JP5245588B2

JP5245588B2 - プロジェクタ装置およびプロジェクタ装置用の画像合成装置

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Publication number: JP5245588B2
Application number: JP2008179690A
Authority: JP
Inventors: 布喜中井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: US20100007853A1; JP2010020030A; KR20100007735A; CN101625513A; US8529067B2

Description

本発明はプロジェクタ装置およびプロジェクタ装置用の画像合成装置に関する。

従来から、光源からの光を赤色、緑色、青色の光に分離する分離部と、分離部から導かれた赤色、緑色、青色の光毎に設けられそれら光が個別に入射される第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタと、第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ毎に設けられ各偏光ビームスプリッタにより反射された光を画像情報によって変調して反射しそれら偏光ビームスプリッタを透過させる第１、第２、第３の反射型液晶表示器と、第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタから透過される光を合成して出射する光合成部とを備えるプロジェクタ装置が提供されている（特許文献１参照）。
特開２００８−４０３３５

第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタは、光の偏光方向（振動方向）によって光を透過、あるいは、反射する偏光膜を有している。言い換えると、偏光膜は、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過する。
しかしながら、偏光膜はＳ偏光の光を完全に反射するのではなく、わずかながらＳ偏光の光を透過する。したがって、Ｓ偏光透過率の値が低いほど、プロジェクタ装置から得られる画像のうち暗い画像（黒い画像）をより暗くでき、したがって、プロジェクタ装置から得られる画像のコントラストを高める上で有利となる。
近年、偏光ビームスプリッタとして、Ｓ偏光透過率が低い値を有する有機材料で構成された偏光膜を用いたものが提案されている。
ところが、有機材料で構成された偏光膜は紫外線の照射によって光の透過性が徐々に劣化するため、プロジェクタ装置の耐久性を確保する上で不利が懸念される。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的はコントラストを確保しつつ耐久性の向上を図る上で有利なプロジェクタ装置およびプロジェクタ装置用の画像合成装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明のプロジェクタ装置用の画像合成装置は、
赤色、緑色、青色の光毎に設けられた第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタから透過される赤色、緑色、青色の光を合成して出射する光合成部とを備え、
前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタは、それぞれ、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過する、第１、第２、第３の偏光膜を有し、
赤色の光が入射される前記第１の偏光膜は、Ｓ偏光透過率が低い、有機材料で形成され、緑色の光が入射される前記第２の偏光膜は、Ｓ偏光透過率が低い、有機材料で形成され、青色の光が入射される前記第３の偏光膜は、前記第１および第２の偏光膜のＳ偏光透過率よりＳ偏光透過率が高いが、紫外線に対する耐久性に優れた無機材料で形成されている。
また本発明のプロジェクタ装置は、上記画像合成装置を用いている。

本発明によれば、赤色の光および緑色の光が入射される偏光膜が有機材料で形成されているため、光合成部から出射される光によってスクリーン上に結像される画像のコントラストを確保する上で有利となり、青色の光が入射される偏光膜が無機材料で形成されているため、青色の光に含まれる紫外線による劣化がほとんどなく耐久性の向上を図る上で有利となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態のプロジェクタ装置１０の構成を示す説明図、図２は本実施の形態の画像合成装置２４の構成を示す説明図である。
プロジェクタ装置１０は、図１に示すように、光源１２と、分離部１４と、第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂと、第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂと、光合成部２０と、投射レンズ２２などを含んで構成されている。

（光源１２）
光源１２は、白色光を出射するランプ１２Ａを備えている。
ランプ１２Ａとしては白色光を出射するウルトラハイプレッシャーランプなど、従来公知のさまざまなランプが用いられる。
ランプ１２Ａの前方には、ランプ１２Ａからの光の偏光方向を一方向に揃える偏光変換素子１２Ｂが設けられており、本実施の形態では、偏光変換素子１２Ｂは、ランプ１２Ａからの光をＳ偏光に揃える機能を有している。

（分離部１４）
分離部１４は、光源１２からの光を赤色、緑色、青色の光に分離して第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂに導くものである。
本実施の形態では、分離部１４は、第１、第２のダイクロイックミラー２６、２８、第１、第２の反射ミラー３０、３２を含んでいる。
第１のダイクロイックミラー２６は、光源１２から導かれた光から赤色の波長領域の光と、緑色および青色の波長領域の光とを分離するものである。
第１の反射ミラー３０は、第１のダイクロイックミラー２６で分離された赤色の波長領域の光Ｒを反射して第１の偏光ビームスプリッタ１６Ｒに導くものである。
第２の反射ミラー３２は、第１のダイクロイックミラー２６で分離された緑色および青色の波長領域の光を反射するものである。
第２のダイクロイックミラー２８は、第２の反射ミラー３２で反射された緑色および青色の波長領域の光のうち緑色の波長領域の光Ｇのみ反射して第２の偏光ビームスプリッタ１６Ｇに導くと共に、青色の波長領域の光Ｂを透過させて第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｂに導くものである。
なお、分離部１４は光源１２からの光を赤色、緑色、青色の光に分離できればよいのであり、上述の構成に限定されるものではなく、従来公知のさまざまな構成が採用可能である。

