JPH09211723A

JPH09211723A - カラー投射装置

Info

Publication number: JPH09211723A
Application number: JP8016831A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Shimomura; 英明下村; Yuji Mabe; 雄二間辺; 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】少ない枚数の液晶ライトバルブで、コスト低
減が図れ、高輝度でかつ高解像のカラー投射装置を得る
こと。【解決手段】色合成光学系９と偏光合成光学系１４
との間には、前記第１、第２及び第３の色信号用液晶ラ
イトバルブ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの拡大像Ｉを、投射レンズ
に関して輝度信号用液晶ライトバルブ１３と共役な位置
に形成するリレー光学系が配置１０５され、該リレー光
学系が、前記色信号用ライトバルブ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ上
に形成される色信号像を前記輝度信号用液晶ライトバル
ブ１３上に形成される輝度信号像と同じ大きさに結像す
るように配置する。

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カラー投
射装置に関し、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そ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】光源からの白色光を偏光ビームスプリッ
タ（ＰＢＳ）にてＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とに分
け、両偏光成分とも液晶パネルに入射させ、投射光の輝
度を向上させることは既に知られている。例えば、特開
平４−１８５４４号公報の第図１には基本原理としての
液晶プロジェクタの構成が、同号公報の第図２には同原
理を用いたフルカラープロジェクターの構成が記載され
ている。このフルカラープロジェクターの構成を簡単に
説明する。光源から出射した光源光はＰＢＳにて透過す
るＰ偏光成分光（公報ではＳ偏光となっているがＰ偏光
の誤りであろう）と反射されるＳ偏光成分光とに分離さ
れる。分離されたＰ偏光成分光とＳ偏光成分光は共にダ
イクロイックミラーにて赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ
光）、青色光（Ｂ光）に色分離される。それぞれ色分離
された光は透過タイプの液晶パネルにて変調を受け、パ
ネル出射側の偏光板は入射側に対して直交に配置されて
いる場合には偏光はＰ偏光成分光はＳ偏光成分光に、Ｓ
偏光成分光はＰ偏光成分光に変換される。液晶パネルを
出射した各偏光成分光は合成ダイクロイックミラーにて
各偏光毎に合成され、さらに合成用の偏光ビームスプリ
ッタ（ＰＢＳ）にて合成され投射レンズにて投射される
構造である。

【０００３】しかしながら、この方式は分離用の偏光ビ
ームスプリッタにて分離された一方の偏光成分光を廃棄
する方法に比較して確かに投射像は明るくなるが、液晶
パネルと色分解と色合成のダイクロイックミラーが片方
の偏光成分と同数必要になる上に、解像度を向上させる
ためには、高価な高解像度の液晶パネルを６枚も用意し
なくてはいけなくなる。

【０００４】これ以外の従来例として、色信号用ライト
バルブ３個と輝度信号用ライトバルブ１個を使用する投
射装置が特開平３−２９６０３０号公報に開示されてい
る。同号公報の第１図に示す実施例を図４に従来例とし
て示す。同号公報によれば光源２０１からの光源光を偏
光ビームスプリッタ２０２にて偏光分離し、その一方の
透過したＰ偏光成分光をダイクロイックミラー２１０、
２１５からなる色分離光学系で色分離し、色分離された
Ｒ、Ｂ、Ｇ色光を各色信号用ライトバルブ２０６、２０
７、２０８に入射させ、各ライトバルブの色信号によっ
て変調させ各色ライトバルブから出射させる。他方、も
う一方のＳ偏光成分光を輝度信号用ライトバルブ２０４
に入射させ、輝度信号によって変調させて輝度信号用ラ
イトバルブから変調光として出射させる。色信号変調光
を色合成用ダイクロイックミラー２１３、２１４にて色
合成し、前記色合成された光と輝度信号変調光とを合成
用偏光ビームスプリッタ２０８で合成した後、投射レン
ズ２１９で合成像を投射する装置である。この装置によ
れば使用するライトバルブは４個と減らすことができ、
輝度信号が色信号に重畳されるため高輝度が達成でき、
さらに輝度用ライトバルブを高解像度のものを使用する
ことにより高解像度の投射像を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には以下に示す問題があった。つまり、従来の投射
装置においては色信号用液晶ライトバルブと輝度信号用
液晶ライトバルブとは同じ大きさ、形状であることが必
要であった。本来的に輝度信号による像と色信号による
像を重畳する方法は色信号による像の解像度は悪くて
も、輝度信号系の像が高解像度であれば、これらを重畳
することにより高解像度でかつ高輝度の投射像を得るこ
とをその目的とするところである。そのためには輝度信
号用液晶ライトバルブは、色信号用液晶ライトバルブよ
り高解像度に作製する必要がある。

