JP4447145B2 - 投射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）およびダイクロックプリズム（以下、ＤＰという）を使用して光の利用効率を向上させる液晶プロジェクタの投射装置および投射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＰＢＳおよびＤＰを備えた投射装置により照明するのに適した表示装置であるライトバルブを使用した液晶プロジェクタが利用されている。
ところで、特開昭６３−３９２９４号公報には、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）とＤＰ（ダイックロイックプリズム）とを用い、入射光をＰＢＳの偏光分離膜で反射させＳ偏光のみをＤＰを通してライトバルブに導き、そのＳ偏光を画像信号に従いＰ偏光に変調し、未変調Ｓ偏光と共に再びＤＰを通してＰＢＳに戻し、Ｓ偏光は反射させ、変調されたＰ偏光のみを透過させて投射レンズに導き、スクリーンへ像を形成するビデオプロジェクション装置が記載されている。
また、特開平１１−２４９０７６号公報には、ＰＢＳとＤＰとを用い、入射光をＰＢＳの偏光分離膜を透過させＰ偏光のみをＤＰを通してライトバルブに導き、そのＰ偏光を画像信号に従いＳ偏光に変調し、未変調Ｐ偏光と共に再びＤＰを通してＰＢＳに戻し、Ｐ偏光は透過させ、変調されたＳ偏光のみを反射させ投射レンズに導き、スクリーンへ像を形成する投射型表示装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、ＰＢＳとＤＰの間にエアギャップを必要とするので、それぞれを単独で表示装置の筐体に固定しなければならず、その位置合わせのための加工精度と組み付け精度の向上も必要であった。また、ＰＢＳとＤＰの間にエアギャップがあると、装置に組み付け後に複数のライトバルブ上にある各対応画素の位置ずれが生じやすく、使用中に色調が変化してしまうことがあった。
そこで、本発明の第１の目的は、ＰＢＳとＤＰを固着することにより、複数のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）と光学系の関係を精度よく配置できる投射装置および投射方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、ＰＢＳとＤＰを固着することにより、組み付け後の各色に対応する複数のライトバルブ上にある各対応画素の位置ずれをなくし、高純度の色調を得ることができる投射装置および投射方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、入射光を入射光と振動方向が同じ偏光（Ｐ偏光）と、このＰ偏光とは振動方向が９０度異なる偏光（Ｓ偏光）とに分離して出力する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、この分離された前記Ｐ偏光または前記Ｓ偏光をダイクロイック膜においてさらに二つの波長帯域の光に分離するダイクロイックプリズム（ＤＰ）と、電気信号に基づいて、前記ＤＰのダイクロイック膜によって分離された光、または、分離された光の偏光方向を約９０度回転させて反射したりする複数の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と、を備えた投射装置において、前記Ｓ偏光側の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の前にブルーカットフィルタ、前記Ｐ偏光側の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の前にレッドカットフィルタを設け、前記ＰＢＳと前記ＤＰとの間の面を接着面として前記ＰＢＳおよび前記ＤＰが設置され、前記Ｓ偏光の光方向でダイクロイック膜での波長分離を約６００ｎｍとし、前記Ｐ偏光の光方向でダイクロイック膜での波長分離を約５００ｎｍとし、前記ブルーカットフィルタは、約５００ｎｍ以下の短波長を吸収し、前記レッドカットフィルタは約６００ｎｍ以上の長波長を吸収することにより、前記第１および第２の目的を達成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図１ないし図７を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る投射表示装置のＰＢＳプリズムとＤＰの構成を示した図である。図１（ａ）は、第１の実施の形態の投射表示装置を、図１（ｂ）は、従来の投射表示装置を示した図である。
