JP3610764B2 - 光学装置、及びこれを備えた投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の光学部品(素子)を組み込んだ光学装置、及びこの光学装置を備えた投写型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
投写型表示装置には、光の利用効率を高めて明るい投写画像を得るために、偏光照明光学系およびインテグレータ光学系が利用されている。偏光照明光学系は、一方向の偏光方向を有する偏光光のみを照明光として利用する光学系である。この偏光照明光学系には、非偏光光(光の偏光方向がランダムな偏光方向を有する光)を、一方向の偏光方向を有する光に変換する偏光変換素子が用いられる。また、インテグレータ光学系は、投写画面の明るさを均一にするために、光源光を複数の微少な部分光束に分割し、各部分光束を照明光として利用する光学系である。このインテグレータ光学系には、複数の小レンズを備え、光源光を複数の部分光束に分割するレンズアレイが用いられる。通常、偏光照明光学系およびインテグレータ光学系を組み合わせて照明光学系を構成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来、投写型表示装置に用いられる各光学部品は、投写型表示装置の各構成部品を実装するシャーシ上の各所定の位置に設けられたガイドに実装されている。従って、各光学部品の相対的な位置精度は、シャーシ上に設けられた各ガイドの相対的な位置精度に大きく依存する。このシャーシは投写型表示装置に用いられる各構成部品を実装するためのものであるため、ある程度大きなサイズが必要とされ、シャーシ上に設けられた各ガイドの位置精度はあまり良くない。しかし、偏光照明光学系およびインテグレータ光学系の機能を有効に発揮させて、光の利用効率を高めるためには、これらに用いられる光学部品、特に、偏光変換素子やレンズアレイが、シャーシ上に実装された場合の相対位置精度を向上させることが好ましい。
【0004】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、投写型表示装置で使用される光学素子の光の利用効率を向上させる技術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およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の光学装置は、
複数の小レンズを有するレンズアレイと、
前記小レンズから射出された光を2種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記2種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜と、を各々複数有し、非偏光光を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能に組み込むための治具と、を備えることを特徴とする。
【0006】
この光学装置は、レンズアレイと偏光変換素子アレイとを、着脱可能に一体化することができる。これにより、この光学装置に含まれる光学部品(素子)の相対的な位置精度を向上させることができる。これにより、この光学装置に含まれる光学素子の光の利用効率を向上させることができる。また、本発明の光学装置は、着脱可能であるので、この光学装置に組み込まれた光学素子を容易に交換することができる。
【0007】
ここで、上記光学装置は、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第1と第2の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を前記第1と第2の開口面にそれぞれ通じる第1と第2の収納部に区画する仕切用突起部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第1と第2の開口面から前記第1と第2の収納部にそれぞれ収納される、ことが好ましい。
【0008】
上記治具によれば、レンズアレイを第1の開口面から第1の収納部に収納し、偏光変換素子アレイを第2の開口面から第2の収納部に収納することができるので、どちらか一方の光学素子を交換する必要が生じた場合でも、他方の光学素子を取り外すことなく交換することが可能である。したがって、部品の交換が容易であるという利点がある。
【0009】
また、上記光学装置は、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第1と第2の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記第1の開口面近傍に設けられた突起部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を、前記第1の開口面に近い比較的小さな第1の収納部と、前記第2の開口面に近い比較的大きな第2の収納部とに区分する段差部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第2の開口面から前記第1と第2の収納部に所定の順序で収納される、ことも好ましい。
【0010】
上記治具によれば、レンズアレイと偏光変換素子アレイを第2の開口面から第1と第2の収納部に所定の順で収納することができる。したがって、組み立てが容易であるという利点がある。
【0011】
なお、上記各光学装置は、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとの間に介挿された状態で前記枠部に収納され、前記偏光変換素子アレイの光入射面の少なくとも一部を遮光する遮光板を備える、ようにしてもよい。
【0012】
偏光変換素子アレイの光の入射面の少なくとも一部を遮光することにより偏光変換素子から射出される1種類の直線偏光光の純度(偏光度)を向上させることができる。
【0013】
また、上記各光学装置は、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第1と第2のアレイユニットに分割されており、
