JP2006058534A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】光変調装置と色合成光学素子との間に配置される光学変換素子を充分に冷却することができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】クロスダイクロイックプリズム45と投射レンズ50との間に透光性基板46を配置する。具体的には、クロスダイクロイックプリズム45の光束射出側端面に、透光性基板46を貼り付ける。この透光性基板46を配置することにより、クロスダイクロイックプリズム45の光束入射側端面と、液晶パネル41の光束射出側端面との間の距離が大きく確保される。従って、クロスダイクロイックプリズム45と液晶パネル41との間に配置される射出側偏光板44の冷却を充分に行なうことができる。
【選択図】 図2
Description
このようなプロジェクタにおいて、光変調装置の光束射出側には所定の偏光軸を有する光束を透過させる一枚の偏光素子(光学変換素子)から構成される射出側偏光板が配置されている。光変調装置を透過した光束のうち、所定の偏光軸を有していない光束は、射出側偏光板によって吸収されるため、射出側偏光板では熱が発生しやすくなっている。
そこで、射出側偏光板を2枚の偏光素子から構成し、射出側偏光板で発生する熱を按分する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
射出側偏光板の冷却には、冷却空気が使用されるが、この冷却空気の流路、すなわち、光変調装置及び一方の偏光素子間の隙間、一対の偏光素子間の隙間、他方の偏光素子及び色合成光学装置間の隙間が非常に狭いため、冷却空気をスムーズに通すことが困難となる。そのため、射出側偏光板で発生する熱を各偏光素子に按分させても、各偏光素子の熱を放熱させることが難しく、各偏光素子の冷却を充分に行なうことができないという問題がある。
言い換えると、透光性基板を有しない点が異なる従来の他のプロジェクタ(本発明のプロジェクタと同様の光変調装置と、色合成光学装置と、投射光学装置と、光学変換素子とを備えており、色合成光学装置と投射光学装置との幾何学的な相対位置関係は本発明のプロジェクタと同様)における投射光学装置及び光変調装置間の光学的距離と、本発明の前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離とは等しくなっている。
本発明のプロジェクタにおいて、投射光学装置から色合成光学装置までの幾何学的距離をC、色合成光学装置と光変調装置との間の距離をXとする。さらに、透光性基板の厚さ寸法をE、色合成光学装置の厚さ寸法をH、光学変換素子の厚さ寸法をFとする。また、透光性基板の屈折率をN1、光学変換素子の屈折率をN2、色合成光学装置の屈折率をN3とする。
以上のような、本発明のプロジェクタの投射光学装置から光変調装置までの光学的距離S1は、次の式(1)ように示される。
S1=X−F+F/N2+H/N3+E/N1+C−E・・・(1)
S1’=A−F+F/N2+H/N3+C・・・(2)
S1=S1’であるから、X=A+E(N1−1)/N1となり、本発明のプロジェクタでは、他のプロジェクタに比べ、色合成光学装置から光変調装置までの幾何学的距離がE(N1−1)/N1分だけ、長くなることがわかる。
これにより、光学変換素子と光変調装置との隙間、光学変換素子と色合成光学装置との隙間が大きくなり、充分な流量の冷却空気をスムーズに通すことが可能となる。従って、光学変換素子を充分に冷却することができる。
なお、光学変換素子は、一枚であってもよく、複数枚であってもよい。
光学変換素子が偏光素子であり、射出側偏光板が一枚の偏光素子から構成されるとした場合であっても、本発明では、偏光素子と光変調装置との隙間、偏光素子と色合成光学装置との隙間を大きく確保でき、充分な流量の冷却空気をスムーズに通すことが可能となるため、偏光素子を充分に冷却することができるのである。
このような本発明のプロジェクタにおける前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的な相対位置関係は、前述した従来の前記他のプロジェクタにおける光学系と、色合成光学装置と、投射光学装置との幾何学的な相対位置関係と等しい。言い換えると、本発明のプロジェクタにおける光学系から投射光学装置までの幾何学的距離と、従来の他のプロジェクタにおける光学系から投射光学装置までの幾何学的距離は等しい。
従って、このような本発明では、透光性基板を配置することにより、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離を大きく確保しても、光学系から投射光学装置までの幾何学的距離を一定に保つことができるので、プロジェクタの大型化を防止することができる。
