JP2007072250A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】 偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能で、かつ、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】 光源装置110と、インテグレータロッド140と、偏光分離層152A、反射層154A及びλ/2板156Aを有する偏光変換素子150Aとを有する照明装置100と、照明装置100からの照明光束を画像情報に応じて変調する液晶装置400R,400G,400Bと、液晶装置400R,400G,400Bによって変調された光を投写する投写光学系600とを備えるプロジェクタ1000であって、
照明装置100は、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IAと共役な位置に光射出面160Aoを有し、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の面内光強度分布を均一化する機能を有する導光部材160Aをさらに有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 光源装置110と、インテグレータロッド140と、偏光分離層152A、反射層154A及びλ/2板156Aを有する偏光変換素子150Aとを有する照明装置100と、照明装置100からの照明光束を画像情報に応じて変調する液晶装置400R,400G,400Bと、液晶装置400R,400G,400Bによって変調された光を投写する投写光学系600とを備えるプロジェクタ1000であって、
照明装置100は、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IAと共役な位置に光射出面160Aoを有し、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の面内光強度分布を均一化する機能を有する導光部材160Aをさらに有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、プロジェクタに関する。
従来より、偏光光を用いる電気光学変調装置(例えば、液晶装置。)を備えるプロジェクタとして、偏光変換素子を有する照明装置を備えるプロジェクタが種々提案されている。
上記のプロジェクタの例として、照明光束を射出する光源装置、光源装置の光路後段に配置される偏光変換素子及び偏光変換素子の光路後段に配置されるインテグレータロッドを有する照明装置と、照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタ(以下、従来のプロジェクタという。)が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
従来のプロジェクタによれば、偏光変換素子を備えているため、光源装置からの照明光束を1種類の直線偏光光に変換することが可能となる。また、インテグレータロッドを備えているため、光源装置からの照明光束をより均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換することが可能となり、画像形成領域に照射される照明光の面内光強度分布を均一なものとすることが可能となる。
しかしながら、従来のプロジェクタにおいては、偏光変換素子の光路後段にインテグレータロッドが配置されているため、偏光変換素子の機能によって光源装置からの照明光束を1種類の直線偏光光に変換したとしても、インテグレータロッドの内面で多重反射されることにより、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度が低下してしまうという問題があった。
ところで、偏光変換素子を有する照明装置を備えるプロジェクタの他の例として、照明光束を射出する光源装置、光源装置の光路後段に配置されるインテグレータロッド及びインテグレータロッドの光路後段に配置される偏光変換素子を有する照明装置と、照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタ(以下、従来の他のプロジェクタという。)が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
従来の他のプロジェクタによれば、従来のプロジェクタと同様に、偏光変換素子を備えているため、光源装置からの照明光束を1種類の直線偏光光に変換することが可能となる。また、インテグレータロッドを備えているため、光源装置からの照明光束をより均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換することが可能となり、画像形成領域に照射される照明光の面内光強度分布を均一なものとすることが可能となる。
さらに、従来の他のプロジェクタによれば、偏光変換素子の光路後段にインテグレータロッドが配置されていないため、従来のプロジェクタのように偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度が低下してしまうこともない。すなわち、従来の他のプロジェクタは、従来のプロジェクタにおける問題を解消することができるプロジェクタであるともいえる。
しかしながら、従来の他のプロジェクタにおいては、以下のような問題があった。図7は、従来の他のプロジェクタ900における問題点を説明するために示す図である。図7(a)はプロジェクタ900の光学系を示す図であり、図7(b)は液晶装置980の画像形成領域Iaにおける面内光強度分布を示す図であり、図7(c)は画像形成領域Iaにおける面内光強度分布をグラフ化して示す図である。
従来の他のプロジェクタ900においては、図7(b)及び図7(c)に示すように、電気光学変調装置としての液晶装置980の画像形成領域Iaに照射される照明光の一部(図7(b)及び図7(c)における画像形成領域中央部D1の位置の照明光。)に光強度が小さな領域が発生してしまうため、画像形成領域Iaに照射される照明光の均一度が低下してしまい、結果として、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが困難であるという問題があった。
以上のように、従来は、インテグレータロッド及び偏光変換素子を有する照明装置を備えるプロジェクタにおいて、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度が低下してしまうという問題と、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが困難であるという問題とを同時に解決することが困難であった。
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能で、かつ、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