前記第1と第2の収納部のうちで前記第1と第2のアレイユニットが収納される収納部は、前記第1と第2のアレイユニットの間に挟まれて前記第1と第2のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部と、前記枠部の内面に対面して設置されて前記第1と第2のアレイユニットをそれぞれ前記位置決め用突起部に押しつける第1と第2のアレイユニット用弾性部材とを備えることが好ましい。
【0014】
また、上記光学装置において、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイが、第2の開口面から第1と第2の収納部に所定の順で収納される場合には、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第1と第2のアレイユニットに分割されており、
前記第1と第2の収納部のうちで前記第1と第2のアレイユニットが収納される収納部は、前記第1と第2のアレイユニットの間に挟まれて前記第1と第2のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部を備え、
前記第1と第2のアレイユニットは、前記固定部材によってそれぞれ前記位置決め用突起部に押し付けられるようにしてもよい。
【0015】
上記構成によれば、偏光変換素子アレイが第1と第2のアレイユニットに分割されている場合に、第1と第2のアレイユニットを位置決め用突起部を基準に精度良く収納することができる。
【0016】
さらに、上記各光学装置において、
前記第1と第2の収納部のうちで前記レンズアレイが収納される収納部は、前記枠部の内面の一方に設置されて前記レンズアレイを前記枠部の反対側の内面に押しつけるレンズアレイ用弾性部材を備える、ことが好ましい。
【0017】
上記構成によれば、レンズアレイが枠部のレンズアレイ用弾性部材が貼り付けられている内面とは反対側の内面に押し付けられるので、レンズアレイをこの反対側の内面を基準に精度良く収納することができる。
【0018】
本発明の第1の投写型表示装置は、
光源と、
複数の小レンズを有する第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイに対応する第2のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を2種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記2種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第2のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学装置から射出された光を、画像信号に基づいて変調する光変調手段と、
前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
【0019】
また、第2の投写型表示装置は、
光源と、
複数の小レンズを有する第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイに対応する第2のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を2種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記2種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第2のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学装置から射出された光を、複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記複数の色光を、それぞれ画像信号に基づいて変調する3つの光変調手段と、
前記複数の光変調手段から射出された変調光を合成する色光合成手段と、
前記色光合成手段から射出される合成光を投写する投写光学系と、を備える
ことを特徴とする。
【0020】
本発明の光学装置を、上記第1、第2の投写型表示装置に用いることにより、投写型表示装置の光の利用効率を向上させることができる。また、この光学装置に含まれる光学素子は容易に着脱可能であるため、この光学装置に含まれる部品を容易に交換することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。なお、以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向をz方向、z方向からみて12時の方向をy方向、3時の方向をx方向とする。また、z方向からみた光学部品の面を正面、y方向からみた面を上面とし、原則として正面図を基準として説明する。
【0022】
A.第1実施例:
図1は、投写型表示装置に適用される偏光照明光学系の概略構成図を示す説明図である。この照明光学系は、光源10と、第1のレンズアレイ20と、第2のレンズアレイ150と、遮光板140と、2つの偏光変換素子アレイ131,132と、重畳レンズ40とを、備えるインテグレータ照明光学系である。後述するように、第2のレンズアレイ150と、遮光板140と、2つの偏光変換素子アレイ131,132とは、1つの偏光変換ユニット(光学装置)30として組み合わされている。
【0023】
図2は、第1のレンズアレイ20の外観を示す正面図および側面図である。第1のレンズアレイ20は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ201が、縦方向にM行、横方向に2N列のマトリクス状に配列された構成を有している。従って、レンズ横方向中心からは、左方向にN列、右方向にN列存在する。この例では、M=10,N=4である。第2のレンズアレイ150は、第1のレンズアレイ20と同様な構成のレンズアレイである。なお、第1のレンズアレイ20および第2のレンズアレイ150のレンズの向きは、+z方向あるいは−z方向のどちらを向いていても良い。また、図1のように互いに異なる方向を向いていても良い。
