JP2011090069A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】色むら発生等の品質劣化が無く低コストで小型の3板DLPプロジェクタを実現する技術を提供する。
【解決手段】波長板26は、入射した直線偏光をクロスプリズム30に対してS偏光になるように変換し、偏光回転素子28に出力する。偏光回転素子28は、G色のS偏光をP偏光に変換してクロスプリズム30に出力する。一方で、偏光回転素子28は、B色のS偏光及びR色のS偏光は、偏光軸が回転することなくS偏光のままクロスプリズム30に出力する。クロスプリズム30に入射したS偏光は、RGBの各色に分離されてそれぞれの色に対応したDMD32に出力される。
【選択図】図2
【解決手段】波長板26は、入射した直線偏光をクロスプリズム30に対してS偏光になるように変換し、偏光回転素子28に出力する。偏光回転素子28は、G色のS偏光をP偏光に変換してクロスプリズム30に出力する。一方で、偏光回転素子28は、B色のS偏光及びR色のS偏光は、偏光軸が回転することなくS偏光のままクロスプリズム30に出力する。クロスプリズム30に入射したS偏光は、RGBの各色に分離されてそれぞれの色に対応したDMD32に出力される。
【選択図】図2
Description
本発明は、プロジェクタに関する。
市場に投入されているプロジェクタのタイプには、液晶素子を用いた液晶プロジェクタや、DMDを用いたDLP(Digital Light Processing;登録商標)プロジェクタがある。DLPプロジェクタは、完全にデジタル処理で画像を作ることから、色再現性などが良く、さらに、単板で構成可能であり、近年、シェアを拡大しつつある。
そして、DLPプロジェクタの改良のために様々な技術が投入されている。例えば、DMDの駆動態様の特性によって生じる散乱光を低減し、コントラスト比を向上させるために、偏光させた光を用いる技術が提案されている(特許文献1参照)。
ところで、DLPプロジェクタにおいて、圧倒的な高画質と信頼性を誇るタイプは、3板DLPプロジェクタである。しかし、単板タイプのDLPプロジェクタと異なり、原理的に光学系が高コストになる理由で普及価格帯にまで至っていない。3板DLPプロジェクタにおいて、現在主流となっている方式では、特許文献1に開示されている構成同様に、いわゆるフィリップスタイプのダイクロイックプリズムが採用されている。このタイプのダイクロイックプリズムは、市場が限られており生産量が少ないことから、部品価格が非常に高くなってしまうという課題がある。更に、この方式は原理的に投射レンズのバックフォーカスが長くなるという課題もある。
これに対して、例えば特開平10−274810号公報では、クロスプリズムを用いた3板液晶プロジェクタが開示されている。これを3板DLPプロジェクタに適用することで、部品価格やバックフォーカスに関する課題を解決することができる。しかしながら、クロスプリズムはP偏光とS偏光で光学特性が大きく異なるという特徴がある。例えば、実施形態で後述する図4において、クロスプリズムの特性をP偏光とS偏光の透過率(反射率)に着目して示している。図示で第1面の特性として示しているP偏光とS偏光について見ると、500nm付近の透過率がP偏光では非常に高く、S偏光では非常に低くなっている。このような光学特性の違いは、偏光軸を特定する3板液晶プロジェクタにあっては問題がないが、一般的に偏光軸を意識しない3板DLPプロジェクタに対しては、色むらの発生等の悪影響を及ぼすため、別の技術が求められていた。
本発明の目的は、以上の状況に鑑み、上記課題を解決し、色むらの発生等の品質劣化が無く低コストで小型の3板DLPプロジェクタを実現する技術を提供することにある。
本発明に係る装置は、3つのDMDによって映像変調する3板タイプのプロジェクタに関する。このプロジェクタは、所定の直線偏光の白色光が入力したときに、第1の偏光軸の白色光を出力する波長板と、前記白色光が波長の短い方から第1、第2及び第3の波長帯域に3分割されたときに、前記第2の波長帯域の光の偏光軸を90度回転させ第2の偏光軸とする偏光軸回転手段と、前記第1の偏光軸を有している前記第1の波長帯域の光を反射させる第1の反射面と、前記第1の偏光軸を有している前記第3の波長帯域の光を反射させる第2の反射面とを備え、前記第1の反射面及び前記第2の反射面が前記第2の偏光軸を有している前記第2の波長帯域の光を透過させることで、前記白色光を3つに分離して前記DMDに向けて出力するとともに前記DMDで映像変調されて戻った光を合成するクロスプリズムと、を備える。
また、前記第1の波長帯域の光はRGBのBに対応する色の光であり、前記第2の波長帯域の光はRGBのGに対応する色の光であり、前記第3の波長帯域の光は、RGBのRに対応する色の光であってもよい。
