JP5257182B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来、光源から射出された光束を画像情報に応じて光変調装置で変調して、画像を形成し、投射光学装置にて投射するプロジェクターがある。このようなプロジェクターでは、光源から射出された光束のうち所定の直線偏光光を透過させて、他の光束を除去する偏光変換素子が配置されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１において、偏光変換素子に対する光束入射側には、一枚の遮光部材が配設され、この遮光部材は、光源から射出される光束の一部を遮光している。

特開２００３−２８７７１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクターでは、光源から射出される光束の一部を一枚の遮光部材で遮光しているため、遮光部材は、光を吸収し、吸収した光が熱に変換されて温度上昇しやすい。そして、遮光部材の熱が、遮光部材に近接する偏光変換素子に熱伝達しやすく、偏光変換素子の温度が上昇するという問題がある。
そこで、遮光部材を用いずに、偏光変換素子に高反射率を有する金属等を蒸着することで、光源から射出される光束の一部を効率的に反射させて、偏光変換素子の温度上昇を抑制することが考えられるが、製造コストが非常に高いという問題がある。

本発明の目的は、偏光変換素子の温度上昇を抑制し、かつ製造コストを低減できるプロジェクターを提供することにある。

本発明のプロジェクターは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して投射するプロジェクターであって、前記光源から射出された光束を、偏光方向が互いに直交する２種類の直線偏光光に分離し、２種類の直線偏光光をいずれか一方の直線偏光光を有する偏光光に揃えて射出する偏光変換素子と、前記光源及び前記偏光変換素子の間に、前記光源から射出された光束の光軸に沿って互いに離間して配設され、前記光源から射出された光束の一部を遮光する第１遮光部材及び第２遮光部材と、を備え、前記第１遮光部材は、前記偏光変換素子の光束入射面に密着して固定され、前記第２遮光部材は、断熱部材により構成された隙間部材により、所定の隙間を介して前記第１遮光部材に固定されていることを特徴とする。

本発明では、第１遮光部材及び第２遮光部材が光源と偏光変換素子との間に離間して配設されている。光源から射出された光束のうち、不要な光束のほとんどは光源側に配置された第２遮光部材にて遮光され、光源側の第２遮光部材を透過した不要な光束の一部が偏光変換素子側に配置された第１遮光部材によって遮光される。光源側の第２遮光部材と偏光変換素子側に配置された第１遮光部材が離間しているので、光源側の第２遮光部材で光束を遮光することにより発生する熱は、偏光変換素子側に配置された第１遮光部材に伝達せず、偏光変換素子側に配置された第１遮光部材で遮光する光束は少ないので、第１遮光部材で発生した熱が偏光変換素子に対して伝達されても、第１遮光部材の温度上昇が抑制されているので、偏光変換素子の温度上昇も抑制できる。
また、例えば、偏光変換素子に金属等を蒸着することなく、安価な金属製の第１遮光部材を使用した場合であっても、上述したように、第１遮光部材の温度上昇が抑制されているので、偏光変換素子の温度上昇を抑制できる。

また、第１遮光部材は、前記偏光変換素子の光束入射面に密着して固定されている。

ところで、偏光変換素子は、光源から射出された光束を、偏光分離膜により偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光光及び第２の直線偏光光に分離し、第１の直線偏光光を透過させ、第２の直線偏光光を反射している。そして、第１の直線偏光光は、位相差板に入射して、第２の直線偏光光に変換されて射出される。第２の直線偏光光は、反射膜で反射されて、光路が略９０°変更されて射出される。すなわち、光源から射出された光束は、略１種類の第２の直線偏光光となって、偏光変換素子から射出される。
そして、偏光変換素子における光束入射方向の後段側に配置される入射側偏光板は、吸収型偏光板を採用しているため、偏光変換素子から射出された第２の直線偏光光と略同一の偏光方向を有する偏光光のみを透過させ、その他の光束を吸収している。
例えば、偏光変換素子と第１遮光部材との間に隙間がある場合には、光源から射出される光束の一部が当該隙間に進入して、反射膜に入射するおそれがある。この場合には、光束の一部が反射膜にて反射されて、偏光分離膜にて第１の直線偏光光及び第２の直線偏光光に分離されるものの、第１の直線偏光光は位相差板に入射することなく射出されることとなる。また、偏光分離膜にて分離された第２の直線偏光光が位相差板に入射した場合には、第２の直線偏光光は、第１の直線偏光光に変換されて射出される。そのため、射出されたこれらの第１の直線偏光光は、偏光変換素子の光路後段側に位置する入射側偏光板にて吸収されることとなり、入射側偏光板の温度上昇の要因となっている。

