JP3169267B2 - 液体プリズム - Google Patents

液体プリズム

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JP3169267B2 JP15781392A JP15781392A JP3169267B2 JP 3169267 B2 JP3169267 B2 JP 3169267B2 JP 15781392 A JP15781392 A JP 15781392A JP 15781392 A JP15781392 A JP 15781392A JP 3169267 B2 JP3169267 B2 JP 3169267B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプロジェクターなどの高
輝度の光源を有する光学系に使用される液体プリズムに
係り、特に液体プリズム内の光の入射方向に生じる温度
差に起因する屈折率の不均一を改善した液体プリズムに
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に高輝度の光源を使用する光
学系では、光源からの光の吸収による光学部品の発熱対
策として、液体が内部に充填された液体プリズムが用い
られている。例えば、図4に示す反射型の液晶パネルを
用いた表示装置の光学系にあっては、偏光プリズムとし
て液体プリズムが使用されている。
【0003】同図において、光源1からの光は青、緑、
赤反射のダイクロイックミラー2、2、2により順次分
光され、R、G、Bの各光は液体プリズム3を介して
R、G、Bの各液晶パネル4に入射される。液晶パネル
4からの反射光は各液晶パネル4の画像に対応して偏光
が変化し、偏光が変化した光のみが液体プリズム3を透
過して投影レンズ5に導かれる。そして、3本の投影レ
ンズ5によりR、G、Bの各液晶パネル4の画像がスク
リーン(図示せず)上に投影、合成されることになる。
【0004】液体プリズム3は、図5に示すように、矩
形筒体状のガラス製のプリズム容器6内にプリズム容器
6とほぼ同じ屈折率の液体7が充填されたものである。
また、光源1側のプリズム容器6の一側面には偏光板8
を貼付すると共に、プリズム容器6内には偏光板8を透
過した直線偏光を液晶パネル4へと反射する偏光ミラー
9が収容されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、液体プリズ
ム3に充填される液体7には、エチレングリコール、グ
リセリン、ベンジルアルコールなどが使われるが、これ
らは温度に対する屈折率の変化が大きい。測定によると
0.0003〜0.0005/度の屈折率変化を生じ
る。従って、液体プリズム3内の液体7に温度むらが発
生すると、屈折率分布が不均一となって現われてしま
う。
【0006】ところが、投射型プロジェクタなどにあっ
ては、光源1には、映像の明るさを増すためにメタルハ
ライドランプなどの高輝度のものが使用されており、液
体プリズム3には強い光が照射される。このため、偏光
板8などでの吸熱により、液体プリズム3の温度上昇は
大きい。しかも、光源1からの照射される光束の強度は
中心が強いガウス分布となっている。このため、液体プ
リズム3内の中心部分の温められた液体7が対流によっ
て液体プリズム3の上部へと移動する一方、液体プリズ
ム3の下部の液体7はあまり昇温されずに留まり、液体
プリズム3の上下方向に異なる温度分布が生じてしま
う。このため、温度むらに伴う屈折率変化が液体プリズ
ム3の上下方向に発生し、スクリーン上に正しい像を結
べなくなるという不都合が生じていた。このような問題
に対処すべく本出願人はすでに、液体プリズム内の上下
方向の温度むらを低減でき、屈折率分布の均一化が図れ
る液体プリズムを提案している(特願平4−85381
号)。
【0007】しかしながら、このような提案において
は、液体プリズム内の上下方向の温度むらは低減できる
ものの、液体プリズム内の光の入射方向に生ずる温度差
は十分に防止できているとは言えない。
【0008】このような実情のもとに本発明は創案され
たものであって、その目的は、液体プリズム内の光の入
射方向の温度むらを低減でき、きわめて優れた屈折率分
