JP3609676B2 - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、液晶ライトバルブを用いた液晶プロジェクタにかかり、具体的には液晶ライトバルブの光入射側に配置する反射ミラーの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタに用いられる液晶ライトバルブは、入射側及び出射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部とを有して成る。入射側偏光板は、その透過軸に平行な振動方向の直線偏光である例えばＳ偏光は透過させるが、直交する振動方向の直線偏光であるＰ偏光は吸収するため、この吸収したＰ偏光エネルギーによって昇温する。入射側偏光板の温度がその許容温度を越えると、当該偏光板は変色して偏光性能が劣化する。このため、液晶プロジェクタでは、液晶ライトバルブを空冷ファン等によって冷却し、入射側偏光板が許容温度を越えて温度上昇することがないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ランプの高電力化或いは多灯化に伴い、入射側偏光板の温度上昇が一層高くなってきている。この一層の温度上昇を空冷ファンによって抑制しようとすると、消費電力の増大、ファンの回転による騒音の増大、ファンの大型化による液晶プロジェクタの大型化という問題を招来する。また、偏光板ガラスとして白板ガラスや青板ガラス（フロートガラス）等よりも熱伝導率が高いサファイアガラスを用いることも考えられるが、当該サファイアガラスは割高であるため、液晶プロジェクタの価格が高くなるという欠点がある。
【０００４】
この発明は、上記の事情に鑑み、液晶ライトバルブの入射側偏光板の温度上昇を抑制できる液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶プロジェクタは、上記の課題を解決するために、光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する色分離手段と、各色光を変調する液晶ライトバルブと、該液晶ライトバルブにより変調された映像光を投写する投写手段と、を備えた液晶プロジェクタにおいて、色分離手段にて分離された青色光を青色光用の液晶ライトバルブに導く反射ミラーおよび前記色分離手段にて分離された赤色光を赤色光用の液晶ライトバルブに導く反射ミラーを有し、前記反射ミラーの少なくとも一方は、二側面が直交する二つの三角柱透明体を、前記二側面に対向する第三の側面に固着され且つ固着面とは反対側の面に拡散面を有した平板透明体と、前記固着面に設けられた誘電体多層膜とから成り、色光を成す波長成分のなかで、Ｓ偏光は略全て反射し、Ｐ偏光は一部又は全部を透過する特性を有していることを特徴とする。
【０００６】
上記構成において、分離された色光を液晶ライトバルブに導く反射ミラーは、色光を成す波長成分のなかで、Ｓ偏光は略全て反射し、Ｐ偏光は一部又は全部を透過するから、Ｓ偏光とＰ偏光のいずれか一方だけを透過し他方を吸収する性質を有する入射側偏光板へは、吸収される偏光の入射量が減少し、その温度上昇が抑制されることになる。
【０００９】
上記構成によれば、二つの三角柱透明体を貼り合わせた構成と同程度の特性を保持しつつ、当該構成よりも軽量化および低コスト化を図ることができる。前記平板透明体における前記反対側の面には拡散面が形成されており、当該拡散面にてＰ偏光は拡散されるので、その反射を防止することができる。
【００１０】
前記三角柱透明体として小型のものを複数個備えて成るものでもよく、この場合には、反射ミラーを一層軽量化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、この発明の第一の実施形態の液晶プロジェクタを図１乃至図４に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、この実施形態の３板式液晶プロジェクタの光学系を示した平面図である。超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成る光源１０から出射された白色光は、パラボラリフレクタ９によって平行光となって出射され、インテグレータレンズ１１、偏光変換装置１２、及び集光レンズ１３を経た後、第１ダイクロイックミラー１４へと導かれる。
【００１３】
上記のインテグレータレンズ１１は、一対のレンズ群から構成され、個々のレンズ部分が後述する液晶ライトバルブの全面を照射するように設計されており、光源１０から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。
【００１４】
また、偏光変換装置１２は、詳細は図示しないが、小さな複数の偏光ビームスプリッタアレイ（以下ＰＢＳアレイと称する）によって構成されているものである。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜を備え、インテグレータレンズ１１からの光のうちＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更して反射する。ＰＢＳアレイを透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある図示しない１／２λ板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。ただし、Ｐ偏光も漏れ出てきており、これが液晶ライトバルブの入射側偏光板の温度上昇を招く原因となる。
