JP5239614B2 - プロジェクタ - Google Patents

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Description

本発明は、プロジェクタに関する。
プロジェクタは、光源から射出された光束を、画像信号に基づき変調して光学像を形成し、形成された光学像を投写レンズなどを介して、スクリーンなどの投写対象面に光学像を投写する装置である。従来、プロジェクタにおいて、光源から射出される光束の利用効率を高める目的で、射出された光束を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイが用いられている。また、偏光変換素子アレイの光束入射面に入射する光の一部を入射光束として偏光変換素子アレイの有効入射領域に入射させ、また、偏光変換素子アレイの無効入射領域に対しては遮光する遮光板が、例えば、偏光変換素子アレイの入射面の前方側に設置されている。
特許文献1では、第1の開口部として、所定間隔で配列された偏光変換素子の入射面上の複数の入射領域(有効入射領域)とそれぞれ同じ所定間隔で配置され、偏光変換素子の入射面に対応した形状を有する複数の第1の開口部の間に、複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を配列した第1の遮光板を摺動可能に有している。また、複数の入射領域と同形状の複数の開口部を所定間隔で配列した第2の遮光板を有している投写型映像装置が開示されている。これによると、第2の遮光板に対して第1の遮光板を摺動させることにより、光量を絞った際に、スクリーンに投写された映像のコントラスト性能を向上させている。
また、特許文献2では、偏光変換素子の有効領域に対応するスリットが設けられたスリット状開口板に遮光部を設け、この遮光部により第2の液晶パネルに入射する光の入射角度及び入射方位を制限して、コントラストを向上させることが、開示されている。
また、特許文献3では、遮光部を、偏光変換素子アレイの無効入射領域にアルミニウムなどを蒸着して形成することなどが開示されている。この遮光部によれば、無効入射領域に直接アルミニウムが蒸着されているため、別体で遮光板を設置する従来の構成に比べて、熱伝導性も向上し、偏光変換素子アレイの冷却効率を向上させることができる。
特開2007−65519号公報 特開2004−138746号公報 特開平11−231264号公報
しかし、特許文献1のように、第1の遮光板と第2の遮光板との2つの遮光板を有することにより、遮光板の部品固数が増えることや摺動構造も複雑となることにより、部品コストや、投写型映像装置の組み立てコストも上がってしまうという課題がある。また、冷却ファンを用いて偏光変換素子を冷却した場合に、2つの遮光板を用いることにより、冷却空気の流れが遮られることなどにより、偏光変換素子に対する冷却効率が低下するという課題が考えられる。また、特許文献2では、従来の構成と略同様のため、偏光変換素子に対する冷却効率は、従来と同様である。従って、偏光変換素子アレイに対する冷却効率を向上させ、投写される画像のコントラストを向上できるプロジェクタが要望されていた。
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係るプロジェクタは、光源と、光源から射出された光束を2種類の直線偏光光束に分離する複数の偏光分離膜と、偏光分離膜で分離された2種類の直線偏光光束のうち一方を反射する複数の反射膜と、複数の偏光分離膜に入射する入射光束が通過する複数の有効入射領域と複数の有効入射領域に隣接する複数の無効入射領域とが交互に配置される入射面と、複数の偏光分離膜で分離された2種類の直線偏光光束のうち一方の直線偏光光束を他方の直線偏光光束に変換する位相差板とを有する偏光変換素子アレイと、偏光変換素子アレイから射出された直線偏光光束を画像信号に応じて変調する変調装置と、変調された光束を投写する投写装置と、を備え、偏光変換素子アレイの入射面には、薄膜が形成され、薄膜は、入射光束を通過させる開口部と、有効入射領域に入射しない光束を遮光する遮光部と、を有し、開口部は、入射面の外形に対して内側で、有効入射領域に対応させて有効入射領域に沿って形成され、遮光部は、開口部以外の領域に形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、入射面の外形に対して内側で、有効入射領域に対応させて有効入射領域に沿って形成される開口部を有することにより、従来のように、入射面の外形に渡って、有効入射領域に対応させて有効入射領域に沿ってストライプ状に形成されること以外に、開口部の形状を入射面の外形に対して内側で、適宜、形成することができるため、スクリーンなどに投写される画像のコントラストを、例えば変調装置の視野角特性などに合わせて調整しやすくなり、コントラストを向上することができる。併せて、入射面に開口部と遮光部とを有する薄膜を形成するため、偏光変換素子アレイの冷却効率を向上させることができる。
[適用例2]上記適用例に係るプロジェクタにおいて、開口部の少なくとも一部の領域は、入射面の外形端部に達していることが好ましい。
このような構成によれば、入射面に薄膜を形成させるために使用する治具としてのマスクにおいて、開口部の少なくとも一部の領域を入射面の外形端部に達するように形成することにより、開口部を形成させるマスク部材を接続することができ、1つのマスクで構成することができる。従って、別体でマスクを構成して薄膜を形成させる場合に比べて、入射面への薄膜の形成を効率的に行なうことができ、入射面に対する開口部の位置ずれも低減でき、高精度に形成することができる。
[適用例3]上記適用例に係るプロジェクタにおいて、有効入射領域に相対し、有効入射領域に沿って形成される第2の開口部と、第2の開口部以外の領域で入射光束を遮光する第2の遮光部と、を有する遮光部材を備えていることが好ましい。
開口部の一部の領域が入射面の外形端部に達するように形成する場合、無効入射領域に形成される領域が発生する場合がある。しかし、このような構成の遮光部材により、この無効入射領域に形成された領域を遮光することができるため、入射面に形成した開口部の無効入射領域に形成される領域への、光束の入射を防止することができる。
