JP4696519B2 - 光学変調装置およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、入射する光を画像情報に応じて変調する光学変調装置、および、これを備えたプロジェクタに関する。

従来、会議、学会、展示会等でのプレゼンテーション等にプロジェクタが用いられている。このようなプロジェクタは、光源と、この光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光学変調装置と、この光学変調装置によって形成された光学像を拡大投射する投射レンズと、複数の光学部品とを備えて構成されている。

このようなプロジェクタとして、光学変調装置として液晶パネルを備え、当該液晶パネルの光変調面（画像形成領域）を均一に照明するインテグレータ光学系が採用されたプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のプロジェクタは、２つのレンズ板から構成されるインテグレータ光学系を備えている。そして、これらレンズ板によって、光源から射出された光束を均一な光束に変換し、当該均一な光束により、液晶パネルの光変調面を照明するので、色ムラの無い光学像を形成することができる。

特開平１０−１１５７９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクタでは、液晶パネルの光変調面を確実に照明する必要があるため、光変調面を覆い、かつ、所定のマージンを備えた光変調面よりも大きな照明領域を形成する必要がある。このため、照明領域の端部近傍に入射した光束は、必ずしも液晶パネルの光変調面に入射せず、このような光束は、光変調面での画像形成に用いることができない。従って、光源から射出され、液晶パネルの光変調面を照明する照明領域内に入射した光束のうち、当該照明領域端部に入射した光束を、当該光変調面での光学像形成に利用しづらいという問題がある。

本発明の目的は、光の利用率を向上することができる光学変調装置、および、これを用いたプロジェクタを提供することである。

前述の目的を達するために、本発明の光学変調装置は、互いに対向する一対の基板と、これら基板間に配置される光学変調素子とを有し、入射する光束を前記光学変調素子により変調する光学変調装置であって、前記一対の基板のうち、少なくとも前記光学変調素子の光束入射側に配置される基板は、透光性を有する入射側透光性基板であり、前記入射側透光性基板における光束入射面は、前記光学変調素子の光変調面を平面的に覆い、かつ、当該入射側透光性基板における光束射出面よりも大きくなるように形成され、前記入射側透光性基板における前記光束入射面および前記光束射出面と交差する側端面には、導光面が形成され、前記導光面は、前記光束入射面に入射し、当該導光面に入射した光を反射して、前記光変調面に直接入射させることを特徴とする。

本発明によれば、光学変調装置を構成する光束入射側の透光性基板（入射側透光性基板）の光束透過方向と垂直な断面形状は、光束射出側から光束入射側に向かうにしたがって、光学変調素子の光変調面より大きくなるように形成される。具体的に、入射側透光性基板の光束射出面は、光学変調素子を覆うように、当該光学変調素子の光変調面とほぼ同じ大きさに形成され、また、当該入射側透光性基板の光束入射面は、光束透過方向と垂直な断面形状が光束射出側から光束入射側に向かうにしたがって、光束射出面より大きくなるように形成される。そして、これら光束入射面および光束射出面と交差する側端面には、入射光束を反射して、光学変調素子の光変調面に導光する導光面が形成されている。
これによれば、光学変調素子の光変調面より大きな寸法を有する入射側透光性基板の光束入射面を介して、当該入射側透光性基板の端部に形成された導光面に入射した光束を、光学変調素子の光変調面に導光することができる。
すなわち、入射側透光性基板の中央に入射する光束だけでなく、入射光束の光軸から見て、光学変調素子の光変調面より外側に位置する入射側透光性基板の側端面に形成された導光面に入射した光も、有効に光学変調素子の光変調面に入射させることができる。
従って、光学変調素子の光変調面より大きな領域を照明した場合でも、当該光変調面より大きく形成された光束入射面を有し、光学変調素子の光変調面とほぼ同じ大きさの光束射出面を有する入射側透光性基板によって、当該入射側透光性部材に入射する光束を集約して、光学変調素子の光変調面に入射させることができる。ゆえに、光学変調装置における光利用率を向上することができる。

本発明では、前記導光面の角度は、前記入射側透光性基板に入射する光束の光軸に対して、当該光束の少なくとも一部が前記光変調面に入射するように傾斜した角度であることが好ましい。
本発明によれば、導光面の角度は、入射側透光性基板への入射光束の光軸に対して、当該光束の少なくとも一部が光変調面に入射するように傾斜した角度であるので、当該導光面を簡易に形成することができ、光利用率を向上した光学変調装置を容易に製造することができる。