本発明の発明者は、上記目的を達成するため、従来の他のプロジェクタのように、インテグレータロッドの光路後段に偏光変換素子が配置された構成を有するプロジェクタにおいて、画像形成領域に照射される照明光の一部に光強度の小さな領域が発生する原因を究明すべく鋭意研究を行った結果、この原因は、偏光分離層を透過した光束が通過する偏光変換素子の光射出面の領域と、偏光分離層で反射されさらに反射層で反射された光束が通過する偏光変換素子の光射出面の領域との境界部分に、局所的な光の不均一性が存在することにあるという知見を得た。さらに、偏光変換素子の光射出面と電気光学変調装置の画像形成領域とが共役な関係にあることにより、このような局所的な光の不均一性が、画像形成領域に照射される照明光の一部に光強度の小さな領域として現れてしまい、画像形成領域に照射される照明光の均一度が低下することとなるという知見を得た。
そこで、本発明の発明者は、以上の知見に基づいて、インテグレータロッドの光路後段に偏光変換素子が配置された構成を有するプロジェクタにおいて、(ア)偏光変換素子の光路後段に、偏光変換素子から射出される照明光束の面内光強度分布を均一化する機能を有する導光部材を配置すること、及び(イ)電気光学変調装置の画像形成領域と共役な位置を、偏光変換素子の光射出面から導光部材の光射出面に移すこととすれば、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を抑制することが可能で、かつ、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが可能となることに想到し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明のプロジェクタは、被照明領域側に集束性の照明光束を射出する光源装置と、前記光源装置からの照明光束をより均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換するインテグレータロッドと、前記インテグレータロッドからの照明光束のうち一方の直線偏光成分に係る光束を透過し他方の直線偏光成分に係る光束を反射する偏光分離層、前記偏光分離層からの他方の直線偏光成分に係る光束を照明光軸に平行な方向に向けて反射する反射層及び前記偏光分離層を透過した光束が通過する部分又は前記反射層で反射された光束が通過する部分のいずれかに配置されるλ/2板を有する偏光変換素子とを有する照明装置と、前記照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタであって、前記照明装置は、前記電気光学変調装置の画像形成領域と略共役な位置に光射出面を有し、前記偏光変換素子から射出される照明光束の面内光強度分布を均一化する機能を有する導光部材をさらに有することを特徴とする。
このため、本発明のプロジェクタによれば、偏光分離層を透過した光束が通過する偏光変換素子の光射出面の領域と、偏光分離層及び反射層で反射された光束が通過する偏光変換素子の光射出面の領域との境界部分に、局所的な光の不均一性が存在していたとしても、上記した導光部材の機能によって、導光部材から射出される照明光束の面内光強度分布を均一なものとすることができる。また、導光部材の光射出面を、電気光学変調装置の画像形成領域と略共役な関係としたため、画像形成領域に照射される照明光の均一度の低下を抑制することができる。その結果、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが可能となる。
また、本発明のプロジェクタによれば、上記のように、インテグレータロッドの光路後段に偏光変換素子が配置されているため、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することができる。
このため、本発明のプロジェクタは、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能で、かつ、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが可能なプロジェクタとなる。
本発明のプロジェクタにおいては、前記導光部材における照明光軸方向に沿った長さは、5mm〜30mmの範囲内であることが好ましい。
導光部材における照明光軸方向に沿った長さが5mm以上であると、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することを可能としつつ、導光部材における所定の光均一化効果を得ることが可能となり、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが可能となる。
一方、導光部材における照明光軸方向に沿った長さが30mm以下であると、投写面上でさらに均一な面内表示特性を得ることを可能としつつ、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能となる。
以上のような観点から、導光部材における照明光軸方向に沿った長さは、5mm〜30mmの範囲内であることが好ましい。
一方、導光部材における照明光軸方向に沿った長さが30mm以下であると、投写面上でさらに均一な面内表示特性を得ることを可能としつつ、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能となる。
以上のような観点から、導光部材における照明光軸方向に沿った長さは、5mm〜30mmの範囲内であることが好ましい。
本発明のプロジェクタにおいては、前記導光部材は、中空の導光部材であってもよいし、中実の導光部材であってもよい。
中空の導光部材としては、例えば4枚の反射ミラーにおける反射面を内側に向けて貼り合わせた筒状のライトトンネルなどを好適に用いることができる。また、中実の導光部材としては、例えば内面全反射タイプの中実の光学ブロックなどを好適に用いることができる。
前記導光部材として中実の導光部材を用いる場合には、前記偏光変換素子の光射出面と前記導光部材の光入射面とは、接着されていることが好ましい。
このように構成することにより、偏光変換素子と導光部材との間における望ましくない多重反射が抑制され、光利用効率が低下したり迷光レベルが上昇したりすることがなくなる。また、偏光変換素子と導光部材とを容易に一体化することができる。また、偏光変換素子と導光部材との間において、装置組み立て後における位置ずれの発生を未然に防止することができる。
この場合、偏光変換素子の基材(偏光変換素子における偏光分離層、反射層及びλ/2板以外の部分)と導光部材とは同一の材料からなることが好ましく、偏光変換素子の基材及び導光部材とほぼ同じ屈折率を有する接着剤を用いることがより好ましい。
本発明のプロジェクタにおいては、前記導光部材の光射出面の平面形状は、前記電気光学変調装置の画像形成領域の平面形状と略相似形であることが好ましい。
このように構成することにより、導光部材から射出される照明光束における光利用効率の向上を図ることが可能となる。
本発明のプロジェクタにおいては、前記偏光変換素子は、前記偏光分離層を有する偏光分離プリズムと、前記反射層を有する反射プリズムとをさらに有し、前記偏光分離プリズムと前記反射プリズムとの間には、低屈折率層が配設されていることが好ましい。
