JP2003107220A5

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Publication number: JP2003107220A5
Application number: JP2001305497A
Authority: JP
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2021-10-01

Description

図１２には、特許第３００９７７号にて開示された構成を示している。この構成では、プリズム５０３の周りをやぐら状に板金５０９〜６０２が取り囲んでおり、液晶パネル５０４〜５０６およびこれを用いる場合に不可欠な偏光素子や波長板を、板金に取り付け用ガイド６０６を介して固定している。また、偏光板をプリズムに直接接着する例もある。

【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示したような従来の構成では、プリズムに対して固定される光学部材の位置決め精度が、上記板金の曲げ精度や板金の貼り付け精度で規定される。したがって、プリズムに対する光学部材の位置決め精度を高くすることが難しいという問題がある。しかも、部品点数が多いため、組立てに手間がかかるという問題もある。

このように、プリズム型光学素子を支持する台座等の支持部材に不要光線を遮断する遮光部を一体形成することにより、少ない部品点数で、プリズム型光学素子に対する不要光線の入射やプリズム型光学素子からの不要光線の射出を確実に遮断することが可能となる。

第１フライアイレンズ３によって分割された光束は、反射ミラー５により反射され、第２フライアイレンズ４によって集光される。集光された光束は偏光変換素子６に入射し、偏光方向がそろえられ、さらにコンデンサレンズ７によって集光される。

さらに、緑反射ダイクロイックミラー１２を透過した赤周波数帯域光（以下、赤色光という）は、赤透過ダイクロイックフィルタ１３によって不要な成分が除去された後、フィールドレンズ１４，反射ミラー１５，リレーレンズ１６，反射ミラー１７およびフィールドレンズ１８を介して赤入射偏光板２１を透過した後、赤色液晶パネル２４に到達する。

ここで、クロスプリズム３０周りの構成について、図３、図４を用いて説明する。図４に示すように、各色光用の液晶パネル２４，２５，２６は投射レンズ３１の焦点位置に固着される必要があることから、クロスプリズム２７，射出側偏光板２７，２８，２９および液晶パネル２４，２５，２６からなるユニットは光学ボックス３２から取り外すことが可能となっている。

図３に示すように、プリズム台座は２つの部品としての上下台座３９，４０を組み合わせてその機能を果たすように構成されており、上下台座３９，４０はそれぞれ、底面又は天井面を構成する平面部と、この平面部の四隅から上又は下に延びる柱状部とを有して構成されている。

偏光板２７，２８，２９を保持する保持部３５，３６は、プリズム台座の上下台座３９，４０の柱状部にそれぞれ一体形成されている。上下台座３９，４０はプリズム３０に対して接着などで固着される。

このようにプリズム台座に一体形成された保持部３５、３６のうち下台座４０に設けられた保持部３６は、偏光板２７，２８，２９の下端角部を保持して、偏光板２７，２８，２９の光入射方向およびその反対方向と上下方向の位置決めを行う。また、上台座３９に設けられた保持部３５は、偏光板２７，２８，２９を下台座４０に設けられた保持部３６に差し込むためのガイドになっているとともに、偏光板２７，２８，２９の側辺近傍の上側を保持して偏光板２７，２８，２９の光入射方向およびその反対方向の位置決めを行う。

本実施形態では、射出側偏光板２７、２８、２９を上下のプリズム台座３９、４０の保持部３５、３６に保持させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、偏光方向や位相差を変化させる波長板や位相板、液晶の視野角特性を改善する液晶フィルタ等を保持部に保持させるようにしてもよい。

（第２実施形態）
図２には、本発明の第２実施形態である液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の光学系の構成を示している。本実施形態の光学系は第１実施形態の光学系とほぼ同様の構成を有しているが、色合成を行うプリズムとして４Ｐプリズム３０Ａを用いている。また、本実施形態では、光学ボックス３２Ａの内面における赤色光の光路に面した部分に、リレーレンズ系に代えて自由曲面ミラー３３，３４および凹面鏡３７を用いている。

光源１から射出された光束のうち緑反射ダイクロイックミラー１２を透過した赤色光は、自由曲面ミラー３３で反射され、その対向する側に設けられた凹面鏡３７によって反射され、さらに自由曲面ミラー３４で反射されて入射側偏光板２１を透過して赤色液晶パネル２４に到達する。

各液晶パネル２４，２５，２６により変調された各色光は、射出側偏光板２７，２８，２９を透過して４Ｐプリズム３０Ａに入射する。そして、４Ｐプリズム３０Ａ内のダイクロイック膜の作用によって３つの色光が合成され、投射レンズ３１によってスクリーン上に拡大投射される。

このように構成された光学系においても、第１実施形態にて説明した上下のプリズム台座３９、４０が用いられ、このプリズム台座３９、４０に一体形成された保持部３５、３６によって保持される。

本実施形態では、射出側偏光板２７、２８、２９をプリズム台座の保持部に保持させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、偏光方向や位相差を変化させる波長板や位相板、液晶の視野角特性を改善する液晶フィルタ等を保持部に保持させるようにしてもよい。