布の均一化が図れる液体プリズムを提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明は、液体が充填されるプリズ
ム容器内に光束を分離合成する偏光ミラーを備えた液体
プリズムにおいて、上記プリズム容器内に、これを上記
偏光ミラー側と光源からの光束が入射する上記プリズム
容器の第1入射面側とに区画するために、透明な仕切り
を設けるとともに、前記第1入射面側に分室を設け、該
分室の4つの側面のうち、少なくとも対向する1対の面
は熱伝導率の良い金属から形成されているように構成す
る。請求項2に記載の発明は、請求項1記載の液体プリ
ズムにおいて、前記分室の4つの側面は、すべて熱伝導
率の良い金属から形成されているように構成する。請求
項3に記載の発明は、請求項1または2記載の液体プリ
ズムにおいて、前記熱伝導率の良い金属は、アルミニウ
ムあるいは銅または、これらを含む合金であるように構
成する。
【0010】請求項4に記載の発明は、請求項1ないし
3のいずれかに記載の液体プリズムにおいて、前記分室
の4つの側面の内側面は、反射面となっているように構
成する。請求項5に記載の発明は、請求項1ないし請求
項4のいずれかに記載の液体プリズムにおいて、上記偏
光ミラー側と上記第1入射面側との間の上記プリズム容
器内の液体の流通を可能にする通孔が、上記液体プリズ
ムの使用状態において上記仕切りの中心から見て重力の
方向側の当該仕切りの端部及び上記中心から見て重力の
方向と反対の方向側の当該仕切りの端部に夫々形成され
ているように構成する。
【0011】
【作用】光源からプリズム容器の第1入射面に入射した
光束は偏光ミラーにより分離合成されてプリズム容器外
へと出射される。
【0012】この間にプリズム容器、偏光ミラー、液体
などにおいて光が吸収され、液体プリズムの温度が上昇
する。特に、第1入射面側は吸熱量も多く温度上昇も大
きい。しかしながら、プリズム容器内は、仕切りによっ
て、熱的に分断されているので、ガウス分布の光束によ
って温められた液体が上昇して生じるプリズム内の液体
の温度むらは主に第1入射面側に限られ、偏光ミラー側
の温度むらは減少する。従って、液体の上下方向の温度
むらに伴なう液体プリズムの屈折率分布の不均一は軽減
される。この一方で、第1入射面側の室と偏光ミラー側
の温度むらは、第1入射面側の室の側面に設けられた熱
伝導率の良い金属からの放熱作用により、解消されて光
の入射方向の温度分布は均一化される。これにより、液
体プリズム全体の屈折率は極めて均一性に優れたものと
なる。
【0013】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図1および図2に
基づいて説明する。この実施例は反射型液晶パネルを用
いた投射型プロジェクタの光学系において、液体プリズ
ムを偏光プリズムとして使用した例である。
【0014】図1の平面図および図2の側面図におい
て、1はメタルハライドランプなどの高輝度の光源であ
り、光源1の前方には液体プリズム10が設けられてい
る。液体プリズム10は矩形筒体状のプリズム容器11
を有し、このプリズム容器11内には所定の屈折率の液
体7が充填されている。プリズム容器11の下部はサポ
ート12を介して支持台(図示省略)上に載置されてお
り、プリズム容器11の上部には冷却部13が形成され
ている。
【0015】また、プリズム容器11内には、偏光板8
と偏光ミラー9とが液体7中に浸かった状態で収められ
ている。偏光板8は、光源1からの光束が入射するプリ
ズム容器11の一側面である第1入射面11aに平行に
且つ第1入射面11aからわずかに離して設けられてい
る。また、、偏光ミラー9は、偏光板8を透過した直線
偏光を反射して液晶パネル4に入射させるべく、第1入
射面11aに対して所定の角度、傾けて配置されてい
る。
【0016】偏光板8と偏光ミラーとの間には透明なガ
ラス板の仕切り14が立設されており、仕切り14によ
り、プリズム容器11内は偏光板8を収納する分室とし
ての偏光板室15と偏光ミラー9を収納する偏光ミラー
室16とに二分されている。また、仕切り14の上、下
には、偏光板室15と偏光ミラー室16との間の液体7
の流通を可能にするスリット状の通孔が形成されてい
る。
【0017】前記分室としての偏光板室15の4つの側
