JPH11212026A - プロジェクタ用光源ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の損失が少なく、光軸を一致させるための
調整作業を必要とせず、組立調整作業を容易にすると共
に、製造コストを低減する。 【解決手段】 光源１と直線偏光変換手段７０間を多数
の光ファイバ６０からなる光伝送手段５０によって接続
する。光伝送手段５０は、複数本の光ファイバ６０を束
ねた複数のファイバ束５０Ａからなり、各ファイバ束５
０Ａによって光源光を直線偏光変換手段７０の各直線偏
光変換ブロック７１に導く。直線偏光変換ブロック７１
は、偏光面が互いに直交する透過直線偏光（Ｐ波成分）
と反射直線偏光（Ｓ波成分）に分離する偏光ビームスプ
リッタ７２と、Ｓ波成分の偏光面を９０度回転させＰ波
成分に変換するλ／２光学位相板１８を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶板の表示映像
を拡大投射する液晶投射装置に用いられるプロジェクタ
用光源ユニットに係り、特に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）別に設けた白黒液晶板の表示映像を加色混合して
投射する液晶カラー投射装置に適用して好適なプロジェ
クタ用光源ユニットの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビジョンの大画面化指向が進
む中で、液晶テレビ・パネルの画像をスクリーンに拡大
投射する液晶方式の投射装置が、小型、軽量、取り扱い
の容易性などから注目されている。しかし、液晶投射装
置を、現在投射型ディスプレイの主流であり完成度が高
いＣＲＴ（ブラウン管）画像投射型装置と比較すると、
解像度、明るさとも末だ不満足で、改善の余地があっ
た。

【０００３】解像度に関しては、高精細液晶テレビ・パ
ネルの開発が進んでいる。明るさに関しては、画像形成
と光源を分離できる液晶投射装置の方が有利とされる
が、標準的なＣＲＴ方式に較べて１／２〜１／３程度で
未だ及ばない。投射光束を増加させるための安易な手段
は、高光出力ランプを使用することであるが、この場合
は消費電力が増大するばかりか、装置温度の上昇により
部品の劣化をもたらすため実用的ではない。

【０００４】図５は光の色分離および混合にダイクロイ
ックプリズムを用いたプリズム方式と呼ばれる液晶カラ
ー投射装置の従来例を示す模式図、図６は直線偏光変換
手段の一部の拡大図である。これらの図において、１は
キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光源、２は
反射面が回転放物面（または長楕円）からなる反射鏡、
３は第１のフライアイレンズ（インテグレートレン
ズ）、４は第２のフライアイレンズ、５は直線偏光変換
手段、６はコンデンサレンズで、これらによってプロジ
ェクタ用光源ユニット７を構成している。光源１から放
射される光源光は自然光であり、円偏光の性質を有して
いる。

【０００５】前記第１のフライアイレンズ３は、複数個
の小さな平凸レンズ（一方の面が平面で、他方の面が凸
状の球面からなるレンズ）をマトリックス状（例えば、
８×１０個）配列して構成され、光源１からの平行光を
各平凸レンズが収束して８０本の収束光８とし、第２の
フライアイレンズ４に入射する。第２のフライアイレン
ズ４は第１のフライアイレンズ３と同一で、第１のフラ
イアイレンズ３の焦点近傍に配置されている。この第２
のフライアイレンズ４は、第１のフライアイレンズ３か
らの収束光を収束して直線偏光変換手段５に入射する。

【０００６】前記直線偏光変換手段５は、第２のフライ
アイレンズ４の各平凸レンズに対応して配列された複数
個の直線偏光変換ブロック１０を備えている。この直線
偏光変換ブロック１０は、図６に示すように２つの直角
プリズム１１，１２からなる偏光ビームスプリッタ１３
と、一方の直角プリズム１２に接合された反射プリズム
１４とで構成されている。偏光ビームスプリッタ１３
は、２つの直角プリズム１１，１２のうちの一方の斜面
に誘電体多層膜１５を蒸着し、斜面どうしを接合したも
のであり、第２のフライアイレンズ４からの収束光１７
を偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離する
もので、その誘電体多層膜１５を透過する光が透過直線
偏光（Ｐ波成分）であり、誘電体多層膜１５で反射され
た光が反射直線偏光（Ｓ波成分）である。偏光ビームス
プリッタ１３のＳ波成分Ｓが反射して出射する側面には
前記全反射プリズム１４が設けられ、Ｓ波成分Ｓはこの
全反射プリズム１４で直角に反射して、偏光ビームスプ
リッタ１３を透過して得られるＰ波成分と同一方向に平
行に射出される。

【０００７】また、全反射プリズム１４の射出側面には
λ／２光学位相板１８が配置されており、全反射プリズ
ム１４より射出されたＳ波成分はこのλ／２光学位相板
１８によりその偏光面が９０度回転されることによりＰ
波成分Ｐ’に変換され、コンデンサレンズ６に向けて出
射される。

【０００８】前記偏光ビームスプリッタ１３とλ／２光
学位相板１８によってそれぞれ透過直線偏光に変換され
た２つのＰ波成分ＰとＰ波成分Ｐ’は、コンデンサレン
ズ６によって収束され、赤色光のみを分離透過する赤ダ
イクロイックミラー２０に入射する。赤ダイクロイック
ミラー２０で分離された赤色光２１は、ミラー２２で光
源光軸と直交する方向に反射されると、コンデンサレン
ズ２３て収束され透過型液晶板２４に入射する。この液
晶板２４には投射すべき任意の映像の構成画素に応じて
選択的に電圧が供給されており、この液晶板２４を透過
した赤色光２１は映像信号を有する青色映像光２１ａと
なり、混合用ダイクロイックプリズム２５に入射する。