本発明では、第１遮光部材は、偏光変換素子の光束入射面に対して密着して固定されているので、光源から射出される光束の一部が第１遮光部材で良好に遮光されて、偏光変換素子の反射膜に対して入射することを防止できる。従って、偏光変換素子の光路後段側に配設される入射側偏光板が、偏光変換素子から射出された第１の直線偏光光を吸収することを抑制でき、入射側偏光板の温度上昇を抑制できる。
また、第１遮光部材を偏光変換素子に密着させた場合であっても、上述したように、第１遮光部材で遮光される光束は少ないので、第１遮光部材の温度上昇を抑制できる。従って、偏光変換素子の温度上昇も抑制できる。
本発明のプロジェクターでは、前記偏光変換素子は、前記光源から出射された光束に含まれる前記２種類の直線偏光光のうち、一方の直線偏光光を透過し、他方の直線偏光光を反射させる偏光分離膜と、前記偏光分離膜により反射された前記他方の直線偏光光を、前記偏光分離膜を透過した前記一方の直線偏光光の進行方向に沿う方向に反射させる反射膜と、前記偏光分離膜を透過した前記一方の直線偏光光の光路、及び、前記反射膜により反射された前記他方の直線偏光光の光路のうち、いずれかの光路上に設けられる位相差板と、を備え、前記第１遮光部材及び前記第２遮光部材は、それぞれ、前記偏光分離膜に応じた位置に当該偏光分離膜に入射される光が透過する開口部を有し、前記隙間部材は、前記第１遮光部材の光束入射面の隅部に設けられることが好ましい。

本発明の一実施形態に係るプロジェクターの概略構成を模式的に示す図。 前記実施形態における偏光変換素子及び遮光部材の斜視図。 前記偏光変換素子及び前記遮光部材の要部を示す図 前記偏光変換素子及び前記遮光部材の分解斜視図。 図３の一部を拡大し、偏光光の光路を示す図。

以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの構成］
図１は、プロジェクター１の概略構成を模式的に示す図である。
プロジェクター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画像光を形成し、この画像光をスクリーン（図示略）上に拡大投射する。このプロジェクター１は、図１に示すように、略直方体状の外装筐体２と、投射光学装置としての投射レンズ３と、光学ユニット４等を備える。
なお、図１において、具体的な図示は省略したが、外装筐体２内において、投射レンズ３及び光学ユニット４以外の空間には、プロジェクター１内部の各構成部材を冷却する冷却ファン等を備えた冷却ユニット、プロジェクター１内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット、及びプロジェクター１内部の各構成部材を制御する制御装置等が配置されるものとする。

外装筐体２は、全体略直方体形状を有し、本実施形態では合成樹脂により形成されている。この外装筐体２は、プロジェクター１の天面、前面、背面、及び側面をそれぞれ構成するアッパーケース、及びプロジェクター１の底面、前面、背面、及び側面をそれぞれ構成するロアーケース等で構成される。そして、各ケースは、互いにねじ等で固定されている。なお、外装筐体２は、合成樹脂等に限らず、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。
投射レンズ３は、複数のレンズを組み合わせた組レンズとして構成され、光学ユニット４にて形成された画像光をスクリーン上に拡大投射する。

光学ユニット４は、前記制御装置による制御の下、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た画像光を形成する。この光学ユニット４は、図１に示すように、光源装置４１と、照明光学装置４２と、色分離光学装置４３と、リレー光学装置４４と、光学装置４５と、光源装置４１から射出された光束の照明光軸Ａが内部に設定された照明光軸Ａに対する所定位置に上述の各光学部品４１〜４５を収納する光学部品用筐体４６とを備える。

光源装置４１は、図１に示すように、光源４１１及びリフレクター４１２等を備える。
そして、光源装置４１は、光源４１１から射出された光束がリフレクター４１２によって射出方向が揃えられ、照明光学装置４２に向けて光束を射出する。

照明光学装置４２は、図１に示すように、第１レンズアレイ４２１、第２レンズアレイ４２２、偏光変換素子４２３、及び重畳レンズ４２４を備える。そして、光源装置４１から射出された光束は、第１レンズアレイ４２１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ４２２の近傍で結像する。第２レンズアレイ４２２から射出された各部分光束は、その中心軸（主光線）が偏光変換素子４２３の入射面に垂直となるように入射し、偏光変換素子４２３にて略１種類の直線偏光光として射出される。偏光変換素子４２３から直線偏光光として射出され、重畳レンズ４２４を介した複数の部分光束は、光学装置４５の後述する３つの光変調装置４５１上で重畳する。