（反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ）
第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ毎に設けられ各偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂにより反射された光を画像情報によって変調して反射しそれら偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを透過させるものである。
詳細に説明すると、第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、赤色、緑色、青色の３色の画像情報をそれぞれ表示するものであり、入射光に対応した色の映像信号が印加され、映像信号に従い、入射光の偏光方向を９０度回転させて変調出力するものである。言い換えると、入射光をＳ偏光からＰ偏光に変換して変調出力するものである。
なお、第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは入力される映像信号が黒である場合（最も暗い場合）、入射光の偏光方向をＳ偏光からＰ偏光に変換することなく、Ｓ偏光のままで反射する。
本実施の形態では、第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、反射型液晶パネルで構成されている。
なお、第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、反射型液晶パネルに限定されるものではなく、透過型液晶パネルや、多数の微小な反射ミラーを用いたＤＭＤ（Digital Micro mirror Device：デジタル・マイクロミラー・デバイス）など従来公知のさまざまな反射型空間変調器が採用可能である。

（第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ）
第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、分離部１４から導かれる光Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に設けられそれら光Ｒ、Ｇ、Ｂが個別に入射されるものである。
第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、それぞれ第１、第２、第３の偏光膜１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを有している。
本実施の形態では、各偏光ビームスプリッタは、２つのプリズムと、それら２つのプリズムの間に設けられた偏光膜とによって構成されている。
各偏光膜１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、Ｓ偏光の光を反射し、かつ、Ｐ偏光の光を透過するように構成されている。
したがって、分離部１４から導かれた赤色の光Ｒは、第１の偏光膜１７Ｒで反射されて第１の反射型空間変調器１８Ｒに導かれて変調されると共に偏光方向が９０度回転されたＰ偏光となり、その状態で第１の偏光膜１７Ｒを透過し、光合成部２０に導かれる。
分離部１４から導かれた緑色の光Ｇは、第２の偏光膜１７Ｇで反射されて第２の反射型空間変調器１８Ｇに導かれて変調されると共に偏光方向が９０度回転されたＰ偏光となり、その状態で第２の偏光膜１７Ｇを透過し、光合成部２０に導かれる。
分離部１４から導かれた青色の光Ｂは、第３の偏光膜１７Ｂで反射されて第３の反射型空間変調器１８Ｂに導かれて変調されると共に偏光方向が９０度回転されたＰ偏光となり、その状態で第３の偏光膜１７Ｂを透過し、光合成部２０に導かれる。
本実施の形態では、赤色の光Ｒおよび緑色の光Ｇが入射される第１、第２の偏光膜１７Ｒ、１７ＧはＳ偏光透過率Ｔｓ（％）の値が低い有機材料で形成されている。
このような有機材料としては、市販品の有機フィルム（例えば、米国３Ｍ社の商品名Vikuiti（登録商標））などが採用可能である。
青色の光Ｂが入射される第３の偏光膜１７Ｂは無機材料で形成され、言い換えると、第３の偏光膜１７Ｂは無機材料からなる誘電体膜あるいは無機材料からなる蒸着膜で構成されている。
無機材料で形成された第３の偏光膜１７Ｂは、Ｓ偏光透過率Ｔｓ（％）の値が有機材料よりも高い値であるものの、紫外線に対する耐久性に優れている。

光合成部２０は、第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂから透過される光Ｒ、Ｇ、Ｂを合成して出射し、投射レンズ２２に導くものである。
本実施の形態では、光合成部２０はクロスダイクロイックプリズムで構成されているが、光合成部２０は、クロスダイクロイックミラーなど従来公知のさまざまな構成が採用可能である。
投射レンズ２２は、光合成部２０から導かれた光をスクリーン２に照射することにより、スクリーン２に画像を形成するものである。
なお、図１において、符号２１は、光合成部２０を構成するクロスダイクロイックプリズムの光出射面に設けられたλ／４波長板である。
λ／４波長板２１は、前記光出射面から出射された光の偏光を円偏光に変換することで、投射レンズ２２で反射した光が前記光出射面から進入してした際に発生するゴーストを防止するためのものである。
すなわち、λ／４波長板２１で円偏光に変換された光が投射レンズ２２で反射されて再びλ／４波長板２１を通過すると、前記光は円偏光からＳ偏光に変換される。したがって、Ｓ偏光の光は各偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂで反射され、各反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに戻ることがなく、これによりゴーストの防止が図られている。
本実施の形態では、第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂと光合成部２０とが接着剤により一体的に取着されることで画像合成装置２４が構成されている。
なお、第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂと、光合成部２０とがフレームなどの保持部材を介して一体的に取着されていてもよい。