このような本発明によれば、前述したように色合成光学装置と、光変調装置との間に大きな隙間を確保することができるので、複数の光学変換素子を配置しても、冷却空気の流路が狭くならず、各光学変換素子を充分に冷却することができる。
ここで、例えば、複数の光学変換素子を一対の偏光素子とすれば、偏光素子を一枚しか配置しない場合と比較して、発生する熱を2つに按分することができ、各偏光素子で発生する熱量を低下させることができる。さらに、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離を確保することができ、冷却空気の流路が狭くならないため、それぞれの偏光素子を効率よく冷却することができる。これにより、偏光素子の熱劣化を確実に防止することができる。
G(N4−1)/N4 < E(N1−1)/N1・・(3)の条件を満たすことが好ましい。
投射光学装置から光変調装置までの光学的距離S2は、次の式(4)で示される。
S2=X−F+F/N2−G+G/N4+H/N3+E/N1+C−E・・(4)
従って、本発明のプロジェクタでは、前記他のプロジェクタに比べ、色合成光学装置から光変調装置までの幾何学的距離がG(N4−1)/N4+E(N1−1)/N1分だけ増加したこととなる。
E(N1−1)/N1は、透光性基板を配置したことにより、色合成光学装置と光変調装置との間に生じる隙間の増加分であり、G(N4−1)/N4は、一方の偏光素子を配置したことにより、色合成光学装置と光変調装置との間に生じる隙間の減少分である。
つまり、本発明では、G(N4−1)/N4 < E(N1−1)/N1とすることで、光変調装置と色合成光学装置との間に一対の偏光素子を配置した場合であっても、光変調装置と色合成光学装置との間に充分な隙間を確保することができるので、各偏光素子を充分に冷却することができる。
このような本発明によれば、一般に、光束の反射を防止するため、透光性基板の光束入射側端面や、色合成光学装置の光束射出側端面には、反射防止膜を貼り付ける必要がある。透光性基板を色合成光学装置に取り付けることで、透光性基板の光束入射側端面と、色合成光学装置の光束射出側端面とが密着することとなるので、透光性基板の光束入射側端面と、色合成光学装置の光束射出側端面に反射防止膜を貼り付ける必要が無くなる。これにより、部材点数の削減を図ることができるとともに、反射防止膜を成膜する手間を簡略化できるため、コストを下げることができる。
このような本発明によれば、透光性基板の屈折率と色合成光学装置の屈折率とを略等しくすることで、色合成光学装置からの光束が透光性基板に入射する際に、色合成光学装置の光束射出側端面及び透光性基板の光束入射側端面間で発生する光束の界面反射によるロスを最小限にとどめることができる。
図1は、プロジェクタ1の光学系を示す模式図である。
プロジェクタ1は、光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像を拡大投射する。このプロジェクタ1は、図1に示すように、インテグレータ照明光学系10と、色分離光学装置として色分離光学系20と、リレー光学系30と、光変調装置および色合成光学装置を一体化した光学装置40と、投射光学装置としての投射レンズ50とを備えて構成され、光学部品10〜40は、所定の照明光軸Kが設定された光学部品用筐体60内に位置決め調整されて収納されている。また、光学部品筐体60には、光学部品10〜40に対する所定位置に投射レンズ50が設置される。
光源装置11は、放射光源としての光源ランプ17、リフレクタ18、およびリフレクタ18の光束射出側端面を覆うフロントガラス19を備え、光源ランプ17から射出された放射状の光線を、リフレクタ18で反射して平行化凹レンズ12で略平行光線とし、外部へと射出する。本例では、光源ランプ17として高圧水銀ランプを採用しているが、これ以外にメタルハライドランプやハロゲンランプを採用することもある。また、本例では、楕円面鏡からなるリフレクタ18の射出面に平行化凹レンズ12を配置した構成を採用しているが、リフレクタ18として放物面鏡を採用することもできる。
第2レンズアレイ14は、第1レンズアレイ13と略同様の構成であり、小レンズがマトリクス状に配列された構成を具備する。この第2レンズアレイ14は、重畳レンズ16とともに、第1レンズアレイ13の各小レンズの像を後述する光変調装置としての液晶パネル上に結像させる機能を有する。
