プロジェクタ用光学系
【課題】 明るく高品質な画像の提供を保証しつつも３板式の反射型液晶プロジェクタの小型化や軽量化に寄与することができるプロジェクタ用光学系を提供すること。
【解決手段】 プロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、色の三原色に対応する第一から第三の色成分を、所定の画像信号に基づいて変調すると共に、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、第一色分離合成面および第二色分離合成面によって、光源部から照射された白色光を偏光状態を維持したまま第一から第三の色成分に分離し、かつ第一から第三の各反射型液晶素子によって変調された第一から第三の色成分を合成する色分離合成手段と、を有する構成にした。
【解決手段】 プロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、色の三原色に対応する第一から第三の色成分を、所定の画像信号に基づいて変調すると共に、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、第一色分離合成面および第二色分離合成面によって、光源部から照射された白色光を偏光状態を維持したまま第一から第三の色成分に分離し、かつ第一から第三の各反射型液晶素子によって変調された第一から第三の色成分を合成する色分離合成手段と、を有する構成にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラー３板式プロジェクタとして、白色光を照射する光源、該白色光をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三つの成分に分離する色分離手段、各成分をそれぞれ独立して変調する３つの反射型液晶素子、各液晶素子により変調された各色成分を合成する色合成手段を備える反射型液晶プロジェクタが知られている。反射型液晶プロジェクタは、以下の特許文献１に例示される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９８９３７号公報
【０００４】
特許文献１に記載の反射型液晶プロジェクタは、色分離手段と色合成手段を合わせると多数の反射面を持つ。反射面が多くなればなるほど、プロジェクタ全体が大型化、重量化するだけでなく、無用な光量損失を招くおそれがある。そこで近年、上記プロジェクタに対して、画像の明るさや鮮明さは保持しつつも、持ち運びを容易にする等の利便性向上のため、より一層の小型化、軽量化を図ることが強く要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、明るく高品質な画像の提供を保証しつつも３板式の反射型液晶プロジェクタの小型化や軽量化に寄与することができるプロジェクタ用光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載のプロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、色の三原色に対応する第一から第三の色成分を、所定の画像信号に基づいて変調すると共に、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、第一色分離合成面および第二色分離合成面によって、光源部から照射された白色光を偏光状態を維持したまま第一から第三の色成分に分離し、かつ第一から第三の各反射型液晶素子によって変調された第一から第三の色成分を合成する色分離合成手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一と第二の二つの色分離合成面のみによって、光源部から照射された光の色分離、および分離され変調された各色成分の合成を達成している。従って、光源部、液晶素子間に配設される色分離および合成のための光学部材の数を従来よりも大きく低減することができる。結果として本発明に係るプロジェクタ用光学系によれば、プロジェクタ全体の小型化、軽量化に寄与することができる。
【０００８】
請求項２に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一色分離合成面は、第一および第二の色成分と、第三の色成分とに関する分離および合成を行い、第二色分離合成面は、第一色分離合成面により第三の色成分と分離された第一の色成分と第二の色成分に関する分離および合成を行う。
【０００９】
請求項３に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一色分離合成面により合成された光をスクリーン上に投影する投影レンズ群を有し、該第一色分離合成面を合成された光を投影レンズ群に導く偏向手段としても使用することができる。これにより、３板式プロジェクタについてより一層の小型化が図られる。
【００１０】
請求項４に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一の直線偏光をＳ偏光、第二の直線偏光をＰ偏光として構成することができる。
【００１１】
なお、請求項５に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一色分離合成面は、一対の透明基体を貼り合わせることにより形成される偏光ビームスプリッタにおける貼り合わせ面であって、該貼り合わせ面には、高屈折率層および低屈折率層からなり層数１５以上の多層膜が施されており、該多層膜は、下記式（１）、（２）および（３）、
nL＜nS、nH ・・・（１）
θ≧sin-1(nL/nS) ・・・（２）
dLmax＜λmax ・・・（３）
但し、ｎＬは前記低屈折率層の屈折率を、
ｎＳは前記透明基体の屈折率を、
ｎＨは前記高屈折率層の屈折率を、
θは一方の透明基体に垂直入射した光の前記多層膜との界面における反射角を、
λｍａｘは利用波長の最大値を、
ｄＬｍａｘは低屈折率層の最大光学層厚を、それぞれ示す。
を満たし、第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率がＰ偏光の透過率より高く、第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率がＳ偏光の透過率より高くなるように構成されている。
【００１２】
また、請求項６に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一の波長帯域と第二の波長帯域は、一方が上記第一の色成分に対応し、他方が、上記第二の色成分および第三の色成分に対応する。
【００１３】
請求項７に記載のプロジェクタ用光学系によれば、偏光ビームスプリッタは、第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率が８０％以上であってＰ偏光の透過率が２０％以下であり、第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率が８０％以上であってＳ偏光の透過率が２０％以下であるように構成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、３板式プロジェクタで必須の構成とされる色分離、合成を、たった二つの面で実現することにより、プロジェクタから投影される画像を明るく、鮮明にするとともに、該プロジェクタの小型化、軽量化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は反射型液晶プロジェクタに搭載される本発明の実施形態のプロジェクタ用光学系１００の概略構成を表す図である。プロジェクタ用光学系１００は、光源１、単一偏光板２、ミラー３、特殊偏光ビームスプリッタ４、ダイクロイックプリズム５、第一から第三の反射型液晶素子６ａ、６ｂ、６ｃ、投影レンズ群７を有する。
