JPH11231261A

JPH11231261A - 像投影装置

Info

Publication number: JPH11231261A
Application number: JP10033296A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Sawai; 靖昌澤井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】照明光に含まれる不要な波長成分を確実に除
去する。【解決手段】照明光をＲ，Ｇ，Ｂの色成分に分解する
とともに、各色成分の投影光を合成するクロスダイクロ
イックプリズム４とライトバルブ２０１との間に偏光板
２０４、１／４波長板２０７、色補正フィルタ２１１及
び１／４波長板２０８がこの順に配置され、クロスダイ
クロイックプリズム４とライトバルブ２０２との間に偏
光板２０５、１／４波長板２０９、色補正フィルタ２１
２及び１／４波長板２１０がこの順に配置されている。
色分解されたＳ偏光のＲ，Ｇの照明光に含まれる不要光
は偏光板２０４，２０５を透過した後、色補正フィルタ
２１１，２１２で偏光板２０４，２０５側に反射される
が、この間に１／４波長板２０７，２０９を２回透過さ
せてＰ偏光に変換し、偏光板２０４，２０５で吸収して
スクリーン側に透過しないようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーン上に光
学画像を拡大投影する像投影装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大画像を表示させる手段として、
映像信号に基づき照明光が照射されたライトバルブを駆
動して光学画像（投影光像）を形成し、この光学画像を
投影レンズでスクリーン上に拡大投影する像投影装置が
知られている。

【０００３】例えば特開昭６２−１８０３４３号公報に
は、投影レンズの後方位置にダイクロイックミラーと全
反射ミラーとからなる分光光学系とＲ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）の各色成分の光学画像を形成する３枚
の液晶ライトバルブとを設け、投影レンズ側から分光光
学系を介して液晶ライトバルブ側に照明光を入射し、そ
の照明光の液晶ライトバルブでの反射光（光学画像）を
分光光学系及び投射レンズを介して投射レンズ前方のス
クリーンに投影する反射型像投影装置において、投影レ
ンズの絞り位置に板状の全反射ミラーを設け、投影レン
ズの光軸に対して直交する方向から照射される光源から
の照明光を、絞りの有効な光束通過領域の半分の領域を
投影レンズの光軸と平行に透過するように、全反射ミラ
ーで全反射させて液晶ライトバルブに照射する構成が示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、照明光に不
要な波長成分が含まれている場合、ライトバルブに入射
される照明光からその不要な波長成分が除去されていな
いと、ライトバルブで形成された光学画像の色純度が低
下し、投影画像の色再現性の障害となる。例えば光源と
してメタルハライドランプが用いられた場合、このラン
プは、図１０に示すように、緑の波長領域と赤の波長領
域との境界領域（波長５８０ｎｍ近傍）に輝線スペクト
ルＵを有するので、分光された緑若しくは赤の照明光に
この輝線スペクトルＵの光が混入して緑又は赤の色純度
の低下を招くおそれがある。

【０００５】上記特開昭６２−１８０３４３号公報に示
す像投影装置のように、投影レンズと３個のライトバル
ブとの間に分光光学系を配置し、投影レンズから出射さ
れた照明光を各色成分に分解するとともに、各ライトバ
ルブで形成された光学画像を合成して投影レンズ側に導
く構成を有する像投影装置において、上述の照明光の不
要光を容易に除去する方法として、対応する色のライト
バルブ（例えばメタルハライドランプの場合、緑及び赤
のライトバルブ）と分光光学系との間に、当該不要光を
除去する色補正フィルタを設ける方法が考えられるが、
この方法を採用した場合、色補正フィルタの入射面で反
射、除去された不要光が投影レンズを介してスクリーン
に投影され、投影像にゴーストを生じさせるという問題
が生じる。

【０００６】特に、分光光学系としてクロスダイクロイ
ックプリズムを用いた場合は、このプリズムとライトバ
ルブとの間に色補正フィルタを配置せざるを得ず、不要
光に起因するゴーストの対策が不可欠となる。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、照明光の不要光を確実に除去し、色再現性の高
い投影画像が得られる像投影装置を提供するものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、色成分毎に各
色の映像信号に基づき照明光を空間変調して投影用の光
学画像を形成する複数のライトバルブと、上記照明光を
生成する光源手段と、上記照明光を上記色成分の光に分
解して対応する色のライトバルブ側に導くとともに、上
記ライトバルブで形成された各色の光学画像を合成して
スクリーン側に導く色分解合成手段と、上記光源からの
照明光を上記色分解合成手段に導くとともに、上記色分
解合成手段からの光学画像をスクリーンに投影する投影
光学系と、上記色分解合成手段と上記複数のライトバル
ブとの間に設けられた複数の偏光手段とを備えた像投影
装置において、上記色分解合成手段で分解された色光の
うち、不要光を含む色光が透過する光路上の上記偏光手
段と上記ライトバルブとの間に、第１の１／４波長板と
上記不要光を除去する色補正フィルタと第２の１／４波
長板とがこの順に配置されているものである（請求項
１）。

【０００９】なお、上記色補正フィルタは、上記色分解
合成手段の対応する色光の出射面と平行に配置するとよ
い（請求項２）。

【００１０】上記構成によれば、例えば照明光の赤の波
長領域と緑の波長領域との境界領域に不要光が存在する
場合、赤の光が透過する偏光板とライトバルブとの間
と、緑の光が透過する偏光板とライトバルブとの間に、
それぞれ対応する色光の波長に対する移相子としての第
１の１／４波長板と不要光を除去する色補正フィルタと
同移相子としての第２の１／４波長板とがこの順に配置
されている。

