JP5135989B2 - プロジェクタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型のプロジェクタ装置に関する。

従来、デジタルカメラ等に搭載される小型のプロジェクタ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなデジタルカメラや携帯機器に搭載されるプロジェクタ装置には、より小型であることが要求される。
特開２００５−２５０３９２号公報

しかしながら、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を画像表示領域程度まで小型化すると、表示領域を規定するマスクの面積が小さくなり、マスクを精度良く取り付けるのが困難となる。これに加えて、小型化による投影像への種々の悪影響が発生する。

請求項１の発明は、光源光を略平行光とする照明光学系と、略平行光を偏光分離し、偏光分離した偏光光を照明光として照明光出射面より出射する偏光ビームスプリッタと、照明光出射面に対向配置された矩形表示領域を有し、入射した照明光を変調光に変調して偏光ビームスプリッタへと出射する反射型液晶表示素子と、変調光を偏光ビームスプリッタで偏光分離して得られた光を結像して投影像を形成する投影光学系とを備えるプロジェクタ装置において、照明光が矩形表示領域の周囲の非表示領域に入射するのを遮蔽する遮蔽部と、遮蔽部を偏光ビームスプリッタの照明光出射面の所定位置に位置決めする位置決め部とを有するマスクを備え、反射型液晶表示素子をマスクに密着配置し、反射型液晶表示素子と照明光出射面との隙間に透明光学部材を充填したことを特徴とする。
請求項４の発明は、光源光を略平行光とする照明光学系と、略平行光を偏光分離し、偏光分離した偏光光を照明光として照明光出射面より出射する偏光ビームスプリッタと、照明光出射面に対向配置された矩形表示領域を有し、入射した照明光を変調光に変調して偏光ビームスプリッタへと出射する反射型液晶表示素子と、変調光を偏光ビームスプリッタで偏光分離して得られた光を結像して投影像を形成する投影光学系とを備えるプロジェクタ装置において、照明光が矩形表示領域の周囲の非表示領域に入射するのを遮蔽する遮蔽部と、遮蔽部を偏光ビームスプリッタの照明光出射面の所定位置に位置決めする位置決め部とを有するマスクを備え、表裏面に粘着層が形成された１／４波長板を照明光出射面に貼付するとともに、該１／４波長板の上にマスクを貼り付け、反射型液晶表示素子と１／４波長板との隙間に透明光学部材を充填したことを特徴とする。

本発明によれば、プロジェクタ装置の小型化に伴って生じるマスク取り付け精度の低下や、投影像への悪影響を低減することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明によるプロジェクタ装置は、カメラや携帯機器等に搭載される超小型のプロジェクタ装置に関するものである。図１は本実施の形態のプロジェクタ装置が搭載されたデジタルカメラを示す図である。デジタルカメラ１は本体部１０と鏡筒部２０とを有しており、鏡筒部２０は不図示の連結機構により本体部１０に対して回転可能に設けられている。

図１（ａ）は、本体部１０に対して鏡筒部２０を回転させていない状態の非使用状態を示している。本体部１０の上面には、電源スイッチ１０６、撮影動作を行う際に操作するレリーズボタン１０７、プロジェクタ装置（以下ではプロジェクタユニットと呼ぶ）２２のオンオフ操作を行うＰＪボタン１０８が配置されている。

図１（ｂ）は、本体部１０に対して鏡筒部２０を９０度回転した投射状態を示している。鏡筒部２０には撮像素子を備える撮影ユニット２１と、プロジェクタユニット２２とが設けられている。撮影ユニット２１の撮影レンズ２１０は、図１（ａ）の状態における鏡筒２０の上端側に設けられている。一方、プロジェクタユニット２２の投影窓２２ａは鏡筒２０の底面側に設けられている。鏡筒２０を回転して投影窓２２ａカメラ前方に向け、ＰＪボタンをオン操作すると投影画像がカメラ前方に投射される。

なお、プロジェクタユニット２２により投影される画像は、本体部１０に設けられた記録媒体に記憶されている画像データや、撮影ユニット２１により撮影された画像データなどに基づくものである。

図２は、プロジェクタユニット２２の概略構成を示す図である。プロジェクタユニット２２は、高輝度白色ＬＥＤ等の光源２２１と、集光レンズ２２２と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２３と、液晶表示素子２２４と、投影レンズ２２５と、マスク２２８と、これらを収容するケース２２６とを備えている。液晶表示素子２２４は、ＰＢＳ２２３の側面（照明光出射面）に密着するように設けられている。液晶表示素子２２４には、ＬＣＯＳ等の反射型液晶パネルが用いられている。本実施形態の液晶表示素子２２４はカラータイプの反射型液晶パネルであって、色フィルタを備えた受光素子が２次元的に配列されている。

なお、本実施の形態では、図２に示すＰＢＳ２２３の紙面に垂直な面を側面と称し、４つの側面に垂直な面を端面と称することにする。このようなＰＢＳ２２３は、偏光分離膜を挟むように一対の三角柱を貼り合わせることにより形成することができる。偏光分離面２２３ａはＰＢＳ２２３の両端面に対して垂直に形成され、液晶表示素子２２４はＰＢＳ２２３の側面に設けられる。

集光レンズ２２２は、光源２２１からの光を略平行光にしてＰＢＳ２２３へ入射させる。ＰＢＳ２２３には照明光の入射光軸に対して４５度傾いた偏光分離膜２２３ａが形成されており、ＰＢＳ２２３に入射した光のＰ偏光が偏光分離膜２２３ａを透過して液晶表示素子２２４を照明する。