【００１５】
第１ダイクロイックミラー１４は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー１４を透過した赤色波長帯域の光は、反射ミラー１５にて反射されて光路を変更される。この反射ミラー１５は、赤色光を成す波長成分のなかで、Ｓ偏光は略全て反射し、Ｐ偏光は一部又は全部を透過する特性を有しているものであり、誘電体多層膜が蒸着された平板型反射ミラーから成る。反射ミラー１５の反射特性については、後で詳述する。反射ミラー１５にて反射された赤色光はレンズ１６を経て赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ３１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー１４にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー１７に導かれる。
【００１６】
第２ダイクロイックミラー１７は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー１７にて反射した緑色波長帯域の光は、レンズ１８を経て緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ３２に導かれ、これを透過することで光変調される。また、第２ダイクロイックミラー１７を透過した青色波長帯域の光は、リレーレンズ１９、全反射ミラー２０、リレーレンズ２１、反射ミラー２２、及びリレーレンズ２３を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ３３に導かれ、これを透過することで光変調される。前記反射ミラー２２は、青色光を成す波長成分のなかで、Ｓ偏光は略全て反射し、Ｐ偏光は一部又は全部を透過する特性を有しているものであり、誘電体多層膜が蒸着された平板型反射ミラーから成る。反射ミラー２２の反射特性については、後で詳述する。
【００１７】
液晶ライトバルブ３１，３２，３３を経ることで得られた変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム２４によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２５によって拡大投写され、スクリーン２６上に投影表示される。
【００１８】
各液晶ライトバルブ３１，３２，３３は、入射側偏光板３１ａ，３２ａ，３３ａと、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂと、出射側偏光板３１ｃ，３２ｃ，３３ｃとを備えて成る。入射側偏光板３１ａ，３２ａ，３３ａは、この実施形態ではＰ偏光（偏光変換装置１２から漏れ出てくる）は吸収し、Ｓ偏光は透過する。
【００１９】
ところで、光源１０から出射される光は、図２に示すようなスペクトル特性を有している。また、赤色光のＳ偏光及び漏れＰ偏光の相対エネルギー強度は図３（ａ）に示すようになり、青色光のＳ偏光及び漏れＰ偏光の相対エネルギー強度は同図（ｂ）に示すようになっている。これらの図から、特に青色用の入射側偏光板３３ａを発熱させているのは、エネルギーの大きな４３５ｎｍ付近のスペクトルであることが分かる。
【００２０】
図４（ａ）は、反射ミラー１５（赤色反射用）におけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した図である。反射ミラー１５の透過特性は、Ｐ偏光の中心カット波長がＳ偏光の中心カット波長よりも長波長側に５０ｎｍシフトしたものとなっている。すなわち、Ｓ偏光は６００ｎｍ付近以上において反射ミラー１５に反射して液晶ライトバルブ３１に導かれるのに対し、Ｐ偏光は６５０ｎｍ付近以上のものしか導かれず、６５０ｎｍ付近以下のものは反射ミラー１５を透過する。従って、液晶ライトバルブ３１の入射側偏光板３１ａに吸収されるＰ偏光の量が低下し、その温度上昇が抑制されることになる。
【００２１】
図４（ｂ）は、反射ミラー２２（青色反射用）におけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した図である。反射ミラー２２の透過特性は、Ｐ偏光の中心カット波長がＳ偏光の中心カット波長よりも長波長側に５０ｎｍシフトしたものとなっている。すなわち、Ｓ偏光は４００ｎｍ付近以上において反射ミラー２２に反射して液晶ライトバルブ３３に導かれるのに対し、Ｐ偏光は４５０ｎｍ付近以上のものしか導かれず、４５０ｎｍ付近以下のものは反射ミラー２２を透過する。従って、液晶ライトバルブ３３の入射側偏光板３３ａに吸収されるＰ偏光の量が低下し、その温度上昇が抑制されることになる。特に、かかる特性の場合、エネルギーの大きな４３５ｎｍ付近のスペクトルが反射ミラー２２を透過することになる。
【００２２】