【００１１】従って、例えば照明光をＳ偏光光とし、偏
光板がＳ偏光光を透過する偏光特性を有するとすると、
色分解合成手段で色分解された青色光（Ｓ偏光）は、偏
光特性が同一である偏光板を透過した後、青の光学画像
を形成するライトバルブに入射される。そして、この青
色光の照明により形成された青の光学画像を構成する光
束（Ｓ偏光）は、青色照明光と同様に、偏光板で阻止さ
れることなく透過して色分解合成手段に入射される。

【００１２】また、色分解合成手段で色分解された赤色
光及び緑色光のうち、主要な光束（Ｓ偏光）は、偏光板
と偏光特性が一致し、かつ、色補正フィルタの通過帯域
特性を有しているので、偏光板、第１の１／４波長板、
色補正フィルタ及び第２の１／４波長板を透過してそれ
ぞれ赤及び緑の光学画像を形成するライトバルブに入射
される。赤及び緑の各色のライトバルブに入射された赤
色光及び緑色光の主要な光束は、ライトバルブに到達す
るまでに第１、第２の１／４波長板を透過するので、偏
光面がＰ偏光に変換されている。

【００１３】この赤色光及び緑色光の照明により形成さ
れた赤及び緑の光学画像を構成する光束（Ｐ偏光）は、
第２の１／４波長板、色補正フィルタ及び第１の１／４
波長板を透過して偏光板に入射されるが、この間に第
１、第２の１／４波長板で偏光面がＳ偏光に変換されて
いるので、阻止されることなく偏光板を透過して色分解
合成手段に入射される。

【００１４】従って、Ｓ偏光の赤、青、緑の各色の光学
画像は、色分解合成手段で色合成された後、投影レンズ
を介してスクリーンに投影される。

【００１５】一方、色分解合成手段で色分解された赤色
光及び緑色光のうち、不要な光束（Ｓ偏光）は、偏光板
及び第１の１／４波長板を透過した後、色補正フィルタ
の入射面で反射され、第１の１／４波長板を透過した
後、再度、偏光板に入射される。赤色光及び緑色光の不
要な光束は、偏光板に再入射されるまでに第１の１／４
波長板を２回透過するので、これにより偏光面がＰ偏光
に変換され、偏光板で吸収され、色分解合成手段に入射
されない。

【００１６】従って、不要光は、偏光板、第１の１／４
波長板及び色補正フィルタで完全に除去され、スクリー
ンに投影像のゴーストを生じさせることはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る像投影装置
の光学系の第１の実施形態を示す図である。なお、図１
において、実線で示す光束は照明光を示し、点線で示す
光束は投影光を示している。

【００１８】像投影装置１は、映像信号からなる投影像
を光学画像（Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の分光画像）に変換す
る光学像形成部２、光学画像を生成するべく光学像形成
部２を照明する照明光を発生する照明光学系３、この照
明光学系３からの照明光をＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光に分
光して光学像形成部２に照射するとともに、この照明光
の照射により形成された各色の光学画像を合成して投影
像を生成する光学像合成部４及びこの光学像合成部４で
生成された投影像をスクリーン６に投影する投影光学系
５から構成されている。

【００１９】光学像形成部２は、３個の反射型液晶ライ
トバルブ（以下、単にライトバルブという。）２０１，
２０２，２０３、偏光板２０４，２０５，２０６、１／
４波長板２０７，２０８，２０９，２１０及び色補正フ
ィルタ２１１，２１２から構成されている。ライトバル
ブ２０１，２０２，２０３は、クロスダイクロイックプ
リズムからなる光学像合成部４の各出射面４０１ａ，４
０２ａ，４０３ａに対向配置されている。また、光学像
合成部４とライトバルブ２０１との間に偏光板２０４、
１／４波長板２０７、色補正フィルタ２１１及び１／４
波長板２０８がこの順に配置され、光学像合成部４とラ
イトバルブ２０２との間に偏光板２０５、１／４波長板
２０９、色補正フィルタ２１２及び１／４波長板２１０
がこの順に配置され、光学像合成部４とライトバルブ２
０３との間に、偏光板２０６が配置されている。

【００２０】ライトバルブ２０１，２０２，２０３は、
それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色の電気画像からなる投影像を
光学画像に変換するものである。照明光光学系３からの
照明光は、投影光学系５を介して光学像合成部４に入射
され、この光学像合成部４でＲ，Ｇ，Ｂの各色に分解さ
れた後、それぞれライトバルブ２０１〜２０３に入射さ
れる。各ライトバルブ２０１〜２０３は、対応する色の
映像信号に基づき光学像合成部４から入射される照明光
の反射光量を画素単位で制御することにより当該映像信
号で構成される電気画像を光学画像に変換する。各色の
光学画像を構成する光束は、再度、光学像合成部４に入
射され、この光学像合成部４で色合成された後、投影光
学系５を介してスクリーン６に投影される。

【００２１】偏光板２０４，２０５，２０６は、光学像
合成部４の色分解面４０５，４０６，４０７，４０８に
対してＳ偏光の光束を透過し、Ｐ偏光の光束を吸収する
偏光フィルタである。

【００２２】１／４波長板２０７，２０８は、Ｒの色光
に対して、直交する２つの直線偏光成分（Ｓ偏光成分と
Ｐ偏光成分）の間の位相差をπ／２だけ変化させる移相
子である。１／４波長板２０７は、後述するように、色
補正フィルタ２１１により分離されたＲの色に対する不
要な色成分が偏光板２０４に入射するまでに２回透過さ
せてその偏光面をＰ偏光に変換するものであり、偏光板
２０４と組み合わせて光学画像から不要な色成分を除去
する機能を果たすものである。