【００１６】
光源１は、高圧水銀ランプ１ａと楕円リフレクタ１ｂを有する。高圧水銀ランプ１ａから照射された白色光は、楕円リフレクタ１ｂで反射して単一偏光板２に入射する。なお、図示しないが、光源１と単一偏光板２の間には、光の強度分布を均一する光学部材（例えば、ライトトンネル（登録商標）等）や、光を平行光束に変換する光学部材（例えば、コリメートレンズ等）がそれぞれ配設されている。単一偏光板２は、入射する白色光を特殊偏光ビームスプリッタ４に対して第一の偏光（ここではＳ偏光）となるように偏光状態を揃える。
【００１７】
単一偏光板４によってＳ偏光状態に変換された白色光束は、ミラー３を介して特殊偏光ビームスプリッタ４に略直角に入射する。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタ４を示す。特殊偏光ビームスプリッタ４は、台形プリズム４ａ、４ｂを有する。図３に台形プリズム４ａを示す。台形プリズム４ａは一対の台形状の側面４１ａ、４２ａ、水平な底面４３ａ、上面４４ａ、一対の斜面４５ａ、４６ａとからなる。図１に示す一対の側面４１ａ、４２ａは互いに平行である。また、各斜面４５ａ、４６ｂと底面４３ａがなす角は互いに同一である。なお、台形プリズム４ｂは、上記台形プリズム４ａと同一形状であるため、図３を参照し、ここでの説明は省略する。
【００１９】
特殊偏光ビームスプリッタ４は、二つの台形プリズム４ａ、４ｂを、多層膜２０を挟んで各底面４３ａ、４３ｂを貼り合わされることにより形成される。なお、以下の説明では、各底面４３ａ、４３ｂを貼り合わせることにより現れる面を偏光分離面４３という。
【００２０】
本実施形態の各台形プリズム４ａ、４ｂは同じ材料により形成される。但し、両者は、異なる材料により形成されてもよい。各台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率は、後述する多層膜２０の屈折率との関係を満たす限り特に限定されないが、入射光の波長が３００〜２０００ｎｍである場合、１．３５〜２．２５程度に設定される。各台形プリズム４ａ、４ｂの材料の例として、光学ガラス、透明セラミックス、透明プラスチック等が挙げられる。
【００２１】
特殊偏光ビームスプリッタ４は、ミラー３で反射された白色光が台形プリズム４ａの斜面４５ａに対して直角に入射するように配置される。斜面４５ａに入射したＳ偏光状態にある白色光の一部の色成分（以下、便宜上、第一の波長帯域という）は、偏光分離面４３、台形プリズム４ｂを透過して斜面４６ｂから射出される。該白色光の残りの色成分（以下、便宜上、第二の波長帯域という）は偏光分離面４３で反射し、斜面４６ａから射出される。なお、図２に示すように、白色光の偏光分離面４３での入射角および上記第二の波長帯域の偏光分離面４３での反射角をθとする。
【００２２】
多層膜２０は高屈折率層と、低屈折率層とを交互に有する。高屈折率層および低屈折率層を交互に積層することにより、各層の境界で干渉効果が起こり、特定の波長帯域（ここでは、第二の波長帯域）において、Ｓ偏光の透過率が低下するという作用が得られる。ここで、各台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率をｎＳ、低屈折率層の屈折率をｎＬ、高屈折率層の屈折率をｎＨとすると、各屈折率は、下記式（１）により表される関係が成り立つ。
nL＜nS、nH ・・・（１）
【００２３】
なお、高屈折率層の屈折率ｎＨと台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率ｎＳは、下記式（４）を満たす。
nS＜nH ・・・（４）
上記式（４）を満たすように高屈折率層の屈折率ｎＨと台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率ｎＳを設定することにより、特定の波長帯域（ここでは、第二の波長帯域）におけるＳ偏光の偏光分離面４３での反射率を効率よく上昇させることができる。
【００２４】
各屈折率が上記式（１）を満たすことにより、偏光分離面４３における反射角θは、以下の条件式（２）を満足する。
θ≧sin-1(nL/nS) ・・・（２）
反射角θがｓｉｎ−１（ｎＬ／ｎＳ）、つまり低屈折率層の臨界角未満であると、Ｓ偏光の透過率が大きい波長帯域（ここでは、第一の波長帯域）を効果的に得ることができない。
【００２５】
層数の合計が１５未満であると、Ｓ偏光とＰ偏光の透過率および反射率が可視光の波長で逆転しなくなり十分な色分離効果が得られないため、高屈折率層と低屈折率層の層数の合計は１５以上に設定される。
【００２６】
また、高屈折率層の各層、低屈折率層の各層は、上記式（１）および（２）を満たすのであれば、それぞれ同じ材料から形成されても良いし、異なる材料から形成されても良い。例えば、台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率ｎＳが１．５〜１．８である場合、高屈折率層の例として酸化タンタル層、酸化チタン層、酸化ランタン層、酸化イットリウム層、酸化ニオブ層、酸化セリウム層、酸化ジルコニウム層、酸化イッテルビウム層、酸化ハフニウム層や酸化アルミニウム層が挙げられる。低屈折率層の例として酸化ケイ素層、フッ化マグネシウム層、フッ化カルシウム層やフッ化アルミニウム層が挙げられる。
【００２７】
各高屈折率層および各低屈折率層の光学層厚は、同じでも良いし異なっても良い。なお光学層厚とは、高屈折率層または低屈折率層の光学的な厚さ（光学膜厚）を意味する。但し、低屈折率層の最大光学層厚ｄＬｍａｘは、利用波長λの最大値λｍａｘとの関係において、下記式（３）
dLmax＜λmax・・・（３）
を満たすように構成される。利用波長λとは、プロジェクタ用光学系１００で用いられる波長つまり可視光領域を示す。低屈折率層の最大光学層厚ｄＬｍａｘが利用波長の最大値λｍａｘ以上になると、偏光分離面４３は入射する白色光を全反射してしまう。例えば、利用波長が３００〜２０００ｎｍの場合、低屈折率層の光学層厚は上記式（３）を満たすように５〜２０００ｎｍ程度の範囲内から適宜選択される。本実施形態では、高屈折率層の光学層厚も５〜２０００ｎｍ程度の範囲内から適宜選択される。また、多層膜２の光学膜厚は、１〜１０００μｍ程度である。
【００２８】
多層膜２０を形成する方法は特に限定されず、周知の方法によって作製される。例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ等の化学蒸着法が挙げられる。本実施形態では、屈折率の安定性や膜厚制御性の観点から、スパッタリング法やイオンプレーティング法により多層膜２０を作製する。
【００２９】
スパッタリング法又はイオンプレーティング法によって低屈折率層または高屈折率層を成膜する場合、蒸着時間、加熱温度等を適宜設定することにより、所望の厚さを有する層を形成することができる。