液晶表示素子２２４に入射した光は、液晶層を進行して液晶表示素子２２４の反射電極で反射され、液晶層を逆行して液晶表示素子２２４から射出される。電圧が印加された液晶層は位相板として機能するので、電圧が印加された画素領域に入射したはＰ偏光は、液晶表示素子２２４を出射するときにはＳ偏光となっており、電圧が印加されていない画素領域からはＰ偏光が出射されることになる。例えば、液晶表示素子２２４に白黒画像が表示されている場合、白領域ではＰ偏光がＳ偏光に変調され、黒領域からはＰ偏光が出射される。

なお、光学ガラスは一般的に4〜8％程度の反射のロスが有るので、ＰＢＳ２２３の入出射面で光量がロスするのを防止するために、図２の符号ＡＲで示す面に反射防止膜をコートする。その結果、ＰＢＳ２２３の各面における光量ロスを防ぎ、高い透過率を得ることができる。反射防止膜には、例えば、誘電体多層膜などが用いられ、各面において透過光量が５％程度向上する。ＰＢＳ２２３の端面には、組立時のＰＢＳ２２３の配置を確認するためのマーキング２２３ｂが形成されている。

このように、液晶表示素子２２４に入射したＰ偏光は、表示されている画像に応じて変調作用を受ける。液晶表示素子２２４から出射された変調光はＰＢＳ２２３へ再び入射し、偏光分離膜２２３ａによって偏光分離される。すなわち、変調光の内のＰ偏光は偏光分離膜２２３ａを透過し、Ｓ偏光が偏光分離膜２２３ａにより投影レンズ２２５の方向へと反射される。偏光分離膜２２３ａで反射されたＳ偏光は、投影レンズ２２５により投影面上に結像される。

図３は液晶表示素子２２４の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。ＬＣＯＳ表示素子の場合、液晶層を反射電極が形成されたシリコン基板２３１と透明電極が形成されたガラス基板２３０とで挟み込んだ構造を有している。光源２２１からの光はガラス基板側から入射する。２３２はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）であり、接合部２３４は樹脂等によりモールドされている。

ここで、表示領域２４０の長辺を符号２４０ａで示し、短辺を符号２４０ｂで示す。そして、図３に示すように、液晶表示素子２２４において長辺２４０ａがある側を長辺側と呼び、短辺２４０ｂがある側を短辺側と呼ぶことにする。破線で示す矩形領域が表示領域２４０であり、この表示領域２４０内に投影像に対応する画像が表示される。本実施の形態では、ＦＰＣ２３２の接合部２３４は液晶表示素子２２４の長辺側に設けられており、ガラス基板２３０やシリコン基板２３１の縁よりも外側に突出するように形成されている。

図４（ａ）は、液晶表示素子２２４に表示される画像と、投影画像との関係を示す図である。投影面に正立の矩形投影像が投影されるように、表示領域２４０の長辺２４０ａと投影画像の長辺とが平行となるように液晶表示素子２２４が配置されている。このような配置とすることにより、プロジェクタユニット２２の部品点数の削減および小型化を図ることができる。例えば、図４（ａ）において、投影画像の長辺に対して表示領域２４０の短辺２４０ｂが直交するように液晶表示素子２２４を配置した場合、投影面に図４（ｂ）のような正立画像を投影するためには、画像を９０度回転するような光学系を設けなければならず、部品点数の増加およびプロジェクタユニットの大型化を招く。

なお、図２および図４（ａ）に示す液晶表示素子２２４の配置は、偏光分離膜２２３ａで分離したＰ偏光を照明光として用いる場合の構成である。一方、Ｓ偏光を照明光として用いる場合には、図４（ｂ）に示すように、ＰＢＳ２２３を挟んで投影レンズ２２５と対向する位置に液晶表示素子２２４を配置する。この場合も、表示領域２４０の長辺２４０ａと投影画像の長辺とが平行となるように液晶表示素子２２４を配置することで、図４（ａ）に示す場合と同様の作用効果を奏することができる。

ところで、集光レンズ２２２は光源２２１から出射された光を平行光とする光学素子であるが、本実施の形態のように超小型のプロジェクタユニット２２の場合、光源２２１とＰＢＳ２２３との距離が非常に小さくなる。そのため、照明光を理想的な平行光とするのは困難になり、図５に示すように、斜めに出射する光を有する円錐状の光線となってしまう。図５において、（ａ）はＰＢＳを挟んで液晶表示素子２２４と光源２２１とを対向するように配置して、照明光としてＰ偏光を用いる場合を示し、（ｂ）は照明光としてＳ偏光を用いる場合を示す。

また、光源２２１が図６に示すような面光源であった場合には、平行光とはなり得ない。図６は光源２２１が面光源であった場合を示したものであり、面光源の左右両端を出射して表示素子の一点に入射する光は、ＰＢＳの偏光分離膜に入射する際の入射角が互いに異なる。図６においても図５の場合と同様に、（ａ）は照明光としてＰ偏光を用いる場合を示し、（ｂ）はＳ偏光を用いる場合を示す。
《シェーディングの低減》
図５（ａ）において、実線で示す液晶表示素子２２４Ａは、表示領域２４０の短辺２４０ｂの延在方向が図の左右方向になるように配置した場合を示す。一方、二点差線で示す液晶表示素子２２４Ｂは、表示領域２４の長辺２４０ａの延在方向が左右方向になるように配置した場合を示す。また、光線L11，L12は、液晶表示素子２２４Ａの表示領域２４０の左右境界部分（長辺２４０ａの部分）に入射する照明光を示す。一方、光線L21，L22は、液晶表示素子２２４Ｂの表示領域２４０の左右境界部分（短辺２４０ｂの部分）に入射する照明光を示す。