インテグレータロッドの光路後段に偏光変換素子が配置された構成を有するプロジェクタにおいては、インテグレータロッドの内面で多重反射された照明光束がインテグレータロッドの光射出面から射出されるため、偏光変換素子の光入射面には様々な角度をもった光が入射することとなる。このような様々な角度をもった光の中には、偏光分離層に入射することなく偏光変換素子を通過してしまうような角度で偏光変換素子の光入射面に入射する光が存在している。このような光が偏光変換素子から射出されると、偏光方向の揃った1種類の偏光光の中に一部非偏光光が混入してしまうため、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度が低下してしまう。
しかしながら、本発明のプロジェクタによれば、偏光分離層を有する偏光分離プリズムと反射層を有する反射プリズムとの間に低屈折率層が配設されているため、偏光分離層に入射することなく偏光変換素子を通過してしまうような角度で偏光変換素子の光入射面に入射する光を、偏光分離プリズムと低屈折率層との界面で反射し、偏光分離層に確実に入射させることが可能となる。その結果、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下をさらに抑制することが可能となる。
本発明のプロジェクタにおいては、前記低屈折率層は、空気層であることが好ましい。
このように構成することにより、偏光分離プリズムと反射プリズムとを所定位置に並置するだけで上記の効果を得ることが可能となる。
ここで、偏光分離プリズムと反射プリズムとの間隔が1μm未満であると、偏光分離層に入射することなく偏光変換素子を通過してしまうような角度で偏光変換素子の光入射面に入射する光が、偏光分離プリズムと空気層との界面で反射されずにそのまま偏光変換素子を通過してしまうおそれがあり、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下を抑制することが容易ではなくなる。一方、偏光分離プリズムと反射プリズムとの間隔が100μmを超えると、この空気層にあたる部分が、画像形成領域に照射される照明光において光強度の小さな領域として現れてしまい、画像形成領域に照射される照明光の均一度が低下する結果、投写面上で均一な面内表示特性を得ることが容易ではなくなる。
このため、前記偏光分離プリズムと前記反射プリズムとの間隔は、1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。
このように構成することにより、偏光分離層に入射することなく偏光変換素子を通過してしまうような角度で偏光変換素子の光入射面に入射する光を、偏光分離プリズムと空気層との界面で反射し、偏光分離層に確実に入射させることが可能となる。その結果、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度の低下をさらに抑制することが可能となる。また、空気層にあたる部分が、画像形成領域に照射される照明光において光強度の小さな領域として現れてしまうことを抑制することができるため、画像形成領域に照射される照明光の均一度の低下を抑制することが可能となる。その結果、投写面上で均一な面内表示特性を容易に得ることが可能となる。
このような観点からいえば、偏光変換プリズムと反射プリズムとの間隔は、2μm〜10μmであることがさらに好ましい。
このような観点からいえば、偏光変換プリズムと反射プリズムとの間隔は、2μm〜10μmであることがさらに好ましい。
本発明のプロジェクタにおいては、前記偏光分離プリズムにおける前記反射プリズムと対向する面及び前記反射プリズムにおける前記偏光分離プリズムと対向する面には、減反射膜がコーティングされていることが好ましい。
このように構成することにより、偏光分離プリズムの偏光分離層で反射されて反射プリズムの反射層へと向かう光束について、偏光分離プリズムと空気層との界面及び空気層と反射プリズムとの界面における望ましくない反射が抑制され、光利用効率が低下したり迷光レベルが上昇したりすることがなくなる。
本発明のプロジェクタにおいては、前記インテグレータロッドの光射出面と前記偏光分離プリズムの光入射面とは、接着されていることが好ましい。
このように構成することにより、インテグレータロッドと偏光分離プリズムとの間における望ましくない多重反射が抑制され、光利用効率が低下したり迷光レベルが上昇したりすることがなくなる。また、インテグレータロッドと偏光分離プリズムとの間において、装置組み立て後における位置ずれの発生を未然に防止することができる。
本発明のプロジェクタにおいては、前記偏光分離プリズムの光入射面の平面形状は、前記インテグレータロッドの光射出面の平面形状と略同一であることが好ましい。
このように構成することにより、インテグレータロッドから射出される照明光束における光利用効率の向上を図ることができる。
以下、本発明のプロジェクタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
[実施形態]
まず、実施形態に係るプロジェクタ1000の構成について、図1及び図2を用いて説明する。
図1は、実施形態に係るプロジェクタ1000の光学系を示す図である。図1(a)はプロジェクタ1000の光学系を上から見た図であり、図1(b)はプロジェクタ1000の光学系を横から見た図であり、図1(c)はインテグレータロッド140、偏光変換素子150A及び導光部材160Aの斜視図である。なお、図1(b)においては、リレーレンズ300よりも光路後段に配置されている光学系についての図示を省略している。
図2は、偏光変換素子150Aの機能を説明するために示す概念図である。
まず、実施形態に係るプロジェクタ1000の構成について、図1及び図2を用いて説明する。
図1は、実施形態に係るプロジェクタ1000の光学系を示す図である。図1(a)はプロジェクタ1000の光学系を上から見た図であり、図1(b)はプロジェクタ1000の光学系を横から見た図であり、図1(c)はインテグレータロッド140、偏光変換素子150A及び導光部材160Aの斜視図である。なお、図1(b)においては、リレーレンズ300よりも光路後段に配置されている光学系についての図示を省略している。
図2は、偏光変換素子150Aの機能を説明するために示す概念図である。
なお、以下の説明においては、互いに直交する3つの方向をそれぞれz軸方向(図1(a)における照明光軸100ax方向)、x軸方向(図1(a)における紙面に平行かつz軸に直交する方向)及びy軸方向(図1(a)における紙面に垂直かつz軸に直交する方向)とする。
実施形態に係るプロジェクタ1000は、図1(a)及び図1(b)に示すように、照明光束を射出する照明装置100と、照明装置100からの光を被照明領域に導くリレーレンズ300と、リレーレンズ300からの光を3つの色光に分離して被照明領域に導光する色分離導光光学系200と、色分離導光光学系200で分離された3つの色光のそれぞれを画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としての3つの透過型の液晶装置400R,400G,400Bと、液晶装置400R,400G,400Bによって変調された色光を合成する色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム500と、クロスダイクロイックプリズム500によって合成された光をスクリーンSCR等の投写面に投写する投写光学系600とを備えるプロジェクタである。