【０００６】しかしながら、液晶ライトバルブの最小の
画素の大きさには製造上限度があり、高解像度の輝度信
号用ライトバルブを作製するためにはその解像度に比例
して液晶ライトバルブを大きくしなければならない。そ
の上、色信号用液晶ライトバルブも輝度信号用液晶ライ
トバルブと同じ大きさにする必要があるために必然的に
液晶ライトバルブが大型化することになる。その結果装
置全体も大きくなり、液晶ライトバルブの枚数は４枚に
なったとはいえ、コスト高になることが避けられなかっ
た。

【０００７】本発明は、少ない枚数の液晶ライトバルブ
を用いて、コスト低減が図れるとともに高輝度でかつ高
解像の表示が得られるカラー投射装置を提供することを
その目的とするものである。

【０００８】

【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、本発明の請求項１では、光源からの光を第１の偏
光成分光と第２の偏光成分光とに偏光分離する偏光分離
光学系と、該偏光分離光学系により偏光分離された前記
第１の偏光成分光を第１、第２及び第３の各色成分光に
色分離する色分離光学系と、前記色分離された第１、第
２及び第３の色成分光をそれぞれ所定の色信号に基づき
変調を行う第１、第２及び第３の色信号用液晶ライトバ
ルブと、該第１、第２及び第３の色信号用液晶ライトバ
ルブにより変調されて第１及び第２の色信号用液晶ライ
トバルブから出射される光を色合成する色合成光学系
と、前記偏光分離光学系により偏光分離された前記第２
の偏光成分光を所定の輝度信号に基づき変調を行う輝度
信号用液晶ライトバルブと、前記色合成光学系からの射
出光と前記輝度信号用液晶ライトバルブから出射した光
とを合成する偏光合成光学系と、該偏光合成光学系から
の光をスクリーン上に投射する投射レンズとを有するカ
ラー投射装置において、前記色合成光学系と前記偏光合
成光学系との間には、前記第１、第２及び第３の色信号
用液晶ライトバルブの拡大像を、前記投射レンズに関し
て前記輝度信号用液晶ライトバルブと共役な位置に形成
するリレー光学系が配置され、該リレー光学系は、前記
色信号用ライトバルブ上に形成される色信号像を前記輝
度信号用液晶ライトバルブ上に形成される輝度信号像と
同じ大きさに結像するように配置することを特徴とす
る。

【０００９】また、本発明の請求項２は、上記記載の請
求項１及び２に付け加え、前記色合成光学系はクロスダ
イクロイックプリズムから構成され、かつ色信号用液晶
ライトバルブは前記クロスダイクロイックプリズムの異
なる側面にそれぞれ近接して配置されることを特徴とす
る。さらに、本発明の請求項３は、上記記載の請求項１
及び２に付け加え、前記色合成光学系を射出した合成光
は、前記リレー光学系を介して、折曲げミラーにて光の
進行方向を変えて合成用偏光ビームスプリッタに入射さ
せることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の請求項４は、上記記載の請
求項３に加え、前記色合成用ダイクロイックプリズム面
の３側面近傍に配置された第１、第２及び第３の色成分
光に対応したおのおの前記色信号用液晶ライトバルブ上
の色信号像の駆動表示方向において、前記色合成用ダイ
クロイックプリズムを透過する前記第１の色信号用液晶
ライトバルブと前記色合成用ダイクロイックプリズム内
の反射面にて反射される前記第２及び第３の色信号用液
晶ライトバルブの液晶駆動方向は左右のみ反転させて駆
動表示させることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の請求項５は、請求項１〜４
に付け加え、前記第１の色信号用液晶ライトバルブ及び
前記輝度信号用液晶ライトバルブは、前記第１の色信号
用液晶ライトバルブ上の色信号像と前記輝度信号用液晶
ライトバルブ上の輝度信号像との各像の表示方向は光軸
を中心として１８０゜反転した像となるように配置する
とともに、前記各々液晶ライトバルブの駆動方向は左右
同じ方向に駆動することを特徴とする。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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方向に向きを変えてレ
ンズ１０４Ｇを通過する。ここで、レンズ１０３Ｇ及び
１０４Ｇは、Ｇ光用リレー光学系を構成し、焦点距離ｆ
２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１０３
Ｇ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。

