JP2007240604A - 光学装置およびプロジェクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】部品点数を削減でき、光変調装置の位置ずれを抑制できる光学装置およびプロジェクタを提供すること。
【解決手段】複数の光変調装置と、複数の光学素子443と、各光学素子443から射出された光束を合成して光学像を形成するプリズム444とを備えた光学装置440は、複数の光変調装置の少なくともいずれかを保持する保持部材6と、保持部材6により保持される光変調装置から射出された光束が入射する光学素子443の光束入射側および光束射出側に配置される一対の透光性基板7とを備える。一対の透光性基板7のうち、光学素子の光束射出側に配置された射出側基板71は、光学素子443より大きな寸法を有し、射出側基板71は、プリズムの光束入射面444Gに固定される。保持部材6には、光変調装置から射出された光束が通過する開口631が形成され、保持部材6は、光学素子443を覆うように、射出側基板71に取り付けられる。
【選択図】図5

Description

本発明は、入射光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光学装置、および、当該光学装置を備えたプロジェクタに関する。
従来、画像情報に応じた光学像を形成して、当該光学像をスクリーン等に拡大投射するプロジェクタが知られている。このようなプロジェクタとして、光源と、当該光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、当該変調された光学像としての光束を投射する投射レンズとを備えたプロジェクタが知られている。
近年、形成画像の画質や色再現性を向上させた、いわゆる三板式プロジェクタが考案されている。このような三板式プロジェクタは、光源としてのランプから射出された光束を赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の色光に分離する色分離光学系と、分離された色光ごとに設けられ、入射する色光を画像情報に応じて変調する光変調装置としての複数の液晶パネルと、各液晶パネルで変調された色光を合成して光学像を形成する合成光学装置とを備えて構成されている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載のプロジェクタでは、光の偏光方向を調整する偏光板本体と、当該偏光板本体を挟む一対のガラス基板と、当該偏光板本体および一対のガラス基板を保持するフレームおよび押さえばねとが設けられ、これらが一体的に偏光板を構成している。そして、この偏光板は、合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズムの光束入射面に液晶パネルを取り付ける取付板により、当該液晶パネルとクロスダイクロイックプリズムとの間に配置される。
特開2004−198596号公報(第5〜第7頁、図1)
しかしながら、特許文献1に記載のプロジェクタでは、偏光板本体をクロスダイクロイックプリズムに取り付ける部品点数が増加するため、当該プロジェクタの構成および製造工程が複雑化するという問題がある。
これに対し、偏光板本体と、当該偏光板本体を挟持する一対のガラス基板とを接着固定し、当該一対のガラス基板のうち、偏光板本体の光束射出側に配置されるガラス基板を、クロスダイクロイックプリズムの光束入射面に貼付する構成が考えられる。このような場合、偏光板の取付に係る部品点数を削減することができるが、偏光板本体の光束入射面に、取付板を介して液晶パネルを取り付けると、液晶パネルとクロスダイクロイックプリズムとの間に介在する接着層が多くなる。このため、液晶パネルのクロスダイクロイックプリズムに対する位置調整が難しくなるほか、接着層の経年変化とともに液晶パネル等の自重によって、当該液晶パネルの位置ずれが生じる場合があるという問題がある。
このような問題に対して、部品点数の増加を抑えつつ、液晶パネルの位置ずれを抑制することができるプロジェクタが要望されてきた。
本発明の目的は、部品点数を削減でき、光変調装置のずれを抑制できる光学装置およびプロジェクタを提供することである。
前記した目的を達成するために、本発明の光学装置は、入射光束を画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、当該各光変調装置の光束射出側に設けられ、それぞれの前記光変調装置から射出された光束を光学的に変換する複数の光学素子と、当該各光学素子の光束射出側に位置する複数の光束入射面を有し、前記各光学素子から射出された光束を合成して光学像を形成するプリズムとを備えた光学装置であって、前記複数の光変調装置のうち、少なくともいずれかを保持する保持部材と、前記保持部材により保持される前記光変調装置から射出された光束が入射する前記光学素子の光束入射側および光束射出側に配置され、前記光学素子を挟持する一対の透光性基板とを備え、前記一対の透光性基板のうち、前記光学素子の光束射出側に配置された射出側基板は、当該光学素子より大きな寸法を有し、当該射出側基板は、前記プリズムの前記光束入射面に固定され、前記保持部材には、当該保持部材により保持される前記光変調装置から射出された光束が通過する開口が形成され、当該保持部材は、前記光学素子を覆うように、前記射出側基板に取り付けられることを特徴とする。
このような光学素子として、入射光束のうち、所定の偏光方向を有する光束を透過し、他の偏光方向を有する光束を遮光する偏光膜や、光学像の視野角を制御する視野角制御フィルタ、所定波長の色光を透過するカラーフィルタ等を例示することができる。
本発明によれば、光学素子は、一対の透光性基板によって挟持され、当該一対の透光性基板のうち、光学素子の光束射出側に位置する射出側基板は、プリズムの光束入射面に固定される。そして、光変調装置は、保持部材により射出側基板に取り付けられる。これによれば、射出側基板および保持部材を介して光変調装置をプリズムに容易に取り付けることができる。
また、前述の特許文献1に記載のプロジェクタのように、光学素子をプリズムの光束入射面に固定する取付板のような部材を新たに設ける必要がないので、部品点数の増加を抑えることができるほか、光学素子の取付を容易に行うことができる。
従って、光変調装置および光学素子の取付を容易に行うことができるとともに、光学装置の構成が複雑化することを抑えることができる。
さらに、光変調装置を保持する保持部材は、プリズムの光束入射面に接着固定される射出側基板に取り付けられる。これによれば、一対の透光性基板のうち、光学素子の光束入射側に配置される基板に、保持部材が取り付けられる場合に比べて、プリズムと光変調装置との間に介在する部材の点数を少なくすることができる。このため、プリズムに対する光変調装置の位置決め固定を容易に行うことができる。
