JP2009216979A - Heat dissipation plate for optical element, polarizing plate, polarization converter, liquid crystal panel, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無機結晶材料で形成される光学素子用の放熱板、並びに、これを用いた偏光板、偏光変換装置、液晶パネル、及びプロジェクタに関する。 The present invention relates to a heat dissipation plate for an optical element formed of an inorganic crystal material, and a polarizing plate, a polarization conversion device, a liquid crystal panel, and a projector using the same.
従来の光学素子用の放熱板として、プロジェクタを構成するライトバルブの偏光板に組み込まれるものが存在し、この場合、偏光板のベース基板を2枚の一軸性結晶で構成し、各一軸性結晶の光学軸をベース基板の表面に平行に配置している(特許文献1参照)。
しかし、上記のような偏光板において、ベース基板の表面に傾斜して入射した光束については、正確に位相差が補償されず、偏光が乱される結果として、投射像のコントラスト低下を十分に抑えることができない場合があった。 However, in the polarizing plate as described above, with respect to a light beam incident on the surface of the base substrate in an inclined manner, the phase difference is not accurately compensated, and the polarization is disturbed. There was a case that could not be done.
そこで、本発明は、偏光板等に対して垂直入射光だけでなく様々な斜入射光が入射する場合にも、正確に位相差を補償して偏光の乱れを低減できる光学素子用の放熱板を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a heat dissipation plate for an optical element that can accurately compensate for a phase difference and reduce polarization disturbance even when various oblique incident light as well as normal incident light is incident on a polarizing plate or the like. The purpose is to provide.
また、本発明は、上記光学素子用の放熱板を備える偏光板、偏光変換装置、液晶パネル、及びプロジェクタを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a polarizing plate, a polarization conversion device, a liquid crystal panel, and a projector provided with the heat dissipation plate for the optical element.
上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子用の放熱板は、無機結晶材料でそれぞれ形成され、光透過性をそれぞれ有するとともに、互いに光学軸が交わる状態で配置された3枚の平板状部材を備え、3枚の平板状部材の合成によって、見かけ上の等方的な屈折率特性を示す。 In order to solve the above-described problems, the heat dissipation plate for an optical element according to the present invention is formed of an inorganic crystal material, has optical transparency, and has three plate-like shapes arranged with their optical axes crossing each other. It is provided with a member, and an apparent isotropic refractive index characteristic is shown by synthesizing three flat members.
上記放熱板は、光透過性を有する無機結晶材料で形成された3枚の平板状部材を備えるので、光路を妨げることなくこの放熱板に近接する光学素子の冷却を達成することができる。この際、放熱板は、3枚の平板状部材の合成によって見かけ上の等方的な屈折率特性を示すので、光学素子からの光束や光学素子への光束が放熱板に対して垂直な入射角を有する場合に限らず、様々な入射角を有する場合であっても、これらの光束に対して与える位相差を実質的になくすことができる。よって、対象とする光学素子の冷却を確保しつつも、光学素子の光学的性能の劣化を抑えることができる。 Since the heat radiating plate includes three flat members made of an optically transparent inorganic crystal material, it is possible to achieve cooling of the optical element adjacent to the heat radiating plate without obstructing the optical path. At this time, since the heat radiating plate exhibits an apparent isotropic refractive index characteristic by combining three flat members, the light flux from the optical element and the light flux to the optical element are incident perpendicular to the heat radiating plate. The phase difference given to these light beams can be substantially eliminated not only in the case of having an angle but also in the case of having various incident angles. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the optical performance of the optical element while ensuring the cooling of the target optical element.
また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記光学素子用の放熱板において、3枚の平板状部材は、正の一軸性結晶でそれぞれ形成され、互いに光学軸が直交するように配置されている。この場合、同一タイプの結晶材料で各平板状部材を形成することができる。 According to a specific aspect or aspect of the present invention, in the heat dissipation plate for the optical element, the three flat members are each formed of a positive uniaxial crystal so that the optical axes are orthogonal to each other. Has been placed. In this case, each flat member can be formed of the same type of crystal material.
本発明の別の態様によれば、3枚の平板状部材が、負の一軸性結晶でそれぞれ形成され、互いに光学軸が直交するように配置されている。この場合、同一タイプの結晶材料で各平板状部材を形成することができる。 According to another aspect of the present invention, the three flat members are each formed of a negative uniaxial crystal, and are arranged so that the optical axes are orthogonal to each other. In this case, each flat member can be formed of the same type of crystal material.
本発明のさらに別の態様によれば、3枚の平板状部材が、同一の材料でそれぞれ形成され、同一の厚みをそれぞれ有する。この場合、特性が一致する同一の結晶材料で各平板状部材を形成することができ、放熱板の作製を比較的簡単で安価なものとすることができる。 According to still another aspect of the present invention, the three flat members are respectively formed of the same material and have the same thickness. In this case, each flat plate member can be formed of the same crystal material having the same characteristics, and the production of the heat sink can be made relatively simple and inexpensive.