（第３実施形態）
図５には、本発明の第３実施形態を示している。第１実施形態で示したプリズム台座３９、４０に設けられた保持部３５、３６は、偏光板２７、２８、２９などの光学部材を差し込む形態になっているが、本実施形態では、プリズム台座３９、４０をプラスチック成形によって製作した場合のプリズム台座自体が持つ弾性を利用して光学部材を保持するようにしている。

偏光板２８を保持させる際には、まず、偏光板２８の下側部分を下側の保持部５６と柱状部との間に斜めに差込み、偏光板２８をプリズム入射面側に押し込む。これにより、偏光板２８の背面が上側の保持部５５の斜面を押圧して保持部５５が弾性変形して開き、偏光板２８が柱状部に密着するよう嵌り込む。このとき、保持部５５がその弾性力によって元に戻ろうとし、その付勢力によって偏光板２８がプリズムに対して固定保持される。

また、上下台座６２，６４はプラスチック樹脂の射出成形によって製作されるため、熱によりわずかに膨張する。このため樹脂の線膨張係数を見越して、上下台座６２，６４の柱状部の先端間に隙間６３を設けておく必要がある。

図７に示すように、視野絞り部６５、６６は有効光束範囲Ｌから外れた部分に形成されている。したがって、有効光束から外れた部分からプリズム３０内に入射する光でゴースト等が発生することを防ぐことができる。

また、プリズム台座６２、６４に視野絞り部６５、６６を設けることにより、遮光部材をプリズム台座に対して取り付けるよりも視野絞り部６５、６６の位置精度を良くすることができ、かつ部品点数が減るので都合がよい。

（第６実施形態）
図９には、本発明の第６実施形態である液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の光学系の構成を示している。図中、１０１は連続スペクトルで白色光を発光する光源、１０２は光を所定の方向に集光するリフレクタ、１０３ａは矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズ、１０３ｂは第１のフライアイレンズ１０３ａの個々のレンズに対応したレンズアレイからなる第２のフライアイレンズ、１０４は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。

次に、この液晶プロジェクタにおける光学的な作用を説明する。光源１０１から発した光はリフレクタ１０２により所定の方向に集光される。ここで、リフレクタ１０２は放物面形状をなしており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。ただし、光源１０１は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。

これらの集光光束は、第１のフライアイレンズ１０３ａに入射する。第１のフライアイレンズ１０３ａは外形が矩形の正の屈折力を有するレンズをマトリックス状に組み合わせて構成されており、入射した光束はそれぞれのレンズに応じた複数の光束に分割され、かつ集光され、第２のフライアイレンズ１０３ｂを経てマトリックス状に複数の光源像を偏光変換素子１０４の近傍に形成する。

反射されたＳ偏光成分の光は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。一方、透過したＰ偏光成分の光は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換され、結果的に双方の光は偏光方向（図９において「・」が付された線、以下（・）と記す）が揃った光として射出する。

変調されたＧの反射光のＰ偏光成分（「｜」が付された線、以下（｜）と記す）は偏光分離面を透過し投射光となる。このときすべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッタ１１０ａとＧ用の反射型液晶表示素子１１１ｇの間に設けられた１／４波長板１１２ｇの遅相軸を所定の方向に調整し、第１の偏光ビームススプリッタ１１０ａとＧ用の反射型液晶表示素子１１１ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えている。

同様に、Ｒ用の反射型液晶表示素子１１１ｒにおいては、Ｒの光が画像変調されて反射される。変調されたＲの反射光のＳ偏光成分（・）は再び偏光分離面を反射し、光源側に戻され投射光から除去される。変調されたＲの反射光のＰ偏光成分（「｜」が付された一点鎖線）は偏光分離面を透過し投射光となる。これにより、ＢとＲの投射光は１つの光束に合成される。

本実施形態においては、図１０（ａ）に示すように、第２の偏光ビームスプリッタ１１０ｂを保持するプリズム台座（支持部材）１６０，１６１に、１／４波長板１１２ｒ，１１２ｂを回転可能に保持する部分を一体形成している。

また、図１０（ｂ）に示すように、第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃを保持するプリズム台座（支持部材）１６２，１６３に、１／２波長板１０９ａ，１０９ｂを回転可能に保持する部分を一体形成している。

また、本願第２の発明によれば、プリズム型光学素子を支持する台座等の支持部材に不要光線を遮断する遮光部を一体形成したので、少ない部品点数で、プリズム型光学素子に対する不要光線の入射やプリズム型光学素子からの不要光線の射出を確実に遮断することができる。

【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１実施形態である液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図２】
本発明の第２実施形態である液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図３】
本発明の第１実施形態の液晶プロジェクタに用いられるにおけるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図４】
本発明の第１実施形態の液晶プロジェクタに用いられるにおけるプリズムおよびプリズム台座の分解斜視図である。
【図５】
本発明の第３実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図６】
本発明の第４実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図７】
上記第４実施形態におけるプリズムおよびプリズム台座の断面図である。
【図８】
本発明の第５実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図９】
本発明の第６実施形態である液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図１０】
上記第６実施形態の液晶プロジェクタに用いられるプリズム台座の斜視図である。
【図１１】
本発明の第７実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズム台座の斜視図である。
【図１２】
従来の液晶プロジェクタにおけるプリズムおよびプリズム台座を示す分解斜視図である。