さらに、各透光性基板と光学素子とを接着固定し、当該透光性基板を構成する射出側基板をプリズムに対して接着し、光学素子の光束入射側に配置される透光性基板に保持部材を接着する構成では、保持部材とプリズムとの間に接着層が4箇所に存在することとなる。このため、接着層の経年変化により、各接着層のうち、いずれかの接着層を介して当接する部材同士にずれが生じた場合、当該光変調装置のプリズムに対する位置が、光変調装置の射出光束の光軸に対してずれてしまう。
これに対し、本発明では、保持部材を射出側基板に対して接着固定した場合でも、保持部材とプリズムとの間に介在する接着層は2箇所となる。このため、プリズムと射出側基板との間、および、射出側基板と保持部材との間にずれが生じない限り、プリズムに対する光変調装置のずれが生じないこととなる。従って、プリズムに対する光変調装置の位置ずれの発生を一層抑制でき、光学装置の長寿命化を図ることができる。
本発明では、前記射出側基板は、当該射出側基板に入射する光束の光軸に略直交する方向に、当該プリズムから延出するように固定され、前記保持部材は、前記射出側基板の光束入射側の面における前記プリズムからの延出部分に対応する位置に取り付けられていることが好ましい。
本発明によれば、光学素子の寸法を大きくすることができる一方、プリズムの寸法を小さくすることができる。
すなわち、射出側基板は、プリズムに対して延出するように設けられ、光変調装置を保持する保持部材は、射出側偏光板の光束入射面におけるプリズムから延出した部分に取り付けられる。ここで、射出側基板の寸法が、プリズムの光束入射面の寸法以下である場合には、当該射出側基板の光束入射面に保持部材を取り付ける領域を確保するために、プリズムの光束入射面に対して光学素子の寸法が小さくなってしまう。このような場合、光変調装置から射出された光束の略全てが、必ずしも光学素子に入射しない場合が生じてしまう。一方、光学素子に光変調装置から射出された光束の全てを確実に光学素子に入射させるようにするには、射出側基板の寸法を大きくする必要がある。この際、射出側基板の大型化に伴って、プリズムの光束入射面を大きくする必要が生じるため、プリズムの小型化に制約が生じてしまう。
これに対し、射出側基板に対する保持部材の取付位置を、当該射出側基板がプリズムから延出した部分とすることにより、光学素子の寸法を光変調装置の画像形成領域の寸法に合わせることができるだけでなく、確実に光学素子に光束を入射させるために、当該光学素子の寸法を大きくすることができる。従って、光学素子に入射しない無駄な光が生じることを防ぐことができる。
また、射出側基板がプリズムに対して延出するように設けられ、当該延出部分に保持部材が取り付けられるため、プリズムの光束入射面の寸法を、射出側基板の寸法に合わせるような制約が回避される。これにより、プリズムの光束入射面の寸法は、光学素子から射出される光束による照明領域に合わせることができるので、プリズムの小型化を図ることができる。従って、光学装置の小型化を図ることができる。
また、射出側基板のプリズムに対する延出方向が、当該射出側基板に入射する光束の光軸に略直交する方向で、かつ、前記プリズムにおける前記複数の光束入射面が形成された方向に略直交する方向とされていることにより、他の光学素子に応じて一対の透光性基板を設け、当該透光性基板を構成する射出側基板をプリズムの他の光束入射面に配置した場合でも、それぞれの射出側基板が相互に干渉することを防ぐことができる。
本発明では、前記一対の透光性基板のうち、前記光学素子の光束入射側に配置される入射側基板と、前記保持部材に保持された前記光変調装置との間には、所定の間隔を有する隙間が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、光変調装置と入射側基板との間に、所定の間隔を有する隙間が設けられていることにより、当該光変調装置と入射側基板との間に、冷却空気を流通させることができる。これによれば、当該冷却空気により、光変調装置を直接冷却することができるだけでなく、光変調装置の熱が伝導した保持部材を冷却することができ、また、光学素子の熱が伝導した入射側基板を冷却することができる。従って、これら光変調装置および光学素子の冷却効率を向上することができる。
また、本発明のプロジェクタは、光源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、形成された前記光学像を投射するプロジェクタであって、前述の光学装置を備え、前記光変調装置は、前記光源から射出された光束の光軸上に配置されることを特徴とする。
本発明によれば、前述の光学装置と同様の効果を奏することができる。
すなわち、光学装置の構成および製造工程を簡略化することができ、ひいては、プロジェクタの構成および製造工程を簡略化することができる。また、光変調装置のプリズムに対する位置ずれ、および、光源から射出された光束の光軸に対する光変調装置の位置ずれを抑えることができる。従って、適切な光学像を安定して形成することができる。
〔1.第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
(1)プロジェクタ1の構成
図1は、本実施形態に係るプロジェクタ1の内部構成を示す模式図である。
プロジェクタ1は、入力する画像情報に応じた光学像を形成し、当該光学像をスクリーン等に拡大投射するものである。このプロジェクタ1は、図1に示すように、外装筐体2と、投射レンズ3と、光学ユニット4等を備えて構成されている。
なお、図1において、図示は省略するが、外装筐体2内において、投射レンズ3および光学ユニット4以外の空間には、プロジェクタ1内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却ユニット、プロジェクタ1内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット、およびプロジェクタ1全体を制御する制御ユニット等が配置されるものとする。
このうち、外装筐体2は、合成樹脂等から構成され、投射レンズ3および光学ユニット4等を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装筐体2は、図示は省略するが、プロジェクタ1の天面、前面、背面、および左右両側面をそれぞれ構成するアッパーケースと、プロジェクタ1の底面、前面、および背面をそれぞれ構成するロアーケースとで構成され、アッパーケースおよびロアーケースは互いにねじ等で固定されている。なお、外装筐体2は、合成樹脂等に限らず、その他の材料にて形成してもよく、例えば、金属等により構成してもよい。
投射レンズ3は、後述する光学ユニット4にて形成された光学像(カラー画像)を図示しないスクリーン上に拡大投射する投射光学系としての機能を有する。この投射レンズ3は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。