【0024】
図3は、偏光変換素子アレイ131の外観を示す斜視図である。この偏光変換素子アレイ131は、偏光ビームスプリッタアレイ320と、偏光ビームスプリッタアレイ320の光射出面の一部に選択的に配置されたλ/2位相差板381(図中斜線で示す)とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ320は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材323が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材323の界面には、偏光分離膜331と反射膜332とが交互に形成されている。λ/2位相差板381は、偏光分離膜331あるいは反射膜332の光の射出面のx方向の写像部分に、選択的に貼り付けられる。この例では、偏光分離膜331の光の射出面のx方向の写像部分にλ/2位相差板381を貼り付けている。
【0025】
偏光変換素子アレイ131は、入射された光束を1種類の直線偏光光(例えば、s偏光光やp偏光光)に変換して射出する機能を有する。図4は、偏光変換素子アレイ131の機能を示す説明図である。偏光変換素子の入射面に、s偏光成分とp偏光成分とを含む非偏光光(ランダムな偏光方向を有する入射光)が入射する。この入射光は、まず、偏光分離膜331によってs偏光光とp偏光光に分離される。s偏光光は、偏光分離膜331によってほぼ垂直に反射され、反射膜332によってさらに垂直に反射されてから出射される。一方、p偏光光は、偏光分離膜331をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したp偏光光の射出面には、λ/2位相差板381が配置されており、このp偏光光がs偏光光に変換されて射出する。従って、偏光変換素子を通過した光は、そのほとんどがs偏光光となって出射される。また、偏光変換素子から出射される光をp偏光光としたい場合には、λ/2位相差板381を、反射膜332によって反射されたs偏光光が出射する射出面に配置するようにすればよい。
【0026】
なお、隣り合う1つの偏光分離膜331および1つの反射膜332を含み、さらに1つのλ/2位相差板381で構成される1つのブロックを、1つの偏光変換素子325とみなすことができる。偏光変換素子アレイ131は、このような偏光変換素子325が、x方向に複数列配列されたものである。この実施例では、4列の偏光変換素子325で構成されている。
【0027】
偏光変換素子アレイ132も偏光変換素子アレイ131と全く同様であるので説明を省略する。
【0028】
2つの偏光変換素子アレイ131,132は、図1に示すように、照明光学系の光軸を挟んで対称な向きに配置されている。
【0029】
図5は、遮光板140の平面図である。遮光板140は、2つの偏光変換素子アレイ131,132の光の入射面のうち、偏光分離膜331に対応する光入射面にのみ、光が入射するように、略矩形上の板状体に開口部141を設けた構成を有している。
【0030】
図1に示す光源10から射出された非偏光な光は、第1のレンズアレイ20および第2のレンズアレイ150の複数の小レンズによって複数の部分光束202に分割されるとともに、2つの偏光変換素子アレイ131,132の偏光分離膜331の近傍に集光される。特に、第2のレンズアレイ150は、第1のレンズアレイ20から射出された複数の部分光束が2つの偏光変換素子アレイ131,132の偏光分離膜331上に集光されるように導く機能を有している。2つの偏光変換素子アレイ131,132に入射された複数の部分光束は、上述したように、1種類の直線偏光光に変換され射出される。2つの偏光変換素子アレイ131,132から射出された複数の部分光束は、重畳レンズ40によって所定の照明領域80上で重畳される。これにより、この照明光学系は、所定の照明領域を均一に照明することができる。
【0031】
以上の説明からわかるように、この照明光学系において、第2のレンズアレイ150と、遮光板140と、2つの偏光変換素子アレイ131,132とは、光源から射出された光を効率よく1種類の直線偏光光に変換するための重要な光学素子である。従って、これらの光学素子を精密に配置することが望ましい。そこで、本発明の偏光変換ユニット30は、これらの第2のレンズアレイ150と、遮光板140と、2つの偏光変換素子アレイ131,132とを、精密に配置すべく1まとめに組み立てものである。
【0032】
図6は、本発明の第1実施例としての偏光変換ユニット(光学装置)の外観を示す説明図である。図7は、この偏光変換ユニットの分解斜視図である。この偏光変換ユニット30は、ユニット枠100と、2つの偏光変換素子アレイ131,132と、遮光板140と、レンズアレイ150と、クリップ160と、を備えている。ユニット枠100の一方の開口面(図7では下面)側からは2つの偏光変換素子アレイ131、132が挿入され、もう一方の開口面(図7では上面)側からは、遮光板140とレンズアレイ150とがこの順に挿入される。これらの光学素子131,132,140,150は、ユニット枠100に収納された状態で、4つのクリップ160で上下2方向から挟持される。クリップ160は弾性体で形成されているので、クリップ160は容易に着脱することができ、光学装置30の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
【0033】
図8は、偏光変換ユニット30を組み立てるためのユニット枠100の外観を示す説明図である。図8(A)は正面図、図8(B)は上面図、図8(C)は底面図、図8(D)は左側面図、図8(E)は右側面図、図8(F)は背面図、図8(G)は図8(F)のAA’断面図を示している。なお、正面は光射出面を、背面は光入射面を示す。図8(G)に示すように、ユニット枠100は、断面が略Hの字状の形状を有しており、光射出面(正面)側の凹部102と光入射面(背面)側の凹部112とを有している。ユニット枠100は、例えば樹脂成型によって作成される。
【0034】