具体的に、偏光変換素子15によって1種類の偏光光に変換された各部分光束は、重畳レンズ16によって最終的に光学装置40の後述する液晶パネル上にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、1種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源ランプ17からの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換素子15を用いることにより、光源ランプ17から射出された光束を略1種類の偏光光に変換し、光学装置40における光の利用効率を高めている。なお、このような偏光変換素子15は、例えば、特開平8−304739号公報に紹介されている。なお、1種類の偏光光とはベクトル方向が一方向に揃えられた偏光光である。
リレー光学系30は、入射側レンズ31と、リレーレンズ33と、反射ミラー32,34とを備え、色分離光学系20で分離された色光である赤色光を後述する赤色光用の液晶パネルまで導く機能を有している。
なお、赤色光にリレー光学系30が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ31に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ25に伝えるためである。また、リレー光学系30には、3つの色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
このうち、パネル本体は、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いたものであり、色分離光学系20で分離された各色光は、これらパネル本体と、これらの前段および後段に配置される入射側偏光板42および射出側偏光板44によって、画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。
射出側偏光板44は、液晶パネル41R,41G,41Bで光変調された光束のうち、所定方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。本例では、一対の偏光素子(光学変換素子)44P,44Aを備える。このように射出側偏光板44を2枚構成としたのは、入射する偏光光を、各偏光素子44P,44Aのそれぞれで按分させて吸収することにより、偏光光で発生する熱を両偏光素子44P,44Aで按分させ、それぞれの過熱を抑えるためである。
クロスダイクロイックプリズム45には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、4つの直角プリズムの界面に沿って略X字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により3つの色光が合成される。
光学部品用筐体60は、射出成形等による合成樹脂製品であり、図示は省略するが、上述した光学部品10〜40を内部に収納するとともに投射レンズ50を光学部品10〜40に対する所定位置に設置する下部筐体と、下部筐体の開口部分を塞ぐ上部筐体とから構成されている。
透光性基板46は、クロスダイクロイックプリズム45の光束入射側端面と略同じ大きさ形状であり、平面矩形形状の板状体である。この透光性基板46は、クロスダイクロイックプリズム45と略等しい屈折率となっている。例えば、クロスダイクロイックプリズム45が高い屈折率を有する硼珪酸ガラス(例えば、BK7:商品名)で構成されている場合には、透光性基板46も同様の硼珪酸ガラス(例えば、BK7:商品名)で構成することが好ましい。
また、透光性基板46をクロスダイクロイックプリズム45の光束射出側端面に貼り付けるための接着剤は、クロスダイクロイックプリズム45と同等の屈折率となっている。
このような透光性基板46の光束射出側端面には、図示しないが、反射防止膜が成膜されている。
本実施形態のように、透光性基板46をクロスダイクロイックプリズム45の光束射出側端面に貼り付けることで、透光性基板46の光束入射端面と、クロスダイクロイックプリズム45の光束射出端面とが密着することとなるので、透光性基板46の光束入射端面及びクロスダイクロイックプリズム45の光束射出側端面に反射防止膜を貼り付ける必要が無くなる。これにより、部材点数の削減を図ることができるとともに、反射防止膜を製膜する手間を簡略化することができ、製造コストを削減できるる。
また、本実施形態では、透光性基板46の屈折率と、クロスダイクロイックプリズム45の屈折率とを略等しくし、さらに、透光性基板46とクロスダイクロイックプリズム45とを貼り合わせる接着剤の屈折率を透光性基板46及びクロスダイクロイックプリズム45と略等しくしているため、クロスダイクロイックプリズム45から射出された光束が接着剤を透過し、透光性基板46に導入する際に生じる、クロスダイクロイックプリズム45及び接着剤間での界面反射、接着剤及び透光性基板46間での界面反射を少なくすることができる。これにより、界面反射による光束のロスを最小限にとどめることができる。