面15a,15b,15c,15dのうち、少なくとも
対向する1対の面は、熱伝導率の良い金属から形成され
る。特に、4つの側面すべてを、熱伝導率の良い金属か
ら形成することが本発明の効果を有効に発揮させるうえ
で好ましい。熱伝導率の良い金属としては、アルミニウ
ムあるいは銅または、これらを含む合金が挙げられる。
中でも特に、作業性の面からアルミニウムが好ましい。
【0018】さらに、前記分室の4つの側面15a,1
5b,15c,15dの内側面(液体が接している面)
は、光源1から発せられた光が反射できるような鏡面と
することが好ましい。こうすることにより、光源から発
せられた光のうち内側面(鏡面)に当たった光は反射
し、側面板に吸収されることがないので、側面板自体の
昇温が防止できる。さらに、反射させることにより、本
来、通過して外方へ逃げていた光が内側に入っていくの
で光源1からの光を有効に用いることができる。
【0019】なお、鏡面をつくるには、金属面を直接研
摩したり、可視光においてほぼ均等な反射率を得られる
ような種々の薄膜形成手段が採択される。具体的にはA
lを蒸着し薄膜を施し、その上に保護膜としてSiO2
薄膜を形成する。これに対して、偏光ミラー室16を形
成する5つの面16a,16b,16c,16d,16
eおよび第1入射面11aはガラスから形成されてお
り、このものの屈折率は容器内に貯留されている液体7
の屈折率とほぼ同じである。
【0020】次に、本発明のプリズムを備えた装置の作
用について述べる。光源1からの光束は第1入射面11
aから入射し、偏光板8を透過して直線偏光とされた
後、偏光ミラー9で反射され、液体プリズム10を出射
して液晶パネル4に照射される。液晶パネル4に照射さ
れて液晶パネル4から反射されてくる光は、液晶パネル
4の画像に対応して偏光が変化した光束であり、偏光が
変化を受けた部分の光のみが液体プリズム10の偏光ミ
ラー9を透過して投影レンズ5に導入され、図示省略の
スクリーン上に投影される。
【0021】なお、光源1と液体プリズム10との間に
は、図5と同様にダイクロイックミラー等の色分解光学
系があり、R、G、Bの各液晶パネル4の画像が各投影
レンズ5によりスクリーン上に投影、合成されるように
なっている。
【0022】このように、光源1からの光束が液体プリ
ズム10を通過する間に、偏光板8、偏光ミラー9など
で光吸収がなされ、プリズム容器11内は加熱される。
従来公知の液体プリズムの構成だと、液体7の上下方向
の温度差に加えて液体プリズム内の光の入射方向に生ず
る温度差は十分に防止できない。
【0023】ところが、この実施例では、プリズム容器
11内を仕切り14により偏光板室15と偏光ミラー室
16とに分離しているので、吸熱の多い偏光板8を有す
る偏光板室15内の溶液7の対流や対流によって生じる
上下方向の温度むらが直接的に偏光ミラー室16側に伝
わることがない。また、分室の4つの側面のうち、少な
くとも対向する1対の面は熱伝導率の良い金属からなっ
ているので、特に、吸熱量の多い分室からの熱は側面を
通って放射される。従って、液体7の上下方向および光
の入射方向の温度むらに基づく屈折率分布の不均一は液
体プリズム10全体として改善され、スクリーン上に液
晶パネル4の画像を正確に結像することができ、プロジ
ェクションテレビなどの画質の向上となる。
【0024】次に、本実施例の液体プリズム10に対し
て実際に温度測定を行なった結果を述べる。液体プリズ
ム10の分室の4つの側面はすべてアルミニウムの金属
から形成され、それらの内面は研摩されて鏡面となって
いるものを用いた。液体7には、ベンジルアルコールと
グリセリンの混合液を用いた。光源1を点灯し、液体プ
リズム10が熱的に定常状態に達した後に、温度を測定
した。図3は液体プリズム10内の近傍a点の外気温度
および液体プリズム10の内の各部b〜g点における液
体7の温度を示すものである。図示するように外気温2
7.5℃に対し、偏光ミラー室16の前後(g,f)の
温度差は4℃、偏光ミラー室16の上下(d,e)の温
度差は3.7℃となり、これらの温度差による屈折率の
不均一性はほぼ無視することのできるレベルである。
【0025】なお、上記実施例においては、偏光板8を