ユニット枠100の光射出面側には、図8(A),(G)に示すように、略矩形状の凹部102を有している。この凹部102は、2つの偏光変換素子アレイ131,132を収納するための収納部として機能する。凹部102の内面には、ユニット枠100の中空部を光射出面側の凹部102と光入射社面側の凹部112とに仕切るための仕切部102bが設けられている仕切部102bは中央に開口部102aを有している。
【0035】
図8(A)に示すように、光射出面側の凹部102の上側と下側の内面の中心位置には、略直方体形状の突起104が設けられ、突起104の両側には小さな溝106が設けられている。また、凹部102の左右の内面にも溝108が設けられており、この溝108には、この溝108よりも厚みのあるクッション材110が貼り付けられている。クッション材110は、凹部102の左右の内面から少し内側に突き出している。図6(C)に示すように、2つの偏光変換素子アレイ131,132は、突起104を挟むように凹部102に挿入される。このとき、2つの偏光変換素子アレイ131,132は、クッション材110によって内側に押し付けられて、突起104を基準に、左右両側に配置される。従って、2つの偏光変換素子アレイ131,132間のギャップは、突起104の厚みによって規定される。クッション材としては、多孔性ゴムなどの弾性材を用いることができる。なお、突起104の両側に設けられた溝106(図8(A))は、突起104の根元が盛り上がっている場合にも2つの偏光変換素子アレイ131,132がその盛り上がり部分と接しないようにするために設けられている。
【0036】
図7からわかるように、2つの偏光変換素子アレイ131,132は、突起104を挟んで左右に反対向きになるように、かつ、偏光変換素子アレイ131,132の射出面側(図5に示すλ/2位相差版381が貼り付けられている面側)が外向きになるように、凹部102内に収納される。なお、偏光変換素子アレイ131,132の挿入方向を間違わないようにするために、偏光変換素子アレイ131,132を構成する一番外側の透光性部材を他の透光性部材と異なった色とするようにすることが好ましい。例えば、一番外側の透光性部材を青板ガラスとし、他の透光性部材を白板ガラスとすることができる。また、一番外側の透光性部材に目印となるような切りかけを設けるようにしても有効である。
【0037】
ユニット枠100の光入射面側には、図8(F),(G)に示すように、ユニット枠100の略矩形状の外形よりも少し小さな略矩形状の凹部112aが形成されている。さらに、凹部112aの底部には段差が設けられており、この段差によって凹部112aよりもさらに少し小さな凹部112bが形成されている。この凹部112bは、仕切部102bによって光入射面側の凹部102と仕切られている。
【0038】
この凹部112bは、上述した遮光板140を収納するための収納部である。凹部112bは、遮光板140にほぼ等しい大きさを有しているので、遮光板140をこの凹部112bに挿入することにより、2つの偏光変換素子アレイ131,132に対して遮光板140を精度良く配置することができる。
【0039】
凹部112aは、レンズアレイ150を収納するための収納部である。図8(F)に示すように、凹部112aの右側の内面には、レンズアレイ150の位置決めのために、2つの突起116が設けられている。また、左側の内面には、クッション材110が貼り付けられている。レンズアレイ150を挿入する際には、クッション材110を左側に押し付けるように凹部112に挿入する。レンズアレイ150は、クッション材110によって突起116の方向に押し付けられて、突起116を基準に左右方向に精度良く配置される。
【0040】
ユニット枠100の正面側の上下の左右2箇所の端部には、図8(A)〜(E)に示すように突起状のクリップ止め部118が設けられている。クリップ160は、略コの字状の形状を有し(図7)、クリップ止め部118に対応する穴162が設けられている。このクリップ160によって、ユニット枠100に挿入された2つの偏光変換素子アレイ131,132とレンズアレイ150とを両側から挟み込んでユニット枠100に固定することができる。
【0041】
ユニット枠100の上面には図8(A),(B)からわかるように3つの突起120が形成されている。また、ユニット枠100の左右の外枠には、投写型表示装置内の保持溝(後述する)に挿入されるガイド挿入部122が設けられている。このガイド挿入部122の光射出面(正面)側には、クッション材110が貼り付けられている。図9は、偏光変換ユニット30を投写型表示装置に組み込んだ状態について示す概略断面図である。図9(B)は図9(A)のBB’の概略断面図を示している。投写型表示装置に組み込まれる光学部品(要素)は、通常、下側ライトガイドと呼ばれるシャーシ600Dと、上側ライトガイドと呼ばれるフタ600Uとに挟まれて組み込まれる。上下のライトガイド600U,600Dによって、光軸LCに垂直な平面に沿って上下方向に延びる左右一対の垂直壁911,912と、これらの垂直壁911,912の下端をつなぐ底壁913と、これらの垂直壁911,912の上端をつなぐ上壁914が形成される、各壁911〜914によって囲まれた部分に偏光変換ユニット30が配置される。左右の側壁911,912には、保持溝915が設けられている。偏光変換ユニット30は、この保持溝915に左右のガイド挿入部122を挿入することによって組み込まれる。ガイド挿入部122の正面側には、上述したようにクッション材110が貼り付けられているので、クッション材110によってガイド挿入部122が背面側に押し付けられることにより、偏光変換ユニット30を保持溝915のガイド挿入部122の背面側と接触する面を基準に固定することができる。
【0042】
ユニット枠100の上面に設けられた突起120は、図9(A)に示すように上壁914を押すためのものである。これにより、偏光変換ユニット30が上下方向でがたつくのを防止することができる。また、下側ライトガイド600Dには通気口(図示しない)が設けられており、この通気口から送り込まれた冷却風は、偏光変換ユニット30の面に沿って流れ、突起120と上側ライトガイド600Uとの間を流れた後、排気される。これにより、偏光変換ユニット30を効率よく冷却することができる。
