JP2012113081A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光変調装置の入射側偏光板を減らして製造コストの低減と光変調装置の冷却効率の向上が図られたプロジェクターを提供する。
【解決手段】プロジェクター１は、互いに波長域が異なるＲ光、Ｇ光、Ｂ光を含む光束を射出する光源装置１０と、光源装置１０から射出された光束のうちＢ光を反射し他の色光を透過する第１のダイクロイックミラー３１と、第１のダイクロイックミラー３１を透過した光束のうちＧ光を反射し他の色光を透過する第２のダイクロイックミラー３２と、第１のダイクロイックミラー３１または第２のダイクロイックミラー３２のいずれかの表面に配置された偏光子５６と、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を変調する光変調装置５０と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

赤色光、緑色光、青色光の各色光を変調する光変調装置を備えたプロジェクターが知られている。光変調装置は、各色光用の液晶パネルと、液晶パネルの入射側および射出側に配置された偏光板とで構成される。このように、各色光に対して一対の偏光板を必要とするため製造コストが増加するとともに、光変調装置における部材間の隙間が小さくなるため光変調装置の冷却効率が低下するという課題があった。

これに対して、光源とダイクロイックミラーとの間に偏光板を配置する構成のプロジェクターが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のプロジェクターでは、光源とダイクロイックミラーとの間に配置された一つの偏光板で複数の色光を偏光することによって、それらの色光に対応する光変調装置の入射側偏光板を不要にする。これにより、製造コストの低減と光変調装置の冷却効率の向上を図っている。

特開２０１０−７８７２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクターでは、偏光板が光源とダイクロイックミラーとの間に設置されるため、偏光板を構成する偏光子を支持する基材（例えば、ガラス基板）が従来通り必要であり、所定の設置位置に偏光板を保持するための機構も必要である。したがって、従来のプロジェクターに比べて製造コストを大幅に低減する効果は必ずしも期待できない。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るプロジェクターは、互いに波長域が異なる第１の色光、第２の色光、および第３の色光を含む光束を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された前記光束のうち前記第１の色光を反射し他の色光を透過する第１のダイクロイックミラーと、前記第１のダイクロイックミラーを透過した前記光束のうち前記第２の色光を反射し他の色光を透過する第２のダイクロイックミラーと、前記第１のダイクロイックミラーまたは前記第２のダイクロイックミラーのいずれかの表面に配置された偏光子と、前記第１の色光、前記第２の色光、および前記第３の色光を変調する光変調装置と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、第１のダイクロイックミラーまたは第２のダイクロイックミラーの表面に偏光子が配置されているので、偏光子を透過した色光はこの偏光子により偏光される。このため、一つの偏光子で複数の色光を偏光することが可能となり、この偏光子で偏光された色光に対応する光変調装置の入射側偏光板を不要にできる。これにより、製造コストを低減でき光変調装置の冷却効率を向上できる。
また、光源とダイクロイックミラーとの間に偏光板が設置される場合に比べて、ダイクロイックミラーが偏光子の基材（基板）としての役割を果たすため基材を不要にでき、光源とダイクロイックミラーとの間の設置位置に偏光子を保持する機構も不要にできるので、製造コストをより低減することができる。

［適用例２］上記適用例に係るプロジェクターであって、前記偏光子は、前記第１のダイクロイックミラーまたは前記第２のダイクロイックミラーのいずれかの前記光束が入射する側の表面に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、偏光子がダイクロイックミラーの入射側に配置されるので、ダイクロイックミラーを透過する色光だけでなくダイクロイックミラーで反射される色光も偏光される。これにより、偏光子がダイクロイックミラーの射出側に配置される場合に比べて、光変調装置における入射側偏光板をより減らすことができる。

［適用例３］上記適用例に係るプロジェクターであって、前記偏光子は、前記第１のダイクロイックミラーの表面に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、偏光子が光路前段の第１のダイクロイックミラーの表面に配置されているので、偏光子が入射側または射出側のいずれの表面に配置されている場合でも、光路後段の第２のダイクロイックミラーに配置されている場合に比べて、偏光子を透過する色光が多くなる。これにより、偏光子が光路後段の第２のダイクロイックミラーの表面に配置されている場合に比べて、光変調装置における入射側偏光板をより減らすことができる。

第１の実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図。 第２の実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図。 変形例１に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図。

以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、参照する各図面において、構成をわかりやすく示すため、各構成要素の寸法の比率、角度等は適宜異ならせてある。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るプロジェクターの概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図である。プロジェクター１は、光源から射出される光束を画像情報に応じて変調してスクリーン等の投写面に拡大投写する電子機器である。