[適用例4]上記適用例に係るプロジェクタにおいて、薄膜の遮光部は、金属製の薄膜で構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、入射面に形成する薄膜の遮光部は、金属製の薄膜で構成されていることにより、例えば、アルミニウムの薄膜で構成した場合、入射光束を確実に遮光することができる。また、金属製であるため熱伝導率も良く、偏光変換素子アレイの冷却効率を向上させることもできる。
[適用例5]上記適用例に係るプロジェクタにおいて、薄膜の遮光部は、入射光束の波長帯域において、少なくとも一部の波長帯域を遮光する誘電体多層膜で構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、誘電体多層膜は、入射光束の波長帯域において、少なくとも一部の波長帯域を遮光することにより、光源が射出する光束(入射光束)の色温度に対し、ホワイトバランスを調整することができるため、スクリーンなどに投写される画像全体のカラーバランスを調整できる。また、入射光束の波長帯域全体(可視光)を遮光することもできる。
[適用例6]上記適用例に係るプロジェクタにおいて、誘電体多層膜は、入射光束のうち、少なくとも緑色光および青色光の波長帯域を遮光することが好ましい。
このような構成によれば、誘電体多層膜は、緑色光および青色光の波長帯域を遮光し、赤色光を透過する。これにより、光源から射出される光束が、色温度が高く、青みがかった白色となっている場合、緑色光および青色光を遮光させて、赤色光を透過させることにより、赤色光の光量比を相対的に増やすことにより、誘電体多層膜から射出される光束の色温度を低くすることができ、赤みがかった白色の方向にホワイトバランスを調整することができる。
[適用例7]上記適用例に係るプロジェクタにおいて、変調装置は、直線偏光光束が入射する入射側偏光板と、入射側偏光板を透過した光束を変調する液晶パネルと、液晶パネルで変調された光束を透過する射出側偏光板と、を有し、薄膜の開口部は、入射面において、入射側偏光板と射出側偏光板とのそれぞれの偏光軸方向に相対する領域に対するFナンバーが、偏光軸方向に対して斜めとなる方向に相対する領域に対するFナンバーに比べて小さくなるように形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、入射側偏光板と射出側偏光板のそれぞれの偏光軸方向に相対する領域の開口部を、偏光軸方向に対して斜めとなる方向に相対する開口部より大きく設定することで、入射側偏光板と射出側偏光板の視野角特性を改善することができ、投写させる画像全体のコントラストを向上させることができる。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態)
図1は、本実施形態に係るプロジェクタの光学系の概略構成を示す図である。図1を参照して、光学系4の構成および動作を説明する。
プロジェクタ1の光学系4は、照明光学装置としての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、変調装置44と、色合成光学系45と、投写装置としての投写レンズ46と、を備える。
インテグレータ照明光学系41は、変調装置44を構成する3枚の液晶パネル441(赤色光用、緑色光用、青色光用の液晶パネル441を、それぞれ液晶パネル441R,441G,441Bとして示す)の画像形成領域を略均一に照明するための光学系4である。このインテグレータ照明光学系41は、光源411と、第1レンズアレイ414と、第2レンズアレイ415と、偏光変換ユニット500と、反射ミラー424と、重畳レンズ416とを備えている。
光源411は、放射状の光線(光束)を射出する放射光源としての光源ランプ412と、この光源ランプ412から射出された放射光を反射するリフレクタ413とを有する。そして、光源ランプ412から射出された放射状の光束は、リフレクタ413で反射されて略平行光束とされ、外部へと射出される。光源ランプ412として、本実施形態では、高圧水銀ランプを採用しているが、例えばメタルハライドランプやハロゲンランプなどを採用してもよい。また、リフレクタ413として、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、楕円面鏡のリフレクタとリフレクタの射出面側に平行化凹レンズとを配置した構成を採用してもよい。
第1レンズアレイ414は、照明光軸L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。各小レンズは、光源ランプ412から射出される光束を、複数の部分光束に分割している。
第2レンズアレイ415は、第1レンズアレイ414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415は、重畳レンズ416とともに、第1レンズアレイ414の各小レンズの像を液晶パネル441上に結像させる機能を有している。
偏光変換ユニット500は、第2レンズアレイ415の後段に配置される。偏光変換ユニット500は、第2レンズアレイ415からの光束を略1種類の偏光光に変換するものであり、これにより、変調装置44での光の利用効率が高められている。なお、偏光変換ユニット500に関しての詳細は後述する。
偏光変換ユニット500によって略1種類の偏光光に変換された各部分光は、重畳レンズ416によって最終的に変調装置44の液晶パネル441R,441G,441B上に略重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネル441を用いた本実施形態のプロジェクタ1では、変調装置44において、1種類の偏光光しか利用できないため、他種類のランダムな偏光光を発する光源ランプ412からの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換ユニット500を用いることにより、光源ランプ412から射出された光束を略全て1種類の直線偏光光束に変換し、変調装置44での光の利用効率を高めている。