ここで、入射側透光性基板に入射する光束の光軸に対する導光面の角度は、当該導光面に入射した光束を全反射させる角度であることが好ましい。
これによれば、導光面に入射した光束を全反射して、光学変調素子の光変調面に導光することができ、光学変調装置における光利用率を一層向上することができる。
すなわち、入射側透光性基板の導光面の角度が、当該導光面に入射した光束を全反射する角度でない場合は、当該導光面に入射した光束のうち、少なくとも一部は当該導光面を透過することとなる。この透過光束は、光学変調素子の光変調面に到達しないため、入射側透光性基板に入射した光束を、有効に光変調面での画像形成に利用することができない。
これに対し、導光面が入射光束を全反射する角度で形成されている場合は、当該導光面に入射した光束をすべて光学変調素子の光変調面に導光することができるので、入射側透光性基板に入射した光束を有効に利用することができる。従って、光学変調装置での画像形成における光利用率を一層向上することができる。

本発明では、前記導光面には、反射膜が形成されていることが好ましい。
本発明によれば、導光面に入射する光束のすべてを反射膜により反射して、光学変調素子の光変調面に入射させることができる。これによれば、導光面に入射した光束を全反射する角度で形成した場合と同様に、導光面に形成された反射膜により、当該導光面に入射した光束の略すべてを反射させて、光学変調素子の光変調面に導光することができる。
従って、入射側透光性基板への入射光束の光軸に対する導光面の角度が、当該導光面への入射光束が全反射する角度でなくても、導光面に入射する光束の略すべてを反射させて、光学変調素子の光変調面に導光することができるので、光学変調装置での光利用率を一層向上することができる。

本発明では、前記入射側透光性基板は、電極が形成された第１の基板と、当該第１の基板の光束入射側に配置される第２の基板とから構成され、前記第１の基板および前記第２の基板のうち、少なくともいずれかの基板には、前記導光面が形成されていることが好ましい。
本発明によれば、既存の光学変調装置の光利用率を向上することができる。すなわち、光学変調素子の光束入射側に配置され、電極が形成された第１の基板の光束入射側に、導光面が形成された第２の基板を設けることにより、当該第２の基板の導光面で入射光束を光学変調素子の光変調面に導光して、当該光変調面に入射する光束の光量を増加させることができる。従って、既存の光学変調装置での光利用率を向上することができる。
また、第１の基板の光束射出側に第２の基板が配置されるので、第２の基板により、電極が形成された第１の基板を保護することができる。
さらに、第２の基板の光束入射面を大きく形成し、当該第２の基板の側端部に導光面を形成することにより、当該導光面で入射光束を光学変調素子の光変調面に導光して、当該光変調面に入射する光束の光量を増加させることができる。従って、光学変調装置での光利用率を一層向上することができる。

また、本発明のプロジェクタは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像を拡大投射するプロジェクタであって、前述の光学変調装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、プロジェクタが前述のいずれかの光学変調装置を備えていることにより、前述の効果を奏するプロジェクタを構成することができる。すなわち、光源から射出される光束を、光学像形成に有効に利用できるプロジェクタを構成することができる。
また、プロジェクタが前述の光学変調装置を備えていることにより、光学像の輝度を向上することができるほか、輝度を低く保った場合では、光源から射出される光束の光量を抑えることができる。従って、消費電力を抑え、発熱量の小さいプロジェクタを構成することも可能である。

〔１．第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
（１）プロジェクタ１の全体構成
図１は、プロジェクタ１の概略構成を模式的に示す図である。
プロジェクタ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光学像を形成し、形成した光学像をスクリーン上に拡大投射するものである。このプロジェクタ１は、図１に示すように、外装ケース２と、投射レンズ３と、光学ユニット４と、制御回路（図示省略）と、電源ユニット５とを備えている。また、プロジェクタ１は、制御回路および電源ユニット５を冷却するための冷却ファン（図示省略）を備えている。
なお、本実施形態のプロジェクタ１は、光学変調装置として透過型の光学変調装置である液晶パネル６を備えている。

外装ケース２は、合成樹脂等から構成され、投射レンズ３、光学ユニット４、制御基板および電源ユニット５を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装ケース２は、図示は省略するが、プロジェクタ１の天面、前面、背面、および側面をそれぞれ構成するアッパーケースと、プロジェクタ１の底面、前面、側面、および背面をそれぞれ構成するロアーケースとで構成され、前記アッパーケースおよび前記ロアーケースは互いにねじ等で固定されている。
なお、外装ケース２は、合成樹脂製に限らず、その他の材料にて形成してもよく、例えば、金属等により構成してもよい。

（２）光学ユニット４の構成
光学ユニット４は、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応して光学像（カラー画像）を形成し、投射レンズ３を介して、図示しないスクリーン上に拡大投射するユニットである。この光学ユニット４は、外装ケース２の背面に沿って延びるとともに、外装ケース２の側面に沿って延びる平面視略Ｌ字形状に構成されている。
このうち、投射レンズ３は、詳しい図示を省略するが、鏡筒内部に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。そして、この投射レンズ３は、後述する光学装置４４で形成されたカラー画像を、図示しないスクリーン上に拡大投射する。