図３に示したように、液晶表示素子２２４の表示領域２４０は長方形であるため、光線L11，L12、L21，L22が偏光分離膜２２３ａに入射する際のそれらの開き角（光軸Ｊに対する傾き角度）は、短辺２４０ｂ部分に入射する光線L21，L22の方が、長辺２４０ａ部分に入射する光線L11，L12、L21よりも大きくなる。

ところで、ＰＢＳ２２３の偏光分離性能は偏光分離膜２２３ａに入射する際の光線の角度によって変化する。図７は、光線の角度αと偏光分離性能との関係を説明する図である。図７（ｂ）は、入射光と偏光分離膜２２３ａとの角度αが３５度の場合と５５度の場合における、Ｐ偏光透過率の一例を模式的に示したものである。

α＝５５度の場合は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で透過率はほぼ一定となっているが、α＝３５度の場合には、波長が７００ｎｍから６００ｎｍまで減少すると透過率も減少し、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍではほぼ一定の値となる。そのため、液晶表示素子２２４上では同一色領域であっても、α＝３５度の光が入射して投影される領域の色は、α＝５５度の光が入射して投影される領域の色よりも赤色を帯びた像となる。このような色つき現象は、一般的にシェーディングと呼ばれる。

図７（ｂ）に示した関係は、図８の太線矢印L100で示すｙｚ面内における角度、すなわち、表示領域２４０の短辺２４０ｂの延在方向の開き角に関して示したものである。一方、図８の細線矢印L200で示すｘｚ面内における角度、すなわち、表示領域２４０の長辺２４０ａの延在方向の開き角に対しては、ｙｚ面内の場合に比べて透過率に対する角度の影響の度合いが小さい。

そこで、本実施の形態では、表示領域２４０の幅が広い長辺延在方向を偏光分離面２２３ａの延在方向（ｘ方向）と一致させるように、液晶表示素子２２４を配置する。すなわち、表示領域２４０の長辺２４０ａはｘ方向に延在し、短辺２４０ｂはｙ方向に延在する。このように配置することにより、シェーディングの影響が大きなｙ方向の開き角を小さく抑えることができ、シェーディングを効果的に抑えることができる。
《ゴースト防止》
図９は、小型化によりＰＢＳ２２３を小さくした場合に問題となる、ゴーストの発生を説明する図である。光源２２１を点光源と仮定した場合、光源２２１から出射された光の内、斜め方向に出射された光の一部（L300）は、ＰＢＳ２２３に入射した後にＰＢＳ２２３の側面で全反射され、符号Ａで示す範囲（全反射光出射領域）から出射される。このＰＢＳブロック内で全反射された光L300が液晶表示素子２２４の表示領域２４０に入射すると、液晶表示素子２２４で反射された後に偏光分離膜２２３ａによって投影レンズ２２５の方向へと反射され、ゴーストの原因となる。

そのため、このようなゴーストを避けるためには、全反射光が出射される範囲Ａよりも内側の領域に表示領域２４０が入るように、ＰＢＳ２２３の寸法を設定する必要がある。図９において、光源２１１と液晶表示素子２２４との距離が一定である場合、ＰＢＳ２２３の図示左右方向の幅寸法が小さくなるほど全反射光が入射する範囲の寸法が大きくなり、逆に幅寸法を大きくすると、全反射光が入射する範囲の寸法が小さくなる。

図１０は、図９の全反射部分の拡大図である。ただし、表示領域の境界を示す破線の位置を、ＰＢＳ２２３の側面の位置と一致するように変更した。この場合、図１０の二点差線で示すように、ＰＢＳ２２３の側面を図示左方向に距離Ａ／２だけ移動すると、すなわち、ＰＢＳ２２３の左右幅寸法をＡだけ大きく設定すると、側面で全反射された光が液晶表示素子２２４の表示領域２４０に入射するのを防止できる。符号Ａで示す部分の寸法は、表示領域の寸法と、図９の円錐状に発散する照明光の発散点から表示領域までの距離とに基づいて推定することができる。

図１１は、図８に示すＰＢＳ２２３および液晶表示素子２２４をｚ軸のマイナス方向から見た図である。ＰＢＳ２２３の長辺方向（図示左右方向）および短辺方向（図示上下方向）の寸法をｘ０，ｙ０とする。すなわちＰＢＳ２２３が直方体の場合を考える。そして、寸法ｘ０が表示領域２４０の長辺２４０ａの寸法ｘ１と等しいと仮定した場合の、全反射光が入射する範囲Ａの寸法をＡｘとする。そのため、寸法ｘ０を次式（１）のように設定すれば、全反射光が表示領域２４０に入射せず、長辺方向に関するゴーストの発生を防止することができる。すなわち、図１１のｘ２は、ｘ２＞Ａｘ／２のように設定される。

ｘ０＞ｘ１＋Ａｘ …（１）
同様に、短辺方向の寸法ｙ０が表示領域２４０の短辺２４０ｂの寸法ｙ１と等しいと仮定した場合の、全反射光が入射する範囲Ａの寸法をＡｙとする。そして、寸法ｙ０を次式（２）のように設定すれば、全反射光が表示領域２４０に入射せず、短辺方向に関するゴーストの発生を防止することができる。すなわち、図１１のｙ２は、ｙ２＞Ａｙ／２のように設定される。なお、図１０からも分かるように、短辺方向の方が範囲Ａが大きくなる
ので、Ａｙ＞Ａｘとなっている。

ｙ０＞ｙ１＋Ａｙ …（２）
また、図１２のようにＰＢＳ２２３を立方体に設定した場合、すなわちｘ０＝ｙ０と設定した場合、上述した長辺側のゴースト防止条件から、一辺の長さｘ０は式（１）のように設定される。ハッチングを施した領域が、全反射光が出射される全反射光出射領域を示す。表示領域２４０はｘ方向に比べてｙ方向の幅が狭いため、ゴースト防止に関して、ＰＢＳ２２３のｙ方向寸法は表示領域に対して余裕のある寸法となっている。