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、ダイクロイックミラー421,422により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色光、緑色光、青色光の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で分離された色光(本実施形態では青色光)を液晶パネル441Bまで導く機能を有している。
この際、色分離光学系42のダイクロイックミラー421では、インテグレータ照明光学系41から射出された光束の青色光成分と緑色光成分とが透過するとともに、赤色光成分が反射する。ダイクロイックミラー421によって反射した赤色光は、反射ミラー423で反射し、フィールドレンズ417を通って赤色光用の液晶パネル441Rに達する。このフィールドレンズ417は、第2レンズアレイ415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。他の液晶パネル441G,441Bの光入射側に設けられたフィールドレンズ417も同様である。
ダイクロイックミラー421を透過した緑色光と青色光のうち、緑色光は、ダイクロイックミラー422によって反射し、フィールドレンズ417を通って緑色光用の液晶パネル441Gに達する。一方、青色光は、ダイクロイックミラー422を透過してリレー光学系43を通り、更にフィールドレンズ417を通って青色光用の液晶パネル441Bに達する。なお、青色光にリレー光学系43を用いているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の拡散など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417に伝えるためである。
変調装置44は、3枚の光変調装置となる液晶パネル441(441R,441G,441B)と、偏光板442と、光学補償板443とを備えている。なお、液晶パネル441R,441G,441Bは、本実施形態では、TN型の動作を行なう液晶を用いている。また、液晶パネル441R,441G,441Bは、垂直配向型の動作を行なう液晶を用いることもできる。
色分離光学系42で分離された各色光は、3枚の液晶パネル441R,441G,441Bと、これらの光束入射側および光束射出側に備える偏光板442とによって、画像情報に基づき変調されて光学像を形成する。
偏光板442は、液晶パネル441(441R,441G,441B)の前段に配置される入射側偏光板442Aと、後段に配置される射出側偏光板442Bとを備えている。入射側偏光板442Aは、色分離光学系42で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光のみ透過させ、その他の偏光光を吸収するものであり、サファイアガラスなどの基板に偏光膜が貼着されたものである。また、基板を用いずに、偏光膜をフィールドレンズ417に貼着してもよい。
射出側偏光板442Bも、入射側偏光板442Aと略同様に構成され、液晶パネル441(441R,441G,441B)から射出された光束のうち、所定方向の偏光光のみ透過させ、その他の偏光光を吸収するものであり、サファイアガラスなどの基板に偏光膜が貼着されたものである。また、基板を用いずに、偏光膜をクロスダイクロイックプリズム451に貼着してもよい。なお、本実施形態の偏光板442は、長方形状をなしており、この長辺方向を新たにX軸方向、短辺方向を新たにY方向とした場合、これらの入射側偏光板442A、射出側偏光板442Bは、互いの偏光軸の方向が、Y軸方向およびX軸方向であり、直交するように設定されている。
光学補償板443は、液晶分子の屈折率が方向によって異なることに起因する液晶パネル441の視野角特性を補正している。また、本実施形態では、TN型の液晶を用いることから、光学補償板443は、2枚で構成されている。詳細には、光学補償板443は、液晶パネル441(441R,441G,441B)の後段に配置される第1光学補償板443Aと第2光学補償板443Bとを備えている。
第1光学補償板443Aは、液晶パネル441の後段に配置され、液晶パネル441から射出された変調光に対して、液晶パネル441の上下方向の視野角特性を補正するものである。また、第1光学補償板443Aは、透明ガラス基板に光学変換フィルムを貼着したもの、または透明ガラス基板に光学変換膜が蒸着されたものである。第2光学補償板443Bは、第1光学補償板443Aの後段に配置され、液晶パネル441から射出された変調光に対して、液晶パネル441の左右方向の視野角特性を補正するものである。また、第2光学補償板443Bも第1光学補償板443Aと同様に、透明ガラス基板に光学変換フィルムを貼着したもの、または透明ガラス基板に光学変換膜が蒸着されたものである。この第1光学補償板443Aおよび第2光学補償板443Bにより、液晶パネル441の視野角特性を補正して投写画像のコントラストを向上させている。
色合成光学系45は、クロスダイクロイックプリズム451で構成されている。クロスダイクロイックプリズム451は、3枚の液晶パネル441R,441G,441Bから射出された各色光毎に変調された光学像を合成してカラーの光学像を形成するものである。なお、クロスダイクロイックプリズム451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字状に形成され、これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成される。
投写レンズ46は、複数のレンズが組み合わされた組レンズとして構成され、クロスダイクロイックプリズム451で合成されたカラーの光学像(カラー画像)を、例えば、スクリーン上に投写する。この投写レンズ46には、複数のレンズの相対位置を変更するレバー(図示省略)を備え、投写されるカラー画像のフォーカス調整およびズーム調整が可能に構成されている。なお、光学系4を構成する光学部品41〜46は、光学部品用筐体(図示省略)の所定の場所に収容され、プロジェクタ1の本体内部に設置される。