【００２３】一方、１／４波長板２０８は、１／４波長
板２０７と組み合わせてＲの色光の主要な色成分をＰ偏
光に変換してライトバルブ２０１に入射させるととも
に、ライトバルブ２０１からの投影光（Ｐ偏光）が偏光
板２０４に入射するまでにその偏光面をＳ偏光に変換
し、投影光が偏光板２０４を透過し得るように偏光面を
変換する機能を果たすものである。従って、１／４波長
板２０７，２０８は、等価的にＲの色の主要な色成分に
対する不要な色成分の偏光面を直交させて両色成分を分
離するものである。

【００２４】１／４波長板２０９，２１０も１／４波長
板２０７，２０８と同様の機能を果たすもので、１／４
波長板２０９，２１０はそれぞれ１／４波長板２０７，
２０８に対応し、等価的にＧの色の主要な色成分に対し
て不要な色成分の偏光面を直交させて両色成分を分離す
るものである。なお、１／４波長板２０７〜２１０の動
作については後述する。

【００２５】色補正フィルタ２１１，２１２は、それぞ
れＲ，Ｇの各色に対して不要な色成分を除去するもので
ある。すなわち、本実施の形態では、後述するように、
照明光学系３の光源として、図１０に示す発光特性を有
するメタルハライドランプを採用しているので、色補正
フィルタ２１１は、緑の波長領域と赤の波長領域との境
界領域（波長５８０ｎｍ近傍）に含まれる波長Ｕ（主と
して水銀による略５８０ｎｍの輝線スペクトル）の色成
分を除去するように、５９０ｎｍ以上の波長の光束を透
過するフィルタ特性を有し、色補正フィルタ２１２は、
波長Ｕの色成分を除去するように、５１０〜５７０ｎｍ
の波長の光束を透過するフィルタ特性を有している。

【００２６】従って、色補正フィルタ２１１に入射され
たＲの色の光束のうち、波長Ｕの光束は、入射面で反射
され、また、色補正フィルタ２１２に入射されたＧの色
の光束のうち、波長Ｕの光束は、入射面で反射され、ラ
イトバルブ２０１，２０２には、それぞれＲ，Ｇの色の
主要な色成分のみが照射される。

【００２７】照明光学系３は、光源３０１、リフレクタ
３０２、第１レンズアレイ３０３、偏光分離プリズム３
０４、１／２波長板３０７、第２レンズアレイ３０８、
重ね合わせレンズ３０９、リレー光学系３１０及びプリ
ズム体３１１により構成されている。そして、第１レン
ズアレイ３０３、偏光分離プリズム３０４、１／２波長
板３０７及び第２レンズアレイ３０８は、後述するよう
にオプティカルインテグレータを構成している。

【００２８】光源３０１は、例えばメタルハライドラン
プからなり、例えば図１０に示す発光スペクトル特性を
有する白色光（ランダム偏光光）を発光するものであ
る。なお、光源３０１としてハロゲンランプやキセノン
ランプを用いてもよい。リフレクタ３０２は、光源３０
１からの放射光を一方向に射出するもので、回転２次曲
面の反射面を有する放物面鏡で構成されている。光源３
０１は、リフレクタ３０２の焦点位置に配置され、光源
３０１からリフレクタ３０２の反射面に向かって放射さ
れた光は、その反射面で回転放物面鏡の軸方向（図１の
Ａ方向）に反射され、開口部３０２ａから放出される。

【００２９】第１レンズアレイ３０３は、一方面が平板
で、他方面に複数の凸レンズからなるレンズセル３０３
ａがマトリックス状（本実施形態では３×４個）に配列
されたもので、図４に示すように、光源３０１及びリフ
レクタ３０２から入射する光束を複数の光束に分割し、
二次光源を生成するものである。なお、図４において、
円Ｂ１は、リフレクタ３０２の開口部３０２ａから照射
される光束の有効径を示し、円Ｂ１内のマトリックス状
のブロックは第１レンズアレイ３０３のレンズセル３０
３ａの配列を示している。第１レンズアレイ３０３に入
射された光束は、レンズセル３０３ａで分割され、各レ
ンズセル３０３ａの光軸上（図４の黒点位置）に二次光
源を生成する。

【００３０】第１レンズアレイ３０３は、後述する第２
レンズアレイ３０８、重ね合わせレンズ３０９、リレー
光学系３１０及び投影レンズ５の後群５０２の光学作用
によりライトバルブ２０１，２０２，２０３に対して共
役関係となる位置に配置されている。

【００３１】偏光分離プリズム３０４は、第１レンズア
レイ３０３の各レンズセル３０３ａから入射される光束
をＳ偏光の光束とＰ偏光の光束とに分離して出力するも
のである。偏光分離プリズム３０４は、直角プリズム３
０５の傾斜面３０５ｃ（以下、偏光分離面３０５ｃとい
う。）に透明ガラスからなる平行平板３０６を貼り合わ
せたもので、一方の透過面３０５ａ（以下、入射面３０
５ａという。）が第１レンズアレイ３０３の光軸（Ａ方
向の軸）に直交するように配置されている。

【００３２】第１レンズアレイ３０３の各レンズセル３
０３ａから入射面３０５ａを透過して入射されたＳ偏光
光束は、直角プリズム３０５の偏光分離面３０５ｃで直
角に反射され、直角プリズム３０５の他方の透過面３０
５ｂ（以下、出射面３０５ｂという。）から出射され
る。一方、Ｐ偏光光束（図中、太線で示す。）は、直角
プリズム３０５の偏光分離面３０５ｃを透過した後、平
行平板３０６の全反射面３０６ａで直角に反射され、直
角プリズム３０５の偏光分離面３０５ｃを透過した後、
出射面３０５ｂから出射される。