マスク２２８は金属板や樹脂材により形成され、マスク２２８の表面は、光の反射を防止する加工（例えば、黒色つや消し処理）が施されている。マスク２２８を設けたことで、開口２２８ｂの周囲の遮蔽部２２８ｃにより照明光が液晶表示素子２２４の非表示領域に入射するの防止することができる。そのため、非表示領域が投影されるおそれがない。また、マスク２２８において表示領域２４０の短辺２４０ｂ側をマスクする部分、すなわち、図１３（ａ）の上下部分には、マスク２２８をＰＢＳ２２３に装着する際の位置決め用ガイド２２８ａが形成されているので、マスク２２８の開口２２８ｂがＰＢＳ２２３の照明光出射面の所定位置に正確に位置決めされる。

図１３（ａ）に示すマスク２２８の場合、マスク２２８の左右位置はＰＢＳ２２３が収納されるケース２２６のケース壁面によって位置決めされる。もちろん、図１３（ａ）の二点差線で示すようにガイド２２８ａをマスク２２８の左右位置（表示領域長辺２４０ａ側）にも設け、ガイド２２８ａによりマスク２２８の上下左右の位置決めを行うようにしても良い。なお、マスク２２８は、接着によりＰＢＳ２２３に貼り付けても良いし、ケース２２６側にマスク２２８を装着し、そのマスク２２８のガイド２２８ａの間にＰＢＳ２２３を落とし込むようにして組み付けるようにしても良い。

図１４はマスク２２８の他の例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ２−Ｂ２断面図である。マスク２２８は、表示領域２４０の長辺２４０ａ側に設けられる一対のマスク部材によって構成される。プロジェクタユニット２２の小型化のためにＰＢＳ２２３を極限まで小さくすると、図１３（ａ）に示すマスク２２８の上下の部分の幅は、図１２に示すＡｘと等しくなり、非常に狭くなる。そのため、組立作業時等の際にこの部分が変形しやすく、変形を起こすと組み立て作業に手間がかかることになる。

そこで、図１４に示す例では、表示領域２４０の長辺部２４０ａに対応する幅広の部分だけをマスクするようにした。各マスク２２８にはガイド２２８ａが形成されており、マスク２２８はこのガイド２２８ａによりＰＢＳ２２３の所定位置に位置決めされる。
《１／４波長板の配置》
ところで、直線偏光を液晶表示素子２２４で変調する場合、液晶表示素子２２４に入射した直線偏光は、９０°回転した直線偏光となって出射されることが理想的である。しかし、液晶分子が完全な水平とならないプレチルト角の影響により、直線偏光が完全に９０°回転することなく楕円偏光状態となって出射されることが多く、コントラスト低下を招きやすい。そこで、図１５（ａ）のように、位相差板である１／４波長板２５１を液晶表示素子２２４とＰＢＳ２２３との間に設けて、液晶表示素子２２４から出射された楕円偏光を直線偏光にそろえることで、コントラスト向上を図ることができる。

なお、２５０ａ，２５０ｂは直線偏光子である。直線偏光子２５０ａは、偏光分離膜２２３ａを透過するＰ偏光（直線偏光）を光源２２１の光から取り出す。一方、直線偏光子２５０ｂは、ＰＢＳ２２３から出射される光からＰ偏光を除去する働きをする。

シート状の直線偏光子２５０ａ，２５０ｂおよび１／４波長板２５１の場合、ＰＢＳ２２３の表面に貼り付けて用いられることが多い。そこで、図１５（ｂ）に示すように、マスク２２８の開口部に１／４波長板２５１が配置される。１／４波長板２５１は１／４波長板として機能する光学フィルム２５１ａの両面に粘着層２５１ｂを形成したものであり、これらの粘着層２５１ｂにより１／４波長板２５１のＰＢＳ２２３への貼り付け、および、液晶表示素子２２４の１／４波長板２５１への固定が行われる。

図１３に示す構成の場合、液晶表示素子２２４とＰＢＳ２２３との間に空気層が介在するため、屈折率差が大きいためそれぞれの面で光線が反射し、光量のロスが発生する。しかし、図１５（ｂ）に示す構成では、１／４波長板２５１の厚さをマスク２２８の厚さ以上に設定することで空気層の発生を防止し、液晶表示素子２２４のガラス基板２３０（図３参照）やＰＢＳ２２３の光学部材と同程度の屈折率を有する粘着層２５１ｂを採用することにより、上述した反射による光量ロスを低減することができる。

また、１／４波長板２５１は、液晶表示素子２２４の表示領域２４０と同一形状、または、表示領域２４０よりも大きくマスク２２８の開口部よりもやや小さな矩形状に設定される。これにより、マスク２２８が１／４波長板２５１に乗り上げたり、逆に１／４波長板２５１がマスク２２８に乗り上げたりすることによる投影画像への悪影響を、防止することができる。

図１６は、１／４波長板２５１の配置の他の例を示す図である。図１６に示す例では、１／４波長板２５１をマスク開口部だけでなくマスク２２８とＰＢＳ２２３との間にも配置されるような大きさとした。このような形状とすることにより、マスク２２８のＰＢＳ２２３への固定を、１／４波長板２５１の粘着層２５１ｂにより行うようにした。この場合、１／４波長板２５１と液晶表示素子２２４との間に隙間ができるので、粘着層２５１ｂと同程度の屈折率を有する透明な部材（例えば、接着剤）をその隙間に充填するようにした。

