JP2007047393A

JP2007047393A - 光学装置及びこれを用いる画像投影装置

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Publication number: JP2007047393A
Application number: JP2005230945A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Fukazawa; 宣雄深澤; Kiyoshi Toyoda; 清豊田; Takatoshi Yamada; 隆俊山田; Atsuhiko Wajiki; 敦彦和食
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】液晶パネルなどの偏光方向を統一することが求められる光空間変調部を用いる場合において、光の利用効率を損なうことなく、光空間変調部に光源からの光を導入することが可能な光学装置及びこれを用いた画像投影装置を提供する
【解決手段】光源４１〜４３と、この光源４１〜４３から出射される光を空間光変調部５３ａ〜５５ａに導く光学系とを備え、光源４１〜４３から出射される光が特定の偏光方向４１ｄ〜４３ｄを有し、かつ、その偏光方向が、光空間変調部の偏光方向５３ｂ〜５５ｂと一致するように配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル等の光空間変調部により変調された光を投影光学部によりスクリーンに投影する投射型の画像投影装置に適用して好適な光学装置及びこれを用いた画像投影装置に関する。

画像を表示面やスクリーンに投影する画像投影装置、いわゆる光学式プロジェクターとして、液晶パネルやＤＭＤ(Digital Micro mirror Device)素子などの光空間変調部を用いる構造が各種提案されている。
図２は、３枚の液晶パネルを用いた３板式の画像投影装置の一例の概略構成図である。
図２に示すように、この画像投影装置においては、放電ランプ１、リフレクター２、第１及び第２フライアイレンズ３及び４、偏光変換素子５、コンデンサーレンズ６、ダイクロイックミラー７及び８、ミラー９、１１及び１３、リレーレンズ１０及び１２、フィールドレンズ１４〜１６、光空間変調部として透過型液晶パネル１７〜１９、クロスプリズム２０、投影レンズ２１が設けられる。

このような構成において、放電ランプ１から出射される照明光は、リフレクター２でほぼ平行光にされたあと、第１及び第２フライアイレンズ３及び４により表示面内で均一化され、偏光変換素子５により偏光方向を揃えられて、コンデンサーレンズ６を介してダイクロイックミラー７に入射される。ダイクロイックミラー７により反射される例えば赤色光は、ミラー９及びフィールドレンズ１４を介して赤色を担当する透過型液晶パネル１７に均一照射され、ここにおいて画像情報に対応して変調され、クロスプリズム２０に出射される。
また、ダイクロイックミラー７を透過し、ダイクロイックミラー８により反射された例えば緑色光は、フィールドレンズ１５を介して緑色を担当する透過型液晶パネル１８に均一照射され、ここにおいて画像情報に対応して変調されて、クロスプリズム２０に出射される。
更に、ダイクロイックミラー８を透過した例えば青色光は、リレーレンズ１０、ミラー１１、リレーレンズ１２、ミラー１３、フィールドレンズ１６を介して青色を担当する透過型液晶パネル１９に均一照射され、ここにおいて画像情報に対応して変調され、クロスプリズム２０に出射される。
そして各透過型液晶パネル１７〜１９で各々の色毎に空間変調された光は、クロスプリズム２０で再度合成されて、投射レンズ２１によりスクリーン２２に投影され、画像の表示がなされる。

このような、放電ランプと液晶パネルを用いた画像投影装置では、照明光学系の照明効率の低下を避けるために、一般に照明光学系中に偏光変換素子５が配置されている。
光源に用いられる放電ランプは、無偏光の光を放射するので、照明光をそのまま液晶パネルに照射すると、偏光特性を持つ液晶パネルを透過できる光は特定の偏光に限られるため、その他の偏光は照明に寄与できず光利用効率が悪くなる。そこで、照明光学系中に偏光変換素子を配置し、入射した無偏光の照明光を、液晶パネルの有効な偏光方向と同一方向に偏光が揃った光に変換してから液晶パネルを照明する構成とすることによって、照明効率の低下を回避している。