【００１８】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。

【００１９】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方向に向きを変えてレンズ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。

【００２０】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。

【００２１】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方向に向きを変えてレンズ
１０４Ｂを通過する。ここで、レンズ１０３Ｂ及び１０
４Ｂ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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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にて向きを変えて＋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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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，１０４
Ｇ，１０４Ｂ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。

【００３８】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
イトバルブを駆動することは言うまでもない。次に、色
信号用液晶ライトバルブ８Ｒ、８Ｂ，８Ｇ上の像と輝度
信号用液晶ライトバルブ１３上の像の表示駆動の方向に
ついて、図３を参照して説明する。

【００３９】図３において、色分離光学系により分離さ
れた各色光は、それぞれのリレー光学系を介して各色毎
に入射する色信号用液晶ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇ
と各液晶ライトバルブで変調された光を合成する色合成
ダイクロイックプリズム９とダイクロイックプリズムか
ら出射し、合成用リレー光学系を通過した光が＋Ｚ方向
に進行し、＋Ｙ方向に向きを変えた折曲げミラー１０と
合成用偏光ビームスプリッタ１４に入射する前面の位置
に形成される各色信号用液晶ライトバルブの合成像Ｉが
示されている。各色信号用液晶ライトバルブ８Ｒ、８
Ｂ、８Ｇは、色合成用ダイクロイックプリズム９の側面
近傍にリレー光学系１０５に対しそれぞれ光路長が等し
く配置する。

【００４０】Ｇ光用液晶ライトバルブを出射した光はダ
イクロイックプリズム９に＋Ｚ方向から入射し、ダイク
ロイック膜９Ｒ、９Ｂを透過した光はそのまま進行し該
プリズムから＋Ｚ方向に出射する。しかし、Ｒ光用ライ
トバルブ８ＲとＢ光用ライトバルブ８Ｂを出射した各色
光はダイクロイックプリズムに＋Ｘ方向及び−Ｘ方向か
ら入射し、各色に応じたダイクロイック膜９Ｒ、９Ｂ部
により反射されて共に直角に向きを変え、ダイクロイッ
クプリズムから＋Ｚ方向に出射する。

【００４１】図３中には、各液晶ライトバルブ上に表示
される像の方向を模式的な図形で表した。図に示すよう
に、電気信号により書き込む際には、その表示は透過す
るＧ光用と一度反射されるＲ光用及びＢ光用の各液晶ラ
イトバルブ上に表示される像が左右が逆になるように駆
動する必要がある。これら色信号用液晶ライトバルブか
ら出射され、ダイクロイックプリズムで合成されて該プ
リズムから出射された合成光はリレーレンズ１０５を介
し、折曲げミラー１０によって＋Ｚ方向に進行する光を
＋Ｙ方向に直角に向きを変える。

【００４２】合成系リレー光学系１０５により投射レン
ズ１０７に対して色信号用ライトバルブと共役な位置に
あたる合成用偏光ビームスプリッタ１４の真下部の位置
に、前記輝度信号用ライトバルブと同じ大きさ、形状の
拡大合成像Ｉが形成される。この像からの＋Ｙ方向に出
射された光は合成用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分
離部によって反射され、輝度信号用ライトバルブから＋
Ｚ方向に出射され偏光ビームスプリッタを透過してきた
＋Ｚ方向の光と合成され、＋Ｚ方向の位置にある投射レ
ンズを介しスクリーン上に投射される。そのため輝度信
号用ライトバルブの表示は図に示す通りとなる。すなわ
ち、輝度信号用液晶ライトバルブ上の表示像が、Ｇ光用
色信号用ライトバルブ上の表示像と光軸を中心として１
８０゜回転した上下反転した像となるように各々の液晶
ライトバルブを配置し、表示像の駆動表示方向は左右同
じ方向にすればよいことがわかった。

【００４３】本実施の形態ではＧ光が透過するようにダ
イクロイックプリズムを形成したが、本形態に限定され
るものでなく、他色を透過光とするダイクロイックプリ
ズムの形成も可能であり、その際はその透過光用の色信
号用ライトバルブの駆動表示方向と輝度信号用ライトバ
ルブの駆動表示方向を同じにすればよい。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１１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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、色信号用ライトバルブを出射
した各色光の変調光を色合成光学系により色合成し、該
色合成光をリレーレンズにより色信号用ライトバルブ上
の各色信号像の実像を色信号用ライトバルブと共役な位
置に拡大結像し、該実像から出射される光と輝度信号用
ライトバルブを出射する変調光とを偏光ビームスプリッ
タにて合成し投射レンズにて投射する構成とした。この
ことにより、輝度信号用として用いる高解像度の大型の
液晶ライトバルブより小型の低解像度の色信号用ライト
バルブを使用することができるようになる。さらに、少
ない枚数の液晶ライトバルブ高解像度でかつ高輝度の投
射像を得ることが可能となった。また、高価な高解像度
の液晶ライトバルブが小型化されたことにより大幅なコ
スト低減を図ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射装置を説明する構成斜視図。