また、前記第1の偏光軸を有する光は前記クロスプリズムの前記第1及び第2の反射面に対してS偏光であり、前記第2の偏光軸を有する光は前記第1及び第2の反射面に対してP偏光であってもよい。
また、前記第1の波長帯域の光はRGBのBに対応する色の光であり、前記第2の波長帯域の光はRGBのGに対応する色の光であり、前記第3の波長帯域の光は、RGBのRに対応する色の光であってもよい。
また、前記第1の偏光軸を有する光は前記クロスプリズムの前記第1及び第2の反射面に対してS偏光であり、前記第2の偏光軸を有する光は前記第1及び第2の反射面に対してP偏光であってもよい。
本発明によれば、色むら発生等の品質劣化が無く低コストで小型の3板DLPプロジェクタを実現する技術を提供することができる。
次に、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。
図1は、本実施形態に係るプロジェクタ10の概略構成を模式的に示す斜視図である。また、図2(a)〜(c)は、プロジェクタ10の構成について、RGBの各波長帯域の光路に着目して模式的に示した平面図である。ここでは、光学系に着目して各構成要素を示しており、それ以外の構成要素、例えば、電源系や映像系の構成要素については省略している。プロジェクタ10は、表示素子(映像変調素子)として3つのDMD32を用いた3板DLPプロジェクタである。なお、R色(赤色)に対応する表示素子をDMD32(R)、G色(緑色)に対応する表示素子をDMD32(G)、B色(青色)に対応する表示素子をDMD32(B)とそれぞれ表記し、特に区別しないときは単にDMD32と表記する。そして、このプロジェクタ10では、通常、液晶DLPに用いられるクロスプリズム30(又は「ダイクロイックプリズム」ともいう)を用いると共に、そのP偏光とS偏光での光学特性の違いを調整する手段として、クロスプリズム30の直前に波長選択性を有する偏光回転素子28を配置している。以下、詳細に説明する。
プロジェクタ10は、光源としてのランプ12と、フライアイレンズ14と、PBS・波長板アレイ18と、コンデンサレンズ20とを備える。さらに、プロジェクタ10は、TIR(内部全反射)プリズム24と、波長板26と、偏光回転素子28と、クロスプリズム30と、DMD32と、投射レンズ34とを備える。
ランプ12は、例えば、高圧水銀灯であって、白色光である放電光を出力する。フライアイレンズ14は、透明基板上に矩形上に設けられた凸状レンズを配列してなる一対のレンズから構成されており、光束断面内における光量分布を均一化する。PBS・波長板アレイ18は、フライアイレンズ14で光量分布が均一化されたランプ12からの白色光を所定の直線偏光にして、コンデンサレンズ20に出力する。なお、フライアイレンズ14の代わりに、ロッドインテグレータが用いられてもよい。
コンデンサレンズ20は、PBS・波長板アレイ18から出力された白色光を所定の大きさに収束させTIRプリズム24に出力する。TIRプリズム24は、コンデンサレンズ20からの光を取り込み、内部でクロスプリズム30の方向、つまり、DMD32の方向(図2では下方向)に反射させる。また、DMD32で反射した光を取り込んだときには、内部で反射させず、投射レンズ34の方向(図2では上方向)に出力する。波長板26は、TIRプリズム24からクロスプリズム30に向けて出力された直線偏光である光の偏光軸を、クロスプリズム30に対してS偏光になるように配置されている。
偏光回転素子28は、G色の波長帯域の光の偏光軸を90度回転させる。したがって、偏光回転素子28は、G色のS偏光をP偏光に変換し、S偏光をP偏光に変換させる。偏光回転素子28として、例えば、カラーローテーター(登録商標;カラーリンク・ジャパン(株)製)を用いることができる。
図3は、偏光回転素子28の特性例を示したグラフである。ここでは、入力光がS偏光である場合にP偏光に変換されて透過したときの割合(透過率)を示している。P偏光に変換されなかったものはS偏光のまま出力される。図示のように、偏光回転素子28は、波長板26を通過してきたS偏光の概ね500〜600nmのG色の波長帯域の偏光軸を90度回転させてP偏光に変換させる。また、DMD32において反射して戻ってきたP偏光の偏光軸を90度回転させてS偏光に変換する。つまり、図2(b)の太線の矢印で示すように、偏光回転素子28を透過したG色の光は、DMD32(G)で反射して戻るまでP偏光となっている。
クロスプリズム30は、白色光をRGBの各色に分解し各々対応するDMD32(R),32(G),32(B)へ導くと共に、DMD32で画像変調された反射光を合成する。そのため、図2の平面図に示すように、クロスプリズム30は、左上から右下に向かうように形成された第1面30aと、右上から左下に向かうように形成された第2面30bが形成されている。