本発明のさらに別の態様によれば、3枚の平板状部材の光学軸が、各平板状部材の主面に対して平行又は垂直に延びる。この場合、各平板状部材の光学軸の設定が容易になり、各平板状部材を合成した屈折率特性を簡易に調整することができる。 According to still another aspect of the present invention, the optical axes of the three flat plate members extend parallel or perpendicular to the main surface of each flat plate member. In this case, the optical axis of each flat member can be easily set, and the refractive index characteristic obtained by combining the flat members can be easily adjusted.
本発明に係る偏光板は、(a)所定の偏光方向の偏光を通過させる偏光層と、(b)上述の光学素子用の放熱板を有し、偏光層を支持する支持板とを備える。本偏光板では、上述の放熱板によって偏光層を支持するので、偏光層を効率的に冷却しつつも、放熱板が偏光層の光学的作用に影響を及ぼすことを防止できる。 The polarizing plate according to the present invention includes (a) a polarizing layer that transmits polarized light in a predetermined polarization direction, and (b) a support plate that includes the above-described heat dissipation plate for the optical element and supports the polarizing layer. In this polarizing plate, since the polarizing layer is supported by the above-described heat radiating plate, it is possible to prevent the heat radiating plate from affecting the optical action of the polarizing layer while efficiently cooling the polarizing layer.
本発明に係る偏光変換装置は、(a)光源からの光束を偏光方向に応じて分離するとともに、分離された一方の光束の偏光方向を分離された他方の光束の偏光方向に揃える変換本体部と、(b)変換本体部の光入射側又は光射出側に固定される、上述の光学素子用の放熱板とを備える。本偏光変換装置では、上述の放熱板が変換本体部の光入射側又は光射出側に固定されるので、変換本体部を効率的に冷却しつつも、放熱板が変換本体部の光学的作用に影響を及ぼすことを防止できる。 A polarization conversion device according to the present invention includes: (a) a conversion main body that separates a light beam from a light source according to a polarization direction and aligns the polarization direction of one separated light beam with the polarization direction of the other separated light beam. And (b) a heat radiating plate for the optical element described above, which is fixed to the light incident side or the light emitting side of the conversion main body. In the present polarization conversion device, since the above-described heat radiating plate is fixed to the light incident side or the light emitting side of the conversion main body, the heat radiating plate cools the conversion main body efficiently, while the heat radiating plate has an optical action of the conversion main body. Can be prevented.
本発明に係る液晶パネルは、(a)入射光の偏光状態を画素単位で変化させる液晶パネル本体と、(b)液晶パネル本体の光入射側又は光射出側に固定される、上述の光学素子用の放熱板とを備える。本液晶パネルでは、上述の放熱板が液晶パネルの光入射側又は光射出側に固定されるので、液晶パネルを効率的に冷却しつつも、放熱板が液晶パネルの光学的作用に影響を及ぼすことを防止できる。 The liquid crystal panel according to the present invention includes (a) a liquid crystal panel main body that changes the polarization state of incident light in units of pixels, and (b) the above-described optical element fixed to a light incident side or a light emission side of the liquid crystal panel main body. A heat sink. In the present liquid crystal panel, since the above-described heat radiating plate is fixed to the light incident side or the light emitting side of the liquid crystal panel, the heat radiating plate affects the optical action of the liquid crystal panel while efficiently cooling the liquid crystal panel. Can be prevented.
本発明に係るプロジェクタは、(a)照明用の光束を射出する照明装置と、(b)照明装置からの光束によって照明される液晶表示装置と、(c)液晶表示装置によって形成された画像を投射する投射レンズとを備え、(d)上述の光学素子用の放熱板を照明装置及び液晶表示装置の少なくとも一方に一部として組み込んでいる。本プロジェクでは、上述の放熱板が照明装置及び液晶表示装置の少なくとも一方に一部として組み込まれているので、照明装置や液晶表示装置の要所を効率的に冷却しつつも、放熱板が照明装置や液晶表示装置の性能に影響を及ぼすことを防止できる。 The projector according to the present invention includes: (a) an illuminating device that emits a light beam for illumination; (b) a liquid crystal display device that is illuminated by the light beam from the illuminating device; and (c) an image formed by the liquid crystal display device. (D) the above-described heat dissipation plate for the optical element is incorporated as a part in at least one of the illumination device and the liquid crystal display device. In this project, since the above-mentioned heat sink is incorporated as a part of at least one of the lighting device and the liquid crystal display device, the heat sink is illuminated while efficiently cooling the important points of the lighting device and the liquid crystal display device. This can prevent the performance of the device and the liquid crystal display device from being affected.
図1は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of an optical system of a projector according to an embodiment of the present invention.