なお、プロジェクタ1の本体内部には、冷却用ファン(図示省略)や、冷却用ファンが吸気した外気を流動させるダクト(図示省略)などが備えられている。この冷却用ファンおよびダクトにより、光学系4が駆動した場合に発熱する光源411、偏光変換ユニット500、液晶パネル441、偏光板442などに対して、吸気した外気を吐出することにより冷却している。
図2は、偏光変換ユニットを光束入射側から見た斜視図である。図3は、偏光変換素子アレイを光束入射側から見た斜視図である。図4は、遮光板を光束入射側から見た斜視図である。図2〜図4を参照して、偏光変換ユニット500の構成を説明する。
偏光変換ユニット500は、図2〜図4に示すように、偏光変換素子アレイ510と、遮光板550とで構成されている。なお、遮光板550は、偏光変換素子アレイ510の前段に設置される。
遮光板550は、図2、図4に示すように、第2の開口部としての開口部551と第2の遮光部としての遮光部552とで構成されている。そして、遮光板550の開口部551は、偏光変換素子アレイ510の後述する有効入射領域520Bに相対し、有効入射領域520Bに沿ってスリット状に形成され、光束を偏光変換素子アレイ510の有効入射領域520Bに入射させる。また、遮光板550の遮光部552は、開口部551以外の部分に相当し、偏光変換素子アレイ510の有効入射領域に隣接する無効入射領域520Cに相対して設けられ、光束を無効入射領域520Cに入射させないように遮光する。なお、遮光板550は、本実施形態では、光束の入射する面側の反射率を向上させたステンレス部材を用いている。なお、遮光板550は、ステンレス部材の他、アルミニウム合金部材などの金属部材を用いてもよい。また、遮光板550は、入射光束を透過しない部材であればよい。
なお、第2レンズアレイ415から射出された光束は、各小レンズにより集光されたランダムな偏光軸を有する光束である。遮光板550は、このような光束を開口部551を介して、偏光変換素子アレイ510の有効入射領域520Bに入射させて、有効な偏光光を生成させる。また、遮光板550は、遮光部552により、光束を遮光することで、偏光変換素子アレイ510の無効入射領域520Cに入射して無効な偏光光を生成することを防止する。
偏光変換素子アレイ510は、図2、図3に示すように、板状の偏光変換素子520と、短冊状の複数(本実施形態では5つ)の位相差板530とを備えて構成されている。また、偏光変換素子アレイ510は、後述する入射面520Aに薄膜540を形成して構成されている。
偏光変換ユニット500は、遮光板550の開口部551を介して、偏光変換素子アレイ510の有効入射領域520Bに入射した光束を、偏光変換素子アレイ510で2種類の直線偏光光に分離し、一方の直線偏光光はそのまま射出し、他方の直線偏光光は、後述する位相差板530により偏光軸を90°回転させて、一方の直線偏光光の偏光軸と同一なものに変換して後段に射出する。
偏光変換素子アレイ510は、詳細には、図3に示すように、2つの板状の偏光変換素子520をX軸方向に左右対称となるように、端面で貼り合わせた形態で構成されている。偏光変換素子520は、入射光束に対して傾斜配置(照明光軸Lに対して略45°の角度をなすように配置)された複数の偏光分離膜521と、各偏光分離膜521の間に交互に並行配置された反射膜522と、これらの偏光分離膜521および反射膜522の間に介在配置された透光性部材523とを備えている。
また、偏光変換素子520は、言い換えると、断面平行四辺形の柱状部材となる複数の透光性部材523の両端面に、偏光分離膜521と反射膜522とを交互に備えた状態となるように配列されて板状に構成されている。
偏光分離膜521は、誘電体多層膜などで構成されている。この偏光分離膜521は、入射光束において、偏光分離膜521の入射面に対して平行な偏光軸を有する一方の直線偏光光としての光束(本実施形態では、S偏光光)を反射し、このS偏光光と直交する偏光軸を有する光束(P偏光光)を透過するものであり、有効入射領域520Bを通過した入射光束を2種類の直線偏光光束に分離している。
反射膜522は、例えば、高反射性を有するアルミニウム、金、銀、銅、クロムなどの単一金属材料や、これら複数種類の金属を含む合金などで構成され、偏光分離膜521で分離された2種類の直線偏光光束のうちの一方の反射されたS偏光光を反射する。なお、反射膜522は、偏光分離膜521と同等のものを使用してS偏光光を反射させることもできる。透光性部材523は、光束が内部を通過するものであり、本実施形態では、白板ガラスを用いている。
位相差板530は、λ/2位相差板を用いており、偏光分離膜521で分離された2種類の直線偏光光束のうち一方の直線偏光光束である透過したP偏光光の偏光軸を90°回転させ、他方の直線偏光光束であるS偏光光に変換する。この位相差板530は、図3に示すように、偏光変換素子520の光束の射出面520E(ここでは、位相差板530の射出面)において、照明光軸Lに沿った方向から見た場合に、偏光分離膜521に対応する位置に貼着されている。
このように構成された偏光変換素子アレイ510において、光束が入射する側となる偏光変換素子520の面を入射面520Aと呼称する。また、入射した光束が偏光変換されて射出する側となる偏光変換素子520および位相差板530の面を射出面520Eと呼称する。
入射面520Aは、上述した構成により、光束を入射させることで所望する偏光変換を行なえる領域(入射光束として有効とする領域)となる複数の有効入射領域520Bと、反対に、光束を入射させることで所望する偏光変換が行なえない領域(入射光束として無効とする領域)となる複数の無効入射領域520Cとで構成される。入射面520Aは、この有効入射領域520Bと無効入射領域520Cとが所定間隔(透光性部材523の配列されるピッチ)で交互に配置される。
また、偏光変換素子アレイ510の入射面520A上には、薄膜540が形成されている。薄膜540は、本実施形態では、後述する蒸着法により形成される。薄膜540は、入射光束を通過させる開口部541と、有効入射領域520Bに入射しない入射光束を遮光する遮光部542とを有して形成されている。開口部541は、有効入射領域520Bに対応させて有効入射領域520Bに沿って形成され、遮光部542は、開口部541以外の領域に形成される。