（効果）
本実施の形態によれば、赤色の光Ｒおよび緑色の光Ｇが入射される第１、第２の偏光膜１７Ｒ、１７ＧはＳ偏光透過率Ｔｓ（％）の値が低い有機材料で形成されているため、光合成部２０から出射される光によってスクリーン２上に結像される画像のコントラストを確保する上で有利となる。
詳細に説明すると、第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに供給される映像信号が黒の場合、第１、第２、第３の反射型空間変調器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで反射された光はＳ偏光のままで各偏光ビームスプリッタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂに至る。
この際、赤色の光Ｒおよび緑色の光Ｇが入射される第１、第２の偏光膜１７Ｒ、１７ＧはＳ偏光透過率Ｔｓ（％）の値が低いため、スクリーン２に結像される画像のうち、赤色の光Ｒおよび緑色の光Ｇによって形成される画像の部分のコントラストを確保する上で有利となる。
また、青色の光Ｂが入射される第３の偏光膜１７Ｂは無機材料で形成されているため、青色の光Ｂに含まれる紫外線による劣化がほとんどなく長期間の使用においてもＰ偏光透過率Ｔｐ（％）が低下しない。
したがって、青色の光Ｂの光量が、赤色の光Ｒおよび緑色の光Ｇの光量に対して相対的に低下することがなく、したがって、スクリーン２上に結像される画像の画質を長期間にわたって確保する上で有利となる。
特に、画質の向上を図る目的で光源１２の出力が増大され、これにより青色の光Ｂに含まれる紫外線の強度が高くなっても、第３の偏光膜１７Ｂは無機材料で形成されていることから耐久性を確保でき、したがって高出力の光源１２を用いたプロジェクタ装置１０を実現する上で有利となる。

次に、各偏光膜１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの特性について詳細に説明する。
図３は有機材料で形成された偏光膜のＳ偏光透過率Ｔｓの波長特性を示す図、図４は無機材料で形成された偏光膜のＳ偏光透過率Ｔｓの波長特性を示す図である。
なお、図３、図４においては、偏光膜の法線に対する入射光の入射角が４５度である状態を測定角度θ＝０度と表現した。
また、測定角度θは、０度、＋１２度、−１２度の３つの角度とした。
図３、図４から明らかなように、有機材料で形成された偏光膜（第１、第２の偏光膜１７Ｒ、１７Ｇ）のＳ偏光透過率Ｔｓは波長λが４２０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲で０．０５％以下である。
これに対して、無機材料で形成された偏光膜（第３の偏光膜１７Ｂ）のＳ偏光透過率Ｔｓは波長λが４２０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲で０．２０％を超えている。
したがって、有機材料で形成された偏光膜は無機材料で形成された偏光膜に比較してＳ偏光透過率Ｔｓの値が低く抑えられている。

図５は有機材料で形成された偏光膜のＰ偏光透過率Ｔｐの経時変化を示す図である。
図５は、有機材料で形成された偏光膜に紫外線を照射した加速試験を行った結果を示しており、６０００時間を超えた段階で偏光膜のＰ偏光透過率Ｔｐが劣化していることがわかる。

図６は画像合成装置２４で白色の光を出射させて色差測定を行った結果を示す図である。
図６において、○印は第１、第２、第３の偏光膜１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの全てを無機材料（誘電体膜）で形成した場合の測定値を示している。
また、×印は青色の光を透過、反射する第３の偏光膜１７Ｂの透過率（Ｐ偏光透過率Ｔｐ）が正常な値である場合の測定値と、半分に低下した場合の測定値とを示している。
第１、第２、第３の偏光膜１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの全てを無機材料（誘電体膜）で形成した場合は、時間経過と共に色差の変動は無視できる程度であり、したがって、スクリーン２上に結像された画像は正常な白色に維持されている。
これに対して、第３の偏光膜１７Ｂの透過率（Ｐ偏光透過率Ｔｐ）が半分に低下すると、色差の測定値が図６において右上の方向に向かって大きく移動し、したがって、スクリーン２上に結像された画像は黄色がかった状態となっている。
図３乃至図６に示した結果から、スクリーン２上の画像のコントラストを確保しつつ耐久性の向上を図る上で、赤色の光Ｒおよび緑色の光Ｇが入射される第１、第２の偏光膜１７Ｒ、１７Ｇを有機材料で形成し、かつ、青色の光Ｂが入射される第３の偏光膜１７Ｂを無機材料で形成することが有利であることが明らかである。