照明装置100は、照明光束を射出する光源装置110と、光源装置110からの照明光束をより均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換するインテグレータロッド140と、インテグレータロッド140から射出される偏光方向の揃っていない照明光束を略1種類の直線偏光に揃える偏光変換素子150Aと、偏光変換素子150Aの光路後段に配置される導光部材160Aとを備えている。
光源装置110は、楕円面リフレクタ114と、楕円面リフレクタ114の第1焦点近傍に発光中心を有する発光管112と、発光管112に設けられ、発光管112から被照明領域側に射出される光を楕円面リフレクタ114に向けて反射する反射手段としての補助ミラー116とを有している。光源装置110は、照明光軸100axを中心軸とする照明光束を射出する。
発光管112は、管球部と、管球部の両側に延びる一対の封止部とを有している。
楕円面リフレクタ114は、発光管112の一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112から放射された光を第2焦点位置に向けて反射する反射面とを有している。
楕円面リフレクタ114は、発光管112の一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112から放射された光を第2焦点位置に向けて反射する反射面とを有している。
補助ミラー116は、発光管112の他方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112から放射された光をのうち楕円面リフレクタ114に向かわない光を発光管112に向けて反射する反射面とを有している。補助ミラー116の反射面によって反射された光は、楕円面リフレクタ114に入射した後、楕円面リフレクタ114によって被照明領域側に射出される。
インテグレータロッド140は、楕円面リフレクタ114の第2焦点近傍に光入射面140iを有し、インテグレータロッド140の内面で多重反射させることにより、光源装置110からの照明光束をより均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換する機能を有する光学部材である。インテグレータロッド140としては、例えば、中実のガラスロッドを好適に用いることができる。
偏光変換素子150Aは、図2に示すように、偏光分離層152Aを有する偏光分離プリズム151Aと、反射層154Aを有する反射プリズム153Aと、λ/2板156Aとを有し、インテグレータロッド140からの照明光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略1種類の直線偏光光として射出する機能を有している。
偏光分離層152Aは、光源装置110からの照明光束に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分(P偏光成分)をそのまま透過し、他方の直線偏光成分(S偏光成分)を照明光軸100axに垂直な方向に反射する。反射層154Aは、偏光分離層152Aで反射された他方の直線偏光成分(S偏光成分)を照明光軸100axに平行な方向に反射する。λ/2板156Aは、偏光分離層152Aを透過した一方の直線偏光成分(P偏光成分)を他方の直線偏光成分(S偏光成分)に変換する。
偏光分離層152Aは、光源装置110からの照明光束に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分(P偏光成分)をそのまま透過し、他方の直線偏光成分(S偏光成分)を照明光軸100axに垂直な方向に反射する。反射層154Aは、偏光分離層152Aで反射された他方の直線偏光成分(S偏光成分)を照明光軸100axに平行な方向に反射する。λ/2板156Aは、偏光分離層152Aを透過した一方の直線偏光成分(P偏光成分)を他方の直線偏光成分(S偏光成分)に変換する。
導光部材160Aは、偏光変換素子150Aからの照明光束における面内光強度分布を均一化する機能を有する光学素子である。導光部材160Aは、中実の導光部材であり、例えば内面全反射タイプの中実の光学ブロックなどを好適に用いることができる。導光部材160Aにおける照明光軸100ax方向(z軸方向)に沿った長さは、例えば、10mmに設定されている。
導光部材160Aにおける照明光軸100ax方向に沿った長さが5mm以上であると、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することを可能としつつ、導光部材160Aにおける所定の光均一化効果を得ることが可能となり、スクリーンSCR上で均一な面内表示特性を得ることが可能となる。
一方、導光部材160Aにおける照明光軸100ax方向に沿った長さが30mm以下であると、スクリーンSCR上でさらに均一な面内表示特性を得ることを可能としつつ、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能となる。
以上のような観点から、導光部材160Aにおける照明光軸100ax方向に沿った長さは、5mm〜30mmの範囲内であることが好ましい。
一方、導光部材160Aにおける照明光軸100ax方向に沿った長さが30mm以下であると、スクリーンSCR上でさらに均一な面内表示特性を得ることを可能としつつ、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能となる。
以上のような観点から、導光部材160Aにおける照明光軸100ax方向に沿った長さは、5mm〜30mmの範囲内であることが好ましい。
導光部材160Aの光射出面160Aoと、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IAとは、共役な関係にある。
リレーレンズ300は、後述する集光レンズ280R,280G,280Bとともに、照明装置100からの照明光束を発散させずに液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IA上に結像させる機能を有している。なお、図1(a)及び図1(b)に示すリレーレンズ300は1枚のレンズで構成されているが、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。
色分離導光光学系200は、第1ダイクロイックミラー210及び第2ダイクロイックミラー220と、反射ミラー230,240,250と、入射側レンズ260と、リレーレンズ270とを有している。色分離導光光学系200は、リレーレンズ300から射出される照明光束を、赤色光、緑色光及び青色光の3つの色光に分離して、それぞれの色光を照明対象となる3つの液晶装置400R,400G,400Bに導く機能を有している。