図１に示すように、プロジェクター１は、外装ケース２と、光源装置１０と、照明光学装置２０と、色分離光学装置３０と、リレー光学装置４０と、光変調装置５０と、投写光学装置６０とを備えている。光源装置１０、照明光学装置２０、色分離光学装置３０、リレー光学装置４０、光変調装置５０、および投写光学装置６０は外装ケース２内に収納され固定されている。また、図示を省略するが、プロジェクター１は、光源装置１０、照明光学装置２０や光変調装置５０を冷却する冷却機構を備えている。

光源装置１０は、互いに波長域が異なる赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、および青色（Ｂ）光を含む光束を射出する発光管１１と、リフレクター１２とを備えている。発光管１１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等からなる。光源装置１０は、発光管１１から射出された光束をリフレクター１２で反射させて射出方向を揃え、照明光学装置２０に向けて射出する。照明光軸ＯＣは、光源装置１０から被照明領域側に射出される光束の中心軸である。

照明光学装置２０は、第１のレンズアレイ２１と、第２のレンズアレイ２２と、偏光変換素子２３と、重畳レンズ２４とを備えている。照明光学装置２０は、光源装置１０から射出された光束を複数の部分光束に分割し、各部分光束を略１種類の偏光光に揃えて、照明対象である３つの液晶装置５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂの光入射面上に重畳させる。

色分離光学装置３０は、光路前段に配置された第１のダイクロイックミラー３１と、光路後段に配置された第２のダイクロイックミラー３２と、反射ミラー３３とを備えている。第１のダイクロイックミラー３１は、入射する光束のうち第１の色光としてのＢ光成分を反射し、その他の色光成分を透過する。第２のダイクロイックミラー３２は、第２の色光としてのＧ光成分を反射し、第３の色光としてのＲ光成分を透過する。これにより、色分離光学装置３０は、照明光学装置２０から射出された光束を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３色の色光に分離する。

また、透光性の基板の入射側に上記特性を有するダイクロイック膜が配置された第１のダイクロイックミラー３１の当該透光性の基板の射出側の表面には、偏光子５６が配置されている。偏光子５６は、入射する光束のうち所定の直線偏光を透過する透過軸と、透過軸と直交する直線偏光を吸収する吸収軸とを有している。偏光子５６は、Ｒ光およびＧ光の波長域に対応しており、第１のダイクロイックミラー３１を透過したＲ光およびＧ光のうち所定の偏光方向を有する光（例えばＰ偏光）を透過する。偏光子５６は、例えば、ＰＶＡ等の有機フィルムで構成される。第１のダイクロイックミラー３１の透光性の基板は、偏光子５６を支持する基体としての役割も有している。

なお、第１のダイクロイックミラー３１における透光性の基板の入射側の一層目に偏光子５６を配置し、さらに偏光子５６の入射側にダイクロイック膜を配置する構成とすることもできる。ただし、先に説明した透光性の基板の入射側にダイクロイック膜を配置し射出側に偏光子を配置する構成は、透光性の基板上にダイクロイック膜を配置する従来の製造方法でダイクロイックミラーを作成し、その後偏光子を配置する工程を追加するだけなので容易に製造可能である。

リレー光学装置４０は、入射側レンズ４１と、リレーレンズ４２と、反射ミラー４３，４４とを備えている。リレー光学装置４０は、色分離光学装置３０で分離されたＲ光をＲ光用の液晶装置５２Ｒまで導く。

光変調装置５０は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の各色光に対応して、フィールドレンズ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと、液晶装置５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂと、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の各色光が入射するクロスダイクロイックプリズム５５とを備えている。液晶装置５２Ｂの光が入射する側には、入射側偏光板５３Ｂが配置されている。また、液晶装置５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂの光が射出される側には、射出側偏光板５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂが配置されている。

入射側偏光板５３Ｂおよび射出側偏光板５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂは、例えばＰＶＡ等の有機フィルムからなる偏光子が、例えばガラス基板等の基体上に配置された構成を有している。入射側偏光板５３Ｂおよび射出側偏光板５４Ｂは、例えば、互いの透過軸が直交するようにクロスニコル配置されている。また、射出側偏光板５４Ｒ，５４Ｇは、偏光子５６に対して同様にクロスニコル配置されている。

液晶装置５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂは、色分離光学装置３０で分離された各色光を画像情報に応じて変調する。クロスダイクロイックプリズム５５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、２つの誘電体多層膜が形成されている。クロスダイクロイックプリズム５５は、液晶装置５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂにて変調された各色光を合成し、投写光学装置６０側に射出する。