【００３０】
図４は、特殊偏光ビームスプリッタ４の分光透過率を概略的に示す。図４中、ＴｓはＳ偏光の透過率を示し、ＴｐはＰ偏光の透過率を示す。第一の波長帯域Ｗ１においては、Ｓ偏光の透過率ＴｓがＰ偏光の透過率Ｔｐより高い。第二の波長帯域Ｗ２においてはＰ偏光の透過率ＴｐがＳ偏光の透過率Ｔｓより高い、つまりＳ偏光の反射率が高い。第一および第二の波長帯域Ｗ１、Ｗ２の境界は、利用波長λの範囲、つまり可視光領域内に設定される。第一および第二の波長帯域Ｗ１、Ｗ２を可視光領域内に設定することにより、斜面４６ａから射出されるＳ偏光および斜面４６ｂから射出されるＳ偏光が異なる色成分となる。
【００３１】
なお、特殊偏光ビームスプリッタ４は、第一の波長帯域Ｗ１におけるＳ偏光の透過率Ｔｓが８０％以上であり、第二の波長帯域Ｗ２におけるＳ偏光の透過率Ｔｓは２０％以下であるように構成される。
【００３２】
また、図４に示す例では、第一の波長帯域Ｗ１が短波長側で、第二の波長帯域Ｗ２が長波長側であるが、第一および第二の波長帯域Ｗ１、Ｗ２はこれに限定されず、第二の波長帯域Ｗ２が短波長側で、第一の波長帯域Ｗ１が長波長側でもよい。
【００３３】
このように、特殊偏光ビームスプリッタ４は、偏光状態に応じて光を分離するだけでなく、波長帯域に応じて光を分離する。つまり、特殊偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面４３は色分離面として機能する。
【００３４】
上述した特殊偏光ビームスプリッタ４の具体的な実施例を以下に提示する。実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、光学ガラスＳ−ＬＡＨ５９（株式会社オハラ製、屈折率ｎｄ＝１．８２）によって各台形プリズム４ａ、４ｂを形成している。台形プリズム４ａ、４ｂの形状は、斜面４５ａ、４５ｂに入射した光に関する偏光分離面４３での入射角、反射角、射出角がいずれもθ＝５５°となるように構成される。
【００３５】
実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４では、利用波長λを可視光領域である約４２０〜７５０ｎｍと想定する。多層膜２０の具体的構成を表１に示す。但し、表１において、層Ｎｏ．は台形プリズム４ａ側からの層番号を意味する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１に示すように、多層膜２０は、ＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４６）の低屈折率層とＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２５）の高屈折率層を交互に積層して合計４８層の膜を有する。従って、多層膜２０は、上記式（１）を満たす。また、ｓｉｎ−１（ｎＬ／ｎＳ）は５３．３４°（＜５５°）であるため、上記式（２）も満たす。またｄＬｍａｘは第２７層の４０６．５０ｎｍであるため、利用波長λの最大値λｍａｘ＝７５０ｎｍよりも小さい。つまり実施例の構成は、上記式（３）も満たす。
【００３８】
実施例では、一方の台形プリズムの底面に、多層膜２０の第４８層を当接させて真空チャンバに入れ、チャンバ内を真空引きして多層膜と台形プリズムを接着する。そして二つの台形プリズムを接着することにより、特殊偏光ビームスプリッタ４を作製した。
【００３９】
実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４の透過率に関する特性を図５に示す。図５に示すグラフにおいて、横軸が特殊偏光ビームスプリッタ４に入射する光の波長を、縦軸が透過率を、それぞれ示す。なお、説明の便宜上、グラフの縦軸に示す透過率は、空気と各台形プリズム４ａ、４ｂとの界面における反射の影響を除いた値とする。
【００４０】
図５に示すように、実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、Ｓ偏光およびＰ偏光の透過率が略波長６００ｎｍで逆転している。例えば実施例においては、波長４２０〜５９０ｎｍの範囲（第一の波長帯域Ｗ１）では、Ｓ偏光は略１００％に近い透過率を示すのに対してＰ偏光の透過率は５％未満である。また、波長６２０〜７５０ｎｍの範囲（第二の波長帯域Ｗ２）では、Ｓ偏光の透過率はほぼ０％であるのに対してＰ偏光は９０％以上の透過率である。
【００４１】
ここで、波長４２０〜５９０ｎｍの範囲は、Ｂ成分とＧ成分に相当する。また、波長６２０〜７５０ｎｍの範囲は、Ｒ成分に相当する。つまり、実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、図６に示すように、偏光分離面４３において、Ｇ成分およびＢ成分のＳ偏光Ｓｇ、Ｓｂは透過し、Ｒ成分のＳ偏光Ｓｒは反射する。このように、実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、可視光域全域において、Ｐ偏光とＳ偏光のいずれか一方を殆ど損失することなく、透過または反射させている。従って実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４を持つプロジェクタ用光学系１００によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各成分を何ら制限することなくいずれも高い光量のまま変調することができ、非常に高品質な色再現を実現している。
【００４２】
偏光分離面４３で反射したＲ成分は、斜面４６ｂに直角に入射し、該斜面４６ｂから屈折作用を受けることなく射出される。斜面４６ｂから射出されたＲ成分は、第一の反射型液晶素子６ａに入射する。第一の反射型液晶素子６ａは、図示しない制御部から送信される変調信号に従って、ＯＮビットに入射したＲ成分を変調する。変調信号は、所定のＲ用の映像情報に基づいて生成される。
【００４３】
なお変調の際、液晶の性質によって、反射光束の偏光状態は、入射光束の偏光状態が９０°回転したＰ偏光状態となる。Ｐ偏光状態のＲ成分は、第一の反射型液晶素子６ａで反射して再び特殊偏光ビームスプリッタ４に入射する。
【００４４】
また、偏光分離面４３を透過したＢ成分とＧ成分は、斜面４６ａに直角に入射し、該斜面４６ａから屈折作用を受けることなく射出される。斜面４６ａから射出されたＢとＧの各成分は、ダイクロイックプリズム５に入射する。ダイクロイックプリズム５は、色分離面５１において、入射する二種類の色成分のうち、Ｂ成分を何ら偏向することなく透過させ、Ｇ成分を略直角に偏向する。
【００４５】
ダイクロイックプリズム５で反射したＧ成分および該プリズム５を透過したＢ成分は、それぞれ第二の反射型液晶素子６ｂ、第三の反射型液晶素子６ｃにより変調され、ダイクロイックプリズム５に戻る。そして、ダイクロイックプリズム５の色分離面５１で合成され、特殊偏光ビームスプリッタ４に再び入射する。
【００４６】
なお、各反射型液晶素子６ａ、６ｂ、６ｃは、特殊偏光ビームスプリッタ４からの空気換算長が等しくなる位置に配設されている。具体的には、ダイクロイックプリズム５が配設される分、第二の反射型液晶素子６ｂや第三の反射型液晶素子６ｃと特殊偏光ビームスプリッタ４間の距離は、第一の反射型液晶素子６ａと特殊偏光ビームスプリッタ４間よりも若干長めに設定される。