第1ダイクロイックミラー210及び第2ダイクロイックミラー220は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。第1ダイクロイックミラー210は、赤色光成分を反射し、その他の色光成分を透過するミラーである。第2ダイクロイックミラー220は、青色光成分を透過し、緑色光成分を反射するミラーである。
第1ダイクロイックミラー210で反射された赤色光成分は、反射ミラー230により曲折され、集光レンズ280Rを介して赤色光用の液晶装置400Rの画像形成領域IAに入射する。
集光レンズ280Rは、リレーレンズ300からの照明光束を液晶装置400Rの画像形成領域IA上にほぼ重畳させるものである。他の液晶装置400G,400Bの光路前段に配設される集光レンズ280G,280Bも、集光レンズ280Rと同様に構成されている。
第1ダイクロイックミラー210を通過した緑色光成分及び青色光成分のうち緑色光成分は、第2ダイクロイックミラー220によって反射され、集光レンズ280Gを通過して緑色光用の液晶装置400Gの画像形成領域IAを照明する。一方、青色光成分は、第2ダイクロイックミラー220を透過し、入射側レンズ260、入射側の反射ミラー240、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー250及び集光レンズ280Bを通過して青色光用の液晶装置400Bの画像形成領域IAを照明する。入射側レンズ260、リレーレンズ270及び反射ミラー240,250は、第2ダイクロイックミラー220を透過した青色光成分を液晶装置400Bまで導く機能を有している。
なお、青色光の光路にこのような入射側レンズ260、リレーレンズ270及び反射ミラー240,250が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の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。実施形態に係るプロジェクタ1000においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、入射側レンズ260、リレーレンズ270及び反射ミラー240,250を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。
液晶装置400R,400G,400Bは、照明光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置110の照明対象となる。なお、図示を省略したが、集光レンズ280R,280G,280Bと各液晶装置400R,400G,400Bとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、各液晶装置400R,400G,400Bとクロスダイクロイックプリズム500との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置されている。これら入射側偏光板、液晶装置400R,400G,400B及び射出側偏光板によって、入射する各色光の光変調が行われる。
液晶装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものである。例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
液晶400R,400G,400Bとしては、「y軸方向に沿った縦寸法:x軸方向に沿った横寸法=3:4の長方形」の平面形状を有する画像形成領域IA(後述する図3(a)参照。)を有する液晶装置を用いている。
液晶装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものである。例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
液晶400R,400G,400Bとしては、「y軸方向に沿った縦寸法:x軸方向に沿った横寸法=3:4の長方形」の平面形状を有する画像形成領域IA(後述する図3(a)参照。)を有する液晶装置を用いている。
色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム500は、射出側偏光板から射出された各色光毎に変調された光学像を合成して、カラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略X字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、3つの色光が合成される。
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投写光学系600によって拡大投写され、スクリーンSCR上で大画面画像を形成する。
次に、実施形態に係るプロジェクタ1000の効果について説明する。
図3は、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IAにおける照明状態を説明するために示す図である。図3(a)は画像形成領域IAにおける面内光強度分布を示す図であり、図3(b)は画像形成領域IAにおける面内光強度分布をグラフ化して示す図である。
図3は、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IAにおける照明状態を説明するために示す図である。図3(a)は画像形成領域IAにおける面内光強度分布を示す図であり、図3(b)は画像形成領域IAにおける面内光強度分布をグラフ化して示す図である。
実施形態に係るプロジェクタ1000は、上記したように、導光部材160Aを備えていることを特徴としている。
このため、実施形態に係るプロジェクタ1000によれば、偏光分離層152Aを透過した光束が通過する偏光変換素子150Aの光射出面150Ao1の領域と、偏光分離層152A及び反射層154Aで反射された光束が通過する偏光変換素子150Aの光射出面150Ao2の領域との境界部分に、局所的な光の不均一性が存在していたとしても、上記した導光部材160Aの機能によって、導光部材160Aから射出される照明光束の面内光強度分布を均一なものとすることができる。また、導光部材160Aの光射出面160Aoを、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IAと共役な関係としたため、図3(a)及び図3(b)に示すように、画像形成領域IAに照射される照明光の均一度の低下を抑制することができる。その結果、スクリーンSCR上で均一な面内表示特性を得ることが可能となる。
また、実施形態に係るプロジェクタ1000によれば、上記のように、インテグレータロッド140の光路後段に偏光変換素子150Aが配置されているため、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することができる。