この偏光変換素子は、例えば図２にその一例の概略構成図を示すように、入射面及び出射面に対し例えば４５°を成す積層方向に板状の部材が積層され、この部材の表裏に偏光分離面３７及び反射面３８が形成された偏光ビームスプリッター３１より成り、その出射面にλ／２板３２、入射面に遮光板３３が部分的に設けられて構成される。
この偏光ビームスプリッター３１に入射した無偏光の入射光３４のうちＰ偏光成分のみが偏光分離面３７を透過して出射光３６ａとして出射される。一方、偏光ビームスプリッター３１内の偏光分離面３７で反射したＳ偏光成分は再度隣接した斜面の反射面３８で反射して、その出射方向に設けられたλ／２板３２により偏光方向が約９０度回転して、Ｐ偏光の出射光３６ｂとして出射される。このように、無偏光の入射光が、偏光変換素子を通過することである特定の偏光に統一される。なお、入射側の遮光板は、偏光ビームスプリッター内に不要な光が入射しないように設けられる。
上述したように、無偏光の光を放射する放電ランプを光源として液晶パネルを照射する場合は、光利用効率を低下させないために、このように、偏光を特定の方向に統一する光学部品が必要となる（例えば特許文献１参照。）。

特開２００５−３７７４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、このような偏光変換素子は、その製造工程が簡易ではなく、コストの低減化を図り難い。
また、図３から明らかなように、光源から出射されてこの偏光変換素子に入射する光の全てを利用することが難しく、光の利用効率を低下させる一因となっている。

以上の問題に鑑みて、本発明は、液晶パネルなどの偏光方向を統一することが求められる光空間変調部を用いる場合において、光の利用効率を損なうことなく、光空間変調部に光源からの光を導入することが可能な光学装置及びこれを用いた画像投影装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による光学装置は、光源と、この光源から出射される光を空間光変調部に導く光学系とを備え、光源から出射される光が特定の偏光方向を有し、かつ、その偏光方向が、光空間変調部の偏光方向と一致するように配置する構成とする。

また、本発明は、光源から出射される光を光空間変調部に照射する光学装置と、光空間変調部で変調された光をスクリーン上に投影する投影装置とを有する画像投影装置であって、光源から出射される光が特定の偏光方向を有し、かつ、その偏光方向が、光空間変調部の偏光方向と一致するように配置されて成る構成とする。

上述したように、本発明においては、光源から出射される光が特定の偏光方向を有するものとし、その偏光方向を空間光変調部の偏光方向と一致するように配置するものである。
このような構成は、具体的には、光源として、例えば半導体レーザ等のレーザ光源を用い、その偏光方向を、予め液晶パネルなどの光空間変調部が求める偏光方向に対応させて配置することにより実現できる。
本発明によれば、偏光方向を揃えることが求められる光空間変調部を用いる場合においても、偏光変換素子を光源と光空間変調部との間に配置することが不要となり、部品点数の低減化、構成の簡易化を図ることが可能となるとともに、偏光変換素子を設けることによる光の利用効率の低下を回避することができる。

以上説明したように、本発明によれば、光の利用効率を改善した光学装置及び画像投影装置を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１Ａは、本発明の光学装置を備えた画像投影装置の一実施形態例の概略構成図である。
この例においては、複数の光源４１〜４３を用いるものであり、各光源４１〜４３として、特定の偏光を持つ例えば赤、緑、青の３色の半導体レーザを用いることができる。この光源はレーザに限るわけでなく、出射光が特定の偏光を持つ固体光源であればよい。

光源４１〜４３の概略側面構成を図１Ｂ〜Ｄに示す。各光源４１〜４３は、半導体レーザチップ４１ａ〜４３ａがチップマウント基板４１ｂ〜４３ｂ上にマウントされて、各チップマウント基板４１ｂ〜４３ｂがそれぞれヒートシンク４１ｃ〜４３ｃ上に固定される。
これらの光源４１〜４３から出射された偏光方向を４１ｄ〜４３ｄとして示す。
各光源４１〜４３の出射光の光路上に、それぞれ第１フライアイレンズ４４〜４６、第２フライアイレンズ４７〜４９、コンデンサーレンズ５０〜５２を介して透過型液晶表示パネル等の光空間変調部５３ａ〜５５ａが配置される。各光空間変調部５３ａ〜５５ａにおいて求められる入射光の偏光方向を、５３ｂ〜５５ｂとして示す。
各光空間変調部５３ａ〜５５ａの出射側にクロスプリズム５６が配置され、更に投影レンズ５７、スクリーン５８が配置される。