色分離光学装置４３は、図１に示すように、２枚のダイクロイックミラー４３１，４３２、及び反射ミラー４３３を備え、これらのダイクロイックミラー４３１，４３２、反射ミラー４３３により照明光学装置４２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する。
リレー光学装置４４は、図１に示すように、入射側レンズ４４１、リレーレンズ４４３、及び反射ミラー４４２，４４４を備え、色分離光学装置４３で分離された色光、例えば、赤色光を光学装置４５の後述する赤色光側の光変調装置４５１Ｒまで導く機能を有する。

光学装置４５は、入射した光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する。この光学装置４５は、図１に示すように、３つの光変調装置４５１（赤色光側の光変調装置を４５１Ｒ、緑色光側の光変調装置を４５１Ｇ、青色光側の光変調装置を４５１Ｂとする）と、各光変調装置４５１の光路前段側に配置される入射側偏光板４５２と、各光変調装置４５１の光路後段側に配置される射出側偏光板４５３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４５４とを備える。

３つの入射側偏光板４５２は、色分離光学装置４３で分離された各光束のうち、偏光変換素子４２３で揃えられた偏光方向と略同一の偏光方向を有する偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、透光性基板上に偏光膜が貼付されて構成されている。
３つの射出側偏光板４５３は、入射側偏光板４５２と略同様の機能を有し、光変調装置４５１を介して射出された光束のうち、一定方向の偏光光を透過し、その他の光束を吸収する。

クロスダイクロイックプリズム４５４は、射出側偏光板４５３から射出された色光毎に変調された各色光を合成してカラー画像を形成する。このクロスダイクロイックプリズム４５４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。そして、クロスダイクロイックプリズム４５４で形成された画像光は、投射レンズ３に射出されて、スクリーンへ拡大投射される。

［偏光変換素子の構成］
図２は、偏光変換素子４２３の斜視図である。
偏光変換素子４２３は、上述したように、第２レンズアレイ４２２と重畳レンズ４２４との間に配置され、第２レンズアレイ４２２から射出される光束を略１種類の偏光光に変更するものである。この偏光変換素子４２３の光路前段側には、図２に示すように、第１遮光部材１１及び第２遮光部材１２が配設されている。

図３は、偏光変換素子４２３及び各遮光部材１１，１２の要部を示す図であり、具体的には、説明の都合上、偏光変換素子４２３については平面視とし、各遮光部材１１，１２を断面視とした図である。
図４は、偏光変換素子４２３及び各遮光部材１１，１２の分解斜視図である。
偏光変換素子４２３は、入射する多種類のランダムな偏光光を有する光束を略１種類の直線偏光光に変換して射出するものである。この偏光変換素子４２３は、図３に示すように、互いに略平行な光束入射面と光束射出面とが形成され、この光束射出面には、位相差板４２３１が取り付けられている。
また、偏光変換素子４２３は、図３に示すように、光束射出面に対して略４５度の角度の界面で順次設けられた複数の透光性基板４２３２と、これらの透光性基板４２３２にそれぞれ設けられた偏光分離膜４２３２Ａ及び反射膜４２３２Ｂとを有する。

位相差板４２３１は、図３に示すように、偏光分離膜４２３２Ａからの光束が透過する部分に取り付けられている。また、この位相差板４２３１は、透光性基板４２３２から射出されたＰ偏光光（第１の直線偏光光）及びＳ偏光光（第２の直線偏光光）の光束のうち、Ｐ偏光光の位相をπずらしてＳ偏光光に変換する。

透光性基板４２３２は、図３に示すように、断面三角形や断面平行四辺形の角柱部材から形成されている。この透光性基板４２３２は、界面を構成する斜面に偏光分離膜４２３２Ａと反射膜４２３２Ｂとが光束入射方向及び光束射出方向に対して略４５°に傾斜し、等しい配列ピッチで交互に配置されている。

偏光分離膜４２３２Ａは、誘電体多層膜で形成され、入射するＰ偏光光及びＳ偏光光を、Ｐ偏光光とＳ偏光光とに分離し、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過するように構成されている。
反射膜４２３２Ｂは、単一金属材料または合金等で形成され、偏光分離膜４２３２Ａで反射されるＳ偏光光を反射するように構成されている。