【0043】
上述したように、ユニット枠100の一方の開口面側から2つの偏光変換素子アレイ131,132を挿入し、他方の開口面側から遮光板140とレンズアレイ150とを順に挿入して、1つにまとめた偏光変換ユニット30を構成することができる(図7)。これにより、各構成部品を相対的に精度良く配置することができ、光の利用効率を高めることができる。また、この偏光変換ユニット30は、ユニット枠100に各構成部品131,132,140,150を挿入し、クリップ160で固定するだけの簡単な構造であるので、着脱が簡単にできる。これにより、各構成部品を簡単に交換することができる。
【0044】
なお、凹部112bの上下の内面の中心にも図8(A)に示す突起104と同様な突起を設けるようにしてもよい。このとき、遮光板140の上下の端部の中心にこの突起に対応する溝を設けるようにしてもよい。逆に、凹部112bの上下の内面の中心に溝を設け、遮光板140に対応する突起を設けるようにしてもよい。こうすれば、2つの偏光変換素子アレイ131,132と同様に、中心の突起を基準に遮光板140を配置することができる。
【0045】
また、凹部112aの上下の内面の中心にも突起104と同様な突起を設けるようにしてもよい。このとき、レンズアレイ150の上下の端部の中心にこの突起に対応する溝を設けるようにしてもよい。逆に、凹部114の上下の側面の中心に溝を設け、レンズアレイ150にこの溝に対応する突起を設けるようにしてもよい。これにより、2つの偏光変換素子アレイ131,132と同様に、中心の突起を基準にレンズアレイ150を配置することもできる。
【0046】
さらに、2つの偏光変換素子アレイ131,132を一体として1つの偏光変換素子アレイとしてもよい。このとき、偏光分離膜331および反射膜332の向きを中心に対して左右対称でなく平行としてもよい。1つの偏光変換素子アレイを用いる場合には、凹部112aと同様に凹部102の右側または左側の内面に突起を設け、その反対側の内面にクッション材を貼りつけるようにしてもよい。このようにすれば、1つの偏光変換素子アレイを右側または左側にの内面に設けられた突起を基準に偏光変換素子アレイを配置することも可能である。
【0047】
B.第2実施例:
図10は、本発明の第2実施例としての偏光変換ユニット(光学装置)の外観を示す説明図である。図11は、この偏光変換ユニットの分解斜視図である。図11に示すように、この偏光変換ユニット30Aは、ユニット枠500と、レンズアレイ550と、遮光板540と、2つの偏光変換素子アレイ531,532と、を備えている。ユニット枠500の一方の開口面(図11では上面)側から、レンズアレイ550と、遮光板540と、2つの偏光変換素子アレイ531,532とが順に挿入される。これらの光学素子531,532,540,550は、ユニット枠500に収納された状態で、クリップ560によって上、左、右の3方向から挟持される。クリップ560は、ユニット枠560の四隅に設けられている突起部512に引っ掛けられる略コの字上の係合部561を左右方向に連結する第1の連結部562と、係合部561を上下方向に連結する第2の連結部563とを有している。クリップ560は、弾性体で形成されているので、クリップ560は容易に着脱することができ、光学装置30Aの各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
【0048】
レンズアレイ550、遮光板540、および偏光変換素子アレイ531,532は、それぞれ第1実施例のレンズアレイ150、遮光板140、および偏光変換素子アレイ131,132と同様の機能を有している。図11に示す偏光変換素子アレイ531,532は、3列の偏光変換素子350で構成されており、これに対応してレンズアレイ550は8行6列で構成され、遮光板540の開口部もこれに対応して構成されている。各光学素子の構成は、一例を示しているに過ぎず、第1実施例と同様であってもよい。なお、各光学素子の機能についての説明は省略する。
【0049】
図12は、偏光変換ユニット30Aを組み立てるためのユニット枠500の外観を示す説明図である。図12(A)は正面図、図12(B)は上面図、図12(C)は底面図、図12(D)は左側面図、図12(E)は右側面図、図12(F)は背面図、図12(G)は図12(A)のCC’断面図を示している。なお、図8と同様に、正面は光射出面を、背面は光入射面を示している。
【0050】
ユニット枠500の光射出面側には、図12(G)に示すように略矩形状の凹部502aを有している。さらに、凹部502aの底部には段差が設けられており、この段差によって凹部502aよりもさらに少し小さな凹部502bが形成されている。この凹部502bの底部には、凹部502bと光入射面側とを仕切る仕切部504bとして機能する。仕切部504bは中央に開口部504aが形成されている。この開口部504aが偏光変換ユニット30Aの光入射面に対応する。
【0051】
図12(G)の下側の凹部502bは、レンズアレイ550を収納するための収納部である。図12(A)に示すように、凹部502bの右側および下側の内面には、レンズアレイ550の位置決めのために、それぞれ2つの突起506が設けられている。また、凹部502bの左側の上端から上側の左端に渡ってクッション材110が折り曲げて貼り付けられている。レンズアレイ550の左上の角をこのクッション材110に押し付けるように凹部502bに挿入することにより、レンズアレイ550はクッション材110によって下方向および右方向に押し付けられて、右側および下側の突起506を基準に左右および上下方向に精度良く配置される。なお、図11に示すようにレンズアレイ550の遮光板側の上下端部には、遮光板540とレンズアレイ550との間に隙間を設けるためのスペーサ551が貼り付けられている。
【0052】
凹部502aは、遮光板540および2つの偏光変換素子アレイ531,532を収納するための収納部である。図12(A)に示すように凹部502aの上下の内面の中心位置には、略直方体の突起508が設けられている。また、突起508の両側には第1実施例における突起104の両側に設けられた溝106と同様な溝510が設けられている。さらに、ユニット枠500の左右外側の側面にはそれぞれ上下2箇所にクリップ止め部512が設けられている。