このプロジェクタ100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、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器である。プロジェクタ100は、光源装置10と、均一化光学系20と、色分離導光光学系30と、光変調部40と、クロスダイクロイックプリズム50と、投射レンズ60とを備える。ここで、光源装置10及び均一化光学系20は、照明装置を構成する。また、光変調部40は、3つの液晶ライトバルブ40a,40b,40cを含む。液晶ライトバルブ40a,40b,40cは、異なる色光をそれぞれ変調する液晶表示装置である。
The
上記プロジェクタ100において、光源装置10は、放電発光型の発光管11と、楕円型のリフレクタ12と、球面型の副鏡13と、平行化レンズ14とを備える。発光管11から周囲に放射された光束は、リフレクタ12で直接反射され、或いは副鏡13で反射された後にリフレクタ12でさらに反射されて収束光束となる。この収束光束は、平行化レンズ14によって平行光束とされて、前方側すなわち均一化光学系20の第1レンズアレイ23に入射する。なお、上述した楕円面型のリフレクタ12に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、リフレクタ12の後段に平行化レンズ14等を設けなくとも、光源装置10から平行光束を射出させることが可能となる。
In the
均一化光学系20は、均一化された照度の照明光を光変調部40に供給する。この均一化光学系20は、光源装置10から射出された光束を適当な状態に分割する第1及び第2レンズアレイ23,24と、両レンズアレイ23,24を経た複数の光束を重畳させる重畳レンズ25と、重畳レンズ25に入射する光束の偏光方向を揃える偏光変換装置27とを備える。第1及び第2レンズアレイ23,24は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズ23a,24aからなる。このうち、第1レンズアレイ23を構成する要素レンズ23aによって、平行化レンズ14を経た光束は複数の部分光束に分割される。また、第2レンズアレイ24を構成する要素レンズ24aによって、第1レンズアレイ23からの各部分光束は適当な発散角で射出される。重畳レンズ25は、第2レンズアレイ24から射出され偏光変換装置27を経た部分光束を全体として適宜収束させて、後段の液晶ライトバルブ40a,40b,40cの被照明領域すなわち表示領域で重畳させる。偏光変換装置27は、PBSアレイ等で構成される変換本体部27aを備えており、第1レンズアレイ23により分割され第2レンズアレイ24を経た各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を果たす。この変換本体部27aは、例えば同様の構造をそれぞれ有しY方向にそれぞれ延びる4つのプリズム要素27dをX方向に配列した構造のプリズムアレイであり、システム光軸SAに垂直なXY面に沿って2次元的に延在する。また、変換本体部27aの入射面側には、この変換本体部27a等を冷却するため、光透過性の放熱板91が組み付けられている。
The homogenizing
図2は、偏光変換装置27の構造を説明する部分拡大断面図である。変換本体部27aを構成する各プリズム要素27dは、平行四辺形の断面を有するプリズム81と、直角三角形の断面を有するプリズム88,89とを接合したものであり、全体として矩形の断面形状を有する。各プリズム要素27dは、プリズム81側面のうち斜面を利用してシステム光軸SAに対して傾斜した状態で配置される偏光分離膜83と、プリズム81を挟んで偏光分離膜83に対向して配置される反射膜84と、プリズム81の射出面81bに固定される位相差板85とを備える。一方、放熱板91は、変換本体部27aの光入射側の面ISに接合されている。つまり、放熱板91は、プリズム81の入射面81aと、プリズム89の入射側の面89aとに接着されて、システム光軸SAに対して垂直な状態に保持されている。放熱板91は、例えばUV硬化型の接着剤などにより入射面81a及び面89aに接着・固定することができる。なお、放熱板91の入射面S11のうち、プリズム89の入射側の面89aに対応する位置には、第1レンズアレイ23からの光束がプリズム89に直接入射することを防止するため、遮光用のマスク86が形成されている。
FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view for explaining the structure of the
この偏光変換装置27において、第2レンズアレイ24からの入射光ILは、マスク86の間の開口を経て放熱板91を通過し、各プリズム要素27dのプリズム81に入射する。プリズム81に入射した入射光ILは、偏光分離膜83により、反射される側の一方の偏光である第1光線PL1と、通過する側の他方の偏光である第2光線PL2とに分岐される。偏光分離膜83により反射された第1光線PL1は、再度反射膜84で反射され、射出面81bからS偏光として射出されるが、位相差板85により位相が変化し、P偏光として射出される。一方、偏光分離膜83を透過した第2光線PL2は、P偏光として射出面88bから射出される。以上により、プリズム要素27dすなわち偏光変換装置27に入射した入射光ILは、すべての偏光方向がP偏光に揃えられた照明として射出される。
In this
なお、本実施形態において、例えば射出面81bではなく射出面88bに位相差板85を取り付けることもできる。この場合、偏光変換装置27からS偏光を射出させることができる。
In the present embodiment, for example, the
図3は、放熱板91の断面構造を説明する概念図である。図示のように、放熱板91は、3枚の平板状部材91x,91y,91zを積層することによって形成されている。ここで、第1平板状部材91xの入射面S11及び射出面S12は、互いに平行でシステム光軸SAに対してともに平行になるよう配置されている。また、第2平板状部材91yの入射面S21及び射出面S22も、互いに平行でシステム光軸SAに対してともに平行になるよう配置されており、第3平板状部材91zの入射面S31及び射出面S32も、互いに平行でシステム光軸SAに対してともに平行になるよう配置されている。つまり、各平板状部材91x,91y,91zの主面としての面S11,S12,S21,S22,S31,S32は、全て互いに平行になっている。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of the