図4は、クロスプリズム30の特性を示しており波長と偏光軸に依存した特性を有している。第1面30aでは、B色(概ね〜500nm)の光を透過しないように、つまり反射するように構成されている。S偏光が反射する波長帯域(透過率が小さい領域)がP偏光より長い波長帯域側(図示で右方向)に概ね50nm程度シフトしている。また、第2面30bでは、R色(概ね600nm〜)光を透過しないように、つまり反射するように構成されているが、S偏光が反射する波長帯域(透過率が小さい領域)がP偏光より短い波長帯域側(図示で左方向)に概ね50nm程度シフトしている。
図5〜7にRGBの各色に対応した入射光とクロスプリズム30の特性の関係を示している。図5は、B色の入射光(S偏光)と第1面30bの反射特性を示したものである。第2面30bの反射特性は、図4の第2面の透過特性を上下反転させたものである。図示のように、第2面30bは、S偏光として偏光回転素子28を透過してきた500nm以下の直線偏光をほぼ100%反射させる特性を有する。図6は、R色の入射光(P偏光)と第1面30a及び第2面30bの透過特性を示したものである。G色のP偏光をほぼ100%透過させていることが分かる。図7はR色の入射光(S偏光)と第1面30aの反射特性を示したものである。第1面30aの反射特性は、図4の第1面30aの透過特性を上下反転させたものである。図示のように、第1面30aは、S偏光として偏光回転素子28を透過してきた600nm以上の直線偏光をほぼ100%反射させる特性を有する。このことから、効率の劣化が少なくまた他の色成分が干渉し難くなっていることが分かる。
そして、DMD32(R),32(G),32(B)は、クロスプリズム30でRGBの各色に分離された光を、映像にもとづいて制御されて反射することで変調を施す。反射した各色の光は、クロスプリズム30で合成される。
投射レンズ34は、クロスプリズム30で再度合成され、クロスプリズム30、偏光回転素子28、波長板26、TIRプリズム24を透過してきた光をスクリーン(図示せず)等に所望の大きさで表示するように出力する。
以上の構成による光の経路についてRGBの各色について図2をもとに説明する。なお、ランプ12からTIRプリズム24までは、図2(a)〜図2(c)で示すRGBの各色とも共通である。ランプ12から白色光が出力される。このとき、白色光の偏光軸はランダムである。
ランプ12から出力された白色光はフライアイレンズ14を透過する。上述の通り、フライアイレンズ14を透過することで、光束断面内における光量分布が均一化される。つづいて、フライアイレンズ14を透過した白色光はPBS・波長板アレイ18を透過する。PBS・波長板アレイ18を透過するときに、ランダムな偏光軸の分布を有していた白色光は所定の直線偏光のみがコンデンサレンズ20に出力される。そして、コンデンサレンズ20で所望の大きさに収束された直線偏光は、TIRプリズム24の内部で波長板26の方向、つまり、DMD32の方向に反射される。
TIRプリズム24においてDMD32の方向に反射した直線偏光は、波長板26に入射する。波長板26は、入射した直線偏光をクロスプリズム30に対してS偏光になるように変換し、偏光回転素子28に出力する。
偏光回転素子28は、図3で示した特性に基づき、G色に対応する概ね500〜600nmの波長帯域のS偏光をP偏光に変換してクロスプリズム30に出力する(図2(b)参照)。一方で、B色に対応する概ね500nm以下の波長帯域のS偏光及びR色に対応する600nm以上の波長帯域のS偏光は、偏光軸が回転することなくS偏光のままクロスプリズム30に出力される(図2(a),2(c)参照)。
クロスプリズム30に入射したS偏光は、RGBの各色に分離されてそれぞれの色に対応したDMD32に出力される。具体的には、図2(a)で示すように、B色のS偏光は、図5で示した特性に基づき、クロスプリズム30の第1面30aでDMD32(B)に向けて、図示右側方向に反射する。そして、B色のS偏光は、DMD32(B)で反射し再度クロスプリズム30に入射し、第1面30aで偏光回転素子28に向けて反射する。
また、図2(b)で示すように、G色に対応する500〜600nmのP偏光は、図6で示した特性に基づき、クロスプリズム30の第1及び第2面30a,30bを透過し、DMD32(G)に向けて出力される。G色のP偏光は、DMD32(G)で反射し再度クロスプリズム30に入射し、第1及び第2面30a,30bを再度透過し偏光回転素子28に向けて出力される。