図１（ｂ）に示すように従来の投射表示装置のＰＢＳプリズムとＤＰとの境界面には、エアギャップ４が設けられている。
Ｘ方向から入射した光はＰＢＳプリズム１において、入射した偏光（以下、Ｐ偏光という）と、Ｐ偏光とは振動方向が９０度異なる偏光（Ｓ偏光）に分離される。そして、Ｓ偏光のみ偏光分離膜面５で反射され、ＤＰ２の方へ導かれる。ここで、入射した光にＰ偏光も混ざっていれば透過して取り除かれる。本実施の形態のＰＢＳプリズム１とＤＰ２との境界面は、硝材とほぼ同等の比重と持ち、図１（ａ）に示されるように透過率が約１００％の接着剤で固着されているので（接着面３を参照）、Ｓ偏光の光はそのまま直進する。
【０００８】
ダイクロイック膜面Ａでは、約５００ｎｍ付近の波長を境にして長い波長は透過し、短い波長は反射するようになっている。この反射された光（すなわち青（Ｂ）領域の光）は、ＤＰ２より出射され、その先に設置してある反射型ＬＣＤで変調される。すなわち、反射型ＬＣＤは、電気信号がオンの場合には到着したＳ偏光をＰ偏光に変換して反射させ、オフの場合にはＳ偏光をそのまま反射させる。このＳ偏光およびＰ偏光の双方の光は、通過してきた経路を逆取りして偏光分離膜面５まで到達する。そして、Ｐ偏光に変換された光は透過され、Ｙ方向へ出射される。変換されずにＳ偏光のままできた光は、反射されて最初に入射したＸ方向へ戻る。
【０００９】
ダイクロイック膜面Ａで透過した長波長のＳ偏光の光をダイクロイック膜面Ｂで約６００ｎｍ付近の波長を境にして、長い波長は透過し、短い波長を反射するようになっている。この反射された光（すなわち赤（Ｒ）領域の光）は、ＤＰ２より出射され、その先に設置してある反射型ＬＣＤで変調される。すなわち、電気信号がオンの場合には到着したＳ偏光をＰ偏光に変換して反射させ、オフの場合にはＳ偏光をそのまま反射させる。このＳ偏光およびＰ偏光の双方の光は、通過してきた経路を逆取りして偏光分離膜面５まで到達する。そして、Ｐ偏光に変換された光は透過され、Ｙ方向へ出射される。変換されずにＳ偏光のままできた光は、反射されて最初に入射したＸ方向へ戻る。
【００１０】
ダイクロイック膜面Ａおよびダイクロイック膜面Ｂで透過した波長のＳ偏光の光（すなわち緑（Ｇ）領域の光）は、ＤＰ２より出射され、その先に設置してある反射型ＬＣＤで変調される。すなわち、電気信号がオンの場合には到着したＳ偏光をＰ偏光に変換して反射させ、オフの場合にはＳ偏光をそのまま反射させる。このＳ偏光およびＰ偏光の双方の光は、通過してきた経路を逆取りして偏光分離膜面５まで到達する。そして、Ｐ偏光に変換された光は透過され、Ｙ方向へ出射される。変換されずにＳ偏光のままできた光は、反射されて最初に入射したＸ方向へ戻る。
なお、Ｙ方向には図示しない投射レンズが設置してあり、各々の反射型ＬＣＤで変調された各ＲＧＢ（レッド・グリーン・ブルー）のＰ偏光の光が合成され、その先に設置してあるスクリーン上に画像を形成することができるようになっている。
【００１１】
次に、Ｙ方向から照明光を入射した場合について説明する。
Ｙ方向から入射した光は、Ｐ偏光のみ偏光分離膜面５で透過されてＤＰ２の方へ導かれる。ここで、Ｓ偏光が混ざっていれば反射して取り除かれる。本実施の形態のＰＢＳプリズム１とＤＰ２との境界面は、硝材とほぼ同等の比重と持ち、図１（ａ）に示されるように透過率が約１００％の接着剤で固着されているので（接着面３を参照）、Ｐ偏光の光はそのまま直進する。