(2)光学ユニット4の構成
光学ユニット4は、制御ユニットによる制御の下、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像(カラー画像)を形成するユニットである。この光学ユニット4は、外装筐体2の背面に沿って延出するとともに、当該外装筐体2の側面に沿って延出する平面視略L字形状を有している。
この光学ユニット4は、照明光学装置41と、色分離光学装置42と、リレー光学装置43と、光学装置44と、これらのうち、光学部品41〜43および光学装置44の入射側偏光板442を内部に収納配置する光学部品用筐体45とを備えている。
照明光学装置41は、光学装置44を構成する後述する液晶パネル5の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系である。この照明光学装置41は、光源装置411と、第1レンズアレイ412と、第2レンズアレイ413と、偏光変換素子414と、重畳レンズ415とを備えて構成されている。
光源装置411は、放射状の光線を射出する光源ランプ416と、この光源ランプ416から射出された放射光を反射して所定位置に収束させるリフレクタ417と、リフレクタ417にて収束される光束を照明光軸Aに対して平行化する平行化凹レンズ418とを備えている。このような光源ランプ416としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプを利用することができる。また、リフレクタ417としては、回転楕円面を有する楕円面リフレクタで構成することができるほか、回転放物面を有する放物面リフレクタで構成することも可能である。この場合には、平行化凹レンズ418を省略することができる。
第1レンズアレイ412は、入射光束の光軸方向から見て略矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、光源装置411から射出される光束を、複数の部分光束に分割する。
第2レンズアレイ413は、第1レンズアレイ412と同様な構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第2レンズアレイ413は、
当該第2レンズアレイ413の光路後段に配置された重畳レンズ415とともに、第1レンズアレイ412の各小レンズから射出された像を、光学装置44の後述する液晶パネル5の画像形成領域に結像させる機能を有している。
偏光変換素子414は、第2レンズアレイ413と重畳レンズ415との間に配置され、第2レンズアレイ413からの光を略1種類の直線偏光に変換するものである。
具体的に、偏光変換素子414によって略1種類の直線偏光に変換された各部分光は、重畳レンズ415によって最終的に後述する液晶パネル5の画像形成領域にほぼ重畳される。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装置411からの光の略半分を利用できない。このため、偏光変換素子414を用いることで、光源装置411からの射出光を略1種類の直線偏光に変換し、光学装置44での光の利用効率を高めている。
色分離光学装置42は、2枚のダイクロイックミラー421,422と、反射ミラー423とを備え、ダイクロイックミラー421,422により照明光学装置41から射出された複数の部分光束を赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の色光に分離する色分離光学系としての機能を有している。
リレー光学装置43は、入射側レンズ431、リレーレンズ433、および反射ミラー432,434を備え、色分離光学装置42で分離された赤色光を赤色光用の液晶パネル5(5R)まで導く機能を有している。
この際、色分離光学装置42のダイクロイックミラー421では、照明光学装置41から射出された光束の赤色光成分と緑色光成分とが透過するとともに、青色光成分が反射する。ダイクロイックミラー421によって反射した青色光は、反射ミラー423で反射し、フィールドレンズ419を通って青色光用の液晶パネル5(5B)に達する。このフィールドレンズ419は、第2レンズアレイ413から射出された各部分光束をその中心軸(主光線)に対して平行な光束に変換する。緑色光用および赤色光用の液晶パネル5(5G,5R)の光入射側に設けられたフィールドレンズ419も同様である。
ダイクロイックミラー421を透過した赤色光と緑色光のうち、緑色光はダイクロイックミラー422によって反射し、フィールドレンズ419を通って緑色光用の液晶パネル5(5G)に達する。一方、赤色光はダイクロイックミラー422を透過してリレー光学装置43を通り、さらにフィールドレンズ419を通って赤色光用の液晶パネル5(5R)に達する。なお、赤色光の光路上にリレー光学装置43が配置されているのは、赤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、光の拡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431に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ419に伝えるためである。なお、リレー光学装置43には、3つの色光のうち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。
光学装置44は、色分離光学装置42から射出される3つの色光を画像情報に応じてそれぞれ変調し、変調した各色光を合成して光学像(カラー画像)を形成する。
この光学装置44は、光変調装置としての3つの液晶パネル5(赤色光用の液晶パネルを5R、緑色光用の液晶パネルを5G、青色光用の液晶パネルを5Bとする)と、これら液晶パネル5の光束入射側にそれぞれ配置される3つの入射側偏光板442と、各液晶パネル5の光束射出側にそれぞれ配置される3つの射出側偏光板443と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム444と、液晶パネル5を保持する保持部材6(図1では図示省略)と、射出側偏光板443を挟持する一対の透光性基板7(図1では図示省略)とを備えて構成されている。そして、これらのうち、液晶パネル5、射出側偏光板443、クロスダイクロイックプリズム444、保持部材6および一対の透光性基板7によって、光学装置本体440が構成されている。なお、光学装置本体440については、後に詳述する。
このうち、入射側偏光板442には、偏光変換素子414で偏光方向が略一方向に揃えられた各色光が入射し、当該入射側偏光板442は、入射した光束のうち、偏光変換素子414で揃えられた光束の偏光方向と略同一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。この入射側偏光板442は、例えば、サファイアガラスまたは水晶等の透光性基板上に偏光膜が貼付された構成を有している。