第1平板状部材91xは、負の一軸性の屈折率を有する光学材料であるサファイア板で形成されている。この第1平板状部材91xを構成するサファイア板の光学軸は、例えばシステム光軸SAに垂直なX軸方向に延びている。第2平板状部材91yも、負の一軸性の屈折率を有する光学材料であるサファイア板で形成されている。この第2平板状部材91yを構成するサファイア板の光学軸は、例えばシステム光軸SAに垂直なY軸方向に延びている。第3平板状部材91zも、負の一軸性の屈折率を有する光学材料であるサファイア板で形成されている。この第3平板状部材91zを構成するサファイア板の光学軸は、例えばシステム光軸SAに平行なZ軸方向に延びている。以上において、各平板状部材91x,91y,91zのZ軸方向すなわちシステム光軸SAに沿った厚みは全て等しくなっている。なお、以上の放熱板91は、3枚の平板状部材91x,91y,91zのみで構成することもできるが、これら平板状部材91x,91y,91zを等方性の屈折率材料であるガラス板等で支持した構造とすることもできる。
The first
図4(A)〜4(D)は、放熱板91を構成する3枚の平板状部材91x,91y,91zの機能を説明する図である。
4A to 4D are diagrams illustrating the functions of the three
図4(A)に示すように、第1平板状部材91xを構成するサファイアの屈折率楕円体RIE1は、負の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体RIE1の光学軸OA1は、この例ではシステム光軸SAに垂直なX軸方向に延びており、X軸方向の屈折率は相対的に小さいが、Y軸及びZ軸方向の屈折率は相対的に大きく互いに等しい。
As shown in FIG. 4A, the sapphire refractive index ellipsoid RIE1 constituting the first
図4(B)に示すように、第2平板状部材91yを構成するサファイアの屈折率楕円体RIE2も、負の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体RIE2の光学軸OA2は、この例ではシステム光軸SAに垂直なY軸方向に延びており、Y軸方向の屈折率は相対的に小さいが、X軸及びZ軸方向の屈折率は相対的に大きく互いに等しい。
As shown in FIG. 4B, the sapphire refractive index ellipsoid RIE2 constituting the second
図4(C)に示すように、第3平板状部材91zを構成するサファイアの屈折率楕円体RIE3も、負の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体RIE3の光学軸OA3は、この例ではシステム光軸SAに平行なZ軸方向に延びており、Z軸方向の屈折率は相対的に小さいが、Y軸及びZ軸方向の屈折率は、相対的に大きく互いに等しい。
As shown in FIG. 4C, the sapphire refractive index ellipsoid RIE3 constituting the third
図4(D)は、第1、第2、及び第3平板状部材91x,91y,91zの合成による総合的な効果を概念的に説明する図である。これら平板状部材91x,91y,91zの屈折率異方性を合成した屈折率楕円体RIEtは、X軸、Y軸、及びZ軸方向に関して等方的な球になっている。そのため、屈折率楕円体RIEtは、システム光軸SAに沿って放熱板91の入射面S11に垂直に入射するZ軸方向の光束に対して等方的であるだけでなく、放熱板91の入射面S11に対して任意の入射角を有する傾斜した光束に対しても等方的である。つまり、放熱板91は、様々な入射角度の光束に対して見かけ上等方的な屈折率特性を示す。この結果、放熱板91を通過する様々な入射角度の光束は、この放熱板91を構成する第1、第2、及び第3平板状部材91x,91y,91zを全て通過することにより、各平板状部材91x,91y,91zで受けた位相作用が互いに相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される。
FIG. 4D is a diagram for conceptually explaining an overall effect obtained by synthesizing the first, second, and third
以上で説明した第1、第2、及び第3平板状部材91x,91y,91zは、いずれも無機結晶材料であるサファイアで形成されており、一般的なガラスに比較して高い熱伝導率を有する。具体的に説明すると、サファイアの熱伝導率は、光学軸に平行な方向において、例えば20℃で42W/(m・k)である。一方、ガラスの熱伝導率は、ガラスの種類にもよるが、1W/(m・k)程度となる。よって、サファイアの方が一般的なガラスに比較して1桁以上高い熱伝導率を示す。つまり、上記第1、第2、及び第3平板状部材91x,91y,91zを接合して得た放熱板91は、ガラス板等に比較して効率の良い熱伝導体であり、放熱板91に接する光学素子、すなわち変換本体部27aを効率良く冷却することができる。
The first, second, and third
図5(A)〜5(D)は、図3に示す放熱板91の変形例を説明する図であり、図4(A)〜4(D)に対応する。この場合、放熱板91を構成する各平板状部材91x,91y,91zは、いずれも正の一軸性の屈折率を有する光学材料である水晶板で形成されており、これらの厚みは全て同一である。
5 (A) to 5 (D) are diagrams illustrating a modification of the
図5(A)に示すように、第1平板状部材91xを構成する水晶板の屈折率楕円体RIE1’は、正の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体RIE1’の光学軸OA1’は、システム光軸SAに垂直なX軸方向に延びており、X軸方向の屈折率は相対的に大きいが、Y軸及びZ軸方向の屈折率は相対的に小さく互いに等しい。図5(B)に示すように、第2平板状部材91yを構成する水晶板の屈折率楕円体RIE2’も、正の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体RIE2’の光学軸OA2’は、システム光軸SAに垂直なY軸方向に延びており、Y軸方向の屈折率は相対的に大きいが、X軸及びZ軸方向の屈折率は相対的に小さく互いに等しい。図5(C)に示すように、第3平板状部材91zを構成する水晶板の屈折率楕円体RIE3’も、正の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体RIE3’の光学軸OA3’は、システム光軸SAに平行なZ軸方向に延びており、Z軸方向の屈折率は相対的に大きいが、X軸及びY軸方向の屈折率は、相対的に小さく互いに等しい。
As shown in FIG. 5A, the refractive index ellipsoid RIE1 'of the quartz plate constituting the first