ダイクロイック膜面Ａでは、約５００ｎｍ付近の波長を境にして長い波長は透過し、短い波長は反射するようになっている。この反射された光（すなわち青（Ｂ）領域の光）は、ＤＰ２より出射され、その先に設置してある反射型ＬＣＤで変調される。すなわち、反射型ＬＣＤは、電気信号がオンの場合には到着したＰ偏光をＳ偏光に変換して反射させ、オフの場合にはＰ偏光をそのまま反射させる。このＰ偏光およびＳ偏光の双方の光は、通過してきた経路を逆取りして偏光分離膜面５まで到達する。そして、Ｓ偏光に変換された光は反射してＸ方向へ出射される。変換されずにＰ偏光のままできた光は、透過されて最初に入射したＹ方向へ戻る。
【００１２】
ダイクロイック膜面Ａで透過した長波長のＳ偏光の光をダイクロイック膜面Ｂで約６００ｎｍ付近の波長を境にして、長い波長は透過し、短い波長を反射するようになっている。この反射された光（すなわち赤（Ｒ）領域の光）は、ＤＰ２より出射され、その先に設置してある反射型ＬＣＤで変調される。すなわち、電気信号がオンの場合には到着したＰ偏光をＳ偏光に変換して反射させ、オフの場合にはＰ偏光をそのまま反射させる。このＰ偏光およびＳ偏光の双方の光は、通過してきた経路を逆取りして偏光分離膜面５まで到達する。そして、Ｓ偏光に変換された光は、反射してＸ方向へ出射される。変換されずにＰ偏光のままできた光は、透過されて最初に入射したＹ方向へ戻る。
【００１３】
ダイクロイック膜面Ａおよびダイクロイック膜面Ｂで透過した波長のＰ偏光の光（すなわち緑（Ｇ）領域の光）は、ＤＰ２より出射され、その先に設置してある反射型ＬＣＤで変調される。すなわち、電気信号がオンの場合には到着したＰ偏光をＳ偏光に変換して反射させ、オフの場合にはＰ偏光をそのまま反射させる。このＰ偏光およびＳ偏光の双方の光は、通過してきた経路を逆取りして偏光分離膜面５まで到達する。そして、Ｓ偏光に変換された光は反射してＸ方向へ出射される。変換されずにＰ偏光のままできた光は、透過されて最初に入射したＹ方向へ戻る。
なお、Ｘ方向には図示しない投射レンズが設置してあり、各々の反射型ＬＣＤで変調された各ＲＧＢのＳ偏光の光が合成され、その先に設置してあるスクリーン上に画像を形成することができるようになっている。
以上のように、本実施の形態ではＰＢＳプリズム１とＤＰ２が精度よく接着されることにより一体的に機能することができるので、ＲＧＢ各色が画素単位で一致させることができ、色の再現性を維持することができる。
【００１４】
図２は、入射光が２色または３色である場合の本実施の形態に係る投射表示装置のＰＢＳプリズムとＤＰの構成を示した図である。
図２（ａ）は、入射光が２色である場合を示した図である。入射光が２色または３色のどちらの場合でも本実施の形態に係る投射表示装置の機能は同じである。なお、データ表示用として使用する場合には、２色で十分なことが多い。その場合のダイクロイック膜面の波長分離は、約５００〜６００ｎｍの間であれば良いとする。
【００１５】
図２（ｂ）は、入射光が３色である場合を示した図である。Ｙ方向からランダムな照射光を入射すると、偏光分離膜面５でＳ偏光およびＰ偏光に分離される。ここで、例えばＳ偏光の光方向でダイクロイック膜面６での波長分離を約６００ｎｍとし、Ｐ偏光の光方向でのダイクロイック膜での波長分離を約５００ｎｍとする。Ｓ偏光側を使うＧ１−ＬＣＤの前には約５００ｎｍ以下の短波長を吸収するブルーカットフィルタを設け、Ｐ偏光側を使うＧ２−ＬＣＤの前には約６００ｎｍ以上の長波長を吸収するレッドカットフィルタを設けるようにする。そして、Ｘ方向には図示しない投射レンズと、投射レンズの先にスクリーンを設けて所望の画像を結像することができるようになっている。
なお、Ｘ方向からランダムな照射光を入射して用いる場合には、Ｙ方向からランダムな照射光が入射された場合と対照的な関係となる。
図２に示すように、偏光分離膜の特性、特に、Ｐ偏光の透過特性としてリップルが多く角度依存性も高いという点を補強することができ、良質な画像を得ることができる。
【００１６】
図３は、プロジェクタとして使用した場合を示した図である。ここでは、一例として、Ｐ偏光の入射光をＬＣＤでオン信号によりＳ偏光に変更し、スクリーン面に投射する実施例を示している。
図４は、プロジェクタとして使用した場合の変形例を示した図である。ここでは、一例としてＳ偏光の入射光をＬＣＤでオン信号によりＰ偏光に変更し、スクリーン面に投射する実施例を示している。偏光変換機能の詳細は後述する。
【００１７】