液晶パネル5は、一対の透明ガラス基板に光学物質である液晶が密閉封入された構成を有し、制御ユニットから入力する駆動信号に応じて、画像形成領域内にある液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板442から射出された偏光光束の偏光方向を変調して、入射する色光に応じた色画像を形成する。
射出側偏光板443は、本発明の光学素子に相当し、液晶パネル5から射出された光束のうち、入射側偏光板442における光束の透過方向と直交する偏光方向を有する光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。この射出側偏光板443は、本実施形態では、フィルム状に形成されている。
クロスダイクロイックプリズム444は、各射出側偏光板443から射出されたR画像、G画像およびB画像としての各色光を合成して光学像(カラー画像)を形成する合成光学装置である。このクロスダイクロイックプリズム444は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、2つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、投射レンズ3と対向する側(G色光側)に配置された射出側偏光板443を介した色光を透過し、残り2つの射出側偏光板443(R色光側およびB色光側)を介した色光を反射する。このようにして、各入射側偏光板442、各液晶パネル5および各射出側偏光板443にて変調された各色光が合成されてカラー画像が形成される。
光学部品用筐体45は、内部に所定の照明光軸Aが設定され、上述した光学部品41〜44を照明光軸Aに対する所定位置に配置する合成樹脂製の箱状部材である。この光学部品用筐体45の内部には、詳しい図示を省略したが、各光学部品41〜44を位置決め固定するための複数の溝が形成されている。
(3)光学装置本体440の構成
図2は、光学装置本体440を示す斜視図である。また、図3は、光学装置本体440を示す分解斜視図である。なお、構成を分かりやすくするために、図2においては、液晶パネル5Bの図示を省略し、図3においては、緑色光の光路上に配置される各光学部品のみを図示する。
光学装置本体440は、入射した光束を液晶パネル5により画像情報に応じて変調して、当該入射光束に応じた色画像を形成し、当該色画像をクロスダイクロイックプリズム(以下、「プリズム」と略す場合がある)444で合成して光学像(カラー画像)を形成するものである。この光学装置本体440は、前述のように、液晶パネル5、射出側偏光板443、プリズム444、保持部材6および一対の透光性基板7を備えて構成され、これらによってユニットとして構成されている。
以下、プリズム444における各光束入射面(赤色光が入射する光束入射面を444R、緑色光が入射する光束入射面を444G、および、青色光が入射する光束入射面を444Bとする)のうち、光束入射面444G側に配置される各部材の配置および構成について説明するが、他の光束入射面444R,444Bにおいても同様の構成とされている。
(3-1)透光性基板7の構成
プリズム444において、緑色光が入射する光束入射面444Gには、図2および図3に示すように、一対の透光性基板7を構成し、射出側偏光板443の光束射出側に配置される射出側基板71が接着固定される。
この射出側基板71は、射出側偏光板443の外形寸法よりも大きく、かつ、光束入射面444R,444G,444Bの外形寸法より大きく形成されている。詳述すると、射出側基板71は、当該射出側基板71を光束入射面444Gに固定した際に、当該光束入射面444Gに入射する光束の光軸に対する直交方向で、かつ、各光束入射面444R,444G,444Bが形成された方向に対する直交方向である上下方向に延出するように形成されている。このうち、上方側に延出した部分が、上方延出部711とされ、下方側に延出した部分が下方延出部712とされている。そして、この射出側基板71の光束入射面71Aの略中央には、射出側偏光板443が貼付される。
射出側基板71の光束入射面71Aに貼付された射出側偏光板443の光束入射側には、一対の透光性基板7を構成し、射出側基板71とともに、射出側偏光板443を挟持する入射側基板72が設けられている。この入射側基板72は、射出側偏光板443の外形寸法よりわずかに大きく形成され、射出側偏光板443を覆うようにして、当該射出側偏光板443の光束入射側の面に貼付される。
なお、これら一対の透光性基板7を構成する射出側基板71および入射側基板72は、水晶、サファイア、YAG結晶化ガラス、石英、パイレックス(登録商標)および白板ガラス等で形成することができる。
このように、射出側偏光板443を一対の透光性基板7で挟持することにより、射出側偏光板443で発生した熱が入射側基板72および射出側基板71に伝達されるので、射出側偏光板443の温度上昇を抑えることができる。
(3-2)液晶パネル5の構成
液晶パネル5は、内部に液晶素子が密閉封入されたパネル本体51と、当該パネル本体51を保持する保持枠52とを備えて構成されている。
このうち、パネル本体51は、入射光束の光軸方向から見て略矩形の箱型形状に形成されている。そして、このパネル本体51は、前述のように、制御ユニットから入力する駆動信号に応じて、内部に封入された液晶素子の配向状態が制御され、当該液晶素子を入射した光束が透過する過程で変調して、入射光束に応じた色画像を形成する。
このパネル本体51に入射する光束の光軸方向から見て、当該パネル本体51の四隅には、パネル本体51を貫通する孔部511がそれぞれ形成されている。
保持枠52は、上方から見て略U字状を有し、また、入射光束の光軸方向から見て略矩形状を有する金属製の部材である。この保持枠52には、入射光束の光軸に沿って上下方向に延出し、互いに対向配置される一対の板状部521,522と、当該板状部521,522の光束射出側の端部を接続する板状部523とが形成されている。
このうち、一対の板状部521,522の互いに対向する面とは反対側の面には、面外方向に突出する3つの突出部5211,5221が、それぞれ形成されている。具体的に、突出部5211,5221は、板状部521,522の外側の面における上方、略中央、下方の近傍にそれぞれ形成されている。そして、これら突出部5211,5221は、後述する保持部材6の開口611,621にそれぞれ嵌合される。
板状部523の略中央には、パネル本体51から射出された光束が透過する略矩形状の開口5231が形成されている。この開口5231は、パネル本体51の画像形成領域、すなわち、液晶素子が配置された領域に応じた寸法で形成されている。