開口部541は、本実施形態では、第1開口部5411、第2開口部5412、第3開口部5413とで構成されている。また、開口部541は、入射面520Aにおいて、照明光軸Lを中心で、X軸方向に左右対称に、また、Y軸方向に上下対称に形成されている。詳細には、入射面520Aの中心部に位置する有効入射領域520Bで入射面520Aの上下方向(Y軸方向)で、入射面520Aの外形端部に達して第1開口部5411が形成される。言い換えると、第2開口部5412は、上下方向端部に3方向が遮光部542で囲まれた部分を有する。また、中心部から左右方向で、次の有効入射領域520Bにおいて、入射面520Aの上下方向の外形端部から同距離分内側に入った領域に第2開口部5412が形成される。また、第2開口部5412の左右方向で、次の有効入射領域520Bにおいて、入射面520Aの上下方向の外形端部から同距離分内側に入った領域で、第2開口部5412の上下方向の長さより短く設定される第3開口部5413が形成される。言い換えると、第3開口部5413もまた、上下方向端部に3方向が遮光部542囲まれた部分を有する。
なお、第2開口部5412および第3開口部5413は、後述する偏光板442のコントラスト視野角特性に応じて、偏光板442に入射する光束の入射方位を制限している。そのために、第2開口部5412および第3開口部5413が形成される有効入射領域520Bにおいて、第2開口部5412および第3開口部5413の上下方向に、遮光部542が設けられている。
なお、第2開口部5412と第3開口部5413とは、無効入射領域520Cに形成された接続用開口部5412aにより接続されている。また、第3開口部5413と入射面520Aの左右方向の外形端部とが、無効入射領域520Cに形成された接続用開口部5413aにより接続されている。
これにより、開口部541は、第1開口部5411が上下方向で、入射面520Aの上下方向の外形端部と接続される形態となる。また、開口部541は、第2開口部5412と第3開口部5413とが、接続用開口部5412a,5413aにより、入射面520Aの左右方向の外形端部と接続される形態となる。なお、入射面520Aにおいて、開口部541以外となる領域に形成される薄膜540が遮光部542に相当する。
図5は、偏光変換ユニットを光束入射側から見た正面図である。図5に示すように、遮光板550の開口部551に相対して、偏光変換素子アレイ510の入射面520Aに形成した開口部541が形成されている。なお、有効入射領域520Bに形成した第2開口部5412および第3開口部5413の上下方向の遮光部542が遮光板550の開口部551を介して露出した状態となる。
従って、遮光板550の開口部551から入射した光束は、第1開口部5411、第2開口部5412、第3開口部5413に入射する。そして、第2開口部5412および第3開口部5413の上下方向の上記露出した遮光部542では、遮光板550の開口部551から入射した光束が反射(遮光)される。
また、無効入射領域520Cに形成した接続用開口部5412a,5413aは、遮光板550の遮光部552により、隠れた状態となる。従って、接続用開口部5412a,5413aには、光束は入射されない。
図6は、偏光変換ユニットの外略断面図である。なお、図6は、図5でのA−A断面図である。また、図6は、第2レンズアレイ415の一部の断面図も表している。図6を参照して、偏光変換ユニット500の動作を説明する。
第2レンズアレイ415から射出された光束は、各小レンズにより集光されたランダムな偏光軸を有する光束であり、偏光変換ユニット500の所定領域に入射する。なお、図6中の破線で示すように、第2レンズアレイ415から射出された光束のうち、偏光変換素子アレイ510の無効入射領域520Cに入射することになる無効な偏光光を生成する光束を遮光板550の遮光部552で遮断(遮光)している。
遮光板550の開口部551から入射した光束は、薄膜540に形成した開口部541に入射する。開口部541に入射した光束は、透光性部材523を透光し、偏光分離膜521により、P偏光光およびS偏光光に分離される。P偏光光は、偏光分離膜521を透過し、S偏光光は偏光分離膜521で反射して光路が略90°変換される。
偏光分離膜521で反射したS偏光光は、反射膜522で反射され、再度、光路が略90°変換され、偏光変換素子アレイ510への入射方向と略同一方向に進み、偏光変換素子520の射出面520Eから射出される。また、偏光分離膜521を透過したP偏光光は、位相差板530に入射し、偏光軸が90°回転されてS偏光光に変換され、S偏光光として位相差板530の射出面520Eから射出される。したがって、偏光変換ユニット500から射出される光束は、略1種類の直線偏光光束となるS偏光光に揃えられる。
なお、図6の照明光軸Lの左側では、前述したように、第2開口部5412および第3開口部5413の上下方向の露出した遮光部542で、遮光板550の開口部551から入射した光束が反射(遮光)され、透光性部材523には入射されない。
図7は、偏光変換素子アレイの入射面に薄膜を形成する治具となるマスクの概略斜視図である。図8は、偏光変換素子アレイの入射面にマスクを設置した状態の概略斜視図である。図7、図8を参照して、マスク700による薄膜540の形成に関して説明する。
マスク700は、図7に示すように、概略矩形薄板形状をなすマスク本体710に、開口部720を形成したものである。このマスク700を、図8に示すように、偏光変換素子アレイ510の入射面520Aに固定した後、蒸着を行なう。蒸着により、マスク700の開口部720に相対する偏光変換素子アレイ510の入射面520Aが蒸着され、それ以外の入射面520Aは蒸着されない。マスク700の開口部720の形状が薄膜540の遮光部542の形状となる。
なお、マスク700は、本実施形態では、1つのマスク700で構成させるために、薄膜540の第2開口部5412や第3開口部5413を形成させる領域となる開口形成領域722,723を、接続領域722a,723aで接続させている。また、この接続領域722a,723aにより、薄膜540の接続用開口部5412a,5413aが形成される。また、開口形成領域721により、薄膜540の第1開口部5411が形成される。このようなマスク700により、図3に示すような、薄膜540が偏光変換素子520の入射面520Aに形成される。蒸着する部材は、本実施形態では、アルミニウムを用いている。なお、蒸着する部材はこの他に、金、銀、銅、クロムなどの単一金属部材や、これら複数種類の金属を含む合金などを用いてもよい。