投写光学装置６０は、複数のレンズと複数のレンズを内部に収納する筒状の鏡筒とで構成される（具体的な図示は省略）。投写光学装置６０は、光変調装置５０で変調され合成された光束をスクリーン等の投写面上に射出する。これにより、投写面上に画像が拡大投写される。

ところで、第１のダイクロイックミラー３１に偏光子５６が配置されていない従来のプロジェクターの構成では、液晶装置５２Ｒ，５２Ｇの光が入射する側に、図１に破線で示す入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇを備えていた。これに対して、本実施形態のプロジェクター１では、偏光子５６が従来のプロジェクターにおける入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇの役割を果たすので、入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇが不要となる。

このように、有機フィルムからなる偏光子と基体とで構成される従来の入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇが不要となることで、従来の構成のプロジェクターに比べて、部品コストが削減されるとともに、これらの偏光板を液晶装置５２Ｒ，５２Ｇに位置合わせして組み立てる作業が不要となるので、プロジェクター１の製造コストを低減できる。

また、光変調装置５０は、光源装置１０からの光束が入射することにより高温となるため冷却機構による冷却が必要である。プロジェクター１では、入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇがなくなることで、従来の構成のプロジェクターに比べて、光変調装置５０の周囲に空間が形成されるとともに、光変調装置５０全体の熱容量が小さくなる。これにより、光変調装置５０を冷却する冷却風が流通し易くなるので、光変調装置５０の冷却効率を向上させることができる。

上述した効果は、特許文献１に記載のように、光源装置とダイクロイックミラーとの間に偏光板が設置されるプロジェクターにおいても得られる。しかしながら、このような構成のプロジェクターでは、偏光板を構成する偏光子を支持する基体（例えば、ガラス基板）が必要となり、光源とダイクロイックミラーとの間の設置位置に偏光板を保持するための機構も必要となる。これに対して、本実施形態のプロジェクター１では、偏光子５６が第１のダイクロイックミラー３１の表面に配置されており、偏光子５６を支持する基体およびその基体を保持する機構を別途必要としない簡素な構成を有する。

また、特許文献１に記載のプロジェクターでは偏光板を光源とダイクロイックミラーとの間に設置する際に位置合わせしなければならないのに比べて、本実施形態のプロジェクター１では、偏光子５６を第１のダイクロイックミラー３１の表面に配置する際に位置合わせすればよいので、より容易に偏光子５６の位置合わせを行うことができる。これにより、特許文献１に記載のプロジェクターに比べて、製造コストをより低減することができる。

なお、偏光子５６の冷却は、照明光学装置２０を冷却する冷却風をダクト等で第１のダイクロイックミラー３１まで流通させること等により、容易に行うことができる。また、光変調装置５０の入射側偏光板に入射する重畳された光に比べて、第１のダイクロイックミラー３１に入射する光は重畳される前の光であり光エネルギーが小さいので、偏光子５６の特性劣化を抑えることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るプロジェクターについて、図２を参照して説明する。第２の実施形態に係るプロジェクターは、第１の実施形態に係るプロジェクターに対して、偏光子がダイクロイックミラーの入射側の面に配置されている点が異なっているが、その他の構成はほぼ同じである。図２は、第２の実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。

第２の実施形態に係るプロジェクター１Ａでは、色分離光学装置３０Ａにおいて、偏光子５７が、透光性の基板の入射側にダイクロイック膜が配置された第１のダイクロイックミラー３１の当該ダイクロイック膜の入射側の表面に配置されている。偏光子５７は、第１の実施形態の偏光子５６に対して、Ｒ光、Ｇ光、およびＢ光の波長域に対応するＰＶＡ等の有機フィルムで構成されている点が異なっているが、その他の構成は同じである。また、第２の実施形態に係る光変調装置７０は、液晶装置５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂの入射側に入射側偏光板を備えていない。

なお、透光性の基板の射出側にダイクロイック膜が配置された第１のダイクロイックミラー３１の当該透光性の基板の入射側に偏光子５７が配置されている構成とすることもできる。このような構成であれば、従来の表面が空気層であるとして設計されたダイクロイック膜を用いることが可能であり、新たに膜設計をする必要がなく容易に製造可能である。

