JP5751419B2

JP5751419B2 - 投影装置

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Publication number: JP5751419B2
Application number: JP2011166171A
Authority: JP
Inventors: 小林　学; 学小林
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN103718089A; JP2013029697A; US9268171B2; CN103718089B; US20140139754A1; WO2013018441A1

Description

本発明は、反射型液晶表示素子を用いた投影装置に関する。

近年、液晶表示装置を用いた電子ビューファインダを搭載したデジタル一眼レフカメラが販売されている。デジタル一眼レフカメラに採用されているマイクロフォーサーズシステム規格では、従来の光学ビューファインダを用いることができず、電子ビューファインダが用いられる。例えば、特許文献１には、電子ビューファインダとして用いられる反射型液晶表示装置が記載されている。

特許第３５３９９０４号公報（図１、図３）

ところで、電子ビューファインダに求められる性能の１つとして、光学ビューファインダと同等以上のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を持つことが挙げられる。電子ビューファインダでは、反射型液晶表示素子で反射した映像を眼の網膜へと結像させる必要がある。特許文献１に記載の反射型液晶表示装置（投影装置）においては、反射型液晶表示素子に対して４５度の傾きで配置された半透過反射シートを用いている。４５度の傾きで配置された半透過反射シートは非点収差を生じさせ、それが原因で結像系のＭＴＦを低下させてしまう。また、半透過反射シートを用いると、偏光を半分しか使用することができないため、映像が暗くなってしまう。映像を明るくしようとすると、光源から発せられる光量を増大させる必要があるので、消費電力が増大してしまう。

本発明はこのような問題点に鑑み、ＭＴＦを低下させることなく、明るい映像を表示することができる投影装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、光源（２）と、前記光源から発せられた光が入射され、発光面から光を射出する導光板（３）と、前記発光面から射出された光の内、所定角度の光を反射して前記導光板へ再び入射させ、他の角度の光を透過させるプリズムシート（５）と、前記プリズムシートを透過した光が入射される１／４波長板（１２）と、前記発光面に対して傾きをもって設けられ、入射した照明光を変調して射出する反射型液晶表示素子（１）と、前記１／４波長板と前記反射型液晶表示素子との間に、前記発光面と平行となるように設けられ、前記１／４波長板から射出された光を第１の偏光と第２の偏光とに分離すると共に、前記反射型液晶表示素子で変調されて射出された光を結像レンズに向かうように反射させる偏光制御素子（８）とを備え、前記第１の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記反射型液晶表示素子に前記照明光として透過させた光であり、前記第２の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記１／４波長板へ再び入射するよう反射させた光である投影装置を提供する。

上記の構成において、前記偏光制御素子は、前記反射型液晶表示素子に対して４５度の傾きで設けられていることが好ましい。

また、本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、光源（２）と、前記光源から発せられた光が入射され、発光面から光を射出する導光板（３）と、前記発光面から射出された光の内、所定角度の光を反射して前記導光板へ再び入射させ、他の角度の光を透過させるプリズムシート（５）と、前記プリズムシートを透過した光が入射される１／４波長板（１２）と、前記発光面に対して傾きをもって設けられ、入射した照明光を変調して射出する反射型液晶表示素子（１）と、前記１／４波長板と前記反射型液晶表示素子との間に設けられ、前記１／４波長板から射出された光を第１の偏光と第２の偏光とに分離すると共に、前記反射型液晶表示素子で変調されて射出された光を結像レンズに向かうように反射させる偏光制御素子（８０）とを備え、前記偏光制御素子は、前記１／４波長板側に凸の曲面で形成されており、前記第１の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記反射型液晶表示素子に前記照明光として透過させた光であり、前記第２の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記１／４波長板へ再び入射するよう反射させた光である投影装置を提供する。

本発明の投影装置によれば、ＭＴＦを低下させることなく、明るい映像を表示することができる。

本発明の投影装置の第１実施形態を示す構成図である。本発明の投影装置の第２実施形態を示す構成図である。

以下、本発明の投影装置の各実施形態について、添付図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１において、導光板３の端面３１には、ＬＥＤ等の光源２が設けられている。光源２から発せられた光は端面３１から導光板３の内部へと入射する。導光板３の一方の面には反射シート（反射体）１５が設けられている。導光板３に突起を設けて反射体としてもよいし、印刷によって反射面を形成してもよい。導光板３の内部へと進行して反射シート１５に入射した光は反射シート１５で反射して、導光板３の他方の面である発光面３２に向かう。発光面３２に接触または近接させて、発光面３２に近い側から拡散板４、プリズムシート５、拡散板１６、１／４波長板１２が設けられている。拡散板４に入射した光は拡散されて、プリズムシート５へと入射する。プリズムシート５は角度選択性を備えており、ある角度で入射した光を反射し、それ以外の角度で入射した光を透過させる。