図9は、偏光板が有するコントラストの視野角特性を示す図である。また、図9は、詳細には、光源411から射出された光束を、第1レンズアレイ414、第2レンズアレイ415を介し、また、薄膜540が形成されていない偏光変換ユニットを用い、液晶パネル441と光学補償板443を除いた状態で、入射側偏光板442Aおよび射出側偏光板442Bから射出された光束のコントラストの変化を測定した図である。また、「黒」状態は、入射側偏光板442Aおよび射出側偏光板442Bの偏光軸方向を互いに直交させて測定している。また、「白」状態は、射出側偏光板442Bの偏光軸方向を、入射側偏光板442Aの偏光軸方向に一致させて測定している。
なお、図9は、射出側偏光板442Bの射出側から光源411方向を見た状態を示している。そして、照明光軸LをX軸(左右方向)とY軸(上下方向)の交点とし、交点を通る垂直方向をZ軸方向としている。従って、図9は、Z軸を中心とした(X,Y)の座標で視野角を示すとともに、方位によるコントラストの変化を示している。なお、視野角は、±10°の範囲での測定結果を示している。
図9において、Aで示す領域は、コントラストが0〜20000の範囲を示し、Bで示す領域は、コントラストが20000〜40000の範囲を示し、Cで示す領域は、コントラストが40000〜60000の範囲を示している。図9に示すように、偏光板442の面に略垂直な方向、すなわちZ軸方向から見たときがコントラストが高くなる。また、Z軸方向から傾く(視野角が大きくなる)方向から見ると、コントラストは低くなる。また、コントラストの視野角依存性は、偏光板442の軸方向(X軸方向およびY軸方向)から見た場合には小さく、X軸方向からY軸方向、あるいはY軸方向からX軸方向に変化する方向から見た場合には大きくなる。
詳細には、図9に矢印で示す方向(X軸とY軸の交点(Z軸)を中心に、X軸の+方向を0°として反時計まわりに、略45°、略135°、略225°、略315°の方向)から見た場合の、コントラストの視野角依存性が大きく、視野角が大きくなるとコントラストは著しく低下する。従って、偏光板442では、略、θ=45°,135°,225°,315°の方位から光束が入射されると、コントラストが悪化することがわかる。
このような特性を有する偏光板442に対して、本実施形態では、コントラストが悪化する方位(略、θ=45°,135°,225°,315°の方位)に対応させて、薄膜540による遮光部542を形成している。詳細には、図3に示すように、略、θ=45°,135°,225°,315°の方位に対応させて、第2開口部5412および第3開口部5413が形成される有効入射領域520Bにおいて、第2開口部5412および第3開口部5413の上下方向(Y軸方向)に、遮光部542を形成している。このように、略、θ=45°,135°,225°,315°の方位から入射する光量を低減することで、入射側偏光板442Aと射出側偏光板442Bが有する視野角特性を改善し、コントラストを向上させている。
なお、上述したように、薄膜540による遮光部542は、偏光板442のコントラストが悪化する方位(略、θ=45°,135°,225°,315°の方位)に対応させて形成され、当該方位から入射する光量を低減する。言い換えると、薄膜540による開口部541は、偏光板442のコントラストが良い方位(X軸方向、Y軸方向)に対応させた領域に形成することで、偏光板442の偏光軸方向から斜めとなる方位(略、θ=45°,135°,225°,315°の方位)に対応した領域より明るくなるように形成されている。
更に、言い換えると、薄膜540の開口部541は、図3に示すように、入射面520Aにおいて、入射側偏光板442Aと射出側偏光板442Bのそれぞれの偏光軸方向に相対する領域に対し、液晶パネル441から見込むFナンバー(明るさ)が、偏光軸方向に対して斜めとなる方向に相対する領域に対するFナンバー(明るさ)に比べて小さくなる(明るくなる)ように形成されている。
上述した、実施形態によれば以下の効果が得られる。
(1)本実施形態のプロジェクタ1によると、入射面520Aの外形に対して内側で、薄膜540で形成され、有効入射領域520Bに対応させて有効入射領域520Bに沿って形成される第2開口部5412、第3開口部5413を有している。これにより、従来のように、入射面520Aの外形に渡って、有効入射領域520Bに対応させて有効入射領域520Bに沿ってストライプ状に形成されること(例えば、第1開口部5411の形態)以外に、開口部の形状を入射面520Aの外形に対して内側で、適宜、形成することができるため、スクリーンなどに投写される画像のコントラストを例えば変調装置44の視野角特性などに合わせて調整しやすくなり、コントラストを向上することができる。併せて、入射面520Aに開口部541と遮光部542とを有する薄膜540を形成するため、偏光変換素子アレイ510の冷却効率を向上させることができる。
(2)本実施形態のプロジェクタ1によると、第2開口部5412、第3開口部5413の一部の領域が、接続用開口部5412a,5413aを介して、入射面520Aの外形端部に達した形態としている。これにより、入射面520Aに薄膜540を形成させるために使用する治具としてのマスク700において、第2開口部5412、第3開口部5413を形成させる領域となる開口形成領域722,723を、接続領域722a,723aで接続させることができるため、1つのマスク700で構成することができる。従って、別体でマスクを構成して薄膜を形成させる場合に比べて、入射面520Aへの薄膜540の形成を効率的に行なうことができ、入射面520Aに対する開口部541(第1開口部5411、第2開口部5412、第3開口部5413)のそれぞれの位置ずれも低減でき、高精度に形成することができる。また、これにより、薄膜540形成による歩留まりを向上でき、薄膜540形成のコスト削減を図ることができる。