【００４７】
このように、プロジェクタ用光学系１００に配設されたダイクロイックプリズム５の色分離面５１は、入射する二つの色成分に関して分離するだけでなく合成も行う色分離合成面（第二色分離合成面）として機能する。
【００４８】
図７は、各反射型液晶素子６ａ〜６ｃにより変調されＰ偏光状態となったＲ、Ｇ、Ｂの各成分Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂが実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４に入射した状態を示す模式図である。図７に示すように、各成分Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂは、偏光分離面４３に入射する。上記のように、偏光分離面４３は、図５に示す特性を持つ。従って、Ｒ成分Ｐｒは偏光分離面４３を透過し、Ｇ成分ＰｇとＢ成分Ｐｂは偏光分離面４３で反射する。ここで、各成分の偏光分離面４３での入射角、反射角、射出角はいずれもθ（ここでは５５°）である。従って、各色成分は合成されて斜面４５ｂから射出される。
【００４９】
このように、プロジェクタ用光学系１００に配設された特殊偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面４３は、入射する白色光を二つの波長帯域Ｗ１、Ｗ２に分離するだけでなく、該二つの波長帯域Ｗ１、Ｗ２の合成も行う色分離合成面（第一色分離合成面）として機能する。
【００５０】
特殊偏光ビームスプリッタ４から射出された合成光は、投影レンズ群７に入射する。具体的には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＯＮ光成分のみが特殊偏光ビームスプリッタ４によって合成され、投影レンズ群１１に入射する。投影レンズ群１１によってスクリーンＳには、大画面の明るいフルカラー映像が投影される。
【００５１】
以上が本発明の実施形態である。本発明にかかるプロジェクタ用光学系は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形を行っても同様の効果を奏する。
【００５２】
例えば、特殊偏光ビームスプリッタ４は、第一の波長帯域Ｗ１と第二の波長帯域Ｗ２の一方が二種類の色成分に対応し、他方が残りの一成分に対応すれば、必ずしも図４や図５に示すような特性に限定されるものではない。
【００５３】
さらに、上記実施形態では、光源１からの光束は単一偏光板４によりＳ偏光状態に変換されると説明したが、Ｐ偏光状態に変換される構成であってもよい。また、上記実施形態における各色成分の光路は任意に置換可能である。例えば、ダイクロイックプリズム５の特性を変えれば、Ｇ成分を反射させ、Ｂ成分を透過させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタを示す図である。
【図３】本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタを構成する台形プリズムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタ４の分光透過率を概略的に示すグラフである。
【図５】実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４の透過率に関する特性を示すグラフである。
【図６】光源から照射された白色光が実施例の特殊偏光ビームスプリッタに入射した状態を示す模式図である。
【図７】各反射型液晶素子により変調されＰ偏光状態となったＲ、Ｇ、Ｂの各成分が実施例の特殊偏光ビームスプリッタに入射した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光源
４ 特殊偏光ビームスプリッタ
４３ 偏光分離面（第一色分離合成面）
５ ダイクロイックプリズム
５１ 色分離面（第二色分離合成面）
６ａ、６ｂ、６ｃ 反射型液晶素子
７ 投影レンズ群
１００ ３板式プロジェクタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラー３板式プロジェクタとして、白色光を照射する光源、該白色光をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三つの成分に分離する色分離手段、各成分をそれぞれ独立して変調する３つの反射型液晶素子、各液晶素子により変調された各色成分を合成する色合成手段を備える反射型液晶プロジェクタが知られている。反射型液晶プロジェクタは、以下の特許文献１に例示される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９８９３７号公報
【０００４】
特許文献１に記載の反射型液晶プロジェクタは、色分離手段と色合成手段を合わせると多数の反射面を持つ。反射面が多くなればなるほど、プロジェクタ全体が大型化、重量化するだけでなく、無用な光量損失を招くおそれがある。そこで近年、上記プロジェクタに対して、画像の明るさや鮮明さは保持しつつも、持ち運びを容易にする等の利便性向上のため、より一層の小型化、軽量化を図ることが強く要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、明るく高品質な画像の提供を保証しつつも３板式の反射型液晶プロジェクタの小型化や軽量化に寄与することができるプロジェクタ用光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載のプロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、色の三原色に対応する第一から第三の色成分を、所定の画像信号に基づいて変調すると共に、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、第一色分離合成面および第二色分離合成面によって、光源部から照射された白色光を偏光状態を維持したまま第一から第三の色成分に分離し、かつ第一から第三の各反射型液晶素子によって変調された第一から第三の色成分を合成する色分離合成手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一と第二の二つの色分離合成面のみによって、光源部から照射された光の色分離、および分離され変調された各色成分の合成を達成している。従って、光源部、液晶素子間に配設される色分離および合成のための光学部材の数を従来よりも大きく低減することができる。結果として本発明に係るプロジェクタ用光学系によれば、プロジェクタ全体の小型化、軽量化に寄与することができる。
【０００８】
請求項２に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一色分離合成面は、第一および第二の色成分と、第三の色成分とに関する分離および合成を行い、第二色分離合成面は、第一色分離合成面により第三の色成分と分離された第一の色成分と第二の色成分に関する分離および合成を行う。
【０００９】
請求項３に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一色分離合成面により合成された光をスクリーン上に投影する投影レンズ群を有し、該第一色分離合成面を合成された光を投影レンズ群に導く偏向手段としても使用することができる。これにより、３板式プロジェクタについてより一層の小型化が図られる。