このため、実施形態に係るプロジェクタ1000は、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下を極力抑制することが可能で、かつ、スクリーンSCR上で均一な面内表示特性を得ることが可能なプロジェクタとなる。
実施形態に係るプロジェクタ1000においては、図1及び図2に示すように、インテグレータロッド140の光射出面140oと偏光変換素子150A(偏光分離プリズム151A)の光入射面150Ai及び偏光変換素子150Aの光射出面150Ao1,150Ao2と導光部材160Aの光入射面160Aiとは、それぞれ接着剤Cを介して接着されているため、インテグレータロッド140と偏光変換素子150Aと導光部材160Aとの間における望ましくない多重反射が抑制され、光利用効率が低下したり迷光レベルが上昇したりすることがなくなる。また、インテグレータロッド140と偏光変換素子150Aと導光部材160Aとを容易に一体化することができる。また、インテグレータロッド140と偏光変換素子150Aと導光部材160Aとの間において、装置組み立て後における位置ずれの発生を未然に防止することができる。
なお、実施形態に係るプロジェクタ1000においては、インテグレータロッド140と偏光変換素子150Aの基材(偏光変換素子150Aにおける偏光分離層152A、反射層154A及びλ/2板156A以外の部分)と導光部材160Aとは、同一の材料からなる。また、接着剤Cとしては、インテグレータロッド140、偏光変換素子150A及び導光部材160Aとほぼ同じ屈折率を有する接着剤を用いている。
実施形態に係るプロジェクタ1000においては、偏光分離プリズム151Aの光入射面(偏光変換素子150Aの光入射面150Ai)の平面形状は、インテグレータロッド140の光射出面140oの平面形状と略同一であるため、インテグレータロッド140から射出される照明光束における光利用効率の向上を図ることができる。
実施形態に係るプロジェクタ1000においては、導光部材160Aの光射出面160Aoの平面形状は、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域IAの平面形状と相似形であるため、導光部材160Aから射出される照明光束における光利用効率の向上を図ることが可能となる。
また、実施形態に係るプロジェクタ1000は、偏光変換素子150Aの一部に空気層158A(後述する図4(b)参照。)が配設されていることも特徴としている。以下、実施形態に係るプロジェクタ1000における偏光変換素子150Aの構成と実施形態の比較例に係るプロジェクタ1000aにおける偏光変換素子150aの構成とを比較して説明することにより、実施形態に係るプロジェクタ1000における空気層158Aの作用及び効果を詳細に説明する。
図4は、実施形態に係るプロジェクタ1000における空気層158Aの作用及び効果を説明するために示す概念図である。図4(a)は比較例における偏光変換素子150aの構成と問題点を説明するために示す概念図であり、図4(b)は実施形態における空気層158Aの作用を説明するために示す概念図である。
比較例に係るプロジェクタ1000a(図示せず。)においては、図4(a)に示すように、偏光変換素子150aにおける偏光分離層152aと反射層154aとの間の領域には、空気層が配設されていない。これに対し、実施形態に係るプロジェクタ1000においては、図4(b)に示すように、偏光分離層152Aを有する偏光分離プリズム151Aと反射層154Aを有する反射プリズム153Aとの間に、低屈折率層としての空気層158Aが配設されている。
比較例に係るプロジェクタ1000aにおいては、インテグレータロッド140の内面で多重反射された照明光束がインテグレータロッド140の光射出面140oから射出されるため、偏光変換素子150aの光入射面150aiには様々な角度をもった光が入射することとなる。このような様々な角度をもった光の中には、偏光分離層152aに入射することなく偏光変換素子150aを通過してしまうような角度で偏光変換素子150aの光入射面150aiに入射する光(図4(a)中に示す光L)が存在している。比較例に係るプロジェクタ1000aによれば、偏光分離層152aと反射層154aとの間の領域には空気層が配設されていないため、図4(a)中に示す光Lは、偏光分離層152aに入射することなく偏光変換素子150aを通過してしまう。その結果、偏光方向の揃った1種類の偏光光の中に一部非偏光光が混入してしまうため、偏光変換素子150aから射出される照明光束の偏光度が低下してしまう。
しかしながら、実施形態に係るプロジェクタ1000によれば、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間に、低屈折率層としての空気層158Aが配設されているため、偏光分離層152Aに入射することなく偏光変換素子150Aを通過してしまうような角度で偏光変換素子150Aの光入射面150Aiに入射する光(図4(b)中に示す光L’)を、偏光分離プリズム151Aと空気層158Aとの界面で反射し、偏光分離層152Aに確実に入射させることが可能となる。その結果、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下をさらに抑制することが可能となる。
実施形態に係るプロジェクタ1000においては、低屈折率層は、空気層158Aであるため、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとを所定位置に並置するだけで上記の効果を得ることが可能となる。
なお、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間隔は、例えば、5μmに設定されている。
なお、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間隔は、例えば、5μmに設定されている。
ここで、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間隔が1μm未満であると、偏光分離層152Aに入射することなく偏光変換素子150Aを通過してしまうような角度で偏光変換素子150Aの光入射面150Aiに入射する光(図4(b)中に示す光L’)が、偏光分離プリズム151Aと空気層158Aとの界面で反射されずにそのまま偏光変換素子150Aを通過してしまうおそれがあり、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下を抑制することが容易ではなくなる。一方、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間隔が100μmを超えると、この空気層158Aにあたる部分が、画像形成領域IAに照射される照明光において光強度の小さな領域として現れてしまい、画像形成領域IAに照射される照明光の均一度が低下する結果、スクリーンSCR上で均一な面内表示特性を得ることが容易ではなくなる。
このため、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間隔は、1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。