このように、１／４波長板２５１と液晶表示素子２２４との間に接着剤等の透明部材２５２を充填することで、光量のロスを防止することができる。また、１／４波長板２５１を用いてマスク２２８の接着を行うことで、ＰＢＳ２２３へのマスク取付の簡易化を図ることができる。

なお、１／４波長板２５１や直線偏光子２５０ａ，２５０ｂのような光学フィルムをＰＢＳ２２３の表面に貼り付ける場合、図１５（ｂ）のように１／４波長板２５１の大きさがＰＢＳ２２３の一面の大きさよりも小さいと、光学フィルムの縁が光って見える場合がある。そのような影響を避けるためには、図１６に示すように１／４波長板２５１（光学フィルム）の大きさをＰＢＳ２２３の一面の大きさよりも大きくして、１／４波長板２５１の縁の部分を折り曲げるようにしてＰＢＳ２２３の側面側に貼り付けるのが好ましい。

特に、表示領域２４０の短辺２４０ｂは長辺２４０ａに比べてＰＢＳ面の縁により近いので、投影画像に近い所に１／４波長板２５１の縁が光って見えることになり、このような対策が必要とされる。このように、光学フィルムがＰＢＳ２２３の一面よりも大きな場合には、ケース２２６に図１７に示すような段差２２６ａを設けることで、ＰＢＳ２２３をケース２２６に収納した後の光学フィルム（１／４波長板２５１）の貼り付け作業が容易となる。

図１７は、ケース２２６に組み付けられるＰＢＳ２２３，１／４波長板２５１，マスク２２８，液晶表示素子２２４の組み付け手順を示す図である。図１８は図１７のＣ１−Ｃ１断面図であり、（ａ）はＰＢＳ２２３および１／４波長板２５１が組み付けられた状態を、（ｂ）はさらにマスク２２８および液晶表示素子２２４が組み付けられた状態を示す。ここでは、ケース２２６の液晶表示素子２２４が取り付けられる側（図１７のケース上面側）に開口が形成され、ＰＢＳ２２３をその開口からケース２２６内に落とし込むように装着する。ＰＢＳ２２３はケース２２６内に形成された位置決め用凸部２２６ｂ上に載置される。

ケース２２６には段差２２６ａが形成されており、ＰＢＳ２２３の上端はこの段差２２６ａの上方に突出するように収納される。次いで、段差２２６ａより突出しているＰＢＳ２２３の上面に、粘着層２５１ｂ（図１６参照）を有する１／４波長板２５１を貼り付ける。この場合、１／４波長板２５１の端をピンセット等で把持して貼り付け作業を行うわけであるが、図１８（ａ）に示すようにケースに段差２２６ａが形成されているので、貼り付け作業がし易い。そして、１／４波長板２５１の両端を折り曲げて、その部分をＰＢＳ２２３の側面側に貼り付ける。

その後、マスク２２８、液晶表示素子２２４の順に装着することにより、図１８（ｂ）に示すような状態となる。なお、マスク２２８は図１３に示す形状のもので、ガイド２２８ａは液晶表示素子２２４の短辺側に設けられている。

図１９は図１７，１８に示すプロジェクタユニットの変形例を示す図であり、（ａ）はケース２２６に組み付けられたＰＢＳ２２３を示し、（ｂ）は液晶表示素子２２４を組み付けた状態を示す。ここでは、ケース２２６に、液晶表示素子２２４のＦＰＣ２３２およびその接続部２３４のための切り欠き２２６ｄを形成した。また、図１７，１８の段差２２６ａに代えて、切り欠き２２６ｃを形成した。ＦＰＣ２３２は、切り欠き２２６ｄを介してケース２２６の外部に引き出される。なお、図１９に示す例では、液晶表示素子２２４を、図１７に示したように投射側にずらして配置している。

この場合も、組み付け手順は図１７，１８の場合と同様であり、１／４波長板２５１の作業性に関しても同様の効果を奏する。さらに、切り欠き２２６ｄを設けたことで、液晶表示素子２２４の背面とケーシング２２６の外面とをほぼ同一面にすることができるとともに、ＦＰＣ２３２や接続部２３４の取り回しに余裕ができる。

なお、図１９の切り欠き２２６ｃに代えて、図２０（ａ）に示すような段差２２６ｅを形成することにより、液晶表示素子２２４をケース２２６に組み付ける際の長辺方向位置を、ケース２２６の側壁で位置決めすることが可能となる。ただし、この構成は、液晶表示素子２２４の長辺の寸法がＰＢＳ２２３の一辺より長い場合に適用される。図２０（ｂ）は、液晶表素子２２４の長辺側にマスク２２８のガイド２２８ａを形成した場合のケース２２６を示したものである。この場合には、段差２２６ａを液晶表素子２２４の長辺側に形成する。
《マーキングによる組立性の向上》
前述したように、ＰＢＳ２２３の端面には、反射防止膜がコートされたＡＲ面が分かりやすいようにマーキング２２３ｂが施されている（図２参照）。しかし、プロジェクタユニット組み付け時に、ＰＢＳ２２３のどの面に反射防止膜がコートされているかをひと目で判断するのは難しい。そのため、ＰＢＳ２２３をケース２２６に組み付ける際には、このマーキング２２３ｂで配置を確認しつつＰＢＳ２２３の組み付けを行うことができるので、組立作業性が向上する。

このように、ＰＢＳ２２３の偏光分離面２２３ａに直交する面（端面）で、かつ、ＡＲコートが施された３面の頂点近傍にマーキングを施すことで、組立時のＰＢＳ２２３の方向が一義的に定められる。なお、マーキング２２３ｂの位置は、図２に示すように投影画像への影響をなるべく避ける意味で、偏光分離膜２２３ａから最も離れた角部付近が好ましい。また、マーキング２２３ｂの形状は、例示したものに限らず種々の形状が可能である。