前記の反射ミラー１５，２２については、それらが有している誘電体多層膜の誘電率（屈折率）、膜厚、膜数などを調整することで、所定範囲内でＰ偏光とＳ偏光との中心カット波長の違いを所望に設定することができる。上記の例では５０ｎｍシフトさせたが、３０ｎｍ程度でもよいし、更に少ないシフト量でもそれなりの効果は得られる。
【００２３】
（実施形態２）
以下、この発明の第２の実施形態の液晶プロジェクタを図５及び図６に基づいて説明する。図５はこの実施形態の３板式液晶プロジェクタの光学系を示した平面図であり、図６（ａ）は偏光ビームスプリッタ１５Ａ（赤色反射用）におけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した図であり、同図（ｂ）は偏光ビームスプリッタ２２Ａ（青色反射用）におけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した図である。なお、説明の重複による冗長を避けるため、第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略している。以後の他の実施形態においても同様とする。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ１５Ａ，２２Ａは、二側面が直交する二つの三角柱ガラス体を貼り合わせて四角柱体を構成し、貼り合わせ面に誘電体多層膜を設けて成るものである。偏光ビームスプリッタ１５Ａの透過特性は、図６（ａ）に示すように、Ｐ偏光の中心カット波長がＳ偏光の中心カット波長よりも長波長側に１００ｎｍシフトしたものとなっている。すなわち、Ｓ偏光は６００ｎｍ付近以上において偏光ビームスプリッタ１５Ａに反射して液晶ライトバルブ３１に導かれるのに対し、Ｐ偏光は７００ｎｍ付近以上のものしか導かれず、７００ｎｍ付近以下のものは偏光ビームスプリッタ１５Ａを透過する。従って、液晶ライトバルブ３１の入射側偏光板３１ａに吸収されるＰ偏光の量が低下し、その温度上昇が抑制されることになる。
【００２５】
偏光ビームスプリッタ２２Ａの透過特性は、図６（ｂ）に示すように、Ｐ偏光の中心カット波長がＳ偏光の中心カット波長よりも長波長側に１００ｎｍシフトしたものとなっている。すなわち、Ｓ偏光は４００ｎｍ付近以上において偏光ビームスプリッタ２２Ａに反射して液晶ライトバルブ３３に導かれるのに対し、Ｐ偏光は５００ｎｍ付近以上のものしか導かれず、５００ｎｍ付近以下のものは偏光ビームスプリッタ２２Ａを透過する。従って、液晶ライトバルブ３３の入射側偏光板３３ａに吸収されるＰ偏光の量が低下し、その温度上昇が抑制されることになる。
【００２６】
このように、偏光ビームスプリッタ１５Ａ，２２Ａは、実施形態１の反射ミラー１５，２２に比べ、Ｓ偏光に対してＰ偏光の中心カット波長をより長波長側にシフトさせることができ、液晶ライトバルブの入射側偏光板の温度上昇をより低く抑えることが可能になる。
【００２７】
（実施形態３）
以下、この発明の第３の実施形態の液晶プロジェクタを図７及び図８に基づいて説明する。図７はこの実施形態の３板式液晶プロジェクタの光学系を示した平面図であり、図８はこの実施形態で用いた偏光ビームスプリッタ１５Ｂ，２２Ｂの外観を示した斜視図である。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１５Ｂ，２２Ｂは、二側面が直交する三角柱ガラス体４０と、前記二側面に対向する第三の側面に固着された平板ガラス４３と、固着面に設けられた誘電体多層膜４１とから成る。そして、前記平板ガラス４３における前記固着面とは反対側の面には、例えば小さな凹凸を有した拡散面４２が形成されている。偏光ビームスプリッタ１５Ｂの透過特性は、実施形態２に示した偏光ビームスプリッタ１５Ａと同等であり、また、偏光ビームスプリッタ２２Ｂの透過特性も、実施形態２に示した偏光ビームスプリッタ２２Ａと同等である。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ１５Ｂ，２２Ｂにおける誘電体多層膜４１を透過したＰ偏光は、前記拡散面４２によって拡散されるので、Ｐ偏光の反射が抑制されることになる。そして、この実施形態で用いた偏光ビームスプリッタ１５Ｂ，２２Ｂであれば、偏光ビームスプリッタ１５Ａ，２２Ａに比べて軽量になるから、液晶プロジェクタの軽量化が図れる。また、実施形態２の偏光ビームスプリッタは高価な三角柱ガラス体を二つ用いるが、この実施形態の偏光ビームスプリッタ１５Ｂ，２２Ｂは一つでよいので、低コスト化が図れる。
【００３０】
（実施形態４）
