JP2004085876A - 光フィルタおよびこの光フィルタを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタにおける光学素子の劣化を抑制する。
【解決手段】プロジェクタ１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、投写レンズ３４０と、スクリーンＳＣ等を備え、リレー光学系２２０に、ＵＶフィルタ２３１を備える。ＵＶフィルタ２３１は、１枚の硝子基盤上の両面に、紫外線を遮光するための遮光膜を備え、遮光膜が遮光する紫外線波長領域は、入射側と出射側とで異なるように構成されている。入射側および出射側の遮光膜で遮光された紫外線波長領域を重ね合わせることにより、紫外線を広帯域に遮光可能なＵＶフィルタを実現できる。このような構成を取ることにより、光学素子の劣化を抑制することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を表示するプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタには、画像信号に応じて光を変調するために、液晶パネルと呼ばれる光変調素子が用いられる。カラー画像を表示するプロジェクタとしては、赤色光（約５８０ｎｍ〜約７００ｎｍの波長域）、緑色光（約５００ｎｍ〜約５８０ｎｍの波長域）、青色光（約４３０ｎｍ〜約５００ｎｍの波長域）の３つの色に対応する３つの液晶パネルを用いた装置が知られている。液晶パネルとしては、透過型液晶パネルや、反射型液晶パネルなどが用いられる場合が多い。
【０００３】
従来から、可視光よりも短波長の紫外光（約４３０ｎｍ以下の光）は、液晶パネルや、偏光変換素子を構成する有機材料よりなる光学素子（液晶、偏光板、位相差版、ＷＶフィルム等）を劣化させる要因となることがわかっており、これを防止するため、約４３０ｎｍ以下の波長を有する光が液晶パネルに到達するのを抑制する紫外線遮断フィルタが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、紫外線遮断フィルタは、紫外線を全て遮断することは困難であった。紫外線の遮光率を向上するため、紫外線遮断フィルタを、光路上に複数設置することも考えられるが、装置が大型化するという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、紫外線の遮光率を向上し液晶パネルや偏光変換素子等を構成する有機材料よりなる光学素子の劣化を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下のような構成を取ることとした。すなわち、
画像を投射して表示するプロジェクタであって、
光源と、
前記光源からの光を外部に投射する投写部と、
前記光源から射出された光を前記投写部に伝達する光路と、
前記光路上に設けられた光フィルタとを備え、
前記光フィルタは、透光性の基材と、該基材の入射側および射出側の両面に、紫外線における所定の波長領域の光の透過率を、所定値以下に抑制するための遮光膜を備えることを特徴とする。
【０００７】
紫外線における所定の波長領域とは、例えば、約３４０ｎｍ〜約４３０ｎｍの波長領域とすることが好ましい。一般に、紫外線波長領域とは、波長領域が、約４３０ｎｍ以下の光とされており、光フィルタに設けられた透光性の基材を、例えば、硝子とした場合には、約３４０ｎｍ以下の光は、硝子と遮光膜の吸収特性に吸収される。「所定値以下」とは、０．５％以下が好ましく、低ければ低いほど良い。
【０００８】
基材は、硝子に限らず種々の透光性材料を用いることができる。紫外線を遮光する性質を有する基材を用いてもよいし、かかる特性を有しないものであっても構わない。基材は、例えば、レンズとしても良いし、平板であってもよい。
【０００９】
遮光膜は、例えば、透光性の基材上に、酸化チタン系とＳｉＯ２を交互に積層した膜とすることができる。層数や種類などを変化させることにより、種々の構成をとることができ、遮光可能な波長領域および遮光率を調整することが可能である。
【００１０】
このような構成をとることにより、紫外線の遮光率を向上することが可能となる。
【００１１】
本発明のプロジェクタにおいて、前記入射側の遮光膜と、前記射出側の遮光膜とは、前記波長領域が異なるものとしてもよい。一般に、遮光膜は、狭い波長領域を遮光する構成にすることにより、遮光率を向上できることが知られている。そのため、入射側および射出側の遮光膜で遮光すべき波長領域を、狭い領域、かつ、異なるものにし、重ね合わせることで、遮光率を向上すると共に、遮光する波長領域を拡張することが可能となる。
【００１２】
本発明のプロジェクタにおいて、前記入射側の遮光膜と、前記射出側の遮光膜とは、前記波長領域の一部が重複することが好ましい。こうすることにより、各遮光膜により遮光される波長を重ね合わせることができ、遮光する紫外線波長領域を広くすると共に、遮光率を向上することが可能となる。
【００１３】