プリズムシート５で反射した光は拡散板４を通って再び導光板３へと入射し、反射シート１５で反射する。反射シート１５で反射した光は、拡散板４によって拡散されてプリズムシート５へと入射し、同様の動作を繰り返す。これにより、導光板３は、光の輝度むらを大まかに低減させ、照明光のビームを成形するよう作用している。プリズムシート５は、照明光を増やすよう作用している。

プリズムシート５を透過した光は拡散板１６に入射して拡散され、１／４波長板１２を透過して偏光制御素子８へと入射する。拡散板１６によって光が拡散されるので、さらに輝度むらを低減させることができる。なお、導光板３と拡散板４，１６とプリズムシート５とを適宜構成することにより、１／４波長板１２を射出する光は、発光面３２と直交する方向に対して傾斜した方向に向かう指向性を有する光とすることができる。偏光制御素子８は、１／４波長板１２と所定の距離離間させた状態で配置されている。偏光制御素子８は、導光板３の発光面３２，拡散板４，プリズムシート５，拡散板１６，１／４波長板１２に対して平行に配置され、１／４波長板１２と近接した状態で正対している。

偏光制御素子８は、一例として、ワイヤグリッド型偏光ビームスプリッタである。導光板３と拡散板４とプリズムシート５と拡散板１６を組み合わせた構成を用いることにより、光の輝度むらを低減させて、投影表示される映像の画質を向上させることができる。なお、ワイヤグリッド型偏光ビームスプリッタとは、ガラス基板上に金属材料を蒸着し、ナノメータレベルでの微細エッチングによりワイヤ状のグリッドを形成した偏光制御素子である。

偏光制御素子８と所定の距離離間させた状態で、反射型液晶表示素子１が配置されている。反射型液晶表示素子１は、導光板３の発光面３２，拡散板４，プリズムシート５，拡散板１６，１／４波長板１２，偏光制御素子８に対して４５度の傾きとなるように配置されている。偏光制御素子８に入射する光は不定偏光であり、偏光制御素子８で偏光成分が分離される。偏光制御素子８を透過した直線偏光（第１の偏光）は、照明光として反射型液晶表示素子１へと入射する。一方、偏光制御素子８で反射した直線偏光（第２の偏光）は、偏光制御素子８を透過した偏光に対して偏光方向が直交している。偏光制御素子８で反射した直線偏光は再び１／４波長板１２へと入射する。１／４波長板１２は、入射した直線偏光を円偏光に変換する。

１／４波長板１２より射出した円偏光は、拡散板１６、プリズムシート５、拡散板４を透過して導光板３の内部へと入射して、反射シート１５で反射する。反射した円偏光は、再び導光板３の内部及び拡散板４を透過してプリズムシート５へと入射する。プリズムシート５は、前述と同様、ある角度で入射した光を反射し、それ以外の角度で入射した光を透過させる。プリズムシート５を透過した円偏光は、拡散板１６を透過して１／４波長板１２に入射して直線偏光に戻る。この直線偏光の偏光方向は、１／４波長板１２を２度透過したため、偏光制御素子８で反射した偏光方向に対して９０度回転している。そのため、１／４波長板１２を射出した直線偏光は、偏光制御素子８で反射することなく、偏光制御素子８を透過して、照明光として反射型液晶表示素子１へと入射する。

反射型液晶表示素子１へと入射した光は、反射型液晶表示素子１で投影する映像に応じて変調されて射出する。反射型液晶表示素子１から射出した光は偏光制御素子８で反射し、偏光板９を透過して接眼レンズ（結像レンズ）１０へと入射する。接眼レンズ１０より射出した光は、電子ビューファインダを覗く人の眼へと入射する。

以上説明した第１実施形態の各光学要素は、図示していない回路基板や位置決め部材によって位置決めされている。

第１実施形態の投影装置においては、反射型液晶表示素子１で反射した光は、従来の構成で有するような４５度の傾きで配置された半透過反射シートを透過することがなく、偏光制御素子８で反射するため、ＭＴＦが低下することがない。偏光制御素子８で反射した光は偏光板９を透過するが、偏光板９は光軸に対して９０度の角度で配置しているため、ＭＴＦへの影響はほとんどなく、あってもごくわずかである。