さらに、図１７に示すように、ＰＢＳ２２３の上端はケース２２６に形成された段差２２６ａの上方に突出しているので、この突出した部分の端面にマーキング２２３ｂを設けることで、組み付け後にも正常に組み付けられているかを確認することができる。その場合、段差２２６ａにも位置あわせのマーキング２２６Ｍを形成しておくことで、組み付けミスを防止効果がさらに向上する。

また、マーキング２２６の代わりに、図２１（ａ）に示すような面取りをＰＢＳ２２３に形成しても良い。ただし、面取りで生じる散乱光の投影画像への影響を避けるために、ＰＢＳ２２３の照明光が入射する面Ｓ１と偏光分離膜２２３ａで反射された不要照明光（Ｓ偏光）が出射する面Ｓ２とが交わる稜に、面取りを形成するのが好ましい。さらに、ケース２２６内に形成された位置決め用凸部２２６ｂを、面取りに合わせて図２１（ｂ）に示すような形状とすることで、ＰＢＳ２２３の誤った配置で組み付けられるのを防止することができる。もちろん、このような面取りと上述したマーキング２２３ｂとを併用しても構わない。
《ＦＰＣ収容スペースの小型化について》
図３に示したように、本実施の形態では、液晶表示素子２２４のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２３２を、液晶表示素子２２４の長辺側に設けた。立方体のＰＢＳ２２３を使用した場合、上述したように液晶表示素子２２４の長辺側には、短辺側に比べてより広い余裕スペースを得ることができる。そして、図３のようにＦＰＣ２３２を液晶表示素子２２４の長辺側に設けることで、この余裕スペースにＦＰＣ２３２の接続部２３４が配置され、接続部２３４がＰＢＳ２２３の図示右側の面よりも外側へ突出する量を低減することができる。

さらに、図２２に示すように、接続部２３４と反対側の余裕スペースを利用して、液晶表示素子２２４をＰＢＳ２２３上で投射側へ偏らせて配置することで、接続部２３４がＰＢＳ面から突出するのを防止することも可能となる。図２２に示す例では、液晶表示素子２２４と接続部２３４とを合わせた幅寸法ｘ３がＰＢＳ２２３の一辺の長さｘ０よりも小さいので、表示領域２４０の長辺２４０ａを全反射光出射領域の境界近傍まで近づけることで、接続部２３４がＰＢＳ２２３の図示右側の面より右側に突出するのを防止している。

このように、接続部２３４を液晶表示素子２２４の長辺側に設け、液晶表示素子２２４投射側へ偏らせて配置することにより、ＰＢＳ２２３の角部分においてＦＰＣ２３２をより鋭角的に折り曲げることが可能となり、ＦＰＣ２３２の収容に要するスペースをより低減することができる。なお、図５（ｂ）に示すように、照明光のＰ偏光を液晶表示素子２２４に入射させる構成のプロジェクタユニットの場合には、液晶表示素子２２４を光源側に偏らせて配置すれば良い。ＦＰＣ２３２の接続部はＰＢＳ２２３の右上角部に位置し、ＦＰＣ２３２はＰＢＳ２２３の上面に沿って折り曲げることになる。

さらに、図２２（ｂ）の符号Ｅで示すＰＢＳ２２３の角部に面取りを施すことにより、ＦＰＣ２３２の折り曲げの曲率半径をより大きくすることができ、ＦＰＣ２３２を折り曲げ易くするとともに、プロジェクタユニットのより小型化を図ることができる。なお、符号Ｅで示す部分に面取りを形成しても、液晶表示素子２２４を反対側（投射側）にずらして配置しているので、投影画像への影響は殆どない。

一方、接続部２３４を液晶表示素子２２４の短辺側に配置した場合、液晶表示素子２２４と接続部２３４とを合わせた幅寸法ｘ３がＰＢＳ２２３の一辺の寸法ｘ０よりも大きくなる可能性が大であり、その場合には、ＦＰＣ２３２の収容スペースが大きくなり、小型化に対する阻害要因となる。
《照明光の利用効率の向上》
ところで、上述した実施の形態では、液晶表示素子２２４に対して、照明光による照明領域３００の形状は図２３（ａ）に示すように円形となっている。これは、光源光がｘ方向およびｙ方向に等方的に出射されるとともに、集光レンズ２２２の屈折力もｘ方向およびｙ方向に等方的になっているためである。しかしながら、表示領域２４０は形状はｘ方向に長い長方形であるため、ハッチングを施した領域３０２の照明光は利用されず無駄になっている。

そこで、図２４に示すような照明光学系を採用して、図２３（ａ）の照明領域３００の形状を図２３（ｂ）に示すような横長の形状に変形するようにした。図２４に示す照明光学系は、上述した集光レンズ２２２に加えてシリンドリカルレンズ２２２Ｂを設けた。シリンドリカルレンズ２２２Ｂにはシリンドリカル面ＣＳが形成されており、ｙ方向、すなわち表示領域２４０の短辺２４０ｂが延びている方向に屈折力を有している。そのため、集光レンズ２２２とシリンドリカルレンズ２２２Ｂとから成る照明光学系は、表示領域２４０の短辺方向（ｙ方向）の屈折力が大で、長辺方向（ｘ方向）の屈折力が小となっている。