本実施の形態のプロジェクタ装置１０の構成を示す説明図である。本実施の形態の画像合成装置２４の構成を示す説明図である。有機材料で形成された偏光膜のＳ偏光透過率Ｔｓの波長特性を示す図である。無機材料で形成された偏光膜のＳ偏光透過率Ｔｓの波長特性を示す図である。有機材料で形成された偏光膜のＰ偏光透過率Ｔｐの経時変化を示す図である。画像合成装置２４で白色の光を出射させて色差測定を行った結果を示す図である。

符号の説明

１０……プロジェクタ装置、１２……光源、１４……分離部、１６Ｒ……第１の偏光ビームスプリッタ、１６Ｇ……第２の偏光ビームスプリッタ、１６Ｂ……第３の偏光ビームスプリッタ、１７Ｒ……第１の偏光膜、１７Ｇ……第２の偏光膜、１７Ｂ……第３の偏光膜、１８Ｒ……第１の反射型空間変調器、１８Ｇ……第２の反射型空間変調器、１８Ｂ……第３の反射型空間変調器、２０……光合成部、２４……画像合成装置。

Claims

赤色、緑色、青色の光毎に設けられた第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタと、
前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタから透過される赤色、緑色、青色の光を合成して出射する光合成部と
を備え、
前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタは、それぞれ、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過する、第１、第２、第３の偏光膜を有し、
赤色の光が入射される前記第１の偏光膜は、Ｓ偏光透過率が低い、有機材料で形成され、
緑色の光が入射される前記第２の偏光膜は、Ｓ偏光透過率が低い、有機材料で形成され、
青色の光が入射される前記第３の偏光膜は、前記第１および第２の偏光膜のＳ偏光透過率よりＳ偏光透過率が高いが、紫外線に対する耐久性に優れた無機材料で形成されている、
プロジェクタ装置用の画像合成装置。
前記第３の偏光膜は、前記無機材料からなる誘電体膜、あるいは、前記無機材料からなる蒸着膜で構成されている、
請求項１記載のプロジェクタ装置用の画像合成装置。
偏光膜の法線に対する入射光の入射角が４５度である状態を測定角度＝０とした場合、前記第１、第２の偏光膜のＳ偏光透過率は、４２０〜５４０ｎｍの波長の光に対して、測定角度、１２度、０度、−１２度において、０．０５％以下であり、
前記第３の偏光膜のＳ偏光透過率は、４２０〜５４０ｎｍの波長の光に対して、測定角度、１２度、−１２度において、０．０５％を越えている、
請求項１または２記載のプロジェクタ装置用の画像合成装置。
前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタは、２つのプリズムと、それら２つのプリズムの間に設けられた前記偏光膜とによってそれぞれ構成され、
前記光合成部は、クロスダイクロイックプリズムで構成されている、
請求項１〜３いずれかに記載のプロジェクタ装置用の画像合成装置。
前記第１、第２、第３偏光ビームスプリッタと前記光合成部は一体に構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタ装置用の画像合成装置。
光源と、
前記光源からの光を赤色、緑色、青色の光に分離する分離部と、
前記分離部から導かれる前記赤色、緑色、青色の光毎に設けられそれら光を反射する第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタと、
前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタ毎に設けられ各偏光ビームスプリッタにより反射された光を画像情報によって変調して反射しそれら偏光ビームスプリッタを透過させる第１、第２、第３の反射型空間変調器と、
前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタから透過される光を合成して出射する光合成部と、
前記光合成部から出射された光をスクリーンに投射させる投射レンズと
を備え、
前記第１、第２、第３の偏光ビームスプリッタは、それぞれ、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過する、第１、第２、第３の偏光膜を有し、
赤色の光が入射される前記第１の偏光膜は、Ｓ偏光透過率が低い、有機材料で形成され、
緑色の光が入射される前記第２の偏光膜は、Ｓ偏光透過率が低い、有機材料で形成され、
青色の光が入射される前記第３の偏光膜は、前記第１および第２の偏光膜のＳ偏光透過率よりＳ偏光透過率が高いが、紫外線に対する耐久性に優れた無機材料で形成されている、
プロジェクタ装置。
前記第３の偏光膜は、無機材料からなる誘電体膜、あるいは、無機材料からなる蒸着膜で構成されている、
請求項６記載のプロジェクタ装置。
偏光膜の法線に対する入射光の入射角が４５度である状態を測定角度＝０とした場合、前記第１、第２の偏光膜のＳ偏光透過率は、４２０〜５４０ｎｍの波長の光に対して、測定角度、１２度、０度、−１２度において、０．０５％以下であり、
前記第３の偏光膜のＳ偏光透過率は、４２０〜５４０ｎｍの波長の光に対して、測定角度、１２度、−１２度において、０．０５％を越えている、
請求項６または７記載のプロジェクタ装置。