【0053】
遮光板540には、図11に示すように上下の中心端部に突起508に対応する溝541が設けられている。遮光板540は、突起508が遮光板540の溝541に合わさるように凹部502a内に挿入される。これにより、遮光板540は、突起508を基準に凹部502a内に精度良く配置される。
【0054】
凹部502aの遮光板540の上(光射出面)側には、さらに、図11に示すように2つの偏光変換素子アレイ531,532が、突起508を挟むように挿入される。その後、クリップ560の上下の連結部562によって偏光変換素子アレイ531,532が下に押し付けられるようにしながら、クリップ560の四隅の係合部561の穴がユニット枠500のクリップ止め用突起512にはめ込まれることにより、各構成部品550,540,531,532がユニット枠500に固定される。クリップ560は弾性体(板バネ)で形成されているので、2つの偏光変換素子アレイ531,532は、クリップ560によって光射出面から光入射面の方向に押し付けられるとともに、左側面および右側面から突起506の方向に押し付けられた状態で固定される。これにより、偏光変換素子アレイ531,532は、突起508を基準に左右両側に精度良く配置される。また、偏光変換ユニット30Aの各構成要素(部品)をユニット枠500内に固定することができる。2つの偏光変換素子アレイ531,532間のギャップは、第1実施例と同様に突起506の厚みによって規定される。
【0055】
ユニット枠500の左右の側面には、投写型表示装置内の保持溝に挿入されるガイド挿入部522が設けられている。このガイド挿入部522の正面側には、クッション材110が貼り付けられている。これにより、第1実施例で説明したと同様に、偏光変換ユニット30Aを保持溝のガイド挿入部522の背面側と接触する面を基準に固定することができる。
【0056】
上述したように、第2実施例においても、ユニット枠500の一方の開口面側から、レンズアレイ550と、遮光板540と、2つの偏光変換素子アレイ531,532とを順に挿入して、1つにまとめた偏光変換ユニット30Aを構成することができる(図11)。これにより、各構成要素を相対的に精度良く配置することができ、光の利用効率を高めることができる。また、この偏光変換ユニット30Aは、ユニット枠500に各構成要素550,540,531,532を挿入し、クリップ560で固定した簡単な構造であるので、着脱が簡単にできる。これにより、各構成部品を簡単に交換することができる。
【0057】
なお、凹部502bも、第1実施例で説明したと同様に、上下の内面の中心に突起を設け、レンズアレイ550の上下の端部の中心にこの突起に対応する溝を設けるようにしてもよい。逆に、凹部502bの上下の側面の中心に溝を設け、レンズアレイ550にこの溝に対応する突起を設けるようにしてもよい。これにより、中心の突起を基準にレンズアレイ550を配置することもできる。
【0058】
また、本実施例では、レンズアレイ550、遮光板540、偏光変換素子アレイ531,532の順にユニット枠500に挿入する例を示しているが、逆の順序で挿入する構成にしてもよい。
【0059】
また、第1、第2実施例においては、遮光板を含む構成を例に説明しているが、遮光板を含まない構成としてもよい。
【0060】
C.投写型表示装置の構成:
図13は、本発明の光学装置を組み込んだ投写型表示装置の構成を示す概略平面図であり、下側ライトガイド600Dの上に各構成部品が実装された状態を示している。この投写型表示装置1000は、光源10と、第1のレンズアレイ20と、本発明の光学装置(偏光変換ユニット)30と、重畳レンズ40とで構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー52,56と、反射ミラー54とを含む色光分離光学系50を備えている。さらに、入射側レンズ62と、リレーレンズ66と、反射ミラー64,68とを含む導光光学系を備えている。また、3枚のフィールドレンズ70,72,74と、3枚の液晶ライトバルブ80R,80G,80Bと、クロスダイクロイックプリズム88と、投写レンズ90とを備えている。
【0061】
光源10から重畳レンズ40は、図3に示した照明光学系と同様であるので説明を省略する。反射ミラー42は、重畳レンズから射出された光を色光分離光学系50の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系50は、2枚のダイクロイックミラー52,56により、重畳レンズ40から射出される光を、赤、緑、青の3色の色光に分離する機能を有している。第1のダイクロイックミラー52は、重畳レンズ40から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第1のダイクロイックミラー52を透過した赤色光は、反射ミラー54で反射され、フィールドレンズ70を通って赤光用の液晶ライトバルブ80Rに達する。このフィールドレンズ70は、重畳レンズ40から射出された各部分光束をその中心軸(主光線)に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ72,74も同様である。
【0062】
第1のダイクロイックミラー52で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第2のダイクロイックミラー56によって反射され、フィールドレンズ72を通って緑光用の液晶ライトバルブ80Gに達する。一方、青色光は、第2のダイクロイックミラー56を透過し、導光光学系60、すなわち、入射側レンズ62、反射ミラー64、リレーレンズ66、反射ミラー68を通り、さらに、フィールドレンズ74を通って青色光用の液晶ライトバルブ80Bに達する。なお、青色光に導光光学系60が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ62に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ74に伝えるためである。