［遮光部材の構成］
第１、第２遮光部材１１，１２は、図４に示すように、複数の開口部１１１，１２１が帯状に形成された金属製の板状部材であり、同一部材で構成される。そして、この各遮光部材１１，１２は、第２レンズアレイ４２２から射出された光束のうち、反射膜４２３２Ｂに進入する光束を遮断するものである。そのため、各遮光部材１１，１２は、図３に示すように、各開口部１１１，１２１を一致させて、第２レンズアレイ４２２から射出される光束が偏光分離膜４２３２Ａに入射するように、偏光変換素子４２３に対して取り付けられている。

第１遮光部材１１は、図３に示すように、偏光変換素子４２３の光束入射面に対して、接着剤等により密着固定されている。
第２遮光部材１２は、図３に示すように、第１遮光部材１１の光束入射面に対して、隙間部材１３を介して、第１遮光部材１１と所定の隙間Ｓを設けた状態で固定されている。この際、第２遮光部材１２の開口部１２１は、第１遮光部材１１の開口部１１１に対応する位置となるように配置されている。

隙間部材１３は、第２遮光部材１２に発生する熱を第１遮光部材１１に対して熱伝達することを防止するために、断熱部材で構成されている。この隙間部材１３は、図４に示すように、略矩形状に形成され、第１遮光部材１１の光束入射面の四隅部分に配設されている。なお、本実施形態では、隙間部材１３は、第１遮光部材１１の光束入射面の四隅部分に配設されたが、第２遮光部材１２の光束射出面に配設されてもよい。

［偏光光の光路］
図５は、図３の一部を拡大し、偏光変換素子４２３及び各遮光部材１１，１２に入射する偏光光の光路を示す図である。
図５中の光束Ａ１は、第２レンズアレイ４２２から射出される複数の部分光束のうち、反射膜４２３２Ｂに進入する光束であり、第２遮光部材１２にて遮断される。
図５中の光束Ａ２は、第２遮光部材１２で遮断し切れない光束であり、光路中のいずれかで乱反射した散乱光である。光束Ａ２は第１遮光部材１１にて遮断される。不要な光束の大半は光束Ａ１であり、第２遮光部材で不要な光束の大半が遮光されることになる。 各遮光部材１１，１２の各開口部１１１，１２１を通過した複数の部分光束は、偏光分離膜４２３２ＡにてＰ偏光光及びＳ偏光光に分離される。分離されたＰ偏光光は、偏光分離膜４２３２Ａを透過し、Ｓ偏光光は偏光分離膜４２３２Ａで反射して、光路が略９０°変換される。

偏光分離膜４２３２Ａを透過したＰ偏光光は、位相差板４２３１に入射し、位相をπずらされてＳ偏光光として重畳レンズ４２４（図１参照）に射出される。
また、偏光分離膜４２３２Ａで反射したＳ偏光光は、隣の反射膜４２３２Ｂで再度反射され、再度、光路が略９０°変換されて、重畳レンズ４２４（図１参照）に射出される。
従って、偏光変換素子４２３から射出される光束は、略１種類のＳ偏光光となる

これにより、偏光変換素子４２３によって略１種類の偏光光（Ｓ偏光光）に変換された各部分光束は、図１に示すように、重畳レンズ４２４によって最終的に光学装置４５の光変調装置４５１上に重畳される。偏光光を変調するタイプの光変調装置を用いたプロジェクター１では、１種類の偏光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４１からの光の略半分を利用できない。このため、偏光変換素子４２３を用いることで、光源装置４１からの射出光を略１種類の偏光光に変換し、光学装置４５での光の利用効率が高められる。

上述した本実施形態のプロジェクター１によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、第１、第２遮光部材１１，１２が光源４１１と偏光変換素子４２３との間に離間して配設されている。光源４１１から射出された不要な光束の大半は、第２遮光部材１２で遮光される。第１遮光部材１２にて遮光される光束は比較的少なくなる。第２遮光部材１２は光束を遮光することにより温度は上昇するが、第１遮光部材１１とは離間して配設されているため、第２遮光部材１２で発生した熱が第１遮光部材１１および偏光変換素子４２３に伝達しない。また、第１遮光部材１１で遮光される光束は少ないので、第１遮光部材１１で発生する熱も少ない。よって、第１遮光部材１１の温度上昇が抑制されているので、偏光変換素子４２３の温度上昇も抑制できる。
また、反射膜４２３２Ｂに進入する光束が第２遮光部材１２を通って、隙間Ｓに入射した場合でも、第１遮光部材１１が反射膜４２３２Ｂに進入する光束を遮断することとなる。
さらに、例えば、偏光変換素子４２３に金属等を蒸着することなく、安価な金属製の偏光変換素子４２３を使用した場合であっても、第１、第２遮光部材１１，１２が光源４１１と偏光変換素子４２３との間に離間して配設されているので、上述したように、第２遮光部材１２で発生した熱の第２遮光部材１２から偏光変換素子４２３への熱伝達を抑制できる。従って、偏光変換素子４２３を安価に構成した場合でも、偏光変換素子４２３の温度上昇を抑制することができる。