また、板状部523の四隅には、ねじ孔5232がそれぞれ形成されており、当該ねじ孔5232には、パネル本体51に形成された孔部511を挿通したねじ(図示省略)が螺合する。これにより、保持枠52にパネル本体51が固定される。
(3-3)保持部材6の構成
図4は、保持部材6と一対の透光性基板7とがプリズム444に取り付けられた状態を上方から見た平面図である。また、図5は、保持部材6と一対の透光性基板7とがプリズム444に取り付けられた状態を示す側面図である。なお、図5においては、液晶パネル5(5G)の図示を省略している。
保持部材6は、前述のように、液晶パネル5を光束射出側から覆うように保持するものであり、図2から図5に示すように、当該保持部材6は、入射側基板72および射出側偏光板443を覆うようにして、プリズム444の光束入射面444Gに貼付された射出側基板71に接着固定される。
この保持部材6は、保持枠52と同様に、上方から見て略U字状を有し、入射光束の光軸方向から見て略矩形状を有する金属製部材である。この保持部材6は、入射光束の光軸に沿って上下方向に延出し、互いに対向する一対の板状部61,62と、当該板状部61,62の光束射出側の端部間を接続する板状部63とを備えて構成されている。
一対の板状部61,62には、図2、図3および図5に示すように、保持枠52に形成された突出部5211,5221に対応する位置に、横長略矩形状の開口611,621がそれぞれ3つずつ形成されている。この開口611,621に突出部5211,5221がそれぞれ嵌合したまま、液晶パネル5を保持部材6に対して光軸方向にずらすことで、液晶パネル5の位置調整が行われる。なお、保持部材6の板状部61,62における互いに対向する面と、液晶パネル5の保持枠52の外側の面とは、紫外線硬化性の接着剤等により接着固定される。
一対の板状部61,62の光束射出側の端部間を接続する板状部63は、図4に示すように、板状部61,62の光束射出側の端部から、互いに近接し、かつ、光束射出側に向かって傾斜した後、一対の板状部61,62に直交する方向に延出して接続された略U字形状に形成されている。
この板状部63の略中央には、入射光束の光軸方向から見て略矩形の開口631が形成されている。この開口631には、図2および図4に示すように、入射側基板72が露出し、液晶パネル5から射出された光束が、当該開口631に露出した入射側基板72に入射する。
ここで、板状部61,62間の内側の寸法は液晶パネル5の水平方向の寸法と略同じであるので、保持部材6が液晶パネル5を保持した際には、当該板状部63における板状部61,62近傍の傾斜部632,633(板状部61に接続される傾斜部を632、板状部62に接続される傾斜部を633とする)から光束射出側には、液晶パネル5が位置しないこととなる。このため、当該保持部材6を射出側基板71に固定すると、図4に示すように、液晶パネル5と、入射側基板72との間には、所定の間隔を有する隙間Sが形成される。この隙間Sには、液晶パネル5の光束射出側の面および入射側基板72を冷却する冷却空気が流通する。これにより、液晶パネル5を直接冷却することができるだけでなく、当該液晶パネル5で発生し保持部材6に伝導された熱、および、射出側偏光板443で発生し入射側基板72に伝導された熱を冷却することができる。従って、これら液晶パネル5および射出側偏光板443の冷却効率を向上することができる。
板状部63における開口631の上方および下方に位置する水平部634,635の光束射出側の面は、図5に示すように、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bに貼付された射出側基板71の光束入射面71Aに、紫外線硬化性の接着剤等により接着固定される。これら水平部634,635が接着固定される射出側基板71の位置は、当該射出側基板71におけるプリズム444の光束入射面444Gから上下方向に延出した上方延出部711および下方延出部712とされている。
詳述すると、板状部63において上方に位置する水平部634は、射出側基板71の光束入射面71Aにおける上方延出部711に対応する位置に、また、下方に位置する水平部635は、光束入射面71Aにおける下方延出部712に対応する位置に、それぞれ接着される。これにより、保持部材6が射出側基板71に固定される。
(3-4)各部材の固定
以上説明した射出側偏光板443、液晶パネル5および透光性基板7の光束入射面444Gへの取付について説明する。
まず、プリズム444の光束入射面444Gに、一対の透光性基板7のうち、射出側基板71を配置する。この際、射出側基板71は、光束入射面444R,444G,444Bに対して、上下端部(上方延出部711および下方延出部712)が、当該射出側基板71が配置される光束入射面44Gから上下に延出するように接着固定する。
この後、射出側基板71の光束入射面71Aの略中央部分に、射出側偏光板443を貼付し、この射出側偏光板443の光束入射面に対して、当該射出側偏光板443を覆うように、入射側基板72を接着固定する。
次に、パネル本体51を保持枠52にねじ固定した液晶パネル5(5G)を、保持部材6に保持させる。この際、保持枠52の板状部521,522と、保持部材6の板状部61,62との間に紫外線硬化性の接着剤を塗布し、保持枠52の板状部521,522の外側の面に形成された突出部5211,5221が、保持部材6の板状部61,62に形成された開口611,621にそれぞれ嵌合するようにして、当該保持枠52を保持部材6に取り付ける。
この後、液晶パネル5を保持した保持部材6を、プリズム444の光束入射面444Gに固定された射出側基板71の光束入射面71Aに紫外線硬化性の接着剤により固定する。そして、保持部材6の光束射出側の面における水平部634に対応する部分を、射出側基板71の光束入射面71Aにおける上方延出部711に対応する部分に、また、水平部635に対応する部分を、光束入射面71Aにおける下方延出部712に対応する部分に接着固定する。
そして、液晶パネル5の位置調整を行った後、これら各部材に紫外線を照射することにより、プリズム444の光束入射面444Gに、射出側偏光板443、液晶パネル5、保持部材6および透光性基板7が固定される。
以上のような本実施形態のプロジェクタ1によれば、以下の効果を奏することができる。
すなわち、液晶パネル5Gを保持する保持部材6は、プリズム444の光束入射面444Gに接着固定された射出側基板71の光束入射面71Aに接着固定される。これによれば、液晶パネル5Gから見て、プリズム444との間に介装される接着層を少なくすることができる。