本発明のプロジェクタにおいて、前記遮光膜は、前記入射側の遮光膜と、前記射出側の遮光膜とにおいて、透過特性が同一であってもよい。こうすることにより、波長に対する遮光率の変化、即ち遮光率を表す波形を急峻にすることができ、遮光したい波長領域と、透過したい波長領域とをシャープに切り分けることが可能となる。また、遮光特性が同一の場合、遮光領域の遮光率は単一の場合の２乗の遮光率を持つことが可能となる。
【００１４】
本発明は、プロジェクタとしての構成の他、次に示す通り、光フィルタとしての構成を採ることもできる。即ち、
プロジェクタに使用される光フィルタであって、
透光性の基材と、
前記基材の入射側および射出側の両面に、紫外線における所定の波長領域の光の透過率を、所定値以下に抑制するための遮光膜とを備えることを要旨とする。
【００１５】
このような構成をとることにより、紫外線波長領域の遮光率を向上する光フィルタを実現することができる。また、遮光膜を両面に設けることにより、遮光膜を構成する誘電体多層膜の層数を低減することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、以下の項目に分けて説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．プロジェクタ概略構成：
Ａ２．ＵＶフィルタ概略構成：
Ａ３．波長の重ね合わせ：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．波長の重ね合わせ：
Ｃ．変形例：
【００１７】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．プロジェクタ概略構成：
図１は、プロジェクタ１０００の概略構成図である。プロジェクタ１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３つの液晶パネル３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３２０と、投写レンズ３４０等を備えている。
【００１８】
照明光学系１００は、光源１１０と、第１のレンズアレイ１２１と、第２のレンズアレイ１２２と、偏光変換素子１３０と、重畳レンズ１４０とを備えている。光源１１０から射出された光線束は、第１のレンズアレイ１２１によって、複数の微少な部分光線束に分割され、各部分光束線は、第２のレンズアレイ１２２および重畳レンズ１４０によって、照明対象である３つの液晶パネル３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光入射面上で、重畳される。すなわち、第１のレンズアレイ１２１と、第２のレンズアレイ１２２と、重畳レンズ１４０とは、照明対象である３つの液晶パネル３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂをほぼ均一に照明するインテグレータ照明光学系を構成する。偏光変換素子１３０は、非偏光な光を３つの液晶パネル３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂで利用可能な偏光方向を有する偏光光に揃える。
【００１９】
色光分離光学系２００は、照明光学系１００から射出される照明光を、それぞれ異なる波長域の３色の光に分離する。第１のダイクロイックミラー２０２は、略赤色の光を透過させると共に、透過された色の光よりも短波長側の色の光を反射する。第１のダイクロイックミラーを透過したＲ光は、反射ミラーで反射され、フィールドレンズを通ってＲ用の液晶パネルを照明する。フィールドレンズ２４０は、照明光学系１００からの複数の部分光線束がそれぞれ、Ｒ用の液晶パネルを照明するように集光する。通常、各部分光線束がそれぞれ略平行な光線束となるように設定されている。他の液晶パネルの前に設けられたフィールドレンズも同様である。
【００２０】
第１のダイクロイックミラー２０２で反射されたＧ光とＢ光のうちで、Ｇ光は、第２のダイクロイックミラー２０４によって反射され、フィールドレンズ２３４を通ってＧ用の液晶パネル３００Ｇを照明する。一方、Ｂ光は、第２のダイクロイックミラー２０４を透過しリレー光学系２２０を通過して、Ｂ用の液晶パネル３００Ｂを照明する。
【００２１】
リレー光学系２２０は、入射側レンズ２２２と、第１の反射ミラー２２４と、リレーレンズ２２６と、第２の反射ミラー２２８と、射出側レンズ２３０（フィールドレンズ）と、ＵＶフィルタ２３１とを備えている。照明光学系１００および色光分離光学系２００から射出されたＢ光は、入射側レンズ２２２によってリレーレンズ２２６の近傍で収束し、射出側レンズ２３０に向けて発散する。射出側レンズ２３０に入射する光線束の大きさは、入射側レンズ２２２に入射する光線束の大きさにほぼ等しくなるように設定されている。射出側レンズ２３０を通過したＢ光は、ＵＶフィルタ２３１を通過することにより、紫外線が遮光される。
【００２２】