【００３３】Ｐ偏光光束は、平行平板３０６の厚みをｄ
とすると、Ｓ偏光光束よりも√２・ｄだけ反射点がずれ
ているので、出射面３０５ｂにおけるＰ偏光光束の出射
点は、Ｓ偏光光束の出射点より√２・ｄだけリフレクタ
３０２の軸と平行な方向にずれている。そして、第１レ
ンズアレイ３０３の各レンズセル３０３ａから出射され
た光束は、偏光分離プリズム３０４によりそれぞれ互い
に√２・ｄだけ位置をずらせてＳ偏光光束とＰ偏光光束
とに分離されるので、偏光分離プリズム３０４の出射面
３０５ｂでは、リフレクタ３０２の軸と平行な方向にＳ
偏光光束とＰ偏光光束とが交互に出射されることにな
る。

【００３４】同一光束から分離されたＳ偏光光束とＰ偏
光光束の位置ずれ量は、平行平板３０６の厚みｄに対し
て√２・ｄとなるが、隣接する光束から分離されたＳ偏
光光束とＰ偏光光束とは、第１レンズアレイ３０３のレ
ンズセル３０３ａの光軸間の距離をＤとすると、（Ｄ−
√２・ｄ）となる。本実施の形態では、Ｓ偏光光束とＰ
偏光光束とを均一に分布させてそれぞれ新たな二次光源
とするため、（Ｄ−√２・ｄ）＝√２・ｄとなるよう
に、平行平板３０６の厚みｄを設定している。すなわ
ち、ｄ＝Ｄ／（２√２）となっている。

【００３５】第２レンズアレイ３０８は、リフレクタ３
０２、第１レンズアレイ３０３及び偏光分離プリズム３
０４の光学作用により光源３０１と共役関係となる位置
に設けられている。第２レンズアレイ３０８も第１レン
ズアレイ３０３と同様の構造を有しているが、各Ｓ偏光
成分及びＰ偏光成分のそれぞれに対応してレンズセル３
０８ａが設けられるので、レンズセルの密度は第１レン
ズアレイ３０３よりも、図４において横方向に倍になっ
ている。

【００３６】１／２波長板３０７は、第２レンズアレイ
３０８に入射するＰ偏光光束をＳ偏光光束に変換するも
のである。このため、１／２波長板３０７は、第２レン
ズアレイ３０８のＰ偏光光束に対応するレンズセル３０
８ａの入射面に設けられている。偏光分離プリズム３０
４から入射されるＳ偏光光束は、そのまま第２レンズア
レイ３０８に入射され、Ｐ偏光光束は１／２波長板３０
７でＳ偏光光束に変換された後、第２レンズアレイ３０
８に入射され、それぞれ二次光源を結んだ後、出射され
る。

【００３７】従って、第２レンズアレイ３０８の各レン
ズセル３０８ａからはＳ偏光光束のみが出射される。な
お、１／２波長板３０７を第２レンズアレイ３０８のＳ
偏光光束に対応するレンズセル３０８ａの入射面に設
け、第２レンズアレイ３０８をＰ偏光光束の二次光源と
してもよい。尤も、Ｓ偏光光束を二次光源とする方が偏
光分離プリズム３０４で生じる両偏光の光路差を補正で
きる効果があるので、Ｐ偏光光束をＳ偏光光束に変換す
る方が望ましい。

【００３８】重ね合わせレンズ３０９は、二次光源から
の照明光を重ね合わせて均一な照度が得られるようにす
るものである。リレー光学系３１０は、二次光源の光源
像を投影光学系５の絞り位置Ｐに結像するものである。
すなわち、第２レンズアレイ３０８と投影光学系５の絞
り位置とは、重ね合わせレンズ３０９、リレー光学系３
１０及びプリズム体３１１の光学作用により共役関係に
設定されている。

【００３９】プリズム体３１１は、投影光学系５の絞り
位置Ｐに設けられ、リレー光学系３１０を透過した照明
光を、投影光学系５の絞り面の有効な光束通過領域の半
分の領域（図１では左半分の領域）を透過させるよう
に、反射させて光学像形成部２に導くものである。プリ
ズム体３１１は、直角プリズム３１２の出射面３１２ｂ
（直角を挟む一方面）に透明ガラスからなる平行平板３
１３を接合したものである。平行平板３１３は、図６に
示すように、絞り面の有効な光束通過領域を覆い得るサ
イズを有し、直角プリズム３１２の出斜面３１２ｂは、
絞りの有効な光束通過領域の半分の領域を覆い得るサイ
ズを有している。そして、プリズム体３１１は、直角プ
リズム３１２の傾斜面（反射面）３１２ｃと平行平板３
１３との接線と投影レンズ５の光軸Ｌとを直交させ、反
射面３１２ｃが４５°の角度で前群５０１側に傾斜する
ように配置されている。

【００４０】照明光の反射部材として直角プリズム３１
２を用いているのは、照明光を直角プリズム３１２で１
００％全反射させ、反射ロスによる照明光の光量低下を
防止するためである。また、直角プリズム３１２の出射
面３１２ｂに平行平板３１３を接合しているのは、直角
プリズム３１２のみではリレー光学系３１０から入射し
た光束の内、直角プリズム３１２の出射面３１２１ｂに
入射してきた光束（図２の光束７参照）が出射面３１２
１ｂで全反射されて利用できなくなるため、これらの光
束も利用し得るように、直角プリズム３１２の入射面３
１２ａを拡張するためである。このため、平行平板３１
３の厚みｔは、リレー光学系３１０からの光束の直角プ
リズム３１２への入射角度及び入射範囲に基づいて適切
な値に設定されている。なお、平行平板３１３を直角プ
リズム３１２の出射面３１２ｂから絞り面の光束通過領
域全面を覆うように延長しているのは、等価的に投影レ
ンズ５の絞り位置に結像された複数の二次光源からの光
束が照射されてライトバルブ２０１〜２０３で形成され
た光学画像（投影光）を構成する光束を投影レンズ５の
絞り位置に再結像するためである。