詳述すると、例えば、射出側基板71とともに射出側偏光板443を挟持する入射側基板72に保持部材6を接着固定する場合には、プリズム444と射出側基板71との間、射出側基板71と射出側偏光板443との間、射出側偏光板443と入射側基板72との間、および、入射側基板72と保持部材6との間に合計4層の接着層が存在することとなる。これに対し、保持部材6を射出側基板71に接着固定することとしたため、接着層が、プリズム444と射出側基板71との間、および、射出側基板71と保持部材6との間の合計2層とすることができる。これにより、介装される接着層の数を少なくすることができる。従って、接着層の経年変化による液晶パネル5Gの位置ずれを生じにくくすることができ、光学装置44の長寿命化を図ることができる。また、当該液晶パネル5Gの位置調整を容易に行うことができる。なお、このような効果は、液晶パネル5R,5Bにおいても同様に奏することができる。
また、保持部材6が、射出側基板71の光束入射面71Aに接着固定されるので、保持部材6の取付を容易に行うことができるほか、当該保持部材6に保持される液晶パネル5の位置調整を簡易に行うことができる。
さらに、射出側偏光板443および当該射出側偏光板443を挟持する一対の透光性基板7を保持するような部材を別途設ける必要がなくなるので、光学装置本体440の構成を簡略化することができ、ひいては、プロジェクタ1の製造工程を簡略化することができる。また、このように構成部材が少なくなるので、プロジェクタ1の分解等の工程を簡略化することができ、製品のリサイクル性を向上することができる。
また、保持部材6の射出側基板71への取付に際しては、当該保持部材6の水平部634,635の光束射出側の面は、射出側基板71の光束入射面71Aにおける上方延出部711および下方延出部712に対応する位置に接着される。これによれば、射出側偏光板443の大型化、および、プリズム444の小型化を図ることができる。
詳述すると、射出側基板71において、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bに対応する領域内に、保持部材6を取り付けるための領域を確保する必要がなくなるので、当該射出側基板71の光束入射面71Aに貼付される射出側偏光板443を大きくすることが可能となる。これにより、液晶パネル5の画像形成領域より大きな寸法を有する射出側偏光板443を配置することが可能となるので、当該液晶パネル5から射出された光束を確実に射出側偏光板443に入射させることができる。
一方、射出側基板71における光束入射面444R,444G,444Bに対応する領域内に、保持部材6の接着領域がある場合には、射出側偏光板443の寸法を変更しない限り、射出側基板71における保持部材6の接着領域を確保するために、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bを大きくする必要がある。これに対し、射出側基板71において光束入射面444R,444G,444Bから上下に延出する上方延出部711および下方延出部712に対応する光束入射面71Aに、保持部材6を接着固定することで、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bを小さくすることができる。従って、プリズム444の小型化を図ることができる。
また、射出側基板71における保持部材6の接着領域は、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bから上方に延出する部分である上方延出部711、および、下方に延出する下方延出部712とされている。これによれば、例えば、プリズム444の光束入射面444Gの水平方向には、光束入射面444R,444Bが位置するため、射出側基板71が水平方向に延出している場合には、他の光束入射面に接着固定された射出側基板71と干渉する。これに対し、射出側基板71の延出方向が上下方向であるので、このような干渉を無くし、それぞれの光束入射面444R,444G,444Bに適切に射出側基板71を配置することができる。従って、各光束入射面444R,444G,444Bに、射出側基板71および保持部材6を配置することができる。また、これにより、前述の液晶パネル5の位置ずれの抑制および保持部材6の固定容易等の効果を、全ての液晶パネル5(5R,5G,5B)および保持部材6において奏することができる。
さらに、保持部材6の板状部63に傾斜部632,633が形成されていることにより、当該保持部材6に保持された液晶パネル5と、板状部63に形成された開口631から露出する入射側基板72との間に、隙間Sを形成することができ、当該隙間Sに冷却空気を流通させることができる。これによれば、液晶パネル5の光束射出面を直接冷却することができるだけでなく、当該液晶パネル5の熱が伝導した保持部材6、および、射出側偏光板443の熱が伝導した入射側基板72を冷却することができる。従って、これら液晶パネル5および射出側偏光板443を効率よく冷却することができる。
〔2.第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係るプロジェクタについて説明する。
本実施形態のプロジェクタは、第1実施形態で示したプロジェクタ1と同様の構成を備えるが、液晶パネル5を保持する保持部材の形状においてプロジェクタ1と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のプロジェクタは、詳しい図示を省略するが、前述のプロジェクタ1と同様に、光学ユニット4の他、冷却ユニット、電源ユニットおよび制御ユニット等と、これらを内部に収納する外装筐体2とを備えている。
このうち、光学ユニット4は、光源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、投射するものであり、照明光学装置41と、色分離光学装置42と、リレー光学装置43と、光学装置44と、光学部品用筐体45と、投射レンズ46とを備えている。このうち、光学装置44は、光学装置本体440に代えて、光学装置本体440Aを備えて構成されている。
図6は、本実施形態の光学装置本体440Aを示す平面図である。なお、図6においては、プリズム444の光束入射面444R,444B側に配置される各部材の図示を省略している。
光学装置本体440Aは、図6に示すように、プリズム444と、当該プリズム444において緑色光が入射する光束入射面444Gに接着固定される射出側基板71と、当該射出側基板71に貼付される射出側偏光板443と、射出側偏光板443を覆うように固定される入射側基板72と、液晶パネル5(5G)と、当該液晶パネル5(5G)を保持し、射出側基板71に接着固定される保持部材6Aとを備えて構成されている。
なお、図6においては図示を省略するが、プリズム444の光束入射面444R,444Gにおいても、同様の構成とされている。また、本実施形態においては、射出側基板71は、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bのそれぞれと略同じ大きさに形成され、当該光束入射面444R,444G,444Bに合わせて接着固定されている。