Ｂ光の経路にリレー光学系２２０が設けられているのは、以下の理由による。すなわち、照明光学系１００から射出された複数の部分光線束のそれぞれは発散光線束である。また、Ｂ光の経路は、リレー光学系２２０が配置されている経路に相当する部分だけ他の色光の経路に比べて長い。従って、Ｂ光の液晶パネル３００Ｂの照明領域は、他の色光が照明する液晶パネルの照明領域に比べて大きくなり、Ｂ光の照明効率が低下する。すなわち、Ｂ光にリレー光学系２２０を設けているのは、Ｂ光の経路が他の色の光に比べて長いことによって発生する照明効率の低下を抑制するためである。
【００２３】
各色用の液晶パネル３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂは、与えられた画像情報に従って、それぞれの光入射面から入射した色光を変調し、変調した光を透過光として射出する。
【００２４】
クロスダイクロイックプリズム３２０は、各色用の液晶パネル３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂから射出される各色の変調光を合成してカラー画像を表す光を射出する。クロスダイクロイックプリズム３２０は、Ｒ光を反射するＲ光反射ダイクロイック面３２２と、Ｂ光を反射するＢ光反射ダイクロイック面３２４とを備えている。Ｒ光反射ダイクロイック面３２２と、Ｂ光反射ダイクロイック面３２４とは、Ｒ光を反射する誘電体多層膜と、Ｂ光を反射する誘電体多層膜とを４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成することにより設けられる。２つのダイクロイック面によって３色の変換光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。クロスダイクロイックプリズム３２０で生成された合成光は、投写レンズ３４０の方向に射出される。投写レンズ３４０は、この合成光の表す画像をスクリーンＳＣに投写する。
【００２５】
Ａ２．ＵＶフィルタ概略構成：
プロジェクタ１０００は、リレー光学系２２０のＵＶフィルタ２３１に特徴を有している。このＵＶフィルタ２３１は、上述したように、可視光Ｂから紫外線を遮光する機能を有している。
【００２６】
図２は、ＵＶフィルタ２３１の概略構成を示す説明図である。ＵＶフィルタ２３１は、硝子基材１０と、入射側遮光膜２０ａと、射出側遮光膜２０ｂとから構成されており、入射側遮光膜２０ａおよび射出側遮光膜２０ｂは、硝子基材１０上に積層された誘電体多層膜である。入射側遮光膜２０ａと、射出側遮光膜２０ｂの誘電体多層膜は、遮光する紫外線波長領域が異なるように、材質および積層数を構成している。本実施例では、入射側遮光膜２０ａおよび射出側遮光膜２０ｂに、それぞれ、誘電体多層膜を２０層、積層することとした。
【００２７】
リレー光学系２２０に入射した可視光３０は、射出側レンズ２３０を通過し、ＵＶフィルタ２３１に入射する。可視光３０は、入射側遮光膜２０ａ、硝子基材１０および射出側遮光膜２０ｂにより、紫外線波長領域の光が遮光され、可視光３１として射出され、液晶パネル３００Ｂを照明する。
【００２８】
Ａ３．波長の重ね合わせ：
図３は、本実施例におけるＵＶフィルタ２３１による紫外線の透過率の実験結果を示すグラフである。曲線ＵＶ１に示すように、可視光３０は、入射側遮光膜２０ａを通過する際に、約３１０ｎｍ〜約３８５ｎｍの波長の紫外線の透過率を０．５％以下に抑制していることが確認された。また、曲線ＵＶ２に示すように、射出側遮光膜２０ｂを通過する際に、約３４０ｎｍ〜約４１５ｎｍの波長の紫外線の透過率を０．５％以下に抑制していることが確認された。これらの波形を重ね合わせることにより、結果として、曲線ＵＶ３の特性が得られた。曲線ＵＶ３は、ＵＶフィルタ２３１通過後の可視光３１の波形を表している。図示するとおり、曲線ＵＶ３は約３１０ｎｍ〜約４１５ｎｍの広い波長領域の紫外線の透過率を、０．５％以下に抑制することが確認された。
【００２９】
以上説明した本発明の第１実施例によれば、図３で確認されたとおり、遮光可能な紫外線波長領域を拡張するとともに、遮光率を向上することが可能である。これらの特徴により、本実施例の構成を持つＵＶフィルタ２３１を用いれば、紫外線の透過率をより精度良く低減することができ、液晶パネルや偏光変換素子等の有機材料からなる光学素子の動作特性の劣化を抑制することが可能となる。また、ＵＶフィルタの両面に遮光膜を設けることにより、入射側に備えられる反射防止膜が不要となるという効果も奏する。
【００３０】
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．波長の重ね合わせ：
第１実施例では、ＵＶフィルタ２３１の遮光膜が遮光する紫外線波長領域を、入射側と射出側とで、異なるよう構成した。第２実施例では、ＵＶフィルタ２３１の遮光膜が遮光する紫外線波長領域を、入射側と射出側とで、同一になるよう構成し、光源１１０と、第１のレンズアレイ１２１との間に設けることとした。本実施例において、プロジェクタ１０００の構成は、ＵＶフィルタ２３１の設置位置以外は、第１実施例と同様の構成とした。
【００３１】
