JP2009199046A - プロジェクタ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロジェクタ装置は、光源1と、記光源の光を集光する照明光学系2と、照明光学系で集光された光が入射し、入射した光を互いに直交する2つの偏光光に分離して出射する偏光分離素子3と、2つの偏光光の一方が入射し、入射した偏光光を表示画像に応じて変調して偏光分離素子3へと出射する反射型表示素子4と、反射型表示素子4で変調された偏光光を偏光分離素子3で検光して得られる投影画像を投影する投影光学系7と、2つの偏光光の内の他方を反射して、偏光分離素子3を介して光源1へと戻す第1反射手段5とを備える。
【選択図】図1
Description
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明によるプロジェクタ装置の一実施の形態を示す図である。プロジェクタ装置は、高輝度白色LED1、集光レンズ2、偏光ビームスプリッタ(PBS)3、液晶表示素子4と、反射ミラー5、吸収型の偏光子6Pおよび投影レンズ7を備えており、これらはケースに収納されて一体となっている。液晶表示素子4には、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の反射型液晶パネルが用いられ、モノクロタイプまたはカラータイプのいずれを用いても構わないが、以下ではカラータイプの液晶表示素子が用いられるとして説明する。液晶表示素子4は、図示しない制御回路等からの駆動信号に応じて液晶表示素子4の所定の画像表示領域4aに投射像を形成する。すなわち、画像表示領域4aは、投射像を形成するために利用される有効領域である。
本発明の第2の実施の形態によるプロジェクタ装置について説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、図1に示すプロジェクタ装置が備える白色LED1にも反射部を設けた点が第1の実施の形態と異なる。
(1)白色LED1を構成するカバー14に反射部14bを設け、LEDチップ13から射出される光のうち集光レンズ2に入射しない光をLEDチップ13に戻して再利用するようにした。すなわち、反射部14bで反射された光はLEDチップ13に入射して励起や反射を繰り返して、集光レンズ2へ向けて射出されるようにした。したがって、図5に示す従来技術の白色LED11のように、LEDチップ11aの側面方向に射出された有効利用できない光LAを利用することができるので、白色LED1から射出した光の集光効率を高くし、出射光量を増加することができる。
−変形例1−
偏光分離部3aで反射されるP偏光光に代えて、S偏光光を投影に用いることもできる。この場合、プロジェクタ装置は図6に示すような構成となる。偏光分離部3aで反射されたS偏光光は、液晶表示素子4に入射する。液晶表示素子4で変調されてP偏光光となった投影光は、偏光分離部3aおよびS偏光光を吸収する偏光子6Sを透過して、投影レンズ7によりスクリーン上に投影される。このように、図6の場合には、照明光の内のP偏光光が従来利用されていなかった偏光成分であり、図1におけるS偏光光の場合におけるのと同様の作用効果を奏する。
反射ミラー5を独立して設けるものに限られない。たとえば、図7に示すように、白色LED1、集光レンズ2、PBS3、液晶表示素子4と、偏光子6Pおよび投影レンズ7をケース8内に収めて一体とし、ケース8の内面に蒸着膜を形成することにより反射ミラー5とすることができる。反射ミラー5とPBS3との距離は後述する変形例3に記載の寸法dに設定される。このように、変形例2では、ケース8の内面に形成された蒸着膜を反射ミラー5としているため、部品点数の削減により装置の小型・軽量化が図れる。
図8は、第3の変形例を説明する図である。上述したように集光レンズ2は白色LED1からの光を平行光とする光学系であるが、実際には理想的な平行光とならず、平行光から外れた光束も含まれることになる。これは、光源が理想的な点光源でないことや、プロジェクタ装置の小型化を図るために平行光とするのが難しいことなどに起因している。そのため、光線L1のように集光レンズ2から斜め方向に出射され、PBS3に入射する光束も発生する。
d>(a/2)・tanθ …(1)
図9は、本実施の形態の第4の変形例を示す図である。集光レンズ2から出射される光が完全な平行光であれば、偏光分離部3aで反射されたS偏光光は反射ミラー5に垂直に入射し、反射光は光路を逆行して白色LED1へと戻る。しかしながら、図8において説明したように、集光レンズ2から出射される実際の光は平行光からずれている。そのため、図9(a)に示すように、光軸から離れた光束は偏光分離部3aに対して45度からずれた角度で入射し、偏光分離部3aで反射されて反射ミラー5に入射するS偏光光も、光軸から遠ざかるほど斜めに入射することになる。その結果、反射光は光路を逆行するような方向には反射されず、その一部は白色LED1に戻らないことになる。
図10は、本実施の形態の第5の変形例を示す図である。上述した実施の形態では、光源として白色LED1を用いていたが、変形例5では、図10(a)に示すように、R光,G光,B光を発生する独立した3つのLED1R,1G,1Bを、光源として用いる構成とした。
図11は、本実施の形態の第6の変形例を示す図である。上述した図10(b)に示すプロジェクタ装置では、3つの独立したLED1R,1G,1Bを用い、反射ミラー5のパワーをいずれの色光に合わせるかによって、投影像の明るさ向上がより改善されるようにしたり、投影像の色バランスの調整を行ったりした。変形例6のプロジェクタ装置では、図1のように白色LED1を用いた場合にも同様な効果が得られるような構成とした。