次に、ランプ１０、１１から本実施の形態の投射表示装置の間に挿入される偏光変換機能について説明する。
図５は、偏光変換機能を説明するための照明系の概念を示した図である。図５は、ランプで発生するランダムな光をＳ偏光のみ、またはＰ偏光のみに変換してＬＣＤに照射する実施例である。
ＬＬ１とＬＬ２は直角に入っており、リフレクタには回転楕円面鏡を、第２フライアイに直交レンチキュラーを使用している。また、偏光変換機能は、偏光整列プリズムアレイで行うようにし、Ｓ偏光とＰ偏光に分けるＰＢＳとプリズムをアレイ状にした方式を使用している。これにより、偏光変換効率を向上することができる。このような照明系を利用することにより、ランプから発生する光を有効利用することができる。
【００１８】
図６は、ＰＢＳとＤＰの膜面の位置関係を９０度回転させた実施形態を示した図である。図６に示すように９０度回転させた方が色むらの発生を減少させることができる。
図７は、ＤＰ膜面を主光軸に対して４５度に設定した場合の実施形態を示した図である。これにより、複数のＬＣＤと光学系の関係を精度よく配置できるので、各対応画素の位置ずれを少なくし、色むらの発生を減少させることができる。また、ＤＰ膜面を主光軸に対して３０度に設定した場合も同様に色むらの発生を減少させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、偏光分離膜の特性、特に、Ｐ偏光の透過特性としてリップルが多く角度依存性も高いという点を補強することができ、良質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る投射表示装置のＰＢＳプリズムとＤＰの構成を示した図である。
【図２】入射光が２色または３色の場合の本実施の形態に係る投射表示装置のＰＢＳプリズムとＤＰの構成を示した図である。
【図３】プロジェクタとして使用した場合を示した図である。
【図４】プロジェクタとして使用した場合の変形例を示した図である。
【図５】偏光変換機能を説明するための照明系の概念を示した図である。
【図６】ＰＢＳとＤＰの膜面の位置関係を９０度回転させた実施形態を示した図である。
【図７】ＤＰ膜面を主光軸に対して４５度に設定した場合の実施形態を示した図である。
【符号の説明】
１ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）プリズム
２ ＤＰ（ダイクロイックプリズム）
３ 接着面
４ エアギャップ
５ 偏光分離膜面

Claims (1)

1. 入射光を入射光と振動方向が同じ偏光（Ｐ偏光）と、このＰ偏光とは振動方向が９０度異なる偏光（Ｓ偏光）とに分離して出力する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、この分離された前記Ｐ偏光または前記Ｓ偏光をダイクロイック膜においてさらに二つの波長帯域の光に分離するダイクロイックプリズム（ＤＰ）と、電気信号に基づいて、前記ＤＰのダイクロイック膜によって分離された光、または、分離された光の偏光方向を約９０度回転させて反射したりする複数の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と、を備えた投射装置において、
   前記Ｓ偏光側の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の前にブルーカットフィルタ、前記Ｐ偏光側の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の前にレッドカットフィルタを設け、
   前記ＰＢＳと前記ＤＰとの間の面を接着面として前記ＰＢＳおよび前記ＤＰが設置され、
   前記Ｓ偏光の光方向でダイクロイック膜での波長分離を約６００ｎｍとし、前記Ｐ偏光の光方向でダイクロイック膜での波長分離を約５００ｎｍとし、
   前記ブルーカットフィルタは、約５００ｎｍ以下の短波長を吸収し、前記レッドカットフィルタは約６００ｎｍ以上の長波長を吸収することを特徴とする投射装置。

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