図5(D)は、変形例の平板状部材91x,91y,91zの合成による総合的な効果を概念的に説明する図である。これら平板状部材91x,91y,91zの屈折率異方性を合成した屈折率楕円体RIEtは、X軸、Y軸、及びZ軸方向に関して等方的な球になっている。つまり、変形例の放熱板91は、様々な入射角度の光束に対して見かけ上等方的な屈折率特性を示す。この結果、放熱板91を通過する様々な入射角度の光束は、この放熱板91を構成する全ての平板状部材91x,91y,91zを通過することにより、各平板状部材91x,91y,91zで受けた位相作用が相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される。
FIG. 5D is a diagram for conceptually explaining an overall effect obtained by synthesizing the
以上で説明した平板状部材91x,91y,91zの材料である水晶は、一般的なガラスに比較して高い熱伝導率を有する。具体的に説明すると、水晶の熱伝導率は、光学軸に平行な方向において、例えば70℃で9.3W/(m・k)であり、光学軸に垂直な方向において、例えば70℃で5.4W/(m・k)である。一方、ガラスの熱伝導率は、既に説明したように、1W/(m・k)程度である。よって、水晶の方が一般的なガラスに比較して1ケタ近く高い熱伝導率を示す。つまり、上記第1、第2、及び第3平板状部材91x,91y,91zを接合して得た放熱板91は、ガラス板等に比較して効率の良い熱伝導体であり、放熱板91に接する光学素子、すなわち変換本体部27aを効率良く冷却することができる。
Quartz, which is the material of the
放熱板91を構成する平板状部材91x,91y,91zは、上記サファイアや水晶以外の様々な一軸性結晶材料を用いることができる。また、放熱板91を構成する平板状部材91x,91y,91zについては、これら全てを上述のように同一の材料で形成する必要はなく、異なる材料で形成することができる。例えば異なる種類の負又は正の一軸性の屈折材料を用いる場合、各屈折材料の厚みを調節することによって全体として位相差が実質的に生じないように調整することができる。また、各平板状部材91x,91y,91zの光学軸OA1,OA2,OA3等は、製造の簡易さを考慮してシステム光軸SAに垂直又は平行としているが、各光学軸OA1,OA2,OA3が互いに直交するならば、これらがシステム光軸SAに対して垂直又は平行である必要はない。さらに、平板状部材91x,91y,91zを一軸性の屈折材料で形成しない場合、全体として位相差が実質的に生じないように、平板状部材91x,91y,91zの光学軸を互いに直交しない適当な角度に設定する構成も可能である。
Various uniaxial crystal materials other than the sapphire and the crystal can be used for the plate-
図6は、図2に示す偏光変換装置27の変形例を示す拡大図である。この場合、偏光変換装置27の変換本体部27aの射出面側に、この変換本体部27aを冷却するため放熱板91が組み付けられている。なお、放熱板91は、図2に示すものと同様であり、その機能も図4、5に示すものと同様である。また、図示の例では、位相差板85の射出面上に放熱板91を固定しているが、プリズム81,88の射出面81b,88bと、位相差板85との間に放熱板91を設けることもできる。
FIG. 6 is an enlarged view showing a modification of the
図1に戻って、色分離導光光学系30は、第1及び第2ダイクロイックミラー31a,31bと、反射ミラー32a,32b,32cと、3つのフィールドレンズ33a,33b,33cとを備え、均一化光学系20から出射した照明光を赤(R)、緑(G)、及び青(B)の3色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ40a,40b,40cへ導く。より詳しく説明すると、まず、第1ダイクロイックミラー31aは、RGBの3色のうちR光を反射しG光及びB光を透過させる。また、第2ダイクロイックミラー31bは、GBの2色のうちG光を反射しB光を透過させる。この色分離導光光学系30において、第1ダイクロイックミラー31aで反射されたR光は、反射ミラー32aを経て入射角調節用のフィールドレンズ33aに入射する。また、第1ダイクロイックミラー31aを透過し、第2ダイクロイックミラー31bで反射されたG光は、入射角調節用のフィールドレンズ33bに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー31bを通過したB光は、リレーレンズLL1,LL2及び反射ミラー32b,32cを経て入射角調節用のフィールドレンズ33cに入射する。
Returning to FIG. 1, the color separation light guide
各液晶ライトバルブ40a,40b,40cは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置である。液晶ライトバルブ40a,40b,40cは、色分離導光光学系30から射出された各色光に対応してそれぞれ照明される3つの液晶パネル41a,41b,41cと、各液晶パネル41a,41b,41cの入射側にそれぞれ配置される3つの第1偏光フィルタ42a,42b,42cと、各液晶パネル41a,41b,41cの射出側にそれぞれ配置される3つのプリ偏光フィルタ49a,49b,49cと、各プリ偏光フィルタ49a,49b,49cの後段に配置される3つの第2偏光フィルタ43a,43b,43cとを備える。
Each of the liquid
この光変調部40において、第1ダイクロイックミラー31aで反射されたR光は、第2光路OP2上のフィールドレンズ33a等を介して液晶ライトバルブ40aに入射し、液晶ライトバルブ40aを構成する液晶パネル41a上の表示領域を照明する。第1ダイクロイックミラー31aを透過し、第2ダイクロイックミラー31bで反射されたG光は、第1光路OP1上のフィールドレンズ33b等を介して液晶ライトバルブ40bに入射し、液晶ライトバルブ40bを構成する液晶パネル41b上の表示領域を照明する。第1及び第2ダイクロイックミラー31a,31bの双方を透過したB光は、第3光路OP3上のフィールドレンズ33c等を介して液晶ライトバルブ40cに入射し、液晶ライトバルブ40cを構成する液晶パネル41c上の表示領域を照明する。各液晶パネル41a〜41cは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変調し、各液晶パネル41a〜41cにそれぞれ入射した3色の光は、画素単位で偏光状態を調節される。この際、第1偏光フィルタ42a〜42cによって、各液晶パネル41a〜41cに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、プリ偏光フィルタ49a〜49cや第2偏光フィルタ43a〜43cによって、各液晶パネル41a〜41cから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。なお、プリ偏光フィルタ49a〜49cを第2偏光フィルタ43a〜43cの前段に設けることによって、不要な偏光を予め除去することができ、第2偏光フィルタ43a〜43cに過度の負担がかかることが防止できる。以上により、各液晶ライトバルブ40a,40b,40cは、それぞれに対応する各色の変調光すなわち像光を形成する。