また、第１実施形態の投影装置においては、ある偏光方向の光を透過し、その偏光方向とは９０度の角度を持つ偏光方向の光を反射する偏光制御素子８と、１／４波長板１２とを用いているので、光を無駄なく利用することができ、照明光量を増大させることができる。従って、光源２の消費電力を少なくすることができる。第１実施形態の投影装置をカメラの電子ビューファインダに使用した場合、より長時間のカメラを使用することが可能となる。従来と同じ使用時間であれば電池を小さくすることができ、カメラの重量を減らせることも可能となる。

さらに、第１実施形態の投影装置においては、偏光制御素子８を、導光板３の発光面３２，拡散板４，プリズムシート５，拡散板１６，１／４波長板１２に対して平行にして、１／４波長板１２に近接させて対向させているので、偏光制御素子８を反射する光は、１／４波長板１２，拡散板１６，プリズムシート５，拡散板４を介して導光板３に直接取り込まれることになる。従って、偏光制御素子８を反射する光を導光板３に取り込むための反射ミラーを設ける必要はない。偏光制御素子８を反射する光を導光板３に取り込むための反射ミラーを設ける必要がないので、第１実施形態の投影装置は小型化が可能である。

＜第２実施形態＞
図２に示す第２実施形態において、図１に示す第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図２に示す第２実施形態においては、偏光制御素子８の代わりに、１／４波長板１２側に凸となった曲面で形成された偏光制御素子８０を設けている。偏光制御素子８０は、反射型液晶表示素子１で変調されて射出した光を反射する際に、光を収束させるレンズの役割を果たす。偏光制御素子８０が光を収束させるレンズの役割を果たすので、偏光制御素子８０と接眼レンズ１０との双方で結像させることができる。

本発明は以上説明した第１，第２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変更可能である。第１，第２実施形態では、拡散板４を導光板３とは別体で設けているが、導光板３に拡散板４の機能を含ませることも可能である。また、導光板３の端面３１に光源２を設けているが、導光板３の背面に設けてもよく、光源２の設置場所や導光板３との接続構成は任意である。第１，第２実施形態では、投影装置を電子ビューファインダに用いる場合を例としたが、ヘッドマウントディスプレイ等の他の用途としてもよい。

１反射型液晶表示素子
２光源
３導光板
４，１６拡散板
５プリズムシート
８，８０偏光制御素子
９偏光板
１０接眼レンズ（結像レンズ）
１２１／４波長板
１５反射シート（反射体）
３１端面
３２発光面

Claims

光源と、
前記光源から発せられた光が入射され、発光面から光を射出する導光板と、
前記発光面から射出された光の内、所定角度の光を反射して前記導光板へ再び入射させ、他の角度の光を透過させるプリズムシートと、
前記プリズムシートを透過した光が入射される１／４波長板と、
前記発光面に対して傾きをもって設けられ、入射した照明光を変調して射出する反射型液晶表示素子と、
前記１／４波長板と前記反射型液晶表示素子との間に、前記発光面と平行となるように設けられ、前記１／４波長板から射出された光を第１の偏光と第２の偏光とに分離すると共に、前記反射型液晶表示素子で変調されて射出された光を結像レンズに向かうように反射させる偏光制御素子と、
を備え、
前記第１の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記反射型液晶表示素子に前記照明光として透過させた光であり、
前記第2の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記１／４波長板へ再び入射するよう反射させた光である
投影装置。
前記偏光制御素子は、前記反射型液晶表示素子に対して４５度の傾きで設けられている請求項１記載の投影装置。
光源と、
前記光源から発せられた光が入射され、発光面から光を射出する導光板と、
前記発光面から射出された光の内、所定角度の光を反射して前記導光板へ再び入射させ、他の角度の光を透過させるプリズムシートと、
前記プリズムシートを透過した光が入射される１／４波長板と、
前記発光面に対して傾きをもって設けられ、入射した照明光を変調して射出する反射型液晶表示素子と、
前記１／４波長板と前記反射型液晶表示素子との間に設けられ、前記１／４波長板から射出された光を第１の偏光と第２の偏光とに分離すると共に、前記反射型液晶表示素子で変調されて射出された光を結像レンズに向かうように反射させる偏光制御素子と、
を備え、
前記偏光制御素子は、前記１／４波長板側に凸の曲面で形成されており、
前記第１の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記反射型液晶表示素子に前記照明光として透過させた光であり、
前記第２の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記１／４波長板へ再び入射するよう反射させた光である
投影装置。