保持部材6Aは、上方から見て略H字状に形成され、また、当該保持部材6Aが保持する液晶パネル5に入射する光束の光軸方向から見て略矩形状に形成されている。この保持部材6Aは、入射側基板72および射出側偏光板443を覆うようにして、射出側基板71の光束入射面71Aに接着固定される。この保持部材6Aには、液晶パネル5に入射する光束の光軸に沿うとともに、上下に延出し、互いに対向配置される一対の板状部6A1,6A2と、当該板状部6A1,6A2における入射光束の光軸に沿った方向の略中央間を架橋する板状部6A3とが形成されている。
このうち、一対の板状部6A1,6A2の光束入射側の端部から板状部6A3に至るまでの範囲には、詳しい図示を省略するが、前述の保持部材6に形成された開口611,621と同様の横長略矩形状を有する開口が、上方、略中央、下方にそれぞれ形成されている。これら開口には、液晶パネル5に形成された突出部5211,5221(図3参照)が嵌合される。また、板状部6A1,6A2の互いに対向する面には、紫外線硬化性の接着剤が塗布され、当該接着剤により、液晶パネル5が位置調整の後、保持部材6Aに固定される。
板状部6A3には、詳しい図示を省略したが、略中央に略矩形状の開口が形成されている。この開口は、保持部材6Aが液晶パネル5を保持した際に、当該液晶パネル5の画像形成領域に対応する位置に、当該画像形成領域の寸法に応じて形成されている。この開口を介して、液晶パネル5から射出された光束が、入射側基板72に入射し、当該光束は、入射側基板72を介して、射出側偏光板443に入射する。
ここで、一対の板状部6A1,6A2の光束射出側の端面6A11,6A21は、プリズム444の光束入射面444Gに貼付された射出側基板71の光束入射面71Aに接着固定される接着面とされている。すなわち、これら端面6A11,6A21には、紫外線硬化性の接着剤が塗布され、当該端面6A11,6A21は、射出側基板71の光束入射面71Aにおける水平方向の端部近傍に接着される。これにより、保持部材6Aを、射出側基板71に固定することができる。
ここで、板状部6A1,6A2において、板状部6A3の光束射出側の面から板状部6A1,6A2の端部の面である端面6A11,6A21に至る寸法は、射出側基板71の光束入射面71Aから入射側基板72の光束入射面までの寸法より大きく形成されている。このため、板状部6A3の光束射出側の面と、入射側基板72の光束入射面との間には、所定の間隔を有する隙間SAが形成される。この隙間SAには、前述の保持部材6の場合と同様に、冷却空気が流通し、液晶パネル5の光束射出面を直接冷却するとともに、当該液晶パネル5で発生し保持部材6Aに伝導された熱、および、射出側偏光板443で発生し入射側基板72に伝導された熱を冷却する。
以上のような本実施形態のプロジェクタによれば、前述のプロジェクタ1と同様の効果を奏することができる。
すなわち、液晶パネル5を保持する保持部材6Aは、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bに接着固定された射出側基板71の光束入射面71Aに接着固定される。これによれば、当該保持部材6Aを入射側基板72に固定する場合に比べ、液晶パネル5からプリズム444に至るまでに介在する接着層を少なくすることができる。従って、液晶パネル5Gの位置ずれを生じにくくすることができる。従って、液晶パネル5Gの光軸ずれを生じにくくすることができる。
保持部材6Aは、射出側基板71に対して接着固定されるので、当該保持部材6Aの取付を容易に行うことができる。また、保持部材6A、一対の透光性基板7および射出側偏光板443の固定に際して、他の部材を設ける必要が無くなるので、光学装置本体440A、ひいては、プロジェクタの構成を簡略化することができる。これにより、プロジェクタの製造工程および分解工程を簡略化することができ、製品のリサイクル性を向上することができる。
さらに、保持部材6Aの板状部6A3と、入射側基板72との間に、隙間SAを形成することができるので、当該隙間SAに冷却空気を流通させることができる。従って、液晶パネル5、保持部材6Aおよび入射側基板72を冷却することができるので、保持部材6Aに保持される液晶パネル5および射出側偏光板443の冷却効率を向上することができる。
〔3.実施形態の変形〕
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、保持部材6,6Aは、射出側基板71の光束入射面71Aに接着固定されるとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、保持部材6,6Aが、射出側基板71の光束射出側の面に固定される構成としてもよく、また、射出側基板71における光束入射面71Aと光束射出側の面とを接続する側面に、保持部材6,6Aが固定される構成としてもよい。
前記各実施形態では、各液晶パネル5(5R,5G,5B)は、それぞれ保持部材6,6Aによって保持され、当該各保持部材6,6Aは、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bに固定された射出側基板71に接着固定されるとしたが、本発明はこれに限らず、各液晶パネル5(5R,5G,5B)のうち、少なくともいずれかが保持部材6,6Aによって保持され、射出側基板71に固定されていればよい。
前記第1実施形態では、射出側基板71は、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bより上下に大きく形成され、当該射出側基板71は、各光束入射面444R,444G,444Bから上下方向に延出するように固定されるとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、各光束入射面444R,444G,444Bと略同じ寸法を有するように形成してもよい。このような場合、射出側偏光板443および入射側基板72を避けて、保持部材6を射出側基板71に固定すればよい。
また、前記第1実施形態では、射出側基板71は、プリズム444の光束入射面444R,444G,444Bに対して上方に延出する上方延出部711、および、下方に延出する下方延出部712を有するとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、射出側基板71を、プリズム444の光束入射面に対して水平方向に延出するように配置してもよい。