【００１０】
請求項４に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一の直線偏光をＳ偏光、第二の直線偏光をＰ偏光として構成することができる。
【００１１】
なお、請求項５に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一色分離合成面は、一対の透明基体を貼り合わせることにより形成される偏光ビームスプリッタにおける貼り合わせ面であって、該貼り合わせ面には、高屈折率層および低屈折率層からなり層数１５以上の多層膜が施されており、該多層膜は、下記式（１）、（２）および（３）、
nL＜nS、nH ・・・（１）
θ≧sin-1(nL/nS) ・・・（２）
dLmax＜λmax ・・・（３）
但し、ｎＬは前記低屈折率層の屈折率を、
ｎＳは前記透明基体の屈折率を、
ｎＨは前記高屈折率層の屈折率を、
θは一方の透明基体に垂直入射した光の前記多層膜との界面における反射角を、
λｍａｘは利用波長の最大値を、
ｄＬｍａｘは低屈折率層の最大光学層厚を、それぞれ示す。
を満たし、第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率がＰ偏光の透過率より高く、第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率がＳ偏光の透過率より高くなるように構成されている。
【００１２】
また、請求項６に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一の波長帯域と第二の波長帯域は、一方が上記第一の色成分に対応し、他方が、上記第二の色成分および第三の色成分に対応する。
【００１３】
請求項７に記載のプロジェクタ用光学系によれば、偏光ビームスプリッタは、第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率が８０％以上であってＰ偏光の透過率が２０％以下であり、第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率が８０％以上であってＳ偏光の透過率が２０％以下であるように構成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、３板式プロジェクタで必須の構成とされる色分離、合成を、たった二つの面で実現することにより、プロジェクタから投影される画像を明るく、鮮明にするとともに、該プロジェクタの小型化、軽量化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は反射型液晶プロジェクタに搭載される本発明の実施形態のプロジェクタ用光学系１００の概略構成を表す図である。プロジェクタ用光学系１００は、光源１、単一偏光板２、ミラー３、特殊偏光ビームスプリッタ４、ダイクロイックプリズム５、第一から第三の反射型液晶素子６ａ、６ｂ、６ｃ、投影レンズ群７を有する。
【００１６】
光源１は、高圧水銀ランプ１ａと楕円リフレクタ１ｂを有する。高圧水銀ランプ１ａから照射された白色光は、楕円リフレクタ１ｂで反射して単一偏光板２に入射する。なお、図示しないが、光源１と単一偏光板２の間には、光の強度分布を均一する光学部材（例えば、ライトトンネル（登録商標）等）や、光を平行光束に変換する光学部材（例えば、コリメートレンズ等）がそれぞれ配設されている。単一偏光板２は、入射する白色光を特殊偏光ビームスプリッタ４に対して第一の偏光（ここではＳ偏光）となるように偏光状態を揃える。
【００１７】
単一偏光板４によってＳ偏光状態に変換された白色光束は、ミラー３を介して特殊偏光ビームスプリッタ４に略直角に入射する。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタ４を示す。特殊偏光ビームスプリッタ４は、台形プリズム４ａ、４ｂを有する。図３に台形プリズム４ａを示す。台形プリズム４ａは一対の台形状の側面４１ａ、４２ａ、水平な底面４３ａ、上面４４ａ、一対の斜面４５ａ、４６ａとからなる。図１に示す一対の側面４１ａ、４２ａは互いに平行である。また、各斜面４５ａ、４６ｂと底面４３ａがなす角は互いに同一である。なお、台形プリズム４ｂは、上記台形プリズム４ａと同一形状であるため、図３を参照し、ここでの説明は省略する。
【００１９】
特殊偏光ビームスプリッタ４は、二つの台形プリズム４ａ、４ｂを、多層膜２０を挟んで各底面４３ａ、４３ｂを貼り合わされることにより形成される。なお、以下の説明では、各底面４３ａ、４３ｂを貼り合わせることにより現れる面を偏光分離面４３という。
【００２０】
本実施形態の各台形プリズム４ａ、４ｂは同じ材料により形成される。但し、両者は、異なる材料により形成されてもよい。各台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率は、後述する多層膜２０の屈折率との関係を満たす限り特に限定されないが、入射光の波長が３００〜２０００ｎｍである場合、１．３５〜２．２５程度に設定される。各台形プリズム４ａ、４ｂの材料の例として、光学ガラス、透明セラミックス、透明プラスチック等が挙げられる。
【００２１】
特殊偏光ビームスプリッタ４は、ミラー３で反射された白色光が台形プリズム４ａの斜面４５ａに対して直角に入射するように配置される。斜面４５ａに入射したＳ偏光状態にある白色光の一部の色成分（以下、便宜上、第一の波長帯域という）は、偏光分離面４３、台形プリズム４ｂを透過して斜面４６ｂから射出される。該白色光の残りの色成分（以下、便宜上、第二の波長帯域という）は偏光分離面４３で反射し、斜面４６ａから射出される。なお、図２に示すように、白色光の偏光分離面４３での入射角および上記第二の波長帯域の偏光分離面４３での反射角をθとする。
【００２２】
多層膜２０は高屈折率層と、低屈折率層とを交互に有する。高屈折率層および低屈折率層を交互に積層することにより、各層の境界で干渉効果が起こり、特定の波長帯域（ここでは、第二の波長帯域）において、Ｓ偏光の透過率が低下するという作用が得られる。ここで、各台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率をｎＳ、低屈折率層の屈折率をｎＬ、高屈折率層の屈折率をｎＨとすると、各屈折率は、下記式（１）により表される関係が成り立つ。
nL＜nS、nH ・・・（１）
【００２３】
なお、高屈折率層の屈折率ｎＨと台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率ｎＳは、下記式（４）を満たす。
nS＜nH ・・・（４）
上記式（４）を満たすように高屈折率層の屈折率ｎＨと台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率ｎＳを設定することにより、特定の波長帯域（ここでは、第二の波長帯域）におけるＳ偏光の偏光分離面４３での反射率を効率よく上昇させることができる。
【００２４】
各屈折率が上記式（１）を満たすことにより、偏光分離面４３における反射角θは、以下の条件式（２）を満足する。
θ≧sin-1(nL/nS) ・・・（２）
