ｂ
と合成用リレー光学系のレンズ１０５‘との間の光路に
おいても、投射レンズ系１０７の開口絞りによって決定
される主光線が光軸と平行になる。言い換えると、照明
用リレー光学系１０１，１０２、照明用リレー光学系１
０１，１０６、Ｒ光用リレー光学系１０３Ｇ，１０４
Ｇ、Ｂ光用リレー光学系１０３Ｂ，１０４Ｂ、Ｇ光用リ
レー光学系１０３Ｇ，１０４Ｇ及び合成用リレー光学系
が両側テレセントリック光学系である。

【００３８】また、実施の形態に係る投射装置において
は、第１照明レンズ１０１と第２照明レンズ１０２との
間、言い換えると第１照明レンズ１０１と第３照明レン
ズ１０６との間における主光線は、偏光分離光学系とし
ての偏光ビームスプリッタ３の位置で光軸と交差してい
る。このように、投射レンズの開口絞りの径によって定
まる軸外光束は、何れの物体高（入射光束の主光線と光
軸との光軸垂直方向の距離）であっても、主光線が光軸
と交差する位置においては同じ領域を通過する。すなわ
ち、主光線が光軸と交差する位置では、そこを通過する
全光束の径が最も小さくなる。従って、実施の形態に係
る投射装置においては、この位置に偏光ビームスプリッ
タ３を配置しているため、該偏光ビームスプリッタ３の
サイズを最も小さくすることができる。

【００３９】また、ダイクロイックミラーやダイクロイ
ックプリズムのような多層膜フィルターにおいては、そ
の分光特性に角度依存性がある。そのため、投射レンズ
によって決定される主光線の多層膜フィルターに対する
入射角が、多層膜フィルターのどの位置においても一定
でない場合には、多層膜フィルターの分光特性が各主光
線ごとに異なり、スクリーン上においてカラーシェーデ
ィングを引き起こす恐れがある。このため、色分解光学
系、色合成光学系及び合成光学系は、主光線が光軸と平
行な位置、すなわち主光線がテレセントリック性を維持
している位置に設けられることが好ましい。また、液晶
ライトバルブにも角度依存性があるため、液晶ライトバ
ルブに対する主光線の入射角が場所によって異なると、
これに起因して投射像のコントラストにムラが発生する
恐れがあるため、液晶ライトバルブも主光線がテレセン
トリック性を維持している位置に設けることが好まし
い。

【００４０】従って、実施の形態に係る投射装置におい
ては、スクリーン上でのカラーシェーディング及び投射
像のコントラストムラを抑制するために、色分解光学系
としてのクロスダイクロイックミラー５、色合成光学系
としてのクロスダイクロイックプリズム９、色信号用液
晶ライトバルブ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ及び輝度信号用ライト
バルブを主光線がテレセントリック性を維持している位
置に設ける構成とし、スクリーン上でのカラーシェーデ
ィング及び投射像のコントラストムラへの影響が少ない
偏光ビームスプリッタ３を主光線が光軸と交差する位置
に配置して、この偏光ビームスプリッタ３自体をコンパ
クト化し、低コスト化を図っている。

【００４１】この構成により、優れた画質で高輝度のフ
ルカラー像を投射でき、低コスト化を達成することがで
きる。また、図１及び図２に示す実施の形態に係る投射
装置では、照明用リレー光学系の第１照明レンズ１０１
と各色用リレー光学系のレンズ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１
０４Ｂとを焦点距離ｆ１の同一種のレンズで構成し、照
明用リレー光学系の第２照明レンズ１０２、輝度信号用
リレー光学系の第３照明レンズ１０６及び各色用リレー
レンズのレンズ１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを焦点距
離ｆ２の同一種のレンズで構成している。このように、
照明用リレー光学系、輝度信号用リレー光学系及び各色
用リレー光学系を構成するレンズの共通化を図っている
ため、コストの低減が可能となっている。