In this
図7は、図1に示す緑色用の液晶ライトバルブ40bの構造を説明する拡大断面図である。この液晶ライトバルブ40bは、既に説明したように、液晶パネル41bと、第1偏光フィルタ42bと、プリ偏光フィルタ49bと、第2偏光フィルタ43bとによって構成される。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view illustrating the structure of the green liquid crystal
図示の液晶ライトバルブ40bにおいて、入射側の偏光素子である第1偏光フィルタ42bと、射出側の偏光素子であるプリ偏光フィルタ49b又は第2偏光フィルタ43bとは、クロスニコルを構成するように配置されている。
In the liquid crystal
ここで、第1偏光フィルタ42bは、平板状の光透過基板95と、光透過基板95上に貼り付けられた偏光層93とを有する。偏光層93は、例えばPVA(polyvinyl alcohol)ポリマーをヨウ素で染色しフィルム化の際に所定方向に延伸したものである。偏光層93は、UV効硬化樹脂等によって光透過基板95の平坦面上に接着される。偏光層93は、上記のような有機材料で形成された吸収型の偏光素子に限らず、無機材料で形成された偏光素子、ワイヤグリッド等の反射型の偏光素子に置き換えることができる。一方、光透過基板95は、例えばガラス、結晶材料等を平板に加工することによって形成したものである。なお、光透過基板95がサファイア、水晶等の結晶材料で形成されている場合、光透過基板95によって偏光層93を冷却する効果を高めることができる。
Here, the first
プリ偏光フィルタ49bは、放熱板91と、放熱板91上に貼り付けられた偏光層93とを有する。ここで、偏光層93は、第1偏光フィルタ42bを構成する偏光層93と同様のものであるが、消光比が適度に調整されている。放熱板91は、偏光変換装置27を構成する放熱板91と同様のものであり、3枚の平板状部材91x,91y,91zを積層することによって形成されている(図3参照)。この場合、放熱板91は、サファイア、水晶等で形成されており、偏光層93を効率良く冷却することができる。また、放熱板91を通過した光束は、位相作用が相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される(図4、5等参照)。よって、プリ偏光フィルタ49bを設けたことによって液晶ライトバルブ40bのコントラストが低下する等の弊害を防止でき、プリ偏光フィルタ49bの温度上昇を防止してその耐熱性や動作の安定性を高めることができる。なお、放熱板91の屈折率が非等方的で位相差を持つ場合、放熱板91の通過前後で光束の偏光状態が変化するので、第2偏光フィルタ43bの通過によって意図しない光量変化が生じ、コントラストが劣化するおそれもある。
The
なお、プリ偏光フィルタ49bにおいて、放熱板91を光射出側に設ける必要はなく、放熱板91を光入射側に設けることもできる。つまり、この場合、偏光層93は、放熱板91の光射出面に接着される。さらに、一対の放熱板91で偏光層93を挟むことも可能である。
In the
第2偏光フィルタ43bは、光透過基板95と光透過基板95上に貼り付けられた偏光層93とを有する。ここで、偏光層93は、第1偏光フィルタ42bを構成する偏光層93と同様のものである。また、光透過基板95も、第1偏光フィルタ42bを構成する光透過基板95と同様のものである。
The second
液晶パネル41bは、液晶パネル本体70に放熱板91を貼り付けた構造を有する。液晶パネル本体70は、例えばツイストネマティックモードで動作する液晶で構成される液晶層71を挟んで、入射側に第1基板72と、射出側に第2基板73とを備える。これらの基板72,73は、ともに平板状であり、入出射面の法線がシステム光軸SAすなわちZ軸に平行になるように配置されている。なお、入射光ILが入射する第1基板72は、XY面に平行な面に沿って延びるマイクロレンズアレイ72aを備える。このマイクロレンズアレイ72aは、後述する透明画素電極77すなわち画素部分PPに対応する所定パターンで2次元的に配列された多数の要素レンズELを有する。
The
液晶パネル本体70において、第1基板72の液晶層71側の面上には、透明な共通電極75が設けられており、その上には、例えば配向膜76が形成されている。一方、第2基板73の液晶層71側の面上には、マトリクス状に配置された複数の透明画素電極77と、各透明画素電極77に電気的に接続されている薄膜トランジスタ(不図示)とが設けられており、その上には、例えば配向膜78が形成されている。この液晶パネル本体70を構成する各画素部分PPは、1つの画素電極77と、共通電極75の一部と、両配向膜76,78の一部と、液晶層71の一部とを含む。各画素部分PPには、入射側の第1基板72に設けた各マイクロレンズアレイ72aによって、入射光ILの光束を絞ってこの光束を選択的に入射させることができるようになっている。なお、第1基板72と共通電極75との間には、各画素部分PPを区分するように格子状のブラックマトリクス79が設けられている。
In the liquid
液晶パネル41bの光射出側に設けられた放熱板91は、第2基板73の光射出面に接着されて、システム光軸SAに対して垂直な状態に保持されている。放熱板91は、例えばUV硬化型の接着剤を利用するなどして第2基板73の光射出面に接着・固定することができる。放熱板91は、偏光変換装置27を構成する放熱板91と同様のものであり、3枚の平板状部材91x,91y,91zを積層することによって形成されている(図3参照)。この場合、放熱板91は、サファイア、水晶等で形成されており、液晶パネル本体70を効率良く冷却することができる。また、放熱板91を通過した光束は、位相作用が相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される(図4、5等参照)。よって、放熱板91を設けたことによって液晶ライトバルブ40bのコントラストが低下する等の弊害を防止でき、液晶パネル41bの温度上昇を防止してその耐熱性を高めることができる。なお、放熱板91の屈折率が非等方的で位相差を持つ場合、放熱板91の通過前後で光束の偏光状態が変化するので、液晶パネル41bの出口で意図しない光量変化が生じ、コントラストが劣化するおそれもある。
The
なお、液晶パネル41bにおいて、放熱板91を光射出側に設ける必要はなく、放熱板91を光入射側に設けることもできる。つまり、この場合、放熱板91は、第1基板72の光入射面に接着される。
In the