(3)本実施形態のプロジェクタ1によると、第2開口部5412、第3開口部5413の一部の領域が、無効入射領域520Cに形成される接続用開口部5412a,5413aを介して、入射面520Aの外形端部に達した形態としている。しかし、遮光板550の遮光部552により、この無効入射領域520Cに形成された領域(接続用開口部5412a,5413a)を遮光することができるため、接続用開口部5412a,5413aへの光束の入射を防止することができる。
(4)本実施形態のプロジェクタ1によると、薄膜540の遮光部542は、アルミニウムの蒸着により構成されている。これにより、プロジェクタ1の本体内部の冷却用ファン(図示省略)を起動して、偏光変換素子アレイ510を冷却する場合、金属製の薄膜540であるため、熱伝導性が良く、冷却効率を向上させることができる。
(5)本実施形態のプロジェクタ1によると、薄膜540の開口部541は、使用する偏光板442のコントラスト視野角特性に対応させて、入射面520Aにおいて、入射側偏光板442Aと射出側偏光板442Bのそれぞれの偏光軸方向に相対する領域に対するFナンバーが、偏光軸方向に対して斜めとなる方向に相対する領域に対するFナンバーに比べて小さくなるように形成している。詳細には、略、θ=45°,135°,225°,315°の方位から入射される光量を、薄膜540の遮光部542により、低減させるために、入射側偏光板442Aと射出側偏光板442Bのコントラスト視覚特性を改善することができ、投写させる画像全体の光量は若干の割合で減少するが、それ以上の割合で、コントラストを向上させることができる。
(6)本実施形態のプロジェクタ1によると、遮光板550の開口部551はそれぞれ同様の長さの開口領域を有して構成されているため、プロジェクタに使用される光学系が異なり、これに伴い、薄膜の開口部の形状が異なった場合にも、本実施形態の遮光板550を共通に使用することが可能となる。これにより、偏光変換ユニットの製造コストを低減することもできる。
なお、上述した実施形態に限定されず、種々の変更や改良などを加えて実施することが可能である。変形例を以下に述べる。
(変形例1)前記実施形態では、薄膜540の遮光部542は、金属製(アルミニウム)の薄膜540で構成されている。しかし、これに限られず、薄膜の遮光部は、入射光束の波長帯域において、少なくとも一部の波長帯域を遮光する誘電体多層膜で構成されていてもよい。誘電体多層膜は、入射面520Aに、前記実施形態と同様のマスクなどを用いてコーティングすることで形成することができる。
このような誘電体多層膜を薄膜の遮光部に使用し、入射光束の波長帯域において、少なくとも一部の波長帯域を遮光することにより、光源411が射出する光束(入射光束)の色温度に対し、ホワイトバランスを調整することができるため、スクリーンなどに投写される画像全体のカラーバランスを調整できる。また、前記実施形態と同様に、入射光束の波長帯域(可視光)全体を遮光することもできる。
図10は、光源から射出される光束のスペクトル特性を示す図である。プロジェクタに使用される光源(本実施形態では、光源411)から射出される光束は、図10に示すように、光量比で緑色光(G)が一番高く、青色光(B)が次に高く、赤色光(R)が最も低くなっている。従って、射出された光束は、色温度が高く、青みがかった白色となる。そこで、上記誘電体多層膜は、更に、入射光束のうち、少なくとも緑色光および青色光の波長帯域を遮光することがよい。これにより、緑色光および青色光を遮光(反射)させて、赤色光を透過させることにより、赤色光の光量比を相対的に増やすことができるため、射出された光束の色温度を低くすることができ、赤みがかった白色の方向に、ホワイトバランスを調整することができる。
なお、上述した誘電体多層膜を入射面520Aに形成する場合、入射面520Aの無効入射領域520Cに対応する領域は、入射光束の波長帯域(可視光)全体を遮光する誘電体多層膜として形成することがよい。これにより、無効入射領域520Cに入射する光束を遮光することができるとともに、遮光板550を使用する場合および使用しない場合のどちらにも適用できる偏光変換素子アレイが実現する。
(変形例2)前記実施形態では、第2開口部5412の領域が第3開口部5413の領域より上下方向で長く形成されている。しかし、これに限られず、偏光板442のコントラスト視野角特性に対応させて、第2開口部5412と第3開口部5413の上下方向の領域の長さをそれぞれ適切に設定することでよく、第2開口部5412と第3開口部5413の上下方向の領域の長さを同じに設定することもできる。
(変形例3)前記実施形態では、遮光板550を設置しており、第2開口部5412と第3開口部5413の一部を入射面520Aの外形端部に接続するために無効入射領域520Cに形成した接続用開口部5412a,5413aへの入射光束を遮光している。しかし、これに限られず、マスクを別体で形成し、接続用開口部5412a,5413aを排除することができる。この場合には、遮光板550は使用しなくてもよい。また、遮光板550を使用しない場合には、偏光変換関連部品(遮光板550を含む周辺の固定用部材など)を減らすことができ、偏光変換ユニットの組み立てコストも低減させることができる。
(変形例4)前記実施形態では、遮光板550により、無効入射領域520Cに形成される接続用開口部5412a,5413aへの入射光束を遮光している。しかし、この形態において、遮光板550を必ずしも使用しなくてもよい。接続用開口部5412a,5413aから光束が入射した場合には、反射膜522は、偏光分離膜として機能し、偏光分離膜521は、反射膜として機能する。従って、接続用開口部5412a,5413aから入射した光束は、P偏光光となって射出されてしまう。そこで、接続用開口部5412a,5413aの上下方向の幅を、マスク700の接続領域722a,723aで接続できる最小の幅に設定することで、極力狭く形成させ、遮光板550を使用しないことでもよい。この場合、形成した接続用開口部5412a,5413aから入射した光束は、位相差板530、偏光板442などに熱として吸収されるため、冷却ファンによる冷却の許容範囲内(温度保証可能範囲)であることを確認した上で、遮光板550を使用しないことも可能である。