また、第１遮光部材１１は、偏光変換素子４２３の光束入射面に対して密着して固定されているので、反射膜４２３２Ｂに進入する光束が偏光変換素子４２３と第１遮光部材１１との間を通って、偏光変換素子４２３に入射されることなく、第１遮光部材１１にて遮断される。すなわち、光源４１１から射出される光束の一部が第１遮光部材１１で良好に遮光されて、偏光変換素子４２３の反射膜４２３２Ｂに対して入射することを防止できる。従って、偏光変換素子４２３の光路後段側に配設される入射側偏光板４５２が、偏光変換素子４２３から射出されたＰ偏光光を吸収することを抑制でき、入射側偏光板４５２の温度上昇を抑制できる。
さらに、光源４１１と偏光変換素子４２３との間に第１、第２遮光部材１１，１２が配設され、第１遮光部材１１を偏光変換素子４２３に密着させた場合であっても、第１遮光部材で発生する熱は少ないので、第１遮光部材１１の温度上昇を抑制できる。従って、偏光変換素子４２３の温度上昇も抑制できる。

［実施形態の変形］
前記実施形態では、第１、第２遮光部材１１，１２の２つの遮光部材で構成されたが、３つ以上の遮光部材を配設してもよい。
また、前記実施形態では、偏光変換素子４２３は、Ｐ偏光光を透過して、Ｓ偏光光を反射する構成であったが、Ｓ偏光光を透過して、Ｐ偏光光を反射する構成としてもよい。

前記実施形態では、第１、第２遮光部材１１，１２は同一部材で構成されたが、各遮光部材１１，１２の各開口部１１１，１２１の形状の大きさを任意に構成してもよい。
前記実施形態では、透過型の光変調装置４５１を採用していたが、これに限らず、反射型の液晶パネルを採用してもよい。

本発明は、プレゼンテーションやホームシアターに用いられるプロジェクターに利用できる。

１…プロジェクター、１１…第１遮光部材（遮光部材）、１２…第２遮光部材（遮光部材）、４１１…光源、４２３…偏光変換素子。

Claims (2)

1. 光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して投射するプロジェクターであって、
   前記光源から射出された光束を、偏光方向が互いに直交する２種類の直線偏光光に分離し、２種類の直線偏光光をいずれか一方の直線偏光光を有する偏光光に揃えて射出する偏光変換素子と、
   前記光源及び前記偏光変換素子の間に、前記光源から射出された光束の光軸に沿って互いに離間して配設され、前記光源から射出された光束の一部を遮光する第１遮光部材及び第２遮光部材と、を備え、
   前記第１遮光部材は、前記偏光変換素子の光束入射面に密着して固定され、
   前記第２遮光部材は、断熱部材により構成された隙間部材により、所定の隙間を介して前記第１遮光部材に固定されている
   ことを特徴とするプロジェクター。
2. 請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
   前記偏光変換素子は、
   前記光源から出射された光束に含まれる前記２種類の直線偏光光のうち、一方の直線偏光光を透過し、他方の直線偏光光を反射させる偏光分離膜と、
   前記偏光分離膜により反射された前記他方の直線偏光光を、前記偏光分離膜を透過した前記一方の直線偏光光の進行方向に沿う方向に反射させる反射膜と、
   前記偏光分離膜を透過した前記一方の直線偏光光の光路、及び、前記反射膜により反射された前記他方の直線偏光光の光路のうち、いずれかの光路上に設けられる位相差板と、を備え、
   前記第１遮光部材及び前記第２遮光部材は、それぞれ、前記偏光分離膜に応じた位置に当該偏光分離膜に入射される光が透過する開口部を有し、
   前記隙間部材は、前記第１遮光部材の光束入射面の隅部に設けられる
   ことを特徴とするプロジェクター。

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