光源装置１０から偏光子５７に入射する光束はＲ光、Ｇ光、およびＢ光を含んでいるので、第１のダイクロイックミラー３１に入射するＲ光、Ｇ光、およびＢ光は、偏光子５７により偏光される。そのため、偏光子５７が従来のプロジェクターにおける入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂ（図２に破線で示す）の役割を果たすので、入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを不要にできる。したがって、第１の実施形態のプロジェクター１に比べて、さらに入射側偏光板５３Ｂも不要にできるので、製造コストをさらに低減するとともに、光変調装置７０の冷却効率をさらに向上させることができる。

以上、本発明のプロジェクターを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。変形例としては、例えば以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上記実施形態のプロジェクターの構成では、偏光子が光路前段の第１のダイクロイックミラーの表面に配置されていたが、本発明はこの形態に限定されない。偏光子が光路後段の第２のダイクロイックミラーの表面に配置されていてもよい。図３は、変形例１に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図である。なお、上記実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。

変形例１に係るプロジェクター１Ｂでは、色分離光学装置３０Ｂにおいて、偏光子５６が、透光性の基板の入射側にダイクロイック膜が配置された第２のダイクロイックミラー３２の当該ダイクロイック膜の入射側の表面に配置されている点が異なっているが、その他の構成は上記実施形態とほぼ同じである。

なお、透光性の基板の射出側にダイクロイック膜が配置された第２のダイクロイックミラー３２の当該透光性の基板の入射側に偏光子５６が配置されている構成とすることもできる。このような構成であれば、従来の表面が空気層であるとして設計されたダイクロイック膜を用いることが可能であり、新たに膜設計をする必要がなく容易に製造可能である。

偏光子５６が第２のダイクロイックミラー３２の入射側の表面に配置されているので、第２のダイクロイックミラー３２に入射したＲ光およびＧ光は偏光子５６により偏光される。そのため、第１の実施形態のプロジェクター１と同様に、光変調装置５０における入射側偏光板５３Ｒ，５３Ｇを不要にできるので、製造コストを低減するとともに光変調装置５０の冷却効率を向上させることができる。

（変形例２）
第１の実施形態におけるプロジェクター１は、有機フィルムで構成された偏光子５６を備えていたが、本発明はこのような形態に限定されない。偏光子５６の代わりに、第１のダイクロイックミラー３１上に形成された無機偏光子を備えていてもよい。偏光子が無機偏光子であっても、第１の実施形態のプロジェクター１と同様の効果が得られる。

なお、偏光子が無機偏光子である場合は、無機偏光子がダイクロイックミラーの透光性の基板の入射側の表面（反射面）ではなく射出側の表面に配置され、当該透光性の基板の入射側の表面にダイクロイック膜が配置されていることが望ましい。

（変形例３）
第１の実施形態におけるプロジェクター１では、第１のダイクロイックミラー３１が入射する光束のうちＢ光成分を反射する構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。第１のダイクロイックミラー３１がＲ光成分を反射し、第２のダイクロイックミラー３２がＧ光成分を反射する構成であってもよい。このような構成であっても、Ｇ光およびＢ光の波長域に対応する偏光子５６を用いることで、第１の実施形態のプロジェクター１と同様の効果が得られる。

（変形例４）
上記実施形態におけるプロジェクターは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色光を変調する光変調装置を備えていたが、本発明はこのような形態に限定されない。本発明は、４つ以上の色光を変調する光変調装置を備えたプロジェクターにも適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ…プロジェクター、１０…光源装置、３１…第１のダイクロイックミラー、３２…第２のダイクロイックミラー、５０，７０…光変調装置、５６，５７…偏光子。

Claims (3)

1. 互いに波長域が異なる第１の色光、第２の色光、および第３の色光を含む光束を射出する光源装置と、
   前記光源装置から射出された前記光束のうち前記第１の色光を反射し他の色光を透過する第１のダイクロイックミラーと、
   前記第１のダイクロイックミラーを透過した前記光束のうち前記第２の色光を反射し他の色光を透過する第２のダイクロイックミラーと、
   前記第１のダイクロイックミラーまたは前記第２のダイクロイックミラーのいずれかの表面に配置された偏光子と、
   前記第１の色光、前記第２の色光、および前記第３の色光を変調する光変調装置と、
   を備えていることを特徴とするプロジェクター。
2. 請求項１に記載のプロジェクターであって、
   前記偏光子は、前記第１のダイクロイックミラーまたは前記第２のダイクロイックミラーのいずれかの前記光束が入射する側の表面に配置されていることを特徴とするプロジェクター。
3. 請求項１または２に記載のプロジェクターであって、
   前記偏光子は、前記第１のダイクロイックミラーの表面に配置されていることを特徴とするプロジェクター。

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