【００４１】本実施の形態では、照明光の反射部材とし
てプリズム体３１１を用いているので、反射ロスによる
照明光の利用率の低下を招くことがない。また、ガラス
平板の一方面にアルミニウム等の反射膜を形成してなる
反射ミラーのように、投影光又は照明光に対して光路を
遮るガラス平板の側面に相当する部分が存在しないの
で、図３に示すように、絞り面の投影光の通過領域８の
照明光の通過領域９との境界１０の近傍に遮光領域が生
じることがなく、投影光の有効利用が可能になる。

【００４２】上記のように、第２レンズアレイ３０８上
の二次光源は、投影光学系５の絞りの半分の領域（半円
形の領域）に結像されるので、第２レンズアレイ３０８
上に形成される二次光源と投影光学系５の絞りの有効な
照明光の通過領域との関係は、図５のようになってい
る。

【００４３】図５において、破線で示す半円Ｂ２は、照
明光が透過する絞りの有効領域を示し、マトリックス状
のブロックは第２レンズアレイ３０８のレンズセル３０
８ａの配列を示している。また、各ブロック内の楕円形
状は、各二次光源の光源像の形状を示すものである。光
源は、一般にリフレクタ３０２の光軸方向に細長い発光
分布を有しているので、その光源像は、リフレクタ３０
２の光軸を中心に放射状に細長く結像する。このため、
第２レンズアレイ３０８の各レンズセル３０８ａの二次
光源の光源像は、アレイ中心から放射する楕円形状とな
っている。

【００４４】照明光と投影光のＦナンバーを略同一にし
て光量ロスを少なくし、かつ、全体的に光学系が必要以
上に大きくならないように設計すると、図５に示すよう
に、第２レンズアレイ３０８で形成された二次光源の一
部は、絞りの有効領域外となり、この分、照明光の利用
率が低下することになる。しかし、二次光源のエネルギ
ー密度は周辺部より中央部の方が大きいので、図５の構
成であっても、全体の略８０％のエネルギーを利用する
ことができるものとなっている。

【００４５】図１に戻り、光学像合成部４は、４個の直
角プリズム４０１，４０２，４０３，４０４を直角を挟
む面で互いに接合したプリズム型のクロスダイクロイッ
クプリズムで構成されている。接合面４０５，４０６に
は可視光の内、略５８０ｎｍ以上の波長の光束を反射
し、その他の波長の光束を透過するダイクロイック多層
膜が蒸着され、両接合面４０５，４０６により照明光か
らＲの色成分を分離する色分解面が構成されている。ま
た、接合面４０７，４０８には可視光の内、略５１０ｎ
ｍ以下の波長の光束を反射し、その他の波長の光束を透
過するダイクロイック多層膜が蒸着され、両接合面４０
７，４０８により照明光からＢの色成分を分離する色分
解面が構成されている。直角プリズム４０１〜４０３の
各傾斜面４０１ａ〜４０３ａは、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの
各色成分の照明光の出射面であるとともに、ライトバル
ブ２０１，２０２，２０３で形成されたＲ，Ｇ，Ｂの各
光学画像の投影光の入射面となっている。また、直角プ
リズム４０４の傾斜面４０４ａは、投影光学系５の後群
５０２を介して入射される照明光の入射面であるととも
に、クロスダイクロイックプリズム４で色合成された光
学画像の投影光の出射面である。

【００４６】投影光学系５は、例えば図６に示すよう
な、２群構成のテレセントリック系の投影レンズで構成
されている。テレセントリック系では後群５０２の前側
焦点が投影レンズ５の絞り位置Ｐとなるので、プリズム
体３１１は、直角プリズム３１２の傾斜面（反射面）３
１２ｃと平行平板３１３との接線を投影レンズ５の光軸
Ｌと絞り位置Ｐとの交点Ｏに一致させ、直角プリズム３
１２の反射面３１２ｃを光軸Ｌに対して４５°の角度で
前群５０１側に傾斜させて設けられている。また、投影
レンズ５は、光学像合成部４に対して、絞り位置Ｐに結
像される光源像が後群５０２、クロスダイクロイックプ
リズム４を透過し、ライトバルブ２０１，２０２，２０
３で反射した後、その反射光像（光学画像）が再び絞り
位置に結像する関係（共役関係）となるように配置され
ている。

【００４７】なお、図６において、光軸Ｌとプリズム体
３１１の反射面３１２ｃとの角度は４５°に限定される
ものではなく、投影レンズ５と照明光学系３とが配置
上、干渉しない限り、任意の角度に設定することができ
る。

【００４８】上記構成において、光源３０１から放射さ
れたランダム偏光の光束は、リフクレタ３０２の反射面
で回転放物鏡の回転軸方向（図１のＡ方向）に反射さ
れ、開口部３０２ａから放射される。リフレクタ３０２
の開口部３０２ａから放射された光束は、第１レンズア
レイ３０３に入射し、複数のレンズセル３０３ａにより
複数の光束に分割されて偏光分離プリズム３０４に出射
される。第１レンズアレイ３０３の各レンズセル３０３
ａから出射された光束は、それぞれ偏光分離プリズム３
０４を透過、屈折することによりＳ偏光光束とＰ偏光光
束とに分離され、偏光分離プリズム３０４の出射面３０
５ｂから第２レンズアレイ３０８に出射される。Ｓ偏光
光束は、直接、第２レンズアレイ３０８に入射される一
方、Ｐ偏光光束は、１／２波長板３０７によりＳ偏光光
束に変更された後、第２レンズアレイ３０８に入射され
る。