光学ユニット４は、図１に示すように、インテグレータ照明光学系４１と、色分離光学系４２と、リレー光学系４３と、光学装置４４と、これら光学部品４１〜４４を所定の照明光軸Ａに位置決めして配置する光学部品用筐体４５とを備えている。
インテグレータ照明光学系４１は、光学装置４４を構成する後述する液晶パネル６の画像形成領域を略均一に照明するための光学系である。このインテグレータ照明光学系４１は、光源装置４１１と、第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３と、偏光変換素子４１４と、重畳レンズ４１５とを備える。

光源装置４１１は、放射状の光線を射出する光源ランプ４１６と、この光源ランプ４１６から射出された放射光を反射するリフレクタ４１７とを備えて構成されている。
このうち、光源ランプ４１６は、本実施形態では、高圧水銀ランプを採用しているが、これに限らず、ハロゲンランプおよびメタルハライドランプ等を採用することができる。
また、リフレクタ４１７は、本実施形態では、放物面鏡を採用しているが、これに限らず、楕円面鏡で構成し、光束射出側に該楕円面鏡により反射された光束を平行光とする平行化凹レンズを採用した構成としてもよい。

第１レンズアレイ４１２は、光軸方向から見て略矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。これら各小レンズは、光源装置４１１から射出される光束を、複数の部分光束に分割する。各小レンズの輪郭形状は、後述する液晶パネル６の画像形成領域（光変調面）の形状とほぼ相似形をなすように設定される。
第２レンズアレイ４１３は、第１レンズアレイ４１２と略同様な構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第２レンズアレイ４１３は、重畳レンズ４１５とともに、第１レンズアレイ４１２の各小レンズの像を光学装置４４の後述する液晶パネル６上に結像させる機能を有している。

偏光変換素子４１４は、第２レンズアレイ４１３と重畳レンズ４１５との間に配置され、第２レンズアレイ４１３から射出された光束を、略１種類の直線偏光に変換するものである。
具体的に、偏光変換素子４１４によって略１種類の直線偏光に変換された各部分光束は、重畳レンズ４１５によって、光学装置４４の後述する液晶パネル６の画像形成領域（光変調面）上にほぼ重畳される。ここで、直線偏光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、１種類の直線偏光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源装置４１１から射出される光の略半分を利用できない。このため、本実施形態では、偏光変換素子４１４を用いることで、光源装置４１１からの射出光を略１種類の直線偏光に変換し、光学装置４４での光の利用効率を高めている。なお、このような偏光変換素子４１４は、例えば、特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。

色分離光学系４２は、２枚のダイクロイックミラー４２１，４２２と、反射ミラー４２３とを備えて構成され、当該ダイクロイックミラー４２１，４２２によって、インテグレータ照明光学系４１から射出された複数の部分光束を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。
リレー光学系４３は、入射側レンズ４３１、リレーレンズ４３３、および、反射ミラー４３２，４３４を備え、色分離光学系４２で分離された赤色光を光学装置４４の後述する赤色光側の液晶パネル６（６Ｒ）まで導く機能を有している。

ここで、色分離光学系４２のダイクロイックミラー４２１は、インテグレータ照明光学系４１から射出された光束のうち、青色光成分を反射するとともに、赤色光成分と緑色光成分とを透過させる。ダイクロイックミラー４２１で反射した青色光は、反射ミラー４２３で反射した後、フィールドレンズ４１８を通って、光学装置４４の後述する青色光側の液晶パネル６（６Ｂ）に達する。このフィールドレンズ４１８は、第２レンズアレイ４１３から射出された各部分光束を照明光軸Ａに対して平行な光束に変換する。この他の緑色光用および赤色光用の液晶パネル６（６Ｇ，６Ｒ）の光束入射側に設けられたフィールドレンズ４１８も、同様の構成および機能である。

ダイクロイックミラー４２１を透過した赤色光成分と緑色光成分のうち、緑色光成分は、ダイクロイックミラー４２２で反射した後、フィールドレンズ４１８を通って、光学装置４４の後述する緑色光側の液晶パネル６（６Ｇ）に達する。
一方、赤色光成分は、ダイクロイックミラー４２２を透過した後、前述のリレー光学系４３を通り、さらにフィールドレンズ４１８を通って光学装置４４の後述する赤色光側の液晶パネル６（６Ｒ）に達する。