前記第2実施形態では、保持部材6Aの端面6A11,6A21は、射出側基板71の光束入射面71Aにおける水平方向の端部近傍に接着されるとしたが、本発明はこれに限らず、上下方向(高さ方向)の端部近傍に接着されるとしてもよい。すなわち、板状部6A1,6A2が水平方向に沿って延出し、当該板状部6A1,6A2の光束射出側の端面6A11,6A21がそれぞれ、射出側基板71の光束入射面71Aにおける上下方向の端部近傍に接着される構成としてもよい。
前記第2実施形態では、保持部材6Aは、射出側基板71の光束入射面71Aに対して、当該保持部材6Aを構成する板状部6A1,6A2の光束射出側の端面6A11,6A21で接着されるとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、対向する一対の板状部間を接続する板状部の光束射出側の面から面外方向に突出する突出部により、保持部材が射出側基板71に固定されるようにしてもよい。また、このような場合、突出部は、当該突出部が形成される板状部の四隅にそれぞれ形成されるようにしてもよく、また、当該板状部を構成する各辺の略中央にそれぞれ形成されるようにしてもよい。
前記各実施形態では、入射側基板72の光束入射面と、液晶パネル5との間には、隙間S,SAが形成されるとしたが、本発明はこれに限らず、これら入射側基板72と液晶パネル5とを互いに接触するように配置してもよい。
前記各実施形態では、光学素子として、射出側偏光板443を例示したが、本発明は、これに限らず、例えば、光学像の視野角を制御する視野角制御フィルタ、所定波長の色光を透過するカラーフィルタ等を用いてもよい。
また、前記各実施形態では、光学素子としての射出側偏光板443を一対の透光性基板7で挟持する構成としたが、本発明はこれに限らず、入射側基板72の光束入射側に別の光学素子を配置させてもよい。
前記各実施形態では、プロジェクタ1は、3つの液晶パネル5R,5G,5Bを備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、2つ以下、あるいは、4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも、本発明を適用可能である。
また、前記各実施形態では、光学ユニット4は平面視略L字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略U字形状を有した構成を採用してもよい。
さらに、前記各実施形態では、光束入射面と光束射出面とが異なる透過型の液晶パネル5を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
前記各実施形態では、光変調装置として液晶パネル5を備えたプロジェクタ1を例示したが、入射光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置であれば、他の構成の光変調装置を採用してもよい。
また、前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から画像投射を行なうフロントタイプのプロジェクタ1のみを例示したが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から画像投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
本発明は、光学装置に利用でき、特にプロジェクタに採用される光学装置に好適に利用することができる。
本発明の第1実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図。 前記実施形態における光学装置本体を示す斜視図。 前記実施形態における光学装置本体の構成を示す分解斜視図。 前記実施形態における保持部材と一対の透光性基板とがプリズムに取り付けられた状態を示す平面図。 前記実施形態における保持部材と一対の透光性基板とがプリズムに取り付けられた状態を示す側面図。 本発明の第2実施形態に係るプロジェクタに設けられた保持部材を示す平面図。
符号の説明
1…プロジェクタ、5(5R,5G,5B)…液晶パネル(光変調装置)、6,6A…保持部材、7…透光性基板、44…光学装置、71…射出側基板、72…入射側基板、416…光源ランプ(光源)、443…射出側偏光板(光学素子)、444…クロスダイクロイックプリズム(プリズム)、631…開口、711…上方延出部(延出部分)、712…下方延出部(延出部分)、444R,444G,444B…光束入射面。

Claims (4)

  1. 入射光束を画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、当該各光変調装置の光束射出側に設けられ、それぞれの前記光変調装置から射出された光束を光学的に変換する複数の光学素子と、当該各光学素子の光束射出側に位置する複数の光束入射面を有し、前記各光学素子から射出された光束を合成して光学像を形成するプリズムとを備えた光学装置であって、
    前記複数の光変調装置のうち、少なくともいずれかを保持する保持部材と、
    前記保持部材により保持される前記光変調装置から射出された光束が入射する前記光学素子の光束入射側および光束射出側に配置され、前記光学素子を挟持する一対の透光性基板とを備え、
    前記一対の透光性基板のうち、前記光学素子の光束射出側に配置された射出側基板は、当該光学素子より大きな寸法を有し、
    当該射出側基板は、前記プリズムの前記光束入射面に固定され、
    前記保持部材には、当該保持部材により保持される前記光変調装置から射出された光束が通過する開口が形成され、
    当該保持部材は、前記光学素子を覆うように、前記射出側基板に取り付けられることを特徴とする光学装置。
  2. 請求項1に記載の光学装置において、
    前記射出側基板は、
    当該射出側基板に入射する光束の光軸に略直交する方向に、当該プリズムから延出するように固定され、
    前記保持部材は、
    前記射出側基板の光束入射側の面における前記プリズムからの延出部分に対応する位置に取り付けられていることを特徴とする光学装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の光学装置において、
    前記一対の透光性基板のうち、前記光学素子の光束入射側に配置される入射側基板と、前記保持部材に保持された前記光変調装置との間には、所定の間隔を有する隙間が設けられていることを特徴とする光学装置。
  4. 光源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、形成された前記光学像を投射するプロジェクタであって、
    請求項1から請求項3のいずれかに記載の光学装置を備え、
    前記光変調装置は、前記光源から射出された光束の光軸上に配置されることを特徴とするプロジェクタ。
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