【００４９】光源３０１と第２レンズアレイ３０８とは
共役関係にあり、光源３０１の光源像は第２レンズアレ
イ３０８に結像するので、この結像した光源像を二次光
源として第２レンズアレイ３０８から複数の光束が出射
される。また、第１レンズアレイ３０３〜第２レンズア
レイ３０８はオプティカルインテグレータを構成し、第
２レンズアレイ３０８では光源が複数の二次光源に分離
されているので、複数の光束（Ｓ偏光光束）からなる照
明光が第２レンズアレイ３０８から出射される。

【００５０】第２レンズアレイ３０８から出射された複
数の光束は、照射面が重なるように、重ね合わせレンズ
３０９で各光軸方向が変更された後、リレー光学系３１
０及びプリズム体３１１により投影レンズ５の絞り位置
Ｐに導かれ、その位置に二次光源を形成する。投影レン
ズ５の絞り位置Ｐに二次光源を形成した照明光は、更に
投影レンズ５の後群５０２に入射され、テレセントリッ
ク状態でクロスダイクロイックプリズム４に出射され
る。

【００５１】クロスダイクロイックプリズム４に入射さ
れた照明光は、可視光のうち、略５８０ｎｍ以上の波長
の光束が接合面４０５，４０６で赤色のライトバルブ２
０１側に直角に反射され、５８０ｎｍよりも短い波長の
光束が緑色のライトバルブ２０２側に透過される。ま
た、可視光のうち、略５１０ｎｍ以下の波長の光束が接
合面４０７，４０８で青色のライトバルブ２０３側に直
角に反射され、略５１０ｎｍよりも長い波長の光束が緑
色のライトバルブ２０２側に透過される。

【００５２】従って、クロスダイクロイックプリズム４
の出射面４０１ａ，４０２ａ，４０３ａからそれぞれ略
５８０ｎｍ以上の波長の光束（以下、赤色照明光とい
う。）、略５１０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長の光束（以
下、緑色照明光という。）及び略５１０ｎｍ以下の波長
の光束（以下、青色照明光という。）が出射される。

【００５３】クロスダイクロイックプリズム４の出射面
４０１ａから出射された赤色照明光（Ｓ偏光）は、図７
に示すように、偏光特性が一致するので、阻止されるこ
となく偏光板２０４を透過し、１／４波長板２０７でそ
の位相がπ／２だけシフトされて色補正フィルタ２１１
に入力される。Ｓ偏光の赤色照明光のうち、略５８０ｎ
ｍの波長の不要光Ｕは、色補正フィルタ２１１の入射面
でクロスダイクロイックプリズム４側に反射されるが、
１／４波長板２０７でその位相が更にπ／２だけシフト
され、等価的にＰ偏光光に変換されて偏光板２０４に入
射されるので、当該偏光板２０４で吸収されて光路上か
ら除去される。

【００５４】一方、色補正フィルタ２１１を透過した略
５９０ｎｍ以上の赤色照明光は、１／４波長板２０８で
その位相が更にπ／２だけシフトされ、等価的にＰ偏光
光に変換されてライトバルブ２０１に入射される。そし
て、ライトバルブ２０１への赤色照明光の照射によって
形成されたＲの色成分の光学画像（以下、赤色画像とい
う。）は、照明光とは逆に１／４波長板２０８、色補正
フィルタ２１１、１／４波長板２０７及び偏光板２０４
を透過して出射面４０１ａからクロスダイクロイックプ
リズム４内に入力される。

【００５５】赤色画像は、略５９０ｎｍ以上の波長を有
しているので、色補正フィルタ２１１を減衰することな
く透過する。また、赤色画像を構成する光束は、Ｐ偏光
光であるので、１／４波長板２０７，２０８でその位相
がπだけシフトされることにより等価的にＳ偏光光に変
換される。従って、赤色画像を構成する光束は、偏光板
２０４を透過してクロスダイクロイックプリズム４の出
射面４０１ａに入射される。従って、クロスダイクロイ
ックプリズム４の出射面４０１ａには、不要光Ｕの成分
のない色純度の高い赤色画像が入力される。

【００５６】クロスダイクロイックプリズム４の出射面
４０２ａから出射された緑色照明光についても、偏光板
２０５、１／４波長板２０９、色補正フィルタ２１２及
び１／４波長板２１０が赤色照明光に対する偏光板２０
４、１／４波長板２０８、色補正フィルタ２１１及び１
／４波長板２０９の作用と同様の作用を行って緑色照明
光のうち、略５８０ｎｍの波長の不要光Ｕが除去され、
ライトバルブ２０２には、色純度の高いＰ偏光の緑色照
明光が入射される。そして、この緑色照明光の照射によ
って形成されたＧの色成分の光学画像（以下、緑色画像
という。）を構成する光束は、赤色画像の場合と同様
に、色補正フィルタ２１２を減衰することなく透過する
とともに、１／４波長板２０９，２１０で等価的にＳ偏
光光に変換され、偏光板２０５を透過してクロスダイク
ロイックプリズム４の出射面４０２ａに入射される。

【００５７】一方、クロスダイクロイックプリズム４の
出射面４０３ａから出射された青色照明光は、偏光板２
０４を透過した後、ライトバルブ２０３に入射される。
そして、ライトバルブ２０３への青色照明光の照射によ
って形成されたＢの色成分の光学画像（以下、青色画像
という。）を構成する光束（Ｓ偏光）は、偏光板２０４
を透過してクロスダイクロイックプリズム４の出射面４
０３ａに入射される。なお、青色画像には不要光の成分
が殆ど含まれていないので、クロスダイクロイックプリ
ズム４には、色純度の高い青色画像の光束が入射され
る。