なお、他のプロジェクタ100は、透光性基板46を有しない点、一方の偏光素子44Pを有しない点のみが本実施形態のプロジェクタ1と異なっている。
さらに、他のプロジェクタ100における投射レンズ50と、クロスダイクロイックプリズム45と、入射側偏光板42を含む液晶パネル41に光束を入射させるための光学系との幾何学的な相対位置関係は、本実施形態のプロジェクタ1における投射レンズ50と、クロスダイクロイックプリズム45と、入射側偏光板42を含む液晶パネル41に光束を入射させるための光学系との幾何学的な相対位置関係と等しい。換言すると、他のプロジェクタ100における投射レンズ50から入射側偏光板42までの幾何学的距離は、プロジェクタ1における投射レンズ50から入射側偏光板42までの幾何学的距離と等しい。
入射側偏光板42と、クロスダイクロイックプリズム45と、投射レンズ50との幾何学的な相対位置関係を一定に保持しつつ、透光性基板46を配置することにより、液晶パネル41と、クロスダイクロイックプリズム45との間の幾何学的距離を調整しているのである。
さらに、透光性基板46の厚さ寸法(照明光軸Kに沿った厚さ寸法)をE、クロスダイクロイックプリズム45の厚さ寸法(照明光軸Kに沿った厚さ寸法)をH、一方の偏光素子44Pの厚さ寸法(照明光軸Kに沿った厚さ寸法)をGとし、他方の偏光素子44Aの厚さ寸法(照明光軸Kに沿った厚さ寸法)をFとする。
さらに、透光性基板46の屈折率をN1、一方の偏光素子44Pの屈折率をN4、他方の偏光素子44Aの屈折率をN2とし、クロスダイクロイックプリズム45の屈折率をN3とする。
本実施形態のプロジェクタ1の投射レンズ50から液晶パネル41までの光学的距離S2は、次の式(5)で示される。
S2=X−F+F/N2−G+G/N4+H/N3+E/N1+C−E・・・(5)
前述したように、本実施形態のプロジェクタ1の投射レンズ50から液晶パネル41までの光学的距離S2と、他のプロジェクタ100の投射レンズ50から液晶パネル41までの光学的距離S1’は、等しく、S2=S1’であるから、クロスダイクロイックプリズム45と、液晶パネル41との間の距離Xは、次のようになる。
X=A+G(N4−1)/N4+E(N1−1)/N1・・・(6)
X−A=α=G(N4−1)/N4+E(N1−1)/N1・・・(7)
このように、透光性基板46をクロスダイクロイックプリズム45に貼付け、クロスダイクロイックプリズム45と、投射レンズ50との間に配置することにより、透光性基板46を設置しない他のプロジェクタ100にくらべ、液晶パネル41と、クロスダイクロイックプリズム45との間の幾何学的距離が大きくなる。
これにより、液晶パネル41と、クロスダイクロイックプリズム45との間に配置される一方の偏光素子44Pと液晶パネル41との隙間、他方の偏光素子44Aとクロスダイクロイックプリズム45との隙間、偏光素子44P,44A間の隙間が大きくなり、冷却空気をスムーズに通すことが可能となる。従って、一方の偏光素子44P及び他方の偏光素子44Aを充分に冷却することができる。
つまり、本実施形態では、G(N4−1)/N4 < E(N1−1)/N1とすることで、液晶パネル41とクロスダイクロイックプリズム45との間に一対の偏光素子44P,44Aを配置した場合であっても、液晶パネル41とクロスダイクロイックプリズム45との間に充分な隙間を確保することができるので、各偏光素子44P,44Aを充分に冷却することができる。
さらに、透光性基板46を配置することにより、液晶パネル41と、クロスダイクロイックプリズム45との間の幾何学的距離を大きく確保しても、プロジェクタ1における光学系、クロスダイクロイックプリズム45、投射レンズ50の幾何学的な相対位置関係は、従来の他のプロジェクタ100における光学系、クロスダイクロイックプリズム45、投射レンズ50の幾何学的な相対位置関係と等しいので、プロジェクタ1の大型化を防止することができる。
さらに、透光性基板46を配置することにより、液晶パネル41R,41Bと、クロスダイクロイックプリズム45との間の幾何学的距離を大きく確保しても、プロジェクタ1における光学系、クロスダイクロイックプリズム45、投射レンズ50の幾何学的な相対位置関係は、従来の他のプロジェクタ100における光学系、クロスダイクロイックプリズム45、投射レンズ50の幾何学的な相対位置関係と等しいので、プロジェクタ1の大型化を防止することができる。