【0063】
3つの液晶ライトバルブ80R,80G,80Bは、入射した光を、与えられた画像情報(画像信号)に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、3つの液晶ライトバルブ80R,80G,80Bに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。なお、図1に示した照明領域80は、液晶ライトバルブ80R、80G、80Bに相当する。
【0064】
3つの液晶ライトバルブ80R,80G,80Bから射出された3色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム88に入射する。クロスダイクロイックプリズム88は、3色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム88には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、4つの直角プリズムの界面に略X字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム88で生成された合成光は、投写レンズ90の方向に射出される。投写レンズ90は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【0065】
本例の投写型表示装置においては、第1実施例で説明した光学装置(偏光変換ユニット)30を用いているので、この光学装置に含まれる光学素子(部品)の相対的な位置精度を向上させることができる。これにより、投写型表示装置における光の利用効率を向上させることができる。また、この光学装置の各構成部品は容易に着脱可能であるため、この光学装置の不良により投写型表示装置に不良が発生しても、この光学装置に含まれる不良部品を容易に交換することができ、投写型表示装置の不良を容易に解決することができる。第2実施例で説明した光学装置を用いても、同様の効果を得ることができる。
【0066】
なお、この発明は上記の実施例や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。
【0067】
(1)上記第1、第2実施例で説明した光学装置に含まれるレンズアレイや、遮光板、偏光変換素子アレイの各構成は一例を示したものである。すなわち、これらのレンズアレイや、遮光板、偏光変換素子アレイの各構成、例えば、偏光変換素子アレイにおける偏光変換素子の列数、レンズアレイの行数や列数、遮光板の有無、レンズアレイを構成する小レンズの形状等は、光源等の各構成要素の特性や、投写型表示装置の仕様などに応じ種々の態様で実施されるべきものである。
【0068】
(2)上記投写型表示装置は、光変調手段として透過型の液晶パネルを利用したライトバルブを例に説明しているが、反射型の液晶パネルを利用したものであってもよい。また、鏡面素子を利用した光変調手段を用いたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】投写型表示装置に適用される偏光照明光学系の概略構成図を示す説明図である。
【図2】第1のレンズアレイ20の外観を示す正面図および側面図である。
【図3】偏光変換素子アレイ131の外観を示す斜視図である。
【図4】偏光変換素子アレイ131の機能を示す説明図である。
【図5】遮光板140の平面図である。
【図6】本発明の第1実施例としての光学装置の外観を示す説明図である。
【図7】本発明の第1実施例としての光学装置の分解斜視図である。
【図8】偏光変換ユニット30を組み立てるためのユニット枠100の外観を示す説明図である。
【図9】偏光変換ユニット30を投写型表示装置に組み込んだ状態について示す概略断面図である。
【図10】本発明の第2実施例としての光学装置の外観を示す説明図である。
【図11】本発明の第2実施例としての光学装置の分解斜視図である。
【図12】偏光変換ユニット30Aを組み立てるためのユニット枠500の外観を示す説明図である。
【図13】本発明の光学装置を組み込んだ投写型表示装置の構成を示す概略平面図である。
【符号の説明】
10…光源
20…第1のレンズアレイ
30…偏光変換ユニット(光学装置)
30A…偏光変換ユニット(光学装置)
40…重畳レンズ
42…反射ミラー
50…色光分離光学系
52,56…ダイクロイックミラー
54…反射ミラー
60…導光光学系
62…入射側レンズ
64,68…反射ミラー
66…リレーレンズ
70,72,74…フィールドレンズ
80R,80G,80B…液晶ライトバルブ
80…照明領域
88…クロスダイクロイックプリズム
90…投写レンズ
100…ユニット枠
102…凹部
102a…開口部
102b…仕切部
104…突起
106…溝
108…溝
110…クッション材
112…凹部
112a…凹部
112b…凹部
114…凹部
116…突起
118…クリップ止め部
120…突起
122…ガイド挿入部
131,132…偏光変換素子アレイ
140…遮光板
141…開口部
150…レンズアレイ
160…クリップ
162…穴
201…小レンズ
202…部分光束
320…偏光ビームスプリッタアレイ
323…透光性部材
325…偏光変換素子
331…偏光分離膜
332…反射膜
350…偏光変換素子
500…ユニット枠
502a…凹部
502b…凹部
504a…開口部
504b…仕切部
506…突起
508…突起
510…溝
512…クリップ止め部
522…ガイド挿入部
531,532…偏光変換素子アレイ
540…遮光板
541…溝
550…レンズアレイ
551…スペーサ
560…クリップ
561…係合部
562…第1の連結部
563…第2の連結部
600D…下側ライトガイド
600U…上側ライトガイド
911,912…垂直壁(側壁)
913…底壁
914…上壁
915…保持溝
1000…投写型表示装置
Claims (9)
- 複数の光学部品を組み込んだ光学装置であって、
複数の小レンズを有するレンズアレイと、