【００５８】出射面４０１ａからクロスダイクロイック
プリズム４に入射した赤色画像を構成する光束は、接合
面４０５，４０６で傾斜面４０４ａ側に反射され、出射
面４０３ａからクロスダイクロイックプリズム４に入射
した青色画像を構成する光束は、接合面４０７，４０８
で傾斜面４０４ａ側に反射され、出射面４０２ａからク
ロスダイクロイックプリズム４に入射した緑色画像を構
成する光束は、接合面４０５〜４０８を反射することな
く傾斜面４０４ａ側に透過する。従って、クロスダイク
ロイックプリズム４の傾斜面４０４ａからは赤色画像、
緑色画像及び青色画像が合成されて（すなわち、各色の
画像を構成する光束（Ｓ偏光光束）が混合されて）出射
される。

【００５９】そして、この合成画像を構成する光束は、
投影レンズ５の後群５０２により絞り位置Ｐに一旦、結
像した後、投影レンズ５の前群５０１により拡大されて
スクリーン６に投影される。

【００６０】上記のように、クロスダイクロイックプリ
ズム４とライトバルブ２０１との間に偏光板２０４、１
／４波長板２０７、色補正フィルタ２１１及び１／４波
長板２０８をこの順に配置するとともに、クロスダイク
ロイックプリズム４とライトバルブ２０２との間に偏光
板２０５、１／４波長板２０９、色補正フィルタ２１２
及び１／４波長板２１０をこの順に配置し、色補正フィ
ルタ２１１，２１２でＲ，Ｇの色の照明光の主要光と不
要光Ｕとを分離するとともに、１／４波長板２０７，２
０９でその偏光面を互いに直交させるようにしているの
で、不要光Ｕが偏光板２０４，２０５で吸収され、スク
リーンにこの不要光Ｕに起因するゴーストが生じること
がない。また、赤及び緑のライトバルブ２０１，２０２
の照明光の色純度が向上し、投影像の色再現性を高める
ことができる。

【００６１】また、本実施の形態では、色補正フィルタ
２１１，２１２をクロスダイクロイックプリズム４の出
射面４０１ａ，４０２ａとそれぞれ平行に配置している
ので、偏光板２０４〜１／４波長板２０８の構成部材及
び偏光板２０５〜１／４波長板２１０の構成部材がコン
パクトになり、装置の小型化に寄与するとともに、投影
像に非点収差を生じさせることもない。

【００６２】ところで、クロスダイクロイックプリズム
４とライトバルブ２０１，２０２，２０３との間に、偏
光板２０４〜２０６、１／４波長板２０７〜２１０及び
色補正フィルタ２１１，２１２等の板部材を複数枚、ラ
イトバルブ２０１〜２０３のパネル面と略平行に配置す
ると、各板部材の入射面で光が反射され、その分、光量
のロスが生じて投影像が暗くなる。従って、好ましくは
反射防止処理を施すことが望ましい。

【００６３】図８は、クロスダイクロイックプリズム４
とライトバルブ２０１，２０２，２０３との間の光量の
反射ロスを低減する光学像形成部２の一実施の形態を示
す図である。

【００６４】同図に示す光学像形成部２は、クロスダイ
クロイックプリズム４とライトバルブ２０１，２０２，
２０３との間に設けられる偏光板２０４〜２０６、１／
４波長板２０７〜２１０及び色補正フィルタ２１１，２
１２がユニットで構成されている。クロスダイクロイッ
クプリズム４とライトバルブ２０１との間に設けられる
偏光板２０４、１／４波長板２０７，２０８及び色補正
フィルタ２１１は、偏光板ユニット２０１Ａと色補正板
ユニット２０１Ｂとで構成され、クロスダイクロイック
プリズム４とライトバルブ２０２との間に設けられる偏
光板２０５、１／４波長板２０９，２１０及び色補正フ
ィルタ２１２は、偏光板ユニット２０２Ａと色補正板ユ
ニット２０２Ｂとで構成され、クロスダイクロイックプ
リズム４とライトバルブ２０３との間に設けられる偏光
板２０６は、偏光板ユニット２０３Ａで構成されてい
る。

【００６５】偏光板ユニット２０３Ａは、偏光板２０６
を２枚のガラス板２１７，２１８で挾み込み、ガラス板
の２１７，２１８の外側表面に反射防止膜２２３，２２
４を形成したものである。反射防止膜２２３，２２４
は、例えば図９に示す反射率特性を有しており、同図に
示すように、ライトバルブ２０３に入射される４４０ｎ
ｍ付近の青色成分（図１０参照）に対してその反射率は
０．１％以下であるので、クロスダイクロイックプリズ
ム４とライトバルブ２０３間での照明光及び投影光の反
射ロスが効果的に抑制されている。

【００６６】偏光板ユニット２０１Ａは、一方面に反射
防止膜２１９が形成されたガラス板２１３の他方面に偏
光板２０４と１／４波長板２０７とが貼り合わされたも
のであり、色補正板ユニット２０１Ｂは、一方面に反射
防止膜２２０が形成されたガラス板２１４の他方面膜に
１／４波長板２０７と色補正フィルタ２１１とが貼り合
わされたものである。そして、偏光板ユニット２０１Ａ
及び色補正板ユニット２０１Ｂは、ガラス板２１３，２
１４が外側になるように配列してクロスダイクロイック
プリズム４とライトバルブ２０１との間に平行に配設さ
れている。

