JP4833741B2 - 光学デバイス及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明はプロジェクタ等の表示装置内の光学エンジン内等で使用される光学デバイス及びその表示装置に関し、特に偏光板及び１／２波長板の機能を有する光学デバイス及びこれを用いた表示装置に関する。

以前より、スクリーン上に映像を投射する形態の各種プロジェクタ装置が知られている。これらの各種プロジェクタ装置内に搭載される光学エンジン内には、複数個の偏光ビームスプリッタが載置されており、その偏光ビームスプリッタへ色光が入射する前段や、偏光ビームスプリッタにより色分離された色光が射出された後段に、入出射される色光に対し偏光度を高めるための偏光子や、偏光回転を加えるための１／２波長板が載置されている。

従来の光学エンジンに用いられている偏光子、１／２波長板及び偏光ビームスプリッタの一組み合わせの概略構成模式図を図３に示す。光源から発し各種処理を加えた色光が、偏光子３１に入射される。この偏光子３１は、偏光板３１ａに、色光の入射により偏光板３１ａに生じる熱を放熱させるためのサファイヤ等の熱伝導率の高い素材により成る放熱板３１ｂを貼り付けて構成されている。この偏光子３１から射出した偏光色光は、１／２波長板３２に入射する。この１／２波長板３２は有機フィルム３２ａを複数層積層したものに、その積層有機フィルムの両最外層上に石英ガラス３２ｂを貼り付けて形成されている。この１／２波長板３２により偏光回転を加えられ射出された偏光色光は、偏光ビームスプリッタ３３に入射され、特定波長の偏光色光に分離される。

尚、図３には図示していないが、この偏光ビームスプリッタ３３から分離射出した各偏光色光に対して、偏光及び偏光回転を加えるために、偏光ビームスプリッタ３３の射出後段に偏光子３１及び１／２波長板３２と同構造の偏光子と１／２波長板を載置する。

上述したような偏光子及び１／２波長板の構造、及びそれらを用いた表示装置については、以下のような先行技術文献に開示がある。
特開２００６−８４８２０号公報 特許第３０９１１８３号公報 特開平１０−３００９２８号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかし、上述した構造の偏光子及び１／２波長板では熱に起因する不具合が生じる虞がある。即ち、有機フィルムと石英ガラスとを貼り合わせた形態の１／２波長板は、耐熱性が低いという問題がある。高温度環境下で使用される１／２波長板の場合は、その熱により有機フィルムの光学特性劣化が起きやすいという問題がある。この不具合を解決するため、従来では偏光子と１／２波長板とを、熱による悪影響を受けない程度の間隔を空けて載置していたが、この載置間隔が光学エンジンや表示装置の小型化の妨げになってしまう問題が生じている。

又、有機フィルムと石英ガラスとを貼り合わせた形態の１／２波長板を高温環境下で使用する場合では、１／２波長板を冷却するための冷却手段（大型のファン等）を、１／２波長板を搭載するプロジェクタ装置等に取り付ける必要があり、装置の大型化、騒音問題、及び装置の運用時に冷却時間を設けなくてはならない等の問題が懸念されている。

更に、放熱のために偏光子に設けたサファイヤ基板や、有機フィルムの保持及び耐熱のために１／２波長板に設けた石英ガラスは、その素材が比較的高価であり、これらを用いることにより表示装置のコストが増大してしまう可能性がある。

因って、本発明の目的は、高温環境下でも光学特性の低下を生じず、且つ装置の小型化に適した構造の、従来の偏光子及び１／２波長板に変わる光学デバイスを提供することにある。

本発明は上述した課題を解決するために成されたものであり、水晶を素材として、厚み比が光の入射側又は射出側から１：２：１：１と成る４枚の複屈折板を貼り合わせて構成した１／２波長板部の最外の両複屈折板のうちのどちらか一方の露出側主面上に、偏光板が貼り合わされていることを特徴とする光学デバイスである。

又、水晶を素材として、厚み比が光の入射側又は射出側から１：２：１：１と成る４枚の複屈折板を貼り合わせて構成した１／２波長板部の最外の両複屈折板のうちのどちらか一方の露出側主面上に、偏光板が貼り合わされて成る光学デバイスが、偏光ビームスプリッタの光入射面の前段及び／又は光射出面の後段に載置されていることを特徴とする表示装置である。