反射角θがｓｉｎ−１（ｎＬ／ｎＳ）、つまり低屈折率層の臨界角未満であると、Ｓ偏光の透過率が大きい波長帯域（ここでは、第一の波長帯域）を効果的に得ることができない。
【００２５】
層数の合計が１５未満であると、Ｓ偏光とＰ偏光の透過率および反射率が可視光の波長で逆転しなくなり十分な色分離効果が得られないため、高屈折率層と低屈折率層の層数の合計は１５以上に設定される。
【００２６】
また、高屈折率層の各層、低屈折率層の各層は、上記式（１）および（２）を満たすのであれば、それぞれ同じ材料から形成されても良いし、異なる材料から形成されても良い。例えば、台形プリズム４ａ、４ｂの屈折率ｎＳが１．５〜１．８である場合、高屈折率層の例として酸化タンタル層、酸化チタン層、酸化ランタン層、酸化イットリウム層、酸化ニオブ層、酸化セリウム層、酸化ジルコニウム層、酸化イッテルビウム層、酸化ハフニウム層や酸化アルミニウム層が挙げられる。低屈折率層の例として酸化ケイ素層、フッ化マグネシウム層、フッ化カルシウム層やフッ化アルミニウム層が挙げられる。
【００２７】
各高屈折率層および各低屈折率層の光学層厚は、同じでも良いし異なっても良い。なお光学層厚とは、高屈折率層または低屈折率層の光学的な厚さ（光学膜厚）を意味する。但し、低屈折率層の最大光学層厚ｄＬｍａｘは、利用波長λの最大値λｍａｘとの関係において、下記式（３）
dLmax＜λmax・・・（３）
を満たすように構成される。利用波長λとは、プロジェクタ用光学系１００で用いられる波長つまり可視光領域を示す。低屈折率層の最大光学層厚ｄＬｍａｘが利用波長の最大値λｍａｘ以上になると、偏光分離面４３は入射する白色光を全反射してしまう。例えば、利用波長が３００〜２０００ｎｍの場合、低屈折率層の光学層厚は上記式（３）を満たすように５〜２０００ｎｍ程度の範囲内から適宜選択される。本実施形態では、高屈折率層の光学層厚も５〜２０００ｎｍ程度の範囲内から適宜選択される。また、多層膜２の光学膜厚は、１〜１０００μｍ程度である。
【００２８】
多層膜２０を形成する方法は特に限定されず、周知の方法によって作製される。例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ等の化学蒸着法が挙げられる。本実施形態では、屈折率の安定性や膜厚制御性の観点から、スパッタリング法やイオンプレーティング法により多層膜２０を作製する。
【００２９】
スパッタリング法又はイオンプレーティング法によって低屈折率層または高屈折率層を成膜する場合、蒸着時間、加熱温度等を適宜設定することにより、所望の厚さを有する層を形成することができる。
【００３０】
図４は、特殊偏光ビームスプリッタ４の分光透過率を概略的に示す。図４中、ＴｓはＳ偏光の透過率を示し、ＴｐはＰ偏光の透過率を示す。第一の波長帯域Ｗ１においては、Ｓ偏光の透過率ＴｓがＰ偏光の透過率Ｔｐより高い。第二の波長帯域Ｗ２においてはＰ偏光の透過率ＴｐがＳ偏光の透過率Ｔｓより高い、つまりＳ偏光の反射率が高い。第一および第二の波長帯域Ｗ１、Ｗ２の境界は、利用波長λの範囲、つまり可視光領域内に設定される。第一および第二の波長帯域Ｗ１、Ｗ２を可視光領域内に設定することにより、斜面４６ａから射出されるＳ偏光および斜面４６ｂから射出されるＳ偏光が異なる色成分となる。
【００３１】
なお、特殊偏光ビームスプリッタ４は、第一の波長帯域Ｗ１におけるＳ偏光の透過率Ｔｓが８０％以上であり、第二の波長帯域Ｗ２におけるＳ偏光の透過率Ｔｓは２０％以下であるように構成される。
【００３２】
また、図４に示す例では、第一の波長帯域Ｗ１が短波長側で、第二の波長帯域Ｗ２が長波長側であるが、第一および第二の波長帯域Ｗ１、Ｗ２はこれに限定されず、第二の波長帯域Ｗ２が短波長側で、第一の波長帯域Ｗ１が長波長側でもよい。
【００３３】
このように、特殊偏光ビームスプリッタ４は、偏光状態に応じて光を分離するだけでなく、波長帯域に応じて光を分離する。つまり、特殊偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面４３は色分離面として機能する。
【００３４】
上述した特殊偏光ビームスプリッタ４の具体的な実施例を以下に提示する。実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、光学ガラスＳ−ＬＡＨ５９（株式会社オハラ製、屈折率ｎｄ＝１．８２）によって各台形プリズム４ａ、４ｂを形成している。台形プリズム４ａ、４ｂの形状は、斜面４５ａ、４５ｂに入射した光に関する偏光分離面４３での入射角、反射角、射出角がいずれもθ＝５５°となるように構成される。
【００３５】
実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４では、利用波長λを可視光領域である約４２０〜７５０ｎｍと想定する。多層膜２０の具体的構成を表１に示す。但し、表１において、層Ｎｏ．は台形プリズム４ａ側からの層番号を意味する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１に示すように、多層膜２０は、ＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４６）の低屈折率層とＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２５）の高屈折率層を交互に積層して合計４８層の膜を有する。従って、多層膜２０は、上記式（１）を満たす。また、ｓｉｎ−１（ｎＬ／ｎＳ）は５３．３４°（＜５５°）であるため、上記式（２）も満たす。またｄＬｍａｘは第２７層の４０６．５０ｎｍであるため、利用波長λの最大値λｍａｘ＝７５０ｎｍよりも小さい。つまり実施例の構成は、上記式（３）も満たす。
【００３８】
実施例では、一方の台形プリズムの底面に、多層膜２０の第４８層を当接させて真空チャンバに入れ、チャンバ内を真空引きして多層膜と台形プリズムを接着する。そして二つの台形プリズムを接着することにより、特殊偏光ビームスプリッタ４を作製した。
【００３９】
実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４の透過率に関する特性を図５に示す。図５に示すグラフにおいて、横軸が特殊偏光ビームスプリッタ４に入射する光の波長を、縦軸が透過率を、それぞれ示す。なお、説明の便宜上、グラフの縦軸に示す透過率は、空気と各台形プリズム４ａ、４ｂとの界面における反射の影響を除いた値とする。
【００４０】
図５に示すように、実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、Ｓ偏光およびＰ偏光の透過率が略波長６００ｎｍで逆転している。例えば実施例においては、波長４２０〜５９０ｎｍの範囲（第一の波長帯域Ｗ１）では、Ｓ偏光は略１００％に近い透過率を示すのに対してＰ偏光の透過率は５％未満である。また、波長６２０〜７５０ｎｍの範囲（第二の波長帯域Ｗ２）では、Ｓ偏光の透過率はほぼ０％であるのに対してＰ偏光は９０％以上の透過率である。
【００４１】