【００６７】偏光板ユニット２０２Ａ及び色補正板ユニ
ット２０２Ｂも、それぞれ偏光板ユニット２０１Ａと色
補正板ユニット２０２Ｂと同様に構成され、クロスダイ
クロイックプリズム４とライトバルブ２０２との間に偏
光板ユニット２０１Ａ及び色補正板ユニット２１１Ｂと
同様の関係で配設されている。すなわち、偏光板ユニッ
ト２０２Ａは、一方面に反射防止膜２２１が形成された
ガラス板２１５の他方面膜に偏光板２０５と１／４波長
板２０９とを貼り合わせて構成され、色補正板ユニット
２０２Ｂは、一方面に反射防止膜２２２が形成されたガ
ラス板２１６の他方面膜に１／４波長板２１０と色補正
フィルタ２１２とを貼り合わせて構成され、クロスダイ
クロイックプリズム４とライトバルブ２０１との間に、
ガラス板２１５，２１６を外側にして両ユニット２０２
Ａ，２０２Ｂが平行に配列されている。

【００６８】なお、赤色に対する反射防止膜２１９，２
２０及び緑色に対する反射防止膜２２１，２２２は、図
１０に示す反射率特性の通過帯域を５９０ｎｍ以上の赤
色成分の領域若しくは５１０〜５７０ｎｍの緑色成分の
領域にシフトすることにより青色に対する反射防止膜２
２３，２２４と略同一の反射率特性を有するものを得る
ことができる。

【００６９】本実施の形態では、偏光板２０４，２０５
及び１／４波長板２０７，２０９、色補正フィルタ２１
１，２１２及び１／４波長板２０８，２１０を貼り合わ
せるとともに、界面反射が問題となる偏光板２０４，２
０５，２０６の照明光の入射面と偏光板２０６及び１／
４波長板２０８，２１０の投影光の入射面とにガラス板
２１３〜２１８を貼り合わせ、そのガラス板２１３〜２
１８の表面に反射防止膜２１９〜２２４を形成するよう
にしているので、ガラス板２１３〜２１８の各表面での
照明光及び投影光の反射ロスを０．１％以下に抑えるこ
とが可能で、光学像形成部２での光量ロスを可能な限り
低減して、コントラスト比の高い投影像を得ることがで
きる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
３原色の色成分毎に光学画像を形成する複数のライトバ
ルブと、各色のライトバルブを対応する色成分の光で照
明するべく照明光を色分解するとともに、上記ライトバ
ルブで形成された各色の光学画像を合成する色分解合成
手段との間であって、色分解合成手段で分解された色光
のうち、不要光を含む色成分の光が透過する光路上に第
２の１／４波長板、色補正フィルタ、第１の１／４波長
板及び偏光板をこの順で配置したので、偏光特性のみで
不要光が簡単に分離、除去され、スクリーンに不要光に
起因するゴースト画像が投影されることがない。また、
各色の光学画像の色純度が向上し、色再現性の高い投影
像を得ることができる。

【００７１】また、色補正フィルタを色分解合成手段の
対応する色光の出射面と平行に配置しているので、偏光
板〜第２の１／４波長板をコンパクトに構成することが
でき、投影像に非点収差を生じさせることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る像投影装置の光学系の一実施の形
態を示す図である。

【図２】投影レンズの絞り位置とプリズム体の配置位置
との関係を示す図である。

【図３】絞りの有効な投影光及び照明光の通過領域とプ
リズム体との関係を示す図である。

【図４】リフレクタからの照明光の有効径と第１レンズ
アレイで分割された照明光の光束との関係を示す図であ
る。

【図５】第２レンズアレイで形成される複数の二次光源
と絞りの有効な照明光の通過領域との関係を示す図であ
る。

【図６】投影光学系内におけるプリズム体の配置関係の
一例を示す図である。

【図７】クロスダイクロイックプリズムとライトバルブ
との間における照明光及び投影光の偏光の変化を示す図
である。

【図８】クロスダイクロイックプリズムとライトバルブ
との間の光量の反射ロスを低減する光学像形成部の実施
形態を示す図である。

【図９】青色に対する反射防止膜の反射率特性を示す図
である。

【図１０】照明光の発光スペクトル特性の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１像投影装置２光学像形成部２０１，２０２，２０３ライトバルブ２０４，２０５，２０６偏光板（偏光手段）２０７，２０９１／４波長板（第１の１／４波長板）２０８，２１０１／４波長板（第２の１／４波長板）２１１，２１２色補正フィルタ２１３〜２１８ガラス板２１９〜２２４反射防止膜３照明光学系（光源手段）３０１光源３０２リフレクタ３０３第１レンズアレイ３０４偏光分離プリズム３０５直角プリズム３０６平行平板３０７１／２波長板３０８第２レンズアレイ３０９重ね合わせレンズ３１０リレー光学系３１１プリズム体３１２直角プリズム３１３平行平板（ガラス平板）４光学像合成部（色分解合成手段）４０１，４０２，４０３，４０４直角プリズム５投影光学系５０１前群５０２後群６スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０２Ｆ 1/1335 ５１０Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５１０Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】色成分毎に各色の映像信号に基づき照明
光を空間変調して投影用の光学画像を形成する複数のラ
イトバルブと、上記照明光を生成する光源手段と、上記
照明光を上記色成分の光に分解して対応する色のライト
バルブ側に導くとともに、上記ライトバルブで形成され
た各色の光学画像を合成してスクリーン側に導く色分解
合成手段と、上記光源からの照明光を上記色分解合成手
段に導くとともに、上記色分解合成手段からの光学画像
をスクリーンに投影する投影光学系と、上記色分解合成
手段と上記複数のライトバルブとの間に設けられた複数
の偏光手段とを備えた像投影装置において、上記色分解
合成手段で分解された色光のうち、不要光を含む色光が
透過する光路上の上記偏光手段と上記ライトバルブとの
間に、第１の１／４波長板と上記不要光を除去する色補
正フィルタと第２の１／４波長板とがこの順に配置され
ていることを特徴とする像投影装置。
【請求項２】請求項１記載の像投影装置において、色
補正フィルタは、色分解合成手段の対応する色光の出射
面と平行に配置されていることを特徴とする像投影装
置。