【００４２】なお、実施の形態においては、図示なきス
クリーン上で各色用液晶ライトバルブの像及び輝度信号
用液晶ライトバルブの像が合成された状態で形成される
が、スクリーン上での像の方向が各色成分光ごとにそろ
うように各色用液晶ライトバルブ及び輝度信号用液晶ラ
イトバルブをドライブすることは言うまでもない。な
お、図１及び図２に示した実施の形態に係る投射装置で
は、合成用リレー光学系１０５を２つのレンズ群からな
るものとして説明したが、その代わりに、例えばクロス
ダイクロイックプリズム９の射出側近傍（＋Ｚ方向側）
に配置されるフィールドレンズと、合成像近傍に配置さ
れるフィールドレンズと、これら２つのフィールドレン
ズの間に配置される正屈折力のレンズ群とから構成して
も良い。また、図１及び図２の例では、合成像Ｉと偏光
ビームスプリッタ１４との間の光路中に１／２波長板１
１を配置しているが、その代わりに合成像Ｉと折曲げミ
ラー１０との間の光路中に配置しても良い。このように
１／２波長板１１は色合成光学系としてのダイクロイッ
クプリズム９と合成光学系としての偏光ビームスプリッ
タ１４との間の光路中に配置されていれば良い。また、
１／２波長板４，１１としては、シートタイプの１／２
波長板を用いることもでき、この場合には、偏光ビーム
スプリッタ３，１４及びダイクロイックプリズム９など
のプリズム部材の表面上に設ければ良い。

【００４３】また、図１及び図２の例では、第１及び第
２照明用レンズ１０１，１０２によって照明用リレー光
学系を構成しているが、その代わりに、２つのフィール
ドレンズで挟まれた正屈折力のレンズ群で構成しても良
い。この場合、偏光ビームスプリッタ３をクロスダイク
ロイックミラー５側のフィールドレンズと正屈折力のレ
ンズ群との間に配置するときには、偏光ビームスプリッ
タ３及び１４間の光路中に上記フィールドレンズと同じ
ものを配置する。また、偏光ビームスプリッタ１３を正
屈折力のレンズ群とロッドインテグレータ２との間の光
路中に配置するときには、偏光ビームスプリッタ３及び
１４間の光路中に、上記正屈折力のレンズ群並びに上記
フィールドレンズと同じものを配置すれば良い。この配
置においても、偏光ビームスプリッタ３を主光線が光軸
と交差する位置に配置することはいうまでもない。

【００４４】また、上述の実施の形態では、ロッドイン
テグレータを用いたが、その代わりに、フライアイレン
ズを適用しても良い。さらに、光源としてランプと楕円
鏡とを用いる代わりに、ランプと放物面鏡、球面鏡とを
用いることもできる。なお、図１及び図２に示す実施の
形態では、投射レンズ系の開口絞りによって主光線を定
めているが、その代わりに／それに加えて、投射レンズ
の開口絞り相当位置と共役な位置に開口絞りを設けても
良いことは言うまでもない。例えば、第１照明レンズ１
０１と偏光ビームスプリッタ３との間、各色用リレー光
学系のレンズ１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと折曲げミ
ラー７Ｒ，７Ｇ，７Ｂとの間及び／又は合成用リレー光
学系中における投射レンズ系１０７の開口絞り相当位置
と共役な位置に設ければ良い。このような投射レンズ系
以外に設けられた開口絞りにより、投射装置の光学系に
おける内面反射光や散乱光を除去することができ、投射
像のコントラスト向上や液晶ライトバルブの加熱防止を
図ることができる。

【００４５】また、実施の形態において、ロッドインテ
グレータ２の射出面と共役な位置に視野絞りを配置して
も良い。このような視野絞りを設けることによっても、
投射装置の光学系における内面反射光や散乱光を除去す
ることができ、投射像のコントラスト向上や液晶ライト
バルブの加熱防止を図ることができる。このように、本
発明は上述の実施の形態には限られず種々の形態を取り
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る投射装置を示
す斜視図である。