従来の独立した光学部品である偏光子と１／２波長板との組み合わせに換わり、本発明に係る光学デバイスを以下のような作用効果を奏する。
本発明の光学デバイスでは、その１／２波長板部を構成する素材として水晶を用いてるため、有機フィルムを使用した１／２波長板を使用した場合に比べて、耐熱性が著しく向上し、高温度環境下の長時間使用においても、光学特性の劣化はほとんど起きない。又、有機フィルムを使用した波長選択性の１／２波長板では必須であった、波長選択性の１／２波長板を冷却するための冷却手段（大型のファン等）を、波長選択性の１／２波長板を搭載するプロジェクタ装置等に取り付ける必要がなくなり、搭載装置の小型化や動作音の著しい低減、及び冷却時間を設けなくても良いなどの作用を奏する。

又、本発明の光学デバイスは、熱伝導率が比較的高い水晶により形成された１／２波長板部に偏光板を貼り付けた形態であるため、偏光板の熱を１／２波長板部側へ伝熱且つ放熱することができるので、従来のように、偏光子と１／２波長板との間に載置間隔を設ける必要がなく、本発明に係る光学デバイスを搭載する光学エンジン及び表示装置を小型化することが可能となる。

更に、本発明の光学デバイスでは、１／２波長板部を構成する水晶を素材とする複屈折板を偏光板の放熱手段としても使用しているので、従来の偏光子及び１／２波長板に使用されていたサファイヤ基板や石英ガラスを使用することがなく、又、それら素材に比べて安価な水晶を主たる構成素材として使用しているので、本発明の光学デバイスを搭載した表示装置のコストを低く抑えることができる。

因って、本発明により、高温環境下でも光学特性の低下を生じず、且つ装置の小型化に適した構造の光学デバイスを提供できる効果を奏する。

以下に、本発明における光学デバイス及びこれを使用した表示装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における光学デバイスを使用した表示装置の一部を示した説明図である。図２は、図１に開示した本発明における光学デバイスの一実施形態を示した概略外観図である。尚、各図においては、同一の符号は同一の部品又は構造体を示しており、又、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に図２における各複屈折板及び偏光板の厚み寸法は誇張して図示している。

即ち、液晶プロジェクタ等の表示装置内に用いられる光学エンジンでは、光源より発せられた白色光をＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各色光に分解し、各色光を色光毎に設けられた偏光ビームスプリッタ、１／２波長板、偏光子及び液晶パネル等により構成される色光処理手段に導き変調し、変調された各色光を合成して投影することにより、画像をスクリーンに表示する。

図１は、本発明における光学エンジン内のＲＧＢの三つの色光処理手段のうちの一構成の一部分を例示した。尚、図示した色光処理手段の構成は、光学エンジン内の三つの色光処理手段とも同じ構成である。まず、光源からの発した光に各種処理をほどこした色光を、本発明における光学デバイス１０へ入射させる。入射した色光は光学デバイス１０により偏光度の可変及び偏光回転が加えられて射出され、次段の偏光ビームスプリッタ１６に入射させる。そして、偏光ビームスプリッタ１１の偏光面でＰ偏光及びＳ偏光をに分離し、それぞれを射出する。偏光ビームスプリッタ１６から射出した各偏光色光は、更に偏光ビームスプリッタ１６の射出側に設けた別の本発明に係る光学デバイス、或いは偏光子や１／２波長板に入射され、更なる光学的処理を施される。このように各偏光ビームスプリッタから各種光学的処理を施された色光は最終的に合成され、投影レンズへ射出しスクリーンなどへ投影する。

この一実施形態として、偏光ビームスプリッタ１６の前段に配置される光学デバイス１０は、図１のように、水晶結晶体より所望のカットアングルにより切り出し外形加工を施された第１の複屈折板１１、第１の複屈折板１１と同じサイズの主面となるように形成された第２の複屈折板１２，第３の複屈折板１３及び第４の複屈折板１４の４枚の複屈折板を、第１の複屈折板１１と第２の複屈折板１２と第３の複屈折板１３と第４の複屈折板１４の光学軸投影線が成す角度が、それぞれで異なる角度となるような形態で貼り合わせた波長選択性を有する１／２波長板部と、この１／２波長板部の色光入射側最外になる第４の複屈折板１４の光入射面に貼り合わせた偏光板１５により構成されている。又、１／２波長板部を構成する各複屈折板や偏光板の主面外形形状は円形や多角形状に加工されている。