第1入射面11aから離間させて偏光板室15に収納し
たが、偏光板8を第1入射面11aに貼付してもよい。
また、液体プリズム10の熱がサポート12を介して支
持台側へ放熱されるのを防止するために、サポート12
に断熱材を使用したり、あるいは空気層を形成したりし
てもよい。分室の4つの側面にさらにヒートシンクを取
り付けてもよい。また、上記実施例は液体プリズムに適
用した例であるが、プリズム容器内に光分離合成手段と
してダイクロックミラーを設けた分光プリズムないし色
分離合成プリズムにも適用できる。
【0026】また、前記各実施例においては、投射型プ
ロジェクタの光学系に適用する構成としたが、他の各種
プロジェクタ、プロジェクションテレビ等の光学系に適
用することもできる。
【0027】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、プリズム容器内に透明な仕切りを設けるとともに第
1入射面側に分室を設け、該分室の4つの側面のうち、
少なくとも対向する1対の面は熱伝導率の良い金属から
形成されているので、液体プリズム内の上下の温度むら
を低減できることはもとより、液体プリズム内の光の入
射方向に生ずる温度差に起因する屈折率の不均一は軽減
され、液体プリズムによる像の歪み等は改善され、本発
明の液体プリズムを用いたプロジェクションテレビ等の
画質向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液体プリズムを反射型液晶パネルを用
いた投射型プロジェクタの光学系に適用した一実施例を
示す平面断面図である。
【図2】図1の液体プリズムの側断面図である。
【図3】図1の液体プリズムの各部の温度を測定した結
果を示す図である。
【図4】従来の液体プリズムを用いた液晶プロジェクタ
ーの光学系を示す斜視図である。
【図5】図4の光学系の一部を示す平面断面図である。
【符号の説明】
1…光源 2…ダイクロイックミラー 3、10…液体プリズム 4…液晶パネル 5…投影レンズ 6、11…プリズム容器 7…液体 8…偏光板 9…偏光ミラー 11a…第1入射面 14…仕切り 15…偏光板室 15a,15b,15c,15d…分室の側面 16…偏光ミラー室 17…通孔
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/06 G02B 5/04 G02B 5/30

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体が充填されるプリズム容器内に光束
    を分離合成する偏光ミラーを備えた液体プリズムにおい
    て、 上記プリズム容器内に、これを上記偏光ミラー側と光源
    からの光束が入射する上記プリズム容器の第1入射面側
    とに区画するために、透明な仕切りを設けるとともに、
    前記第1入射面側に分室を設け、該分室の4つの側面の
    うち、少なくとも対向する1対の面は熱伝導率の良い金
    属から形成されていることを特徴とする液体プリズム。
  2. 【請求項2】 前記分室の4つの側面は、すべて熱伝導
    率の良い金属から形成されていることを特徴とする請求
    項1記載の液体プリズム。
  3. 【請求項3】 前記熱伝導率の良い金属は、アルミニウ
    ムあるいは銅または、これらを含む合金であることを特
    徴とする請求項1または2記載の液体プリズム。
  4. 【請求項4】 前記分室の4つの側面の内側面は、反射
    面となっていることを特徴とする請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の液体プリズム。
  5. 【請求項5】 上記偏光ミラー側と上記第1入射面側と
    の間の上記プリズム容器内の液体の流通を可能にする
    孔が、上記液体プリズムの使用状態において上記仕切り
    の中心から見て重力の方向側の当該仕切りの端部及び上
    記中心から見て重力の方向と反対の方向側の当該仕切り
    の端部に夫々形成されていることを特徴とする請求項1
    ないし請求項4のいずれかに記載の液体プリズム。
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