その結果、図２３（ｂ）に示すように、照明領域３０４は短辺方向の範囲が狭まって、表示領域２４０の外側の照明領域が狭くなり、照明光の利用効率が向上する。なお、このように短辺方向に関して屈折力の大きい照明光学系を用いると、短辺方向に関する理想平行光からのズレは長辺方向に比べて大きくなり、このことはシェーディング低減に対しては逆行している。しかし、短辺方向の照明範囲は図２３（ｂ）に示したように光軸を中心に狭まるため、理想平行光からのズレによるシェーディングが顕著となるのを抑えることができる。

図２４では、照明光のＰ偏光を利用する場合の構成を例示したが、Ｓ偏光を利用する場合には図２５に示すような構成となる。なお、図２４に示す例では照明光学系を複数のレンズ２２２，２２２Ｂで構成して、ｘ方向の屈折力に対してｙ方向の屈折力が大きくなるようにしたが、図２５に示す例では、集光レンズ２２２の一方の面（入射面）をシリンドリカル面ＣＳとした。このように単レンズとすることにより、プロジェクタユニットの小型化が図れる。また、シリンドリカル面に代えて、ｙ方向の屈折力が大きくなるように構成された非球面を形成しても良い。

なお、上述した例では、シェーディング抑制の観点から、表示領域２４０の長辺方向とＰＢＳ２２３の偏光分離面２２３ａが延在する方向（図２４のｘ方向）とを一致させた。しかし、照明光の利用効率向上だけを考えるならば、図２６に示すように偏光分離面２２３ａの延在方向を表示領域２４０の短辺方向（ｙ方向）に一致させるようにしても良い。
［変形例］
図２７〜２９は本実施の形態の変形例を示す図である。図２７はカメラ外観を示す図である。図２７に示すカメラ１では、カメラ本体１０内に撮影ユニット２１とプロジェクタユニット２２とが設けられている。撮影ユニット２１は撮像素子２１１を備えており、カメラ前面に設けられた撮影窓２１２を介して被写体像を撮像する。一方、プロジェクタユニット２２もカメラ前面に投影窓２２ａを有しており、カメラ前方に投影像を投射する。

図２８はプロジェクタユニット２２の構成を示す図であり、照明光としてＰ偏光を用いる場合を示す。図２８において、（ａ）はカメラ側面から見た側面図であり、（ｂ）はカメラ後方から見た図である。図２に示すプロジェクタユニット２２と比較すると、投影レンズ２２５の後段に三角プリズム２２７を設けた点が異なり、また、光源２１１、集光レンズ２２，ＰＢＳ２２３はカメラ前面側から背面側に沿って配列されている。投影レンズ２２５からの投射光は三角プリズム２２７によってカメラ前方へ反射され、ケース２２６の開口２２６ａからカメラ前方へと投射される。そして、投影画像の長辺が水平（図示左右方向）に投影されるように、液晶表示素子２２４は、表示領域２４０の長辺２４０ａが水平となるように配置されている。

図２９は、照明光としてＳ偏光を用いる場合の液晶表示装置２２４の配置を示したものである。図２９の場合も、図２８と同様に（ａ）はカメラモジュール２２の側面図、（ｂ）はカメラ後方から見た図である。この場合には、Ｓ偏光の照明光が出射される側面と対向する位置に液晶表示素子２２４が配置される。

なお、上述した実施の形態では、デジタルカメラに搭載されるプロジェクタ装置を例に説明したが、デジタルカメラに限らず携帯電話等の携帯機器に搭載される小型のプロジェクタ装置にも適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本実施の形態のプロジェクタ装置が搭載されたデジタルカメラを示す図であり、（ａ）は非使用時を示し、（ｂ）は投影時を示す。 プロジェクタユニット２２の構成を示す図である。 液晶表示素子２２４の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 液晶表素子２２４と投影画像との位置関係を示す図であり、（ａ）は照明光としてＰ偏光を用いる場合、（ｂ）は照明光としてＳ偏光を用いる場合を示す。 集光レンズ２２２から出射される光線を説明する図であり、（ａ）は照明光としてＰ偏光を用いる場合、（ｂ）は照明光としてＳ偏光を用いる場合を示す。 光源として面光源を用いた場合の光線を示す図であり、（ａ）は照明光としてＰ偏光を用いる場合、（ｂ）は照明光としてＳ偏光を用いる場合を示す。 光線の角度αと偏光分離性能との関係を説明する図である。 ＰＢＳ２２３と液晶表示装置２２４とを示す斜視図である。 ゴーストの発生を説明する図である。 全反射光出射領域を説明する図である。 図７に示すＰＢＳ２２３および液晶表示素子２２４をｚ軸のマイナス方向から見た図である。 ＰＢＳ２２３が立方体の場合の全反射光出射領域を説明する図である。 マスク２２８を詳細に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ１−Ｂ１断面図である。 マスク２２８の他の例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ２−Ｂ２断面図である。 ＰＢＳ２２３に対する位相差板の配置を説明する図であり（ａ）は側面図、（ｂ）は拡大図である。 １／４波長板２５１の配置の他の例を示す図である。 プロジェクタユニットの組み付け手順を説明する図である。 図１７のＣ１−Ｃ１断面図であり、（ａ）はＰＢＳ２２３および１／４波長板２５１が組み付けられた状態を、（ｂ）はさらにマスク２２８および液晶表示素子２２４が組み付けられた状態を示す。 プロジェクタユニットの変形例を示す図であり、（ａ）はケース２２６に組み付けられたＰＢＳ２２３を示し、（ｂ）は液晶表示素子２２４を組み付けた状態を示す。 （ａ）は段差２２６ｅを説明する図であり、（ｂ）は液晶表示素子２２４の長辺側に形成される段差２２６ａを説明する図である。 ＲＡ面判断用の面取りを説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はケース２２６に収納した場合の断面図である。 ＰＢＳ２２３に対する液晶表示素子２２４の配置を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 表示領域２４０に対する照明光の照明領域を示す図であり、（ａ）は円形の場合、（ｂ）は長円形の場合を示す。 シリンドリカルレンズ２２２Ｂを備える照明光学系を説明する図である。 照明光学系にシリンドリカル面ＣＳを有する単レンズ２２２を用い、Ｓ偏光を利用する場合の液晶表示素子２２４の配置を示す図である。 偏光分離膜２２３ａの延在方向を表示領域２４０の短辺方向（ｙ方向）に一致させた場合の構成を示す図である。 変形例におけるデジタルカメラ１の正面図である。 照明光としてＰ偏光を用いる場合のプロジェクタユニット２２の構成を示す図であり、（ａ）はカメラ側面から見た側面図、（ｂ）はカメラ後方から見た図である。 照明光としてＳ偏光を用いる場合のプロジェクタユニット２２の構成を示す図であり、（ａ）はカメラ側面から見た側面図、（ｂ）はカメラ後方から見た図である。