【図２】本発明の投射装置を説明する光路図。

【図３】本発明の投射装置のライトバルブ上の表示像を
説明する図。

【図４】従来例のカラー投射装置を説明する図。

【符号の説明】

１光源２ロッドインテグレータ３分離用偏光ビームスプリッタ４、１１１／２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６Ｒ、６Ｂ、６Ｇ、７Ｒ、７Ｂ、７Ｇ、１０、１２
反射ミラー８Ｒ、８Ｂ、８Ｇ色信号用液晶ライトバルブ９色合成用ダイクロイックプリズム１３輝度信号用液晶ライトバルブ１４合成用偏光ビームスプリッタ１０１、１０２照明レンズ１０３Ｒ、１０３Ｂ、１０３Ｇリレー光学系（照明
レンズ１０４Ｒ、１０４Ｂ、１０４Ｇ照明レンズ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の偏光成分と第２の偏
光成分とに偏光分離する偏光分離光学系と、該偏光分離
光学系により偏光分離された前記第１の偏光成分光を第
１、第２及び第３の各色成分光に色分離する色分離光学
系と、前記色分離された第１、第２及び第３の色成分光
をそれぞれ所定の色信号に基づき変調を行う第１、第２
及び第３の色信号用液晶ライトバルブと、該第１、第２
及び第３の色信号用液晶ライトバルブにより変調されて
前記各々の色信号用液晶ライトバルブから射出される光
を色合成する色合成光学系と、前記偏光分離光学系によ
り偏光分離された前記第２の偏光成分光を所定の輝度信
号に基づき変調を行う輝度信号用液晶ライトバルブと、
前記色合成光学系からの出射光と前記輝度信号用液晶ラ
イトバルブから出射した光とを合成する偏光合成光学系
と、該偏光合成光学系からの光をスクリーン上に投射す
る投射レンズとを有するカラー投射装置において、前記色合成光学系と前記偏光合成光学系との間には、前
記第１、第２及び第３の色信号用液晶ライトバルブの拡
大像を、前記投射レンズに関して前記輝度信号用液晶ラ
イトバルブと共役な位置に形成するリレー光学系が配置
され、該リレー光学系は、前記色信号用ライトバルブ上
に形成される色信号像を前記輝度信号用液晶ライトバル
ブ上に形成される輝度信号像と同じ大きさに結像するこ
とを特徴とするカラー投射装置。
【請求項２】前記色合成光学系はクロスダイクロイッ
クプリズムから構成され、かつ色信号用液晶ライトバル
ブは該クロスダイクロイックプリズムの異なる側面にそ
れぞれ近接して配置されることを特徴とする請求項１記
載のカラー投射装置。
【請求項３】前記色合成光学系を出射した合成光は、
前記リレー光学系を介して、折曲げミラーにて光の進行
方向を変えて、合成用偏光ビームスプリッタに入射させ
ることを特徴とする請求項１及び２記載のカラー投射装
置。
【請求項４】前記色合成用ダイクロイックプリズム面
の３側面近傍に配置された第１、第２及び第３の色成分
光に対応したおのおの前記色信号用液晶ライトバルブ上
の色信号像の駆動表示方向において、前記色合成用ダイ
クロイックプリズムを透過する前記第１の色信号用液晶
ライトバルブと前記色合成用ダイクロイックプリズム内
の反射面にて反射される前記第２及び第３の色信号用液
晶ライトバルブの液晶駆動方向は左右のみ反転させて駆
動表示させることを特徴とする請求項１〜３記載のカラ
ー投射装置。
【請求項５】前記第１の色信号用液晶ライトバルブ及
び前記輝度信号用液晶ライトバルブは、前記第１の色信
号用液晶ライトバルブ上の色信号像と前記輝度信号用液
晶ライトバルブ上の輝度信号像との各像の表示方向が光
軸を中心として１８０゜反転した像となるように配置す
るとともに、前記各々液晶ライトバルブの駆動方向は左
右同じ方向に駆動することを特徴とする請求項１〜４記
載のカラー投射装置。