白色LED1の反射部14bは、青色成分を反射するダイクロックミラーで構成してもよい。LEDチップ13から射出されダイクロックミラーで反射されてLEDチック13へ入射する光を青色成分のみの光とすることができる。その結果、反射光に黄色成分の光が含まれている場合に比べて、再び射出される白色光のうち黄色成分の光が多くなることが抑制される。
上述した実施の形態では、互いに直交する2つの偏光光に分離する光学素子としてブロック状のPBS3を用いたが、ワイヤグリッド偏光子や複屈折性反射型偏光子のような平板型の光学素子を用いても良い。図12はワイヤグリッド偏光子60を用いた構成を示しており、図12(a)は平面型の反射ミラー5を用いた場合であり、図12(b)はパワーを有する反射ミラー5を用いた場合である。
3・・・偏光ビームスプリッタ(PBS) 3a・・・偏光分離部 4・・・液晶表示素子
5・・・反射ミラー 6P、6S・・・偏光子 7・・・投影レンズ 8・・・ケース
10・・・遮光部材 14・・・カバー 14a・・・透過部 14b・・・反射部
20・・・クロスダイクロイックプリズム 30・・・カラーフィルタ
40・・・ダイクロックミラー 50・・・λ/4波長板 60・・・ワイヤグリッド偏光子
Claims (14)
- 光源と、
前記光源の光を集光する照明光学系と、
前記照明光学系で集光された光が入射し、入射した光を互いに直交する2つの偏光光に分離して出射する偏光分離素子と、
前記2つの偏光光の一方が入射し、入射した偏光光を表示画像に応じて変調して前記偏光分離素子へと出射する反射型表示素子と、
前記反射型表示素子で変調された偏光光を前記偏光分離素子で検光して得られる投影画像を投影する投影光学系と、
前記2つの偏光光の内の他方を反射して、前記偏光分離素子を介して前記光源へと戻す第1反射手段とを備えることを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項1に記載のプロジェクタ装置において、
前記第1反射手段は、反射された偏光光が反射前の光路を逆行するような反射特性を有することを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項1に記載のプロジェクタ装置において、
前記第1反射手段は、反射された偏光光が前記光源の中心に戻るような反射特性を有することを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
前記第1反射手段と前記偏光分離素子との間隔を、前記光源から前記偏光分離素子に入射して前記偏光分離素子で偏光分離されることなく前記第1反射手段に入射した光が、前記反射型表示素子に到達するときの入射臨界間隔よりも大きく設定したことを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項4に記載のプロジェクタ装置において、
前記偏光分離素子で偏光分離されることなく前記第1反射手段に入射して反射された光が、前記第1反射手段と前記偏光分離素子との間の領域から外部へ進行するのを阻止する遮蔽部材を設けたことを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
前記第1反射手段は、特定波長の光を反射することを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項6に記載のプロジェクタ装置において、
前記特定波長域内の波長に関するλ/4波長板を、前記照明光学系と前記偏光分離素子との間に配設したことを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
偏光方向が前記第1反射手段に入射する偏光光と同一の偏光光を透過するとともに、前記入射する偏光光と直交する偏光光を吸収する偏光子を、前記偏光分離素子と前記投影光学系との間、および前記偏光分離素子と前記第1反射手段との間の少なくとも一方に配置したことを特徴するプロジェクタ装置。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
前記光源が、蛍光体型白色LEDであることを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
前記光源から射出された光のうち前記照明光学系に入射しない光を反射して、前記光源へ戻す第2反射手段をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項10に記載のプロジェクタ装置において、
前記第2反射手段は、所定の曲面形状を備えることを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項11に記載のプロジェクタ装置において、
前記第2反射手段は、反射された光が前記光源の中心へと戻るような反射特性を有することを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項10乃至12のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
前記第2反射手段は、前記反射型表示素子の有効領域に対応する形状に形成された開口部を備え、
前記有効領域に入射しない光を反射して前記光源へ戻し、前記光源へ戻された光を前記有効領域へ入射させることを特徴とするプロジェクタ装置。 - 請求項10乃至13のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
前記第2反射手段は、特定波長域の光を反射することを特徴とするプロジェクタ装置。
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