このような構成において、それぞれの光源４１〜４３から出射された三色の照明光は、それぞれの光路中に配置された第１フライアイレンズ４４〜４６、第２フライアイレンズ４７〜４９、コンデンサーレンズ５０〜５２によって、各色を担当する光空間変調部５３ａ〜５５ａに均一照明される。この光空間変調部５３ａ〜５５ａは、透過型液晶表示パネルに限るわけでなく、例えば反射型液晶表示パネルでもよい。
これら３つの光空間変調部５３ａ〜５５ａでそれぞれ光空間変調された光は、クロスプリズム５６で合成されて、投影レンズ５７でスクリーン５８に投影される。

ここで、３つの半導体レーザ等の光源４１〜４３の偏光方向４１ｂ、４２ｂ及び４３ｂを、各々が対応する３つの光空間変調部の求める偏光方向５３ｂ、５４ｂ及び５５ｂと、互いに一致するように配置しておけば、光学装置内に偏光変換を行う光学部品を配置する必要がなくなり、効率的に液晶表示パネル等の光空間変調部を照明することができる。

以上説明したように、本発明においては、特定の偏光を持つ光源を用いることによって、照明光を偏光変換する必要がなく、偏光変換素子を省略できることとなり、前述の図２において説明した従来の画像投影装置に比べ、部品点数の削減が可能となる。
これにより、本発明の光学装置及びこれを用いた画像投影装置では、従来と比較して小型で安価であり、かつ光利用効率の高い画像投影装置を提供することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態例に限定されるものではなく、その他上述したように、光源として、半導体レーザ以外の特定の偏光方向を有する光源を用いるとか、また、光源から光空間変調部までの照明光学系等におい上述の実施形態例とは異なる光学部品を追加又は省略するなど、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

Ａは本発明による画像影装置の一実施形態例の概略構成図である。Ｂ〜Ｄは本発明の画像投影装置の一実施形態例の光源の概略側面構成図である。従来の画像投影装置の一例の概略構成図である。偏光変換素子の概略断面構成図である。

符号の説明

４１．光源、４２．光源、４３．光源、４１ａ．半導体レーザチップ、４１ｂ．チップマウント基板、４１ｃ．ヒートシンク、４１ｄ．偏光方向、４２ａ．半導体レーザチップ、４２ｂ．チップマウント基板、４２ｃ．ヒートシンク、４２ｄ．偏光方向、４３ａ．半導体レーザチップ、４３ｂ．チップマウント基板、４３ｃ．ヒートシンク、４３ｄ．偏光方向、４４．第１フライアイレンズ、４５．第１フライアイレンズ、４６．第１フライアイレンズ、４７、第２フライアイレンズ、４８．第２フライアイレンズ、４９．第２フライアイレンズ、５０．コンデンサーレンズ、５１．コンデンサーレンズ、５２．コンデンサーレンズ、５３ａ．光空間変調部、５３ｂ．光空間変調部偏光方向、５４ａ．光空間変調部、５４ｂ．光空間変調部偏光方向、５５ａ．光空間変調部、５５ｂ．光空間変調部偏光方向、５６．クロスプリズム、５７．投影レンズ、５８．スクリーン

Claims

光源と、前記光源から出射される光を空間光変調部に導く光学系とを備え、
前記光源から出射される光が特定の偏光方向を有し、かつ、その偏光方向が、前記光空間変調部の偏光方向と一致するように配置されて成る
ことを特徴とする光学装置。
前記光源が、半導体レーザである
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
前記光空間変調部が、液晶表示部である
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
前記光源が複数設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
光源から出射される光を光空間変調部に照射する光学装置と、前記光空間変調部で変調された光をスクリーン上に投影する投影装置とを有する画像投影装置であって、
上記光源から出射される光が特定の偏光方向を有し、かつ、その偏光方向が、前記光空間変調部の偏光方向と一致するように配置されて成る
ことを特徴とする画像投影装置。
前記光源が、半導体レーザである
ことを特徴とする請求項５記載の画像投影装置。
前記光空間変調部が、液晶表示部である
ことを特徴とする請求項５記載の画像投影装置。
前記光源が複数設けられて成る
ことを特徴とする請求項５記載の画像投影装置。