ここで、波長４２０〜５９０ｎｍの範囲は、Ｂ成分とＧ成分に相当する。また、波長６２０〜７５０ｎｍの範囲は、Ｒ成分に相当する。つまり、実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、図６に示すように、偏光分離面４３において、Ｇ成分およびＢ成分のＳ偏光Ｓｇ、Ｓｂは透過し、Ｒ成分のＳ偏光Ｓｒは反射する。このように、実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４は、可視光域全域において、Ｐ偏光とＳ偏光のいずれか一方を殆ど損失することなく、透過または反射させている。従って実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４を持つプロジェクタ用光学系１００によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各成分を何ら制限することなくいずれも高い光量のまま変調することができ、非常に高品質な色再現を実現している。
【００４２】
偏光分離面４３で反射したＲ成分は、斜面４６ｂに直角に入射し、該斜面４６ｂから屈折作用を受けることなく射出される。斜面４６ｂから射出されたＲ成分は、第一の反射型液晶素子６ａに入射する。第一の反射型液晶素子６ａは、図示しない制御部から送信される変調信号に従って、ＯＮビットに入射したＲ成分を変調する。変調信号は、所定のＲ用の映像情報に基づいて生成される。
【００４３】
なお変調の際、液晶の性質によって、反射光束の偏光状態は、入射光束の偏光状態が９０°回転したＰ偏光状態となる。Ｐ偏光状態のＲ成分は、第一の反射型液晶素子６ａで反射して再び特殊偏光ビームスプリッタ４に入射する。
【００４４】
また、偏光分離面４３を透過したＢ成分とＧ成分は、斜面４６ａに直角に入射し、該斜面４６ａから屈折作用を受けることなく射出される。斜面４６ａから射出されたＢとＧの各成分は、ダイクロイックプリズム５に入射する。ダイクロイックプリズム５は、色分離面５１において、入射する二種類の色成分のうち、Ｂ成分を何ら偏向することなく透過させ、Ｇ成分を略直角に偏向する。
【００４５】
ダイクロイックプリズム５で反射したＧ成分および該プリズム５を透過したＢ成分は、それぞれ第二の反射型液晶素子６ｂ、第三の反射型液晶素子６ｃにより変調され、ダイクロイックプリズム５に戻る。そして、ダイクロイックプリズム５の色分離面５１で合成され、特殊偏光ビームスプリッタ４に再び入射する。
【００４６】
なお、各反射型液晶素子６ａ、６ｂ、６ｃは、特殊偏光ビームスプリッタ４からの空気換算長が等しくなる位置に配設されている。具体的には、ダイクロイックプリズム５が配設される分、第二の反射型液晶素子６ｂや第三の反射型液晶素子６ｃと特殊偏光ビームスプリッタ４間の距離は、第一の反射型液晶素子６ａと特殊偏光ビームスプリッタ４間よりも若干長めに設定される。
【００４７】
このように、プロジェクタ用光学系１００に配設されたダイクロイックプリズム５の色分離面５１は、入射する二つの色成分に関して分離するだけでなく合成も行う色分離合成面（第二色分離合成面）として機能する。
【００４８】
図７は、各反射型液晶素子６ａ〜６ｃにより変調されＰ偏光状態となったＲ、Ｇ、Ｂの各成分Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂが実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４に入射した状態を示す模式図である。図７に示すように、各成分Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂは、偏光分離面４３に入射する。上記のように、偏光分離面４３は、図５に示す特性を持つ。従って、Ｒ成分Ｐｒは偏光分離面４３を透過し、Ｇ成分ＰｇとＢ成分Ｐｂは偏光分離面４３で反射する。ここで、各成分の偏光分離面４３での入射角、反射角、射出角はいずれもθ（ここでは５５°）である。従って、各色成分は合成されて斜面４５ｂから射出される。
【００４９】
このように、プロジェクタ用光学系１００に配設された特殊偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面４３は、入射する白色光を二つの波長帯域Ｗ１、Ｗ２に分離するだけでなく、該二つの波長帯域Ｗ１、Ｗ２の合成も行う色分離合成面（第一色分離合成面）として機能する。
【００５０】
特殊偏光ビームスプリッタ４から射出された合成光は、投影レンズ群７に入射する。具体的には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＯＮ光成分のみが特殊偏光ビームスプリッタ４によって合成され、投影レンズ群１１に入射する。投影レンズ群１１によってスクリーンＳには、大画面の明るいフルカラー映像が投影される。
【００５１】
以上が本発明の実施形態である。本発明にかかるプロジェクタ用光学系は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形を行っても同様の効果を奏する。
【００５２】
例えば、特殊偏光ビームスプリッタ４は、第一の波長帯域Ｗ１と第二の波長帯域Ｗ２の一方が二種類の色成分に対応し、他方が残りの一成分に対応すれば、必ずしも図４や図５に示すような特性に限定されるものではない。
【００５３】
さらに、上記実施形態では、光源１からの光束は単一偏光板４によりＳ偏光状態に変換されると説明したが、Ｐ偏光状態に変換される構成であってもよい。また、上記実施形態における各色成分の光路は任意に置換可能である。例えば、ダイクロイックプリズム５の特性を変えれば、Ｇ成分を反射させ、Ｂ成分を透過させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタを示す図である。
【図３】本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタを構成する台形プリズムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態の特殊偏光ビームスプリッタ４の分光透過率を概略的に示すグラフである。
【図５】実施例の特殊偏光ビームスプリッタ４の透過率に関する特性を示すグラフである。
【図６】光源から照射された白色光が実施例の特殊偏光ビームスプリッタに入射した状態を示す模式図である。
【図７】各反射型液晶素子により変調されＰ偏光状態となったＲ、Ｇ、Ｂの各成分が実施例の特殊偏光ビームスプリッタに入射した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光源
４ 特殊偏光ビームスプリッタ
４３ 偏光分離面（第一色分離合成面）
５ ダイクロイックプリズム
５１ 色分離面（第二色分離合成面）
６ａ、６ｂ、６ｃ 反射型液晶素子
７ 投影レンズ群
１００ ３板式プロジェクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、
第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、
色の三原色に対応する第一から第三の色成分を、前記所定の画像信号に基づいて変調すると共に、前記第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、
第一色分離合成面および第二色分離合成面によって、前記光源部から照射された前記白色光を偏光状態を維持したまま前記第一から第三の色成分に分離し、かつ前記第一から第三の各反射型液晶素子によって変調された前記第一から第三の色成分を合成する色分離合成手段と、を有することを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一色分離合成面は、第一および第二の色成分と、第三の色成分とに関する分離および合成を行い、