図４は、本実施例における、ＵＶフィルタ２３１による紫外線透過率の実験結果を示すグラフである。約３１０ｎｍ以下の波長の光は、硝子基材１０と遮光膜の吸収特性により吸収される。曲線ＵＶ６および曲線ＵＶ７は、それぞれ入射側および射出側の遮光膜の遮光特性を示している。図示する通り、両者の特性は、ほぼ同一であり、約４００ｎｍ以下の紫外線波長領域の光の透過率を０．５％以下に抑制していることが確認された。曲線ＵＶ８は、ＵＶフィルタ２３１全体としての遮光特性を示している。図示するとおり、ＵＶフィルタ全体（曲線ＵＶ８）では、入射側および射出側の各遮光膜（曲線ＵＶ６、ＵＶ７）に比べて、急峻な波形を特徴とし、約４３０ｎｍ以下の紫外線波長領域の光の透過率を０．５％以下に抑制していることが確認された。
【００３２】
本実施例によれば、ＵＶフィルタ２３１が遮光する紫外線波長領域を、入射側遮光膜２０ａと射出側遮光膜２０ｂとで同一にする、すなわち、入射側遮光膜２０ａと射出側遮光膜２０ｂの光の透過特性を、同一になるように構成することにより、急峻な波形が得られ、紫外線波長領域の光の遮光率を、向上することが可能となる。
【００３３】
Ｃ．変形例：
本発明の第１実施例では、ＵＶフィルタ２３１を、射出側レンズ２３０と、液晶パネル３００Ｂとの間に設けることとしたが、第２のダイクロイックミラー２０４と液晶パネル３００Ｂとの間であればいずれの位置に設置しても良い（但し、液晶パネルが偏光板、位相差板と一体でない構成の場合は、偏光板、位相差板より入射側に挿入する）。また、第２実施例では、ＵＶフィルタ２３１を、光源１１０と第１のレンズアレイ１２１との間に設置することとしたが、光源１１０と偏光変換素子１３０の間であればいずれの位置に設けても同様の効果を得られる。更には、光源１１０のカバーガラスをＵＶフィルタと兼用させても良い。また、第１実施例と第２実施例を組み合わせても良い。
【００３４】
入射側と射出側の各遮光膜が遮光する波長領域（以下、遮光領域と呼ぶ）は、種々の設定が可能である、第１実施例では、遮光可能な波長幅は、両者共に約７５ｎｍで一致している場合を例示したが、両者で異なっていても良い。両者の遮光領域が全く重複していなくても構わない。一方の遮光膜の遮光領域が他方の遮光膜の遮光領域に含まれていても良い。遮光領域は、少なくとも、紫外線領域の他、可視光領域が含まれていても良い。
【００３５】
以上本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明した。しかし本発明は、上述の実施例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の構成を取ることができることは、いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロジェクタ１０００の概略構成図である。
【図２】ＵＶフィルタ２３１の概略構成図である。
【図３】第１実施例における透過率のグラフである。
【図４】第２実施例における透過率のグラフである。
【符号の説明】
１０００…プロジェクタ
１０…硝子基材
２０ａ、２０ｂ…遮光膜
３０、３１…可視光
１００…照明光学系
１１０…光源
１２１…第１のレンズアレイ
１２２…第２のレンズアレイ
１３０…偏光変換素子
１４０…重畳レンズ
２００…色光分離光学系
２０２…第１のダイクロイックミラー
２０４…第２のダイクロイックミラー
２２０…リレー光学系
２２２…入射側レンズ
２２４…第１の反射ミラー
２２６…リレーレンズ
２２８…第２の反射ミラー
２３０…射出側レンズ
２３４…フィールドレンズ
２４０…フィールドレンズ
３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ…液晶パネル
３２０…クロスダイクロイックプリズム
３４０…投写レンズ

Claims (5)

1. 画像を投写して表示するプロジェクタであって、
   光源と、
   前記光源からの光を外部に投射する投写部と、
   前記光源から射出された光を前記投写部に伝達する光路と、
   前記光路上に設けられた光フィルタとを備え、
   前記光フィルタは、透光性の基材と、該基材の入射側および射出側の両面に、紫外線における所定の波長領域の光の透過率を、所定値以下に抑制するための遮光膜を備えることを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１記載のプロジェクタであって、
   前記入射側の遮光膜と、前記射出側の遮光膜とは、前記波長領域が異なるプロジェクタ。
3. 請求項２記載のプロジェクタであって、
   前記入射側の遮光膜と、前記射出側の遮光膜は、前記波長領域の一部が重複するプロジェクタ。
4. 請求項１記載のプロジェクタであって、
   前記遮光膜は、前記入射側の遮光膜と、前記射出側の遮光膜とにおいて、前記波長領域が同一であるプロジェクタ。
5. プロジェクタに使用される光フィルタであって、
   透光性の基材と、
   前記基材の入射側および射出側の両面に、紫外線における所定の波長領域の光の透過率を、所定値以下に抑制するための遮光膜とを備える光フィルタ。

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