以上は、G光用の液晶ライトバルブ40bの説明であったが、他のR光及びB光用の液晶ライトバルブ40a,40cも、G光用の液晶ライトバルブ40bと同一の構造を有している。つまり、これら液晶ライトバルブ40a,40cにおいても、例えばプリ偏光フィルタ49a,49cに放熱板91が組み付けられている。
The above is the description of the liquid crystal
図1に戻って、クロスダイクロイックプリズム50は、各色の像光用の光合成光学系として、各液晶ライトバルブ40a,40b,40cからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロスダイクロイックプリズム50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界面には、X字状に交差する一対の誘電体多層膜51a,51bが形成されている。一方の第1誘電体多層膜51aは、R光を反射し、他方の第2誘電体多層膜51bは、B光を反射する。クロスダイクロイックプリズム50は、液晶ライトバルブ40aからのR光を誘電体多層膜51aで反射して進行方向左側に射出させ、液晶ライトバルブ40bからのG光を誘電体多層膜51a,51bを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ40cからのB光を誘電体多層膜51bで反射して進行方向右側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム50によりR光、G光及びB光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。
Returning to FIG. 1, the cross
投射レンズ60は、投射光学系であり、クロスダイクロイックプリズム50を経て形成された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン(不図示)上にカラーの画像を投射する。
The
以上をまとめると、本実施形態のプロジェクタ100においては、偏光変換装置27と、プリ偏光フィルタ49bと、液晶パネル41bとに放熱板91を設けている。この放熱板91は、光透過性を有する無機結晶材料で形成された3枚の平板状部材91x,91y,91zで構成されるので、光路を妨げることなくこの放熱板91に近接する光学素子(具体的には、変換本体部27a、偏光層93、液晶パネル本体70等)の冷却を達成することができる。この際、3枚の平板状部材91x,91y,91zの合成によって見かけ上の等方的な屈折率特性を示すので、隣接する光学素子(変換本体部27a等)からの光束や光学素子への光束が放熱板91x,91y,91zに対して垂直に入射する場合に限らず様々な入射角で入射する場合であっても、これらの光束に対して与える位相差を実質的になくすことができる。よって、隣接する光学素子(変換本体部27a等)の冷却を確保しつつも、光学素子(変換本体部27a等)の光学的性能の劣化を抑えることができる。これにより、高輝度で色ムラのない高品位の画像を長時間安定して投射することができる。
In summary, in the
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
例えば、上記実施形態で特に触れていないが、液晶ライトバルブ40a,40b,40c中に液晶層71のプレチルトを補償するための光学補償板を挿入することも可能であり、このような光学補償板を上述の放熱板91で冷却することもできる。
For example, although not specifically mentioned in the above embodiment, an optical compensator for compensating the pretilt of the
また、上記実施形態の光源装置10に用いるランプとしては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等種々のものが考えられる。また、光源装置10は、副鏡13を有しないタイプの光源とすることができる。
Various lamps such as a high-pressure mercury lamp and a metal halide lamp are conceivable as lamps used in the
また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型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、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブ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、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。 In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a transmissive projector has been described. However, the present invention can also be applied to a reflective projector. Here, “transmission type” means that a liquid crystal light valve including a liquid crystal panel transmits light, and “reflection type” means that the liquid crystal light valve reflects light. It means that there is. The light modulation device is not limited to a liquid crystal panel or the like, and may be a light modulation device using a micromirror, for example.
また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図1等に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。 In addition, as the projector, there are a front projector that projects an image from the direction of observing the projection surface and a rear projector that projects an image from the side opposite to the direction of observing the projection surface. The configuration can be applied to both.