さらに、図2(c)で示すように、R色のS偏光は、図7で示した特性に基づき、クロスプリズム30の第2面30bでDMD32(R)に向けて反射する。R色のS偏光は、DMD32(R)で反射し再度クロスプリズム30に入射し、第2面30bで偏光回転素子28に向けて反射する。
以上のように、クロスプリズム30に入射した白色光は、RGBの各色に分離されて、それぞれの色に対応したDMD32(R),32(G),32(B)に出力される。そして、DMD32(R),32(G),32(B)で反射してクロスプリズム30に戻ってきたRGBの各色の光は合成されて、投射レンズ34の方向(図示で上方向)に出力される。
偏光回転素子28に入力した光のうち、R色及びB色の光はS偏光であるので、図3に示した偏光回転素子28の特性にもとづき、S偏光のまま出力される。一方で、G色の光はP偏光であるので、図3に示した偏光回転素子28の特性にもとづき、偏光軸が90度回転され、S偏光に変換されて出力される。偏光回転素子28を透過した光は、波長板26、TIRプリズム24及び投射レンズ34を透過して、スクリーンに投光される。
以上、本実施形態によると、クロスプリズム30への入射光成分(ランプの特性は含まない)とクロスプリズム30の反射率又は透過率特性との関係は図5〜7に示す様になり、効率の劣化が少なく、また他の色成分が干渉し難くなっている事が分かる。その結果、クロスプリズム30を使用しているにも係わらず色分解/合成プリズム(クロスプリズム30)における透過率の劣化や混色等を抑えることができ、色再現性の良い3板DLPプロジェクタ(プロジェクタ10)を実現できる。なお、ランダム偏光を直線偏光に変換することによって、明るさやコストの面で若干不利になることも懸念されるが、上記のメリットが非常に大きい。また、クロスプリズム30から出力される光が直線偏光であることから、例えば、電気的な偏光回転素子をクロスプリズム30からスクリーンの間に追加配置することで、偏光メガネを利用した3Dプロジェクタを実現することができる。
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
10 プロジェクタ
12 ランプ
14 フライアイレンズ
18 PBS・波長板アレイ
20 コンデンサレンズ
24 TIRプリズム
26 波長板
28 偏光回転素子
30 クロスプリズム
32、32(R)、32(G)、32(B) DMD
12 ランプ
14 フライアイレンズ
18 PBS・波長板アレイ
20 コンデンサレンズ
24 TIRプリズム
26 波長板
28 偏光回転素子
30 クロスプリズム
32、32(R)、32(G)、32(B) DMD
Claims (3)
- 3つのDMDによって映像変調する3板タイプのプロジェクタであって、
所定の直線偏光の白色光が入力したときに、第1の偏光軸の白色光を出力する波長板と、
前記白色光が波長の短い方から第1、第2及び第3の波長帯域に3分割されたときに、前記第2の波長帯域の光の偏光軸を90度回転させ第2の偏光軸とする偏光軸回転手段と、
前記第1の偏光軸を有している前記第1の波長帯域の光を反射させる第1の反射面と、前記第1の偏光軸を有している前記第3の波長帯域の光を反射させる第2の反射面とを備え、前記第1及び第2の反射面が前記第2の偏光軸を有している前記第2の波長帯域の光を透過させることで、前記白色光を3つに分離して前記DMDに向けて出力するとともに前記DMDで映像変調されて戻った光を合成するクロスプリズムと、
を備えることを特徴とするプロジェクタ。 - 前記第1の波長帯域の光は、RGBのBに対応する色の光であり、
前記第2の波長帯域の光は、RGBのGに対応する色の光であり、
前記第3の波長帯域の光は、RGBのRに対応する色の光であることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクタ。 - 前記第1の偏光軸を有する光は前記クロスプリズムの前記第1及び第2の反射面に対してS偏光であり、前記第2の偏光軸を有する光は前記第1及び第2の反射面に対してP偏光であることを特徴とする請求項1または2に記載のプロジェクタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009241937A JP2011090069A (ja) | 2009-10-21 | 2009-10-21 | プロジェクタ |
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2009
- 2009-10-21 JP JP2009241937A patent/JP2011090069A/ja active Pending
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