ここで、赤色光成分にリレー光学系４３が用いられているのは、赤色光成分の光路の長さが、他の色光成分の光路長よりも長いため、光の発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４３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４１８に伝えるためである。
なお、本実施形態においては赤色光成分の光路長が長いので、赤色光成分の光路上にリレー光学系４３は配置した構成としたが、青色光成分の光路長を長くする構成も考えられる。このような場合は、青色光成分の光路上にリレー光学系４３を配置するようにすればよい。

光学装置４４は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成する。この光学装置４４は、色分離光学系４２で分離された各色光が入射される３つの入射側偏光板４４２と、この入射側偏光板４４２の後段に配置される液晶パネル６（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）および射出側偏光板４４３と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム４４４とを備える。

液晶パネル６（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）は、本発明の光学変調装置に相当する。また、本実施形態の光学変調装置である液晶パネル６は、光学変調素子として、液晶層６３を備えている。
この液晶パネル６は、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものであり、対向配置される２つの透光性基板６１，６２（図２参照）と、これら透光性基板６１，６２により密閉封入される液晶材料から構成される液晶層６３（図２参照）とを備えて構成されている。そして、この液晶パネル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、入射側偏光板４４２を介して入射する光束を画像情報に応じて変調して射出する。
なお、液晶パネル６の構成については、後に詳述する。

入射側偏光板４４２は、色分離光学系４２で分離された各色光のうち、一定方向の直線偏光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、サファイアガラス等の基板に偏光膜が設けられたものである。
また、射出側偏光板４４３も、入射側偏光板４４２と略同様に構成され、液晶パネル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された光束のうち、所定方向の直線偏光のみを透過させ、その他の光束を吸収するものであり、透過させる直線偏光の偏光軸は、入射側偏光板４４２における透過させる直線偏光の偏光軸に対して直交するように設定されている。

クロスダイクロイックプリズム４４４は、射出側偏光板４４３から射出され、色光毎に変調された光学像を合成して、カラー画像を形成するものである。このクロスダイクロイックプリズム４４４には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色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沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。

光学部品用筐体４５は、詳しい図示を省略するが、上方が開口し、箱状に形成された部品収納部材と、この部品収納部材の開口を覆う蓋状部材から構成されている。このうち、部品収納部材には、多数の溝部が形成され、これらの溝に、前述の光学部品４１，４２，４３，４４を構成する部品を嵌め込むことによって、それぞれの部品が部品収納部材に収納される。

制御回路は、プロジェクタ１の装置全体の駆動制御を行う回路基板である。この制御回路は、プロジェクタ１に接続された機器から入力する画像情報に応じて、光学装置４４の液晶パネル６の駆動制御を行うほか、電源ユニット５による光源装置４１１の輝度制御等を行う。
電源ユニット５は、外部電源から入力する交流電流を直流電流に変換し、当該直流電流を、装置本体を構成する電子部品に応じた所定の電圧に変換して当該電子部品に供給するとともに、当該直流電流から交流矩形波電流を生成して後述する光学ユニット４の光源装置４１１に供給する。

（３）液晶パネル６の構成
図２は、光学装置４４を側面から見た図を部分的に拡大した図である。また、図３は、液晶パネル６を模式的に示した図である。
光学装置４４は、前述のように、入射側偏光板４４２、液晶パネル６、射出側偏光板４４３およびクロスダイクロイックプリズム４４４を備えて構成されている。
このうち、液晶パネル６は、図２および図３に示すように、２つの透光性基板６１，６２と、これら透光性基板６１，６２により密閉封入される液晶材料によって構成される液晶層６３とを備えている。
なお、液晶層６３の光束入射側（図２および図３における左側）に配置された入射側透光性基板６１と、液晶層６３の光束射出側（図２および図３における右側）に配置された射出側透光性基板６２は、本実施形態では、ガラス基板で構成されているが、サファイア等によって構成してもよい。

ここで、入射側透光性基板６１および射出側透光性基板６２の液晶層６３に対向する面のうち、一方の面は、走査線、信号線およびＴＦＴを備え、これらによって画素電極が形成された駆動基板として構成されている。また、他方の面には、共通電極が形成された対向基板として構成されている。このような液晶パネル６は、これら電極を介して、所定の電圧を液晶層６３の液晶材料に印加することにより、当該液晶材料の配向性が変化して、液晶層６３の画像形成領域（光変調面）に入射する光束を変調するように構成されている。