このように構成することにより、偏光分離層151Aに入射することなく偏光変換素子150Aを通過してしまうような角度で偏光変換素子150Aの光入射面150Aiに入射する光(図4(b)中に示す光L’)を、偏光分離プリズム151Aと空気層158Aとの界面で反射し、偏光分離層152Aに確実に入射させることが可能となる。その結果、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の偏光度の低下をさらに抑制することが可能となる。また、空気層158Aにあたる部分が、画像形成領域IAに照射される照明光において光強度の小さな領域として現れてしまうことを抑制することができるため、画像形成領域IAに照射される照明光の均一度の低下を抑制することが可能となる。その結果、スクリーンSCR上で均一な面内表示特性を容易に得ることが可能となる。
このような観点からいえば、偏光変換プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間隔は、2μm〜10μmであることがさらに好ましい。
このような観点からいえば、偏光変換プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間隔は、2μm〜10μmであることがさらに好ましい。
実施形態に係るプロジェクタ1000においては、偏光分離プリズム151Aにおける反射プリズム153Aと対向する面及び反射プリズム153Aにおける偏光分離プリズム151Aと対向する面には、減反射膜Rがコーティングされているため、偏光分離プリズム151Aの偏光分離層152Aで反射されて反射プリズム153Aの反射層154Aへと向かう光束について、偏光分離プリズム151Aと空気層158Aとの界面及び空気層158Aと反射プリズム153Aとの界面における望ましくない反射が抑制され、光利用効率が低下したり迷光レベルが上昇したりすることがなくなる。
以上、本発明のプロジェクタを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
[変形例1]
図5は、実施形態の変形例1に係るプロジェクタ1000bを説明するために示す図である。なお、図5において、図2と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5は、実施形態の変形例1に係るプロジェクタ1000bを説明するために示す図である。なお、図5において、図2と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
実施形態の変形例1に係るプロジェクタ1000b(図示せず。)は、実施形態に係るプロジェクタ1000とは、導光部材の構成が異なっている。すなわち、実施形態の変形例1に係るプロジェクタ1000bにおいては、図5に示すように、導光部材として、中空の導光部材160Bを用いている。
導光部材160Bは、偏光変換素子150Aからの照明光束における面内光強度分布を均一化する機能を有する光学素子である。導光部材160Bとしては、例えば4枚の反射ミラーにおける反射面を内側に向けて貼り合わせた筒状のライトトンネルなどを好適に用いることができる。
導光部材160Bの光射出面160Boと各液晶装置400R,400G,400B(図示せず。)の画像形成領域IAとは共役の関係となるため、導光部材160Bの光射出面160Boの形状と画像形成領域IAの平面形状とは略相似の関係となる。
なお、導光部材160B以外の構成については実施形態に係るプロジェクタ1000と同じであるため、詳細な説明は省略する。
このように、実施形態の変形例1に係るプロジェクタ1000bは、実施形態に係るプロジェクタ1000とは、導光部材の構成が異なっているが、実施形態に係るプロジェクタ1000の場合と同様に、偏光変換素子150Aから射出される照明光束の面内光強度分布をより均一なものとすることができる。
[変形例2]
図6は、実施形態の変形例2に係るプロジェクタ1000cを説明するために示す図である。なお、図6において、図2と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図6は、実施形態の変形例2に係るプロジェクタ1000cを説明するために示す図である。なお、図6において、図2と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
実施形態の変形例2に係るプロジェクタ1000c(図示せず。)は、実施形態に係るプロジェクタ1000とは、偏光変換素子の構成が異なっている。すなわち、実施形態の変形例2に係るプロジェクタ1000cにおける偏光変換素子150Bは、図6に示すように、偏光分離層152Bを有する直方体形状の偏光分離プリズム151Bと、外面の1つに全反射膜154Bが配置された三角柱形状の反射プリズム153Bとを有している。
なお、偏光変換素子150B以外の構成については実施形態に係るプロジェクタ1000と同じであるため、詳細な説明は省略する。
このように、実施形態の変形例2に係るプロジェクタ1000cは、実施形態に係るプロジェクタ1000とは、偏光変換素子の構成が異なっているが、実施形態に係るプロジェクタ1000の場合と同様に、インテグレータロッド140からの照明光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略1種類の直線偏光光として射出することができる。
以上、実施形態に係るプロジェクタ1000の変形例について、図5及び図6を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形も可能である。
(1)上記実施形態に係るプロジェクタ1000においては、低屈折率層として、空気層158Aが配設されている場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、偏光分離プリズム151Aと反射プリズム153Aとの間に、偏光変換素子150Aの基材(偏光変換素子150Aにおける偏光分離層152A、反射層154A及びλ/2板156A以外の部分)の屈折率よりも低い屈折率を有する層が配設されていればよい。また、このような低屈折率層は、単層であってもよいし、複数の層が積層されたものであってもよい。
(2)上記実施形態に係るプロジェクタ1000においては、電気光学変調装置として、「y軸方向に沿った縦寸法:x軸方向に沿った横寸法=3:4の長方形」の平面形状を有する画像形成領域IAを有する液晶装置400R,400G,400Bを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、「y軸方向に沿った縦寸法:x軸方向に沿った横寸法=9:16の長方形」の平面形状を有する画像形成領域を有する液晶装置を用いてもよい。この場合、インテグレータロッドの光射出面(光入射面)の形状は、「画像形成領域の平面形状と略相似である導光部材の光射出面の形状に対して、y軸方向に沿った寸法が略同一でありx軸方向に沿った寸法が略半分である長方形」であることが好ましい。すなわち、インテグレータロッドの光射出面(光入射面)の縦横比が9:8であることが好ましい。