【図２】第１の実施の形態に係る投射装置の光路図であ
る。

【図３】従来の投射装置を示す図である。

【図４】従来の投射装置を示す図である。

【符号の説明】

１光源２ロッドインテグレータ３偏光ビームスプリッタ４１／２波長板５クロスダイクロイックミラー５ＲＲ光反射ダイクロイックミラー５ＢＢ光反射ダイクロイックミラー８Ｒ、８Ｂ、８Ｇ色信号用ライトバルブ９色合成用ダイクロイックプリズム１３輝度信号用ライトバルブ１４偏光ビームスプリッタ１０５合成用リレーレンズ１０７投射レンズ系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を第１偏光と第２偏光とに偏
光分離する偏光分離光学系と、該第１偏光を色分離する
色分離光学系と、該色分離光学系によって色分離された
光が導かれる位置に設けられた複数の色信号用ライトバ
ルブと、該複数の色信号用ライトバルブによって変調さ
れた光を合成する色合成光学系と、前記第２偏光が導か
れる位置に設けられた輝度信号用ライトバルブと、前記
色合成光学系からの光と前記輝度信号用ライトバルブか
らの光とを合成する合成光学系と、該合成光学系からの
光を投射する投射レンズとを備え、前記投射レンズは開口絞りを有し、前記偏光分離光学系は、前記投射レンズの開口絞りによ
って定まる主光線が光軸と交わる位置に配置されること
を特徴とする投射装置。
【請求項２】前記色分離光学系と前記色合成光学系と
は、前記主光線がテレセントリック性を維持している位
置に設けられることを特徴とする請求項１記載の投射装
置。
【請求項３】前記合成光学系は、前記主光線がテレセン
トリック性を維持している位置に設けられることを特徴
とする請求項１または２記載の投射装置。
【請求項４】前記光源と前記色分離光学系との間には、
インテグレータと、前群と後群とを有し前記インテグレ
ータからの光を前記色分離光学系へ導く照明用リレー光
学系が設けられ、前記偏光分離光学系は、前記前群と前記後群との間の光
路中に配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何
れか一項記載の投射装置。
【請求項５】前記色分離光学系と前記複数の色信号用ラ
イトバルブとの間には、前記色分離光学系からの光を前
記複数の色信号用ライトバルブへ導く色信号用リレー光
学系が設けられ、前記偏光分離光学系と前記輝度信号用ライトバルブとの
間には、前記偏光分離光学系からの光を前記輝度信号用
ライトバルブへ導くための輝度信号用リレー光学系の後
群が設けられ、該輝度信号用リレー光学系の前群は、前記照明用リレー
光学系の前群であることを特徴とする請求項４記載の投
射装置。
【請求項６】前記インテグレータは面光源を形成し、前記照明用リレー光学系は、前記面光源の像を形成し、
かつ該面光源の像側にテレセントリックな光学系であ
り、前記色信号用リレー光学系は、前記面光源の２次像を前
記複数の色信号用ライトバルブ上に形成し、かつ該２次
像側にテレセントリックな光学系であり、前記輝度信号用リレー光学系は、前記面光源の像を前記
輝度信号用ライトバルブ上に形成し、かつ該面光源側に
テレセントリックな光学系であることを特徴とする請求
項５記載の投射装置。
【請求項７】前記複数の色信号用ライトバルブは、Ｒ光
用ライトバルブとＧ光用ライトバルブとＢ光用ライトバ
ルブとからなり、前記色信号用リレー光学系は、前記色分解光学系からの
Ｒ成分光を前記Ｒ光用ライトバルブへ導くＲ光用リレー
光学系と、前記色分解光学系からのＧ成分光を前記Ｇ光
用ライトバルブへ導くＧ光用リレー光学系と、前記色分
解光学系からのＢ成分光を前記Ｂ光用ライトバルブへ導
くＢ光用リレー光学系とを有することを特徴とする請求
項１乃至６の何れか一項記載の投射装置。