入射側透光性基板６１は、前述のように電極が形成された第１基板６１１と、当該第１基板６１１の光束入射側に配置された第２基板６１２とから構成されている。
第１基板６１１の光束射出面は、射出側透光性基板６２とともに液晶層６３の液晶材料を封入するため、当該液晶層６３の画像形成領域を覆うように形成されている。詳述すると、第１基板６１１の光束射出面は、液晶層６３の画像形成領域を平面的に覆い、かつ、当該画像形成領域と略同じ大きさで形成されている。なお、第１基板６１１の光束射出面は、液晶層６３の画像形成領域を平面的に覆うのであれば、当該画像形成領域より大きく形成してもよい。
第２基板６１２は、第１基板６１１の光束入射面に粉塵等が付着するのを防ぐものであり、また、当該第１基板６１１の光束入射面が傷付くことを防ぐものである。この第２基板６１２の光束射出面は、第１基板６１１の光束入射面と略同じ寸法で、かつ、当該光束入射面を覆うように形成されている。

また、図２および図３に示すように、第１基板６１１の光束入射面は、当該第１基板６１１の光束射出面より大きく形成され、当該光束入射面と略同じ寸法を有する第２基板６１２の光束射出面より、当該第２基板６１２の光束入射面の方が大きくなるように形成されている。
すなわち、第１基板６１１の光束射出側から、第２基板６１２の光束入射側に向かうにしたがって（図２において右から左に向かうにしたがって）、当該第１基板６１１および第２基板６１２は、光束透過方向と垂直な断面形状のそれぞれの寸法が、液晶層６３の画像形成領域より連続的に大きくなるように形成されている。

このうち、第１基板６１１の光束入射面および光束射出面に交差する４つの側端面には、導光面６１１Ａが形成され、また、第２基板６１２の光束入射面および光束射出面と交差する４つの側端面には、同じく、導光面６１２Ａが形成されている。
これら導光面６１１Ａ，６１２Ａは、当該導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束を全反射して、液晶層６３の画像形成領域に入射する角度で形成されている。つまり、導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射する光束の入射角度が、臨界角以上になるように、導光面６１１Ａ，６１２Ａの照明光軸Ａ（図１参照）に対する角度が設定されている。これにより、それぞれの導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束の略すべてを、液晶層６３の画像形成領域に入射させることができ、当該画像形成領域における画像形成時の光利用率を向上することができる。
このような導光面６１１Ａ，６１２Ａには、反射膜が設けられており、当該導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束を全反射して、液晶層６３の画像形成領域に導光するように構成されている。これにより、導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束を確実に液晶層６３の画像形成領域に入射することができ、画像形成領域での光利用率を一層向上することができる。

このような液晶パネル６によれば、液晶層６３の画像形成領域より寸法の大きい入射側透光性基板６１に入射した光束の略すべてを、当該画像形成領域に入射させることができる。
すなわち、入射側透光性基板６１の中心近傍に入射した光束（図３における矢印Ｂ）は、当該入射側透光性基板６１を構成する第２基板６１２および第１基板６１１を透過して、液晶層６３の画像形成領域に入射する。一方、入射側透光性基板６１に入射し、第２基板６１２の導光面６１２Ａに入射した光束（図３における矢印Ｃ１）は、当該導光面６１２Ａで反射して、液晶層６３の画像形成領域に入射する。また、入射側透光性基板６１に入射し、第１基板６１１の導光面６１１Ａに入射した光束（図３における矢印Ｃ２）は、当該導光面６１１Ａで反射して、液晶層６３の画像形成領域に入射する。

ここで、第２基板６１２および第１基板６１１の側端面に形成された導光面６１２Ａ，６１１Ａは、当該導光面６１２Ａ，６１１Ａに入射した光束を全反射させる角度で傾斜して形成されている。また、導光面６１２Ａ，６１１Ａには、入射光束を液晶層６３の画像形成領域に反射させる反射膜が形成されている。これにより、導光面６１２Ａ，６１１Ａに入射した光束が、当該導光面６１２Ａ，６１１Ａを透過することを防ぐことができるとともに、当該導光面６１２Ａ，６１１Ａに入射した光束を、液晶層６３の画像形成領域に確実に導光することができる。
従って、光源装置４１１から射出され、液晶層６３の画像形成領域より寸法の大きい入射側透光性基板６１に入射した光束を集約して、液晶層６３の画像形成領域に入射させることができるので、光源装置４１１から射出された光束に対する液晶層６３の画像形成領域に入射する光束の割合を高めることができ、液晶パネル６の画像形成における光利用率を向上することができる。

また、入射側透光性基板６１のうち、第１基板６１１および第２基板６１２の側端面を傾斜して導光面６１１Ａ，６１２Ａを形成することにより、入射側透光性基板６１の光束入射面の寸法を大きくすることができる。これによれば、入射側透光性基板６１に多くの光束を入射させて、液晶層６３の画像形成領域に入射させることができる。従って、液晶パネル６での画像形成における光利用率を一層向上することができる。