(3)上記実施形態に係るプロジェクタ1000は透過型のプロジェクタであるが、これに限定されるものではない。本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶装置等のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶装置のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。
(4)上記実施形態に係るプロジェクタ1000においては、インテグレータロッド140として、内面全反射タイプの中実のガラスロッドを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、4枚の反射ミラーにおける反射面を内側に向けて貼り合わせた筒状のライトトンネルなどの中空のロッドを用いてもよい。
(5)この他、本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクタにも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクタにも適用できることはいうまでもない。
100…照明装置、100ax…照明光軸、110,910…光源装置、112,912…発光管、114,914…楕円面リフレクタ、116…補助ミラー、140,940…インテグレータロッド、140i,940i…(インテグレータロッドの)光入射面、140o,940o…(インテグレータロッドの)光射出面、150A,150B,150a,950…偏光変換素子、150Ai,150ai,150Bi,950i…(偏光変換素子の)光入射面、150Ao1,150Ao2,150Bo1,150Bo2,950o…(偏光変換素子の)光射出面、151A,151B…偏光分離プリズム、152A,152B,152a,952…偏光分離層、153A,153B…反射プリズム、154A,154a…反射層、154B,954…全反射膜、156A,156B,156a,956…λ/2板、158A…空気層、160A,160B…導光部材、160Ai,160Bi…(導光部材の)光入射面、160Ao,160Bo…(導光部材の)光射出面、200…色分離導光光学系、210…第1ダイクロイックミラー、220…第2ダイクロイックミラー、230,240,250…反射ミラー、260…入射側レンズ、270,300,960…リレーレンズ、280R,280G,280B,970…集光レンズ、400R,400G,400B,980…液晶装置、500…クロスダイクロイックプリズム、600…投写光学系、900,1000…プロジェクタ、C…接着剤、IA,Ia…画像形成領域、L,L’…光、P…P偏光成分、R…減反射膜、S…S偏光成分、SCR…スクリーン
Claims (11)
- 被照明領域側に集束性の照明光束を射出する光源装置と、前記光源装置からの照明光束をより均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換するインテグレータロッドと、前記インテグレータロッドからの照明光束のうち一方の直線偏光成分に係る光束を透過し他方の直線偏光成分に係る光束を反射する偏光分離層、前記偏光分離層からの他方の直線偏光成分に係る光束を照明光軸に平行な方向に向けて反射する反射層及び前記偏光分離層を透過した光束が通過する部分又は前記反射層で反射された光束が通過する部分のいずれかに配置されるλ/2板を有する偏光変換素子とを有する照明装置と、
前記照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
前記電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタであって、
前記照明装置は、前記電気光学変調装置の画像形成領域と略共役な位置に光射出面を有し、前記偏光変換素子から射出される照明光束の面内光強度分布を均一化する機能を有する導光部材をさらに有す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、
前記導光部材における照明光軸方向に沿った長さは、5mm〜30mmの範囲内であることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1又は2に記載のプロジェクタにおいて、
前記導光部材は、中空の導光部材であることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1又は2に記載のプロジェクタにおいて、
前記導光部材は、中実の導光部材であることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項4に記載のプロジェクタにおいて、
前記偏光変換素子の光射出面と前記導光部材の光入射面とは、接着されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記導光部材の光射出面の平面形状は、前記電気光学変調装置の画像形成領域の平面形状と略相似形であることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記偏光変換素子は、前記偏光分離層を有する偏光分離プリズムと、前記反射層を有する反射プリズムとをさらに有し、
前記偏光分離プリズムと前記反射プリズムとの間には、低屈折率層が配設されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項7に記載のプロジェクタにおいて、
前記低屈折率層は、空気層であることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項8に記載のプロジェクタにおいて、
前記偏光分離プリズムにおける前記反射プリズムと対向する面及び前記反射プリズムにおける前記偏光分離プリズムと対向する面には、減反射膜がコーティングされていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項7〜9のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記インテグレータロッドの光射出面と前記偏光分離プリズムの光入射面とは、接着されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項10に記載のプロジェクタにおいて、
前記偏光分離プリズムの光入射面の平面形状は、前記インテグレータロッドの光射出面の平面形状と略同一であることを特徴とするプロジェクタ。
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JP2008292589A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Ricoh Co Ltd | 照明光学系及びプロジェクタ装置 |
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