前記実施形態では、射出側偏光板44を一対の偏光素子44P,44Aを備えるものとしたが、射出側偏光板は一枚の偏光素子であってもよい。または、複数の偏光素子を備える場合、そのうちの偏光素子のひとつがダイクロイックプリズムには貼付されていてもよい。このようにすることで、部材点数の削減を図ることができる。
また、前記実施形態では、クロスダイクロイックプリズム45と液晶パネル41との間に射出側偏光板44のみが配置されていたが、これに限らず、例えば、射出側偏光板に加え、視野角補償板を配置しても良い。すなわち、本発明の光学変換素子には視野角補償板も含まれる。
このようにすることで、クロスダイクロイックプリズム45の光束射出側端面に透光性基板46を貼付ける手間を省くことができる。なお、この場合には、クロスダイクロイックプリズム45の光束射出側端面及び透光性基板46の光束入射端面に反射防止膜を成膜することが好ましい。
また、前記実施形態では、クロスダイクロイックプリズム45の屈折率と、透光性基板
46の屈折率とは略等しいとしていたが、両者の屈折率は異なっていてもよい。
前記実施形態では、3つの液晶パネルを用いたプロジェクタ1の例のみを挙げたが、4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
さらに、前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクタ1の例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対
側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
Claims (6)
- 光源から射出された光束を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された光束を合成する色合成光学装置と、この色合成光学装置によって合成された色光を拡大投射して投射画像を形成する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、
前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離を所定距離に保ちながら、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整するための透光性基板と、
前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間に配置され、入射する光束を光学的に変換する光学変換素子とを備え、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との間に配置されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1に記載のプロジェクタにおいて、
前記光変調装置の前段には、前記光変調装置に光束を入射させるための光学系が配置されており、
前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的相対位置関係を一定に保持しつつ、前記透光性基板を配置することにより、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1または2に記載のプロジェクタにおいて、
前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間には、複数の光学変換素子が配置されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項3に記載のプロジェクタにおいて、
前記複数の光学変換素子は、一対の偏光素子であり、
一方の偏光素子の厚さ寸法をG、透光性基板の厚さ寸法をE、一方の偏光素子の屈折率をN4、透光性基板の屈折率をN1とした場合、
G(N4−1)/N4 < E(N1−1)/N1の条件を満たすことを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1から4の何れかに記載のプロジェクタにおいて、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置の光束射出側端面に取り付けられていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項5に記載のプロジェクタにおいて、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置と略等しい屈折率を有することを特徴とするプロジェクタ。
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