〔２．第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタ１の液晶パネル７について説明する。
第２実施形態に係るプロジェクタ１は、光学変調装置として透過型の光学変調装置である液晶パネル７を備えている。また、本実施形態の光学変調装置である液晶パネル７は、光学変調素子として液晶層６３を備えている。
また、本実施形態の液晶パネル７は、前述の第１実施形態の液晶パネル６と略同じ構成を備えるが、入射側透光性基板の形状について相違点を有する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る液晶パネル７を模式的に示す図である。
液晶パネル７は、図４に示すように、入射側透光性基板７１と、射出側透光性基板６２とを備え、これら入射側透光性基板７１および射出側透光性基板６２の間に形成される液晶層６３とを備えている。
入射側透光性基板７１は、液晶層６３に対向する面に前述の電極が形成され、かつ、液晶層６３の画像形成領域を覆う第１基板７１１と、この第１基板７１１の光束入射側に配置され、かつ、当該第１基板７１１の光束入射面を覆う第２基板６１２とを備えて構成されている。

ここで、第１基板７１１は、略直方体形状の板状体とされている。すなわち、第１基板７１１の光束入射面および光束射出面にそれぞれ交差する側端面７１１Ａは、当該第１基板７１１に入射する光束の光軸と略平行に形成されている。そして、第１基板７１１の光束射出面および光束入射面は、液晶層６３の画像形成領域を平面的に覆い、かつ、当該画像形成領域と略同じ寸法を有するように形成されている。なお、第１基板７１１の光束射出面および光束入射面は、液晶層６３の画像形成領域を覆うのであれば、当該画像形成領域より大きく形成してもよい。
第２基板６１２は、当該第２基板６１２の光束射出面が、第１基板７１１の光束入射面と略同じ寸法で形成されている。また、第２基板６１２の側端面は、光束射出側から光束入射側に向かって連続して大きくなるように、入射光束の光軸に対して傾斜して形成されている。この入射光束の光軸に対する側端面の角度は、当該側端面に形成された導光面６１２Ａに入射する光束を全反射して、液晶層６３の画像形成領域に入射させる角度とされている。このように傾斜して形成された導光面６１２Ａには、反射膜が形成されている。

このような第２実施形態に係る液晶パネル７によれば、前述の液晶パネル６と略同じ効果を奏することができる。
すなわち、入射側透光性基板７１の中心近傍に入射した光束（図４における矢印Ｄ）は、当該入射側透光性基板７１を構成する第２基板６１２および第１基板７１１を透過して、液晶層６３の画像形成領域に入射する。一方、第２基板６１２の導光面６１２Ａに入射した光束（図４における矢印Ｅ）は、当該導光面６１２Ａで反射して、液晶層６３の画像形成領域に入射する。従って、液晶層６３の画像形成領域より大きな寸法を有する入射側透光性基板７１に入射した光束の略すべてを、液晶層６３の画像形成領域に入射させることができるので、光源装置４１１から射出された光束に対する、液晶層６３の画像形成領域に入射する光束の割合を高めることができ、当該液晶パネル７での光利用率を向上することができる。

〔３．第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの液晶パネル８について説明する。
第３実施形態に係るプロジェクタ１は、光学変調装置として透過型の光学変調装置である液晶パネル８を備えている。また、本実施形態の光学変調装置である液晶パネル８は、光学変調素子として液晶層６３を備えている。
また、本実施形態の液晶パネル８は、前述の第１および第２実施形態の液晶パネル６，７と略同じ構成を備えるが、入射側透光性基板の形状について相違点を有する。

図５は、本発明の第３実施形態に係る液晶パネル８を模式的に示す図である。
液晶パネル８は、図５に示すように、第１基板６１１および第２基板８１２から構成される入射側透光性基板８１と、射出側透光性基板６２と、これら入射側透光性基板８１と射出側透光性基板６２との間に形成される液晶層６３とを備えている。
このうち、第１基板６１１の光束入射側に配置される第２基板８１２は、略直方体形状の板状体とされている。また、第２基板８１２の光束入射面および光束射出面は、第１基板６１１の光束入射面と略同じ寸法とされている。すなわち、第２側基板８１２の光束入射面および光束射出面に交差する側端面は、入射側透光性基板８１に入射する光束の光軸に対して、略平行に形成されている。