また、上記実施形態では、3つの液晶パネル41a〜41cを用いたプロジェクタ100の例のみを挙げたが、本発明は、1つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、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。
In the above embodiment, only the example of the
10…光源装置、 11…発光管、 14…平行化レンズ、 20…均一化光学系、 23,24…レンズアレイ、 25…重畳レンズ、 27…偏光変換装置、 27a…変換本体部、 91x…第1平板状部材、 91y…第2平板状部材、 91z…第3平板状部材、 30…色分離導光光学系、 31a,31b…ダイクロイックミラー、 40…光変調部、 40a,40b,40c…液晶ライトバルブ、 41a,41b,41c…液晶パネル、 42a,42b,42c…第1偏光フィルタ、 43a,43b,43c…第2偏光フィルタ、 49a,49b,49c…プリ偏光フィルタ、 50…クロスダイクロイックプリズム、 60…投射レンズ、 70…液晶パネル本体、 71…液晶層、 72…第1基板、 73…第2基板、 81,88,89…プリズム、 83…偏光分離膜、 84…反射膜、 85…位相差板、 86…マスク、 91…放熱板、 93…偏光層、 95…光透過基板、 100…プロジェクタ、 OA1,OA2,OA3…光学軸、 SA…システム光軸
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記3枚の平板状部材の合成によって、見かけ上の等方的な屈折率特性を示す、
光学素子用の放熱板。 Each of which is formed of an inorganic crystal material, has optical transparency, and includes three plate-like members arranged with their optical axes crossing each other,
By combining the three flat plate members, an apparent isotropic refractive index characteristic is shown.
A heat sink for optical elements.
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板を有し、前記偏光層を支持する支持板と
を備える偏光板。 A polarizing layer that transmits polarized light in a predetermined polarization direction;
A polarizing plate comprising a heat dissipation plate for an optical element according to any one of claims 1 to 5, and a support plate that supports the polarizing layer.
前記変換本体部の光入射側又は光射出側に固定される、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板と
を備える偏光変換装置。 A separation body that separates the light flux from the light source according to the polarization direction and aligns the polarization direction of the separated light flux with the polarization direction of the separated light flux;
A polarization conversion device comprising: a heat sink for an optical element according to any one of claims 1 to 5, which is fixed to a light incident side or a light emission side of the conversion main body.
前記液晶パネル本体の光入射側又は光射出側に固定される、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板と
を備える液晶パネル。 A liquid crystal panel body that changes the polarization state of incident light in units of pixels;
A liquid crystal panel provided with the heat sink for optical elements according to any one of claims 1 to 5, which is fixed to a light incident side or a light emission side of the liquid crystal panel main body.
前記照明装置からの光束によって照明される液晶表示装置と、
前記液晶表示装置によって形成された画像を投射する投射レンズとを備え、
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板を前記照明装置及び液晶表示装置の少なくとも一方に一部として組み込んだ、プロジェクタ。 An illumination device that emits a luminous flux;
A liquid crystal display device illuminated by a light beam from the illumination device;
A projection lens for projecting an image formed by the liquid crystal display device,
A projector in which the heat dissipation plate for an optical element according to any one of claims 1 to 5 is incorporated as part of at least one of the illumination device and the liquid crystal display device.
Priority Applications (1)
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