符号の説明

１：デジタルカメラ、２１：撮影ユニット、２２：プロジェクタユニット、２２１：光源、２２２：集光レンズ、２２２Ｂ：シリンドリカルレンズ、２２３：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、２２３ａ：偏光分離膜、２２３ｂ，２２６Ｍ：マーキング、２２４、２２４Ａ、２２４Ｂ：液晶表示素子、２２５：投影レンズ、２２６：ケース、２２６ａ，２２６ｅ：段差、２２６ｂ：位置決め用凸部、２２６ｃ，２２６ｄ：切り欠き、２２７：三角プリズム、２２８：マスク、２２８ａ：ガイド、２２８ｃ：遮蔽部、２４０：表示領域、２４０ａ：長辺、２４０ｂ：短辺、２５０ａ，２５０ｂ：直線偏光子、２５１：１／４波長板、２５１ｂ：粘着層、２５２：透明部材、３００：照明領域、ＣＳ：シリンドリカル面

Claims (8)

1. 光源光を略平行光とする照明光学系と、
   前記略平行光を偏光分離し、偏光分離した偏光光を照明光として照明光出射面より出射する偏光ビームスプリッタと、
   前記照明光出射面に対向配置された矩形表示領域を有し、入射した照明光を変調光に変調して前記偏光ビームスプリッタへと出射する反射型液晶表示素子と、
   前記変調光を前記偏光ビームスプリッタで偏光分離して得られた光を結像して投影像を形成する投影光学系とを備えるプロジェクタ装置において、
   照明光が前記矩形表示領域の周囲の非表示領域に入射するのを遮蔽する遮蔽部と、前記遮蔽部を前記偏光ビームスプリッタの照明光出射面の所定位置に位置決めする位置決め部とを有するマスクを備え、
   前記反射型液晶表示素子を前記マスクに密着配置し、前記反射型液晶表示素子と前記照明光出射面との隙間に透明光学部材を充填したことを特徴とするプロジェクタ装置。
2. 請求項１に記載のプロジェクタ装置において、
   前記矩形表示領域の長辺に隣接する非表示領域の遮蔽部を、前記偏光ビームスプリッタの前記照明光出射面に直交する面に屈曲するように延在させて、前記位置決め部を形成したことを特徴とするプロジェクタ装置。
3. 請求項１または２に記載のプロジェクタ装置において、
   前記透明光学部材として、表裏面に粘着層が形成された１／４波長板を前記照明光出射面に貼り付けたことを特徴とするプロジェクタ装置。
4. 光源光を略平行光とする照明光学系と、
   前記略平行光を偏光分離し、偏光分離した偏光光を照明光として照明光出射面より出射する偏光ビームスプリッタと、
   前記照明光出射面に対向配置された矩形表示領域を有し、入射した照明光を変調光に変調して前記偏光ビームスプリッタへと出射する反射型液晶表示素子と、
   前記変調光を前記偏光ビームスプリッタで偏光分離して得られた光を結像して投影像を形成する投影光学系とを備えるプロジェクタ装置において、
   照明光が前記矩形表示領域の周囲の非表示領域に入射するのを遮蔽する遮蔽部と、前記遮蔽部を前記偏光ビームスプリッタの照明光出射面の所定位置に位置決めする位置決め部とを有するマスクを備え、
   表裏面に粘着層が形成された１／４波長板を前記照明光出射面に貼付するとともに、該１／４波長板の上に前記マスクを貼り付け、前記反射型液晶表示素子と前記１／４波長板との隙間に透明光学部材を充填したことを特徴とするプロジェクタ装置。
5. 請求項４に記載のプロジェクタ装置において、
   前記１／４波長板の縁を折り曲げて前記照明光出射面に直交する面に貼り付けるようにしたことを特徴とするプロジェクタ装置。
6. 請求項５に記載のプロジェクタ装置において、
   少なくとも前記照明光学系、前記偏光ビームスプリッタおよび前記投影光学系を収納するプロジェクタケーシングを備え、
   前記プロジェクタケーシングは、ケーシング内部に装着するための開口と、
   装着された前記偏光ビームスプリッタの前記直交する面の１／４波長板貼付部が露出するように、前記開口の周囲壁部に形成された段差とを有することを特徴とするプロジェクタ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
   前記反射型液晶表示素子の前記矩形表示領域の長辺側に位置する端部に信号入力端子を設け、該信号入力端子に信号用配線部材を接続したことを特徴とするプロジェクタ装置。
8. 請求項７に記載のプロジェクタ装置において、
   前記信号用配線部材を前記偏光ビームスプリッタの前記照明光出射面と直交する面に沿って配置するとともに、前記照明光出射面と前記直交する面とが交わる稜に面取りを施したことを特徴とするプロジェクタ装置。
   

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