このような第３実施形態に係る液晶パネル８によれば、前述の液晶パネル６，７と略同じ効果を奏することができる。
すなわち、入射側透光性基板８１の中心近傍に入射する光束（図５における矢印Ｆ）は、当該入射側透光性基板８１を構成する第２基板８１２および第１基板６１１を透過して、液晶層６３の画像形成領域に入射する。一方、入射側透光性基板８１の第１基板６１１の導光面６１１Ａに入射する光束（図５における矢印Ｇ）は、当該導光面６１１Ａで反射して、液晶層６３の画像形成領域に向かって導光され、当該画像形成領域に入射する。
これによれば、液晶層６３の画像形成領域の寸法より大きな光束入射面を有する入射側透光性基板８１に入射する光束の略すべてを、液晶層６３の画像形成領域に入射させることができる。従って、光源装置４１１から射出される光束に対する、液晶層６３の画像形成領域に入射する光束の割合を高めることができ、液晶パネル８における光利用率を向上することができる。

〔４．実施形態の変形〕
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

前記各実施形態では、入射側透光性基板６１，７１，８１は、第１基板６１１，７１１と、第２基板６１２，８１２とから構成されるとしたが、本発明はこれに限らず、第２基板は必ずしも必要ではない。このような場合、第１基板の光束射出面が、液晶層の画像形成領域を覆い、かつ、第１基板の光束射出側から光束入射側に向かうにしたがって、当該第１基板の光束入射面が、液晶層６３の画像形成領域の寸法より大きくなるように形成されていればよい。

図６は、前記各実施形態の液晶パネル６，７，８の変形である液晶パネル９を模式的に示す図である。
液晶パネル９は、第１基板６１１および当該第１基板６１１の光束入射面に貼付された保護フィルム９１２を有する入射側透光性基板９１と、射出側透光性基板６２と、これらの間に形成された液晶層６３とを備えている。

このような液晶パネル９によれば、前述の液晶パネル６，８と同様に、入射側透光性基板９１の中心近傍に入射する光束（図６における矢印Ｈ）は、保護フィルム９１２および第１基板６１１を透過し、また、第１基板６１１の導光面６１１Ａに入射する光束（図６における矢印Ｌ）は、当該導光面６１１Ａで反射して、液晶層６３の画像領域に入射させることができる。従って、液晶パネル９での光利用率を向上することができる。
なお、導光面６１２Ａが形成された第２基板６１２を備えた液晶パネルでは、当該第２基板６１２の入射面が、液晶層６３の画像形成領域より大きくなるので、より多くの光量を集光でき、当該画像形成領域に入射する光束の光量を増加することができる。

前記各実施形態では、第１基板６１１および第２基板６１２の光束入射面および光束射出面と交差する側端面のすべては、光束射出側から光束入射側に向かうにしたがって、入射光束の光軸から離れるように傾斜して形成されるとしたが、本発明ではこれに限らない。すなわち、第１基板６１１および第２基板６１２のすべての側端面が傾斜して形成される必要は無く、また、当該側端面に導光面が形成されている必要も無い。

具体的には、第１基板６１１および第２基板６１２のそれぞれの側端面のうち、少なくとも１つの側端面が、光束射出側から光束入射側に向かうにしたがって、入射光束の光軸から離れるように傾斜して形成され、光束入射面の寸法が、液晶層６３の画像形成領域の寸法より大きくなるように形成されていればよい。これにより、傾斜して形成された側端面には導光面が形成され、当該導光面に入射した光束を画像形成領域に導光することができるので、液晶パネルでの画像形成における光利用率を向上することができる。
なお、第１基板６１１および第２基板６１２のすべての側端面が、光束射出側から光束入射側に向かうにしたがって、入射光束の光軸から離れるように傾斜し、当該第１基板６１１および第２基板６１２のそれぞれの光束入射面が、液晶層６３の画像形成領域より大きくなる構成とすれば、当該画像形成領域に入射する光量を増加することができるので、液晶パネル６の光利用率を一層向上することができる。

前記各実施形態では、第１基板６１１および第２基板６１２の導光面６１１Ａ，６１２Ａの入射光束の光軸に対する角度は、当該導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束を全反射させる角度としたが、本発明はこれに限らない。すなわち、導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束の少なくとも一部を、液晶層６３の画像形成領域に入射させることが可能な角度であればよい。
なお、このような場合でも、導光面６１１Ａ，６１２Ａに反射膜を形成すれば、当該導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束を反射して、当該端部を透過することなく液晶層６３の画像形成領域に導光することができるので、液晶パネルにおける光利用率を向上することができる。