以下、この発明の第４の実施形態の液晶プロジェクタを図９及び図１０に基づいて説明する。図９はこの実施形態の３板式液晶プロジェクタの光学系を示した平面図であり、図１０はこの実施形態で用いた偏光ビームスプリッタ１５Ｃ，２２Ｃを示した図であって、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は正面図であり、同図（ｃ）は側面図である。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ１５Ｃ，２２Ｃは、二側面が直交する４個の小型の三角柱ガラス体４４と、前記二側面に対向する第三の側面に固着された平板ガラス４３と、固着面に設けられた誘電体多層膜４１とから成る。そして、前記平板ガラス４３における前記固着面とは反対側の面には、小さな凹凸を有した拡散面４２が形成されている。偏光ビームスプリッタ１５Ｃの透過特性は、実施形態３に示した偏光ビームスプリッタ１５Ｂと同じであり、また、偏光ビームスプリッタ２２Ｃの透過特性も、実施形態３に示した偏光ビームスプリッタ２２Ｂと同じである。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ１５Ｃ，２２Ｃは、前述のごとく４個の小型の三角柱ガラス体４４を備えて成るものであり、実施形態３に示した偏光ビームスプリッタ１５Ｂ，２２Ｂにおける三角柱ガラス体４０に比べて軽量にできるから、液晶プロジェクタの一層の軽量化が図れることになる。また、実施形態３の偏光ビームスプリッタは一つの三角柱ガラス体であるものの大きいためにコストが高くなるが、この実施形態の偏光ビームスプリッタ１５Ｃ，２２Ｃは三角柱ガラス体を複数用いるものの全体としては低コスト化が図れることになる。なお、この実施形態では三角柱ガラス４４を４つ用いて構成したが、これに限るものではなく、更に多くのより小さな三角柱ガラス４４を用いて偏光ビームスプリッタを構成するようにしてもよいものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の液晶プロジェクタであれば、液晶ライトバルブに色光を導く反射ミラーは、色光を成す波長成分のなかで、Ｓ偏光は略全て反射し、Ｐ偏光は一部又は全部を透過するから、前記液晶ライトバルブの入射側偏光板には、不要とする偏光の入射が減少し、その温度上昇が抑制されることになる。よって、偏光板ガラスとして割安な白板ガラスや青板ガラス等の使用が可能になり低価格化が図れるとともに、空冷ファンにおける騒音や電力消費増大を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の液晶プロジェクタの光学系を示す平面図である。
【図２】光源のスペクトル特性を示す特性図である。
【図３】同図（ａ）は赤色光のＳ偏光及び漏れＰ偏光の相対エネルギー強度を示すグラフであり、同図（ｂ）は青色光のＳ偏光及び漏れＰ偏光の相対エネルギー強度を示すグラフである。
【図４】同図（ａ）は第１実施形態の赤色反射用の反射ミラーにおけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した特性図であり、同図（ｂ）は第１実施形態の青色反射用の反射ミラーにおけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した特性図である。
【図５】この発明の第２実施形態の液晶プロジェクタの光学系を示す平面図である。
【図６】同図（ａ）は第２実施形態の赤色反射用の反射ミラーにおけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した特性図であり、同図（ｂ）は第２実施形態の青色反射用の反射ミラーにおけるＰ偏光およびＳ偏光の各々の透過特性を示した特性図である。
【図７】この発明の第３実施形態の液晶プロジェクタの光学系を示す平面図である。
【図８】この発明の第３実施形態の液晶プロジェクタで用いた偏光ビームスプリッタの斜視図である。
【図９】この発明の第４実施形態の液晶プロジェクタの光学系を示す平面図である。
【図１０】この発明の第４実施形態の液晶プロジェクタで用いた偏光ビームスプリッタを示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
１０ 光源
１１ インテグレータレンズ
１２ 偏光変換装置
１４ 第１ダイクロイックミラー
１５ 反射ミラー
１５Ａ 偏光ビームスプリッタ
１５Ｂ 偏光ビームスプリッタ
１５Ｃ 偏光ビームスプリッタ
１７ 第２ダイクロイックミラー
２２ 反射ミラー
２２Ａ 偏光ビームスプリッタ
２２Ｂ 偏光ビームスプリッタ
２２Ｃ 偏光ビームスプリッタ
２４ ダイクロイックプリズム
２５ 投写レンズ
３１ 液晶ライトバルブ
３２ 液晶ライトバルブ
３３ 液晶ライトバルブ

Claims (2)

1. 光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する色分離手段と、各色光を変調する液晶ライトバルブと、該液晶ライトバルブにより変調された映像光を投写する投写手段と、を備えた液晶プロジェクタにおいて、
   色分離手段にて分離された青色光を青色光用の液晶ライトバルブに導く反射ミラーおよび前記色分離手段にて分離された赤色光を赤色光用の液晶ライトバルブに導く反射ミラーを有し、
   前記反射ミラーの少なくとも一方は、二側面が直交する二つの三角柱透明体を、前記二側面に対向する第三の側面に固着され且つ固着面とは反対側の面に拡散面を有した平板透明体と、前記固着面に設けられた誘電体多層膜とから成り、色光を成す波長成分のなかで、Ｓ偏光は略全て反射し、Ｐ偏光は一部又は全部を透過する特性を有していることを特徴とする液晶プロジェクタ。
2. 請求項１に記載の液晶プロジェクタにおいて、前記三角柱透明体として小型のものを複数個備えて成ることを特徴とする液晶プロジェクタ。

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