ここで光学デバイス１０の１／２波長板部を構成する各複屈折板の厚みｔが、例えば、各複屈折板の厚み比が、光入射側の複屈折板から、１：２：１：１となるように形成されている。つまり、１／２波長板部を構成する複数枚の複屈折板のうち、第２の複屈折板１２を他の同じ厚みの第１の複屈折板１１，第３の複屈折板１３及び第４の複屈折板１４に比べて２倍の厚みとする。尚、図２に記載の光学デバイス１０の１／２波長板部では、１／２波長板部を構成する４枚の複屈折板の厚みを、光入射側から１：２：１：１の比率とした場合の構造のものを開示しているが、本発明は、射出側から１：２：１：１の比率とした場合（第３の複屈折板１３の厚さが２倍の場合）でも適用が可能である。

図１及び図２では、このように構成された１／２波長板部の色光入射側最外になる複屈折板の光入射面に偏光板１５を貼り合わせた形態の光学デバイス１０を開示したが、偏光板１５は、１／２波長板部の色光射出側最外になる複屈折板の光射出面に貼り合わせた形態でも構わない。又、図１では偏光ビームスプリッタ１６の前段に光学デバイス１０を載置した形態の表示装置を開示したが、光学デバイス１０の載置位置は、偏光ビームスプリッタ１６の後段や、或いは前後段の２箇所、更に偏光ビームスプリッタ以外の光学処理手段に付設した形態で使用しても構わない。

又、上記実施形態のように、本発明の光学デバイスは、その構成材として有機フィルムに比べ熱伝導率が高く且つ熱による膨張変形量が低い水晶を使用した複屈折板のみで構成された１／２波長板部と偏光板を貼り合わせた構造であり、上述したような熱特性を有する１／２波長板部へ伝熱且つ放熱できるので、従来の有機フィルムを使用した１／２波長板及び偏光子の組み合わせに比べ耐熱性が著しく向上し、高温度環境下の長時間使用においても、光学特性の劣化はほとんど起きない。又、１／２波長板部と偏光板とを貼り合わせた構造の光学デバイスでは、従来の独立して載置した偏光子と１／２波長板とによる偏光及び偏光回転等の光学的処理と同じ処理を、従来より省スペースで行うことができるので、本発明における光学デバイスを載置した光学エンジン又は表示装置の大幅な小型化が可能となる。

尚、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記実施例で示した光学デバイスにおける１／２波長板部の形態として、水晶を素材とする４枚の複屈折板を貼り合わせた形態を開示したが、本発明は実施例に開示の形態に限定するものではなく、他に２枚以上の厚みの異なる水晶を素材とする複屈折板を、各複屈折板の光学軸の投影線が異なる角度で貼り合わさせて構成される１／２波長板部の形態でも構わない。

図１は、本発明における光学デバイスを使用した表示装置の一部を示した説明図である。 図２は、図１に記載した光学デバイスを示した概略外観図である。 図３は、従来の偏光子及び１／２波長板を使用した表示装置の一部を示した説明図である。

符号の説明

１０・・・光学デバイス
１１・・・第１の複屈折板
１２・・・第２の複屈折板
１３・・・第３の複屈折板
１４・・・第４の複屈折板
１５・・・偏光板
１６・・・偏光ビームスプリッタ

Claims (2)

1. 水晶を素材として、厚み比が光の入射側又は射出側から１：２：１：１と成る４枚の複屈折板を貼り合わせて構成した１／２波長板部における最外の両該複屈折板のうちのどちらか一方の露出側主面上に、偏光板が貼り合わされていることを特徴とする光学デバイス。
2. 水晶を素材として、厚み比が光の入射側又は射出側から１：２：１：１と成る４枚の複屈折板を貼り合わせて構成した１／２波長板部における最外の両該複屈折板のうちのどちらか一方の露出側主面上に、偏光板が貼り合わされて成る光学デバイスが、偏光ビームスプリッタの光入射面の前段及び／又は光射出面の後段に載置されていることを特徴とする表示装置。

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