前記各実施形態では、第１基板６１１および第２基板６１２の導光面６１１Ａ，６１２Ａには、反射膜が形成されているとしたが、本発明はこれに限らず、反射膜が形成されていない構成としてもよい。
なお、このような場合、それぞれの導光面６１１Ａ，６１２Ａが、入射光束を全反射して、液晶層６３の画像形成領域に導光する角度で形成されていれば、導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束が、当該導光面６１１Ａ，６１２Ａを透過するのを防ぐことができるので、液晶パネルでの光利用率を向上することができる。
ここで、導光面６１１Ａ，６１２Ａに反射膜を形成しない場合では、当該導光面６１１Ａ，６１２Ａに接着剤等が塗布されていると、当該接着剤等による光の屈折により、導光面６１１Ａ，６１２Ａに入射した光束が、当該導光面６１１Ａ，６１２Ａで反射せずに透過してしまう可能性がある。このため、導光面６１１Ａ，６１２Ａに反射膜を形成しない場合では、導光面６１１Ａの光束射出側、すなわち、入射光束の光軸に対する導光面６１１Ａ，６１２Ａの外側の面には、空気層を形成することが好ましい。

前記各実施形態では、第１基板６１１および第２基板６１２の導光面６１１Ａ，６１２Ａは傾斜して形成されるとしたが、本発明はこれに限らず、曲面をもって形成される構成であってもよい。すなわち、第１基板および第２基板のそれぞれの光束射出面が、液晶層６３の画像形成領域と同じ、もしくは、それ以上の寸法を有し、光束射出側から光束入射側に向かうにしたがって、それぞれの光束入射面が当該光束射出面より連続的に大きくなるように構成されていればよい。そして、これら光束射出面および光束入射面とに交差する側端面に導光面が形成され、入射光束を液晶層６３の画像形成領域に導光するように構成されていればよい。

前記各実施形態では、光学ユニット４が平面視略Ｌ字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略Ｕ字形状を有した構成を採用してもよい。
また、前記各実施形態では、光束入射面と光束射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
さらに、前記各実施形態では、３つの液晶パネルを用いたプロジェクタの例のみを挙げたが、３つ未満、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

前記各実施形態では、光学変調装置としての液晶パネルを備えたプロジェクタ１を例示したが、光学変調装置を用いて入射光束を変調する画像表示装置であれば、他のものでもよい。例えば、前記各実施形態では、光学変調装置として光束入射面と光束射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光束入射面と光束射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
また、このような画像表示装置として、液晶ディスプレイ等を挙げることができる。
さらに、前記各実施形態では、光学変調装置として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶層以外の光学変調素子を用いたプロジェクタにも、本発明を適用することも可能である。この場合、光束入射側および光束射出側の偏光板は、省略することができる。
加えて、前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

本発明は、２つの対向する透光性基板の間に液晶層が形成され、当該液晶層によって入射した光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像を拡大投射するプロジェクタに好適に利用できる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図。 前記実施形態における光学装置の側面の部分拡大図。 前記実施形態における液晶パネルを示す模式図。 本発明の第２実施形態に係る液晶パネルを示す模式図。 本発明の第３実施形態に係る液晶パネルを示す模式図。 前記各実施形態における液晶パネルの変形を示す模式図。

符号の説明

１…プロジェクタ、６，７，８，９…液晶パネル（光学変調装置）、６１，７１，８１，９１…入射側透光性基板、６２…射出側透光性基板、６３…液晶層（光学変調素子）、４１１…光源装置（光源）、６１１，７１１…第１基板（第１の基板）、６１２，８１２…第２基板（第２の基板）、６１１Ａ，６１２Ａ…導光面。

Claims (5)

1. 互いに対向する一対の基板と、これら基板間に配置される光学変調素子とを有し、入射する光束を前記光学変調素子により変調する光学変調装置であって、
   前記一対の基板のうち、少なくとも前記光学変調素子の光束入射側に配置される基板は、透光性を有する入射側透光性基板であり、
   前記入射側透光性基板における光束入射面は、前記光学変調素子の光変調面を平面的に覆い、かつ、当該入射側透光性基板における光束射出面よりも大きくなるように形成され、
   前記入射側透光性基板における前記光束入射面および前記光束射出面と交差する側端面には、導光面が形成され、
   前記導光面は、前記光束入射面に入射し、当該導光面に入射した光を反射して、前記光変調面に直接入射させることを特徴とする光学変調装置。
2. 請求項１に記載の光学変調装置において、
   前記導光面の角度は、前記入射側透光性基板に入射する光束の光軸に対して、当該光束の少なくとも一部が前記光変調面に入射するように傾斜した角度であることを特徴とする光学変調装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光学変調装置において、
   前記導光面には、反射膜が形成されていることを特徴とする光学変調装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学変調装置において、
   前記入射側透光性基板は、電極が形成された第１の基板と、当該第１の基板の光束入射側に配置される第２の基板とから構成され、
   前記第１の基板および前記第２の基板のうち、少なくともいずれかの基板には、前記導光面が形成されていることを特徴とする光学変調装置。
5. 光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像を拡大投射するプロジェクタであって、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学変調装置を備えていることを特徴とするプロジェクタ。

Images