前記第二色分離合成面は、前記第一色分離合成面により前記第三の色成分と分離された前記第一の色成分と前記第二の色成分に関する分離および合成を行うことを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一色分離合成面により合成された光をスクリーン上に投影する投影レンズ群を有し、
前記第一色分離合成面は、合成された光を前記投影レンズ群に導く偏向手段としても機能することを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一の直線偏光がＳ偏光であり、前記第二の直線偏光がＰ偏光であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一色分離合成面は、一対の透明基体を貼り合わせることにより形成される偏光ビームスプリッタにおける貼り合わせ面であって、
前記貼り合わせ面には、高屈折率層および低屈折率層からなり層数１５以上の多層膜が施されており、
前記多層膜は、下記式（１）、（２）および（３）、
nL＜nS、nH ・・・（１）
θ≧sin-1(nL/nS) ・・・（２）
dLmax＜λmax ・・・（３）
但し、ｎＬは前記低屈折率層の屈折率を、
ｎＳは前記透明基体の屈折率を、
ｎＨは前記高屈折率層の屈折率を、
θは一方の透明基体に垂直入射した光の前記多層膜との界面における反射角を、
λｍａｘは利用波長の最大値を、
ｄＬｍａｘは低屈折率層の最大光学層厚を、それぞれ示す。
を満たし、第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率がＰ偏光の透過率より高く、第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率がＳ偏光の透過率より高くなるように構成されていることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項６】
請求項５に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一の波長帯域と前記第二の波長帯域のいずれか一方は、前記第一の色成分に対応し、他方は、前記第二の色成分および前記第三の色成分に対応することを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記偏光ビームスプリッタは、前記第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率が８０％以上であってＰ偏光の透過率が２０％以下であり、
第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率が８０％以上であってＳ偏光の透過率が２０％以下であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項１】
所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、
第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、
色の三原色に対応する第一から第三の色成分を、前記所定の画像信号に基づいて変調すると共に、前記第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の反射型液晶素子と、
第一色分離合成面および第二色分離合成面によって、前記光源部から照射された前記白色光を偏光状態を維持したまま前記第一から第三の色成分に分離し、かつ前記第一から第三の各反射型液晶素子によって変調された前記第一から第三の色成分を合成する色分離合成手段と、を有することを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一色分離合成面は、第一および第二の色成分と、第三の色成分とに関する分離および合成を行い、
前記第二色分離合成面は、前記第一色分離合成面により前記第三の色成分と分離された前記第一の色成分と前記第二の色成分に関する分離および合成を行うことを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一色分離合成面により合成された光をスクリーン上に投影する投影レンズ群を有し、
前記第一色分離合成面は、合成された光を前記投影レンズ群に導く偏向手段としても機能することを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一の直線偏光がＳ偏光であり、前記第二の直線偏光がＰ偏光であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一色分離合成面は、一対の透明基体を貼り合わせることにより形成される偏光ビームスプリッタにおける貼り合わせ面であって、
前記貼り合わせ面には、高屈折率層および低屈折率層からなり層数１５以上の多層膜が施されており、
前記多層膜は、下記式（１）、（２）および（３）、
nL＜nS、nH ・・・（１）
θ≧sin-1(nL/nS) ・・・（２）
dLmax＜λmax ・・・（３）
但し、ｎＬは前記低屈折率層の屈折率を、
ｎＳは前記透明基体の屈折率を、
ｎＨは前記高屈折率層の屈折率を、
θは一方の透明基体に垂直入射した光の前記多層膜との界面における反射角を、
λｍａｘは利用波長の最大値を、
ｄＬｍａｘは低屈折率層の最大光学層厚を、それぞれ示す。
を満たし、第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率がＰ偏光の透過率より高く、第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率がＳ偏光の透過率より高くなるように構成されていることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項６】
請求項５に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一の波長帯域と前記第二の波長帯域のいずれか一方は、前記第一の色成分に対応し、他方は、前記第二の色成分および前記第三の色成分に対応することを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記偏光ビームスプリッタは、前記第一の波長帯域においてはＳ偏光の透過率が８０％以上であってＰ偏光の透過率が２０％以下であり、
第二の波長帯域においてはＰ偏光の透過率が８０％以上であってＳ偏光の透過率が２０％以下であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２９３０７２（Ｐ２００６−２９３０７２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１４５９７（Ｐ２００５−１１４５９７）
【出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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