前記小レンズから射出された光を2種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記2種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜と、を各々複数有し、非偏光光を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能に組み込むための治具と、を備える
光学装置。 - 請求項1記載の光学装置であって、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第1と第2の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を前記第1と第2の開口面にそれぞれ通じる第1と第2の収納部に区画する仕切用突起部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第1と第2の開口面から前記第1と第2の収納部にそれぞれ収納される、光学装置。 - 請求項1記載の光学装置であって、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第1と第2の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記第1の開口面近傍に設けられた突起部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を、前記第1の開口面に近い比較的小さな第1の収納部と、前記第2の開口面に近い比較的大きな第2の収納部とに区分する段差部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第2の開口面から前記第1と第2の収納部に所定の順序で収納される、光学装置。 - 請求項2または請求項3記載の光学装置であって、さらに、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとの間に介挿された状態で前記枠部に収納され、前記偏光変換素子アレイの光入射面の少なくとも一部を遮光する遮光板を備える、光学装置。 - 請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の光学装置であって、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第1と第2のアレイユニットに分割されており、
前記第1と第2の収納部のうちで前記第1と第2のアレイユニットが収納される収納部は、前記第1と第2のアレイユニットの間に挟まれて前記第1と第2のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部と、前記枠部の内面に対面して設置されて前記第1と第2のアレイユニットをそれぞれ前記位置決め用突起部に押しつける第1と第2のアレイユニット用弾性部材とを備える、光学装置。 - 請求項3記載の光学装置であって、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第1と第2のアレイユニットに分割されており、
前記第1と第2の収納部のうちで前記第1と第2のアレイユニットが収納される収納部は、前記第1と第2のアレイユニットの間に挟まれて前記第1と第2のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部を備え、
前記第1と第2のアレイユニットは、前記固定部材によってそれぞれ前記位置決め用突起部に押し付けられることを特徴とする、光学装置。 - 請求項2ないし請求項6のいずれかに記載の光学装置であって、
前記第1と第2の収納部のうちで前記レンズアレイが収納される収納部は、前記枠部の内面の一方に設置されて前記レンズアレイを前記枠部の反対側の内面に押しつけるレンズアレイ用弾性部材を備える、光学装置。 - 投写面上に画像を投写する投写型表示装置であって、
光源と、
複数の小レンズを有する第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイに対応する第2のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を2種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記2種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第2のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学装置から射出された光を、画像信号に基づいて変調する光変調手段と、
前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備える投写型表示装置。 - 投写面上に画像を投写する投写型表示装置であって、
光源と、
複数の小レンズを有する第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイに対応する第2のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を2種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記2種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第2のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学装置から射出された光を、複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記複数の色光を、それぞれ画像信号に基づいて変調する3つの光変調手段と、
前記複数の光変調手段から射出された変調光を合成する色光合成手段と、
前記色光合成手段から射出される合成光を投写する投写光学系と、を備える投写型表示装置。
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