(変形例5)前記実施形態では、遮光板550の開口部551は同様の長さの開口領域を有しているが、薄膜540で形成される開口部541(第1開口部5411、第2開口部5412、第3開口部5413)と同様の開口領域を有していても良い。これにより、更に、無効な光束を遮光することができる。
(変形例6)前記実施形態では、光変調装置に3つの液晶パネル441を用いたプロジェクタ1を説明したが、これに限られない。例えば、1つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、2つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、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。
(変形例7)前記実施形態では、透過型の液晶パネル441を用いているが、反射型の液晶パネルなど、反射型の光変調装置を用いることも可能である。
(変形例8)前記実施形態では、光源411として放電式ランプを用いているが、これに限られず、光源として、LED(Light Emitting Diode)素子などを用いることができる。
(変形例9)前記実施形態のプロジェクタ1は、フロントタイプのプロジェクタとして適用しているが、投写対象面としてのスクリーンを一体で有するリアタイプのプロジェクタにも適用できる。
本実施形態に係るプロジェクタの光学系の概略構成を示す図。 偏光変換ユニットを光束入射側から見た斜視図。 偏光変換素子アレイを光束入射側から見た斜視図。 遮光板を光束入射側から見た斜視図。 偏光変換ユニットを光束入射側から見た正面図。 偏光変換ユニットの外略断面図。 偏光変換素子アレイの入射面に薄膜を形成する治具となるマスクの概略斜視図。 偏光変換素子アレイの入射面にマスクを設置した状態の概略斜視図。 偏光板が有するコントラストの視野角特性を示す図。 光源から射出される光束のスペクトル特性を示す図。
符号の説明
1…プロジェクタ、4…光学系、41…インテグレータ照明光学系、42…色分離光学系、43…リレー光学系、44…変調装置、45…色合成光学系、46…投写レンズ、411…光源、414…第1レンズアレイ、415…第2レンズアレイ、441…液晶パネル、442…偏光板、442A…入射側偏光板、442B…射出側偏光板、443…光学補償板、500…偏光変換ユニット、510…偏光変換素子アレイ、520…偏光変換素子、520A…入射面、520B…有効入射領域、520C…無効入射領域、520E…射出面、521…偏光分離膜、522…反射膜、523…透光性部材、530…位相差板、540…薄膜、541…開口部、542…遮光部、550…遮光板、551…開口部、552…遮光部、700…マスク、710…マスク本体、720…開口部、721,722,723…開口形成領域、722a,723a…接続領域、5411…第1開口部、5412…第2開口部、5413…第3開口部、5412a,5413a…接続用開口部。

Claims (5)

  1. 光源と、
    前記光源から射出された光束を2種類の直線偏光光束に分離する複数の偏光分離膜と、前記偏光分離膜で分離された2種類の直線偏光光束のうち一方を反射する複数の反射膜と、前記光束を入射させることで所望する偏光変換を行える領域である複数の有効入射領域と前記複数の有効入射領域に左右方向に隣接する複数の無効入射領域とが交互に配置される入射面と、前記複数の偏光分離膜で分離された2種類の直線偏光光束のうち一方の直線偏光光束を他方の直線偏光光束に変換する位相差板とを有する偏光変換素子アレイと、
    前記偏光変換素子アレイから射出された前記直線偏光光束を画像信号に応じて変調する変調装置と、
    変調された光束を投写する投写装置と
    前記有効入射領域に相対し、当該有効入射領域に沿って形成される開口部と、当該開口部以外の領域で前記入射光束を遮光する遮光部と、を有する遮光部材と、
    前記偏光変換素子アレイの前記入射面に形成され、前記入射光束を通過させる開口部と、当該開口部以外の領域に形成され光束を遮光する遮光部と、を有する薄膜と、
    を備え、
    前記薄膜の開口部は、前記複数の有効入射領域のうち隣り合う有効入射領域に、前記左右方向と直交する上下方向の長さが前記遮光部材の開口部の前記上下方向の長さより短く設定された開口領域と、前記開口領域に隣接する前記無効入射領域において前記開口領域と前記入射面の外形端面とを接続し前記上下方向の長さが前記開口領域の長さより短い接続開口領域とを有する
    プロジェクタ。
  2. 請求項1に記載のプロジェクタであって、
    前記薄膜の前記遮光部は、金属製の薄膜で構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
  3. 請求項1または請求項2のいずれか一項に記載のプロジェクタであって、
    前記薄膜の前記遮光部は、前記入射光束の波長帯域において、少なくとも一部の前記波長帯域を遮光する誘電体多層膜で構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
  4. 請求項3に記載のプロジェクタであって、
    前記誘電体多層膜は、前記入射光束のうち、少なくとも緑色光および青色光の前記波長帯域を遮光することを特徴とするプロジェクタ。
  5. 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のプロジェクタであって、
    前記変調装置は、前記直線偏光光束が入射する入射側偏光板と、当該入射側偏光板を透過した光束を変調する液晶パネルと、前記液晶パネルで変調された光束を透過する射出側偏光板と、を有し、
    前記薄膜の前記開口部は、前記入射面において、前記入射側偏光板と前記射出側偏光板とのそれぞれの偏光軸方向に相対する領域に対するFナンバーが、前記偏光軸方向に対して斜めとなる方向に相対する領域に対するFナンバーに比べて小さくなるように形成されていることを特徴とするプロジェクタ。
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