【０００９】前記赤ダイクロイックミラー２０で赤色成
分２１を失いこのミラー２０で反射した光２７は黄色に
なる。その黄色光２７は青ダイクロイックミラー２８に
入射すると、一部が反射し一部が透過することにより分
離されて青色光２９と緑色光３０となる。反射によって
分離された青色光２９は、コンデンサレンズ３１によっ
て収束された後、前記液晶板２４と同一構成からなる透
過型液晶板３２に入射すると青色映像光２９ａとなって
前記混合用ダイクロイックプリズム２５に入射する。一
方、透過によって分離された緑色光３０は、コンデンサ
レンズ３３−ミラー３４−コンデンサレンズ３５−ミラ
ー３６−コンデンサレンズ３７を経て前記液晶板２４，
３２と同一構成からなる透過型液晶板３９に入射し緑色
映像光３０ａとなって前記混合用ダイクロイックプリズ
ム２５に入射する。

【００１０】前記混合用ダイクロイックプリズム２５に
入射した赤色映像光２１ａ、青色映像光２９ａおよび緑
色映像光３０ａは、このプリズム２５によって混合され
ＲＧＢ加色混合映像光４０となった後、投射光学系４１
を介してスクリーン４２に拡大投射されることにより、
カラー映像が再生される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の液晶カ
ラー投射装置においては、λ／２光学位相板１８を備え
た直線偏光変換手段５によって自然光からなる光源１か
らの光を、偏光面が一定方向に揃った直線偏光を得るこ
とができる利点を有している。しかしながら、このよう
な液晶カラー投射装置においては、第１、第２のフライ
アイレンズ３，４の金型の製造コストが高くつくため、
装置自体が高価になるという問題があった。特に、レン
ズの精度を高くすると、金型の製造コストが高くなり、
精度が低いと、第１、第２のフライアイレンズ３，４か
ら透過する収束光８，１７の断面形状、大きさがばらつ
き、しかも位置ずれするため光の損失が大きく、光の有
効利用という点で問題があった。また、組立時に光源１
と第１、第２のフライアイレンズ３，４の光軸を一致さ
せるための調整作業が煩わしく、組立調整に時間がかか
るという問題もあった。

【００１２】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは安価で光
の損失が少なく、またレンズの光軸調整作業を必要とせ
ず、組立調整作業を容易に行い得るようにしたプロジェ
クタ用光源ユニットを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、回転放物体等の反射鏡を備えた光源
と、この光源の前方に配置され光源からの光束を透過直
線偏光（Ｐ波）と反射直線偏光（Ｓ波）に分光する直線
偏光変換手段と、前記透過直線偏光（Ｐ波）と反射直線
偏光（Ｓ波）のいずれか一方の偏光面を９０°回転させ
るλ／２光学位相板と、前記直線偏光変換手段およびλ
／２光学位相板を透過した透過直線偏光（Ｐ波）もしく
は反射直線偏光（Ｓ波）からなる収束光を液晶板に入射
させるコンデンサレンズとを備え、前記光源と前記直線
偏光変換手段間を多数の光ファイバからなる光伝送手段
によって接続したことを特徴とする。

【００１４】第２の発明は、上記第１の発明において、
光伝送手段の入射面の径が反射鏡の開口径と略等しいこ
とを特徴とする。

【００１５】第１の発明において、光源から放射された
光源光は光伝送手段の内部を通って直線偏光変換手段に
導かれる。光伝送手段としては光ファイバが用いられ
る。したがって、フライアイレンズの製作、レンズの光
軸調整作業等が不要になる。また、光伝送手段は曲がっ
た光路を形成することができるので、組立調整作業も容
易である。

【００１６】第２の発明において、光伝送手段の入射面
径を反射鏡の開口径と略等しくすることにより、光源か
らの光を効率よく直線偏光変換手段に導くことができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るプ
ロジェクタ用光源ユニットの一実施の形態を示す概略構
成図、図２は光源と光伝送手段の斜視図、図３は光伝送
手段の一部を示す正面図、図４は直線偏光変換手段の一
部を示す拡大図である。なお、図中従来技術の欄で示し
た構成部材等と同一のものについては同一符号をもって
示し、その説明を適宜省略する。これらの図において、
１は光源、２は反射鏡、５０は光伝送手段、７０は直線
偏光変換手段、６はコンデンサレンズで、これらによっ
てプロジェクタ用光源ユニットを構成している。この光
源ユニットからの光は、コンデンサレンズ５１を介して
液晶板５２に導かれる。

【００１８】前記光源１としては、自然光を放射するメ
タルハライドランプ等が用いられる。反射鏡２として
は、光源１からの光を光軸と略平行な収束光５３にする
回転放物面（もしくは長楕円面）を有する反射鏡が用い
られ、その焦点位置に光源１が配置される。

【００１９】前記光伝送手段５０は、前記反射鏡２と前
記直線偏光変換手段５との間に配置されている。この光
伝送手段５０は、複数本の細い光ファイバ６０を前記直
線偏光変換手段７０の後述する各直線偏光変換ブロック
７１ごとに所定本数すつ束ねてファイバ束５０Ａとし、
これらの光ファイバ束５０Ａをバンド６２により全体と
して１つの束にまとめたもので、収束光５３の入射する
入射面が反射鏡２の開口径と略等しい大きさの円形で、
出射面側が各ファイバ束ごとに前記直線偏光変換ブロッ
ク７１と略等しい大きさの方形とされる。入射面を反射
鏡２の開口径と略等しい円形とした理由は、反射鏡２に
よって反射した光を有効に導くためである。なお、隣り
合う光ファイバ６０どうしの隙間には、光ファイバ６０
の位置ずれを防止するために接着剤が充填されている。
光源１からの収束光５３は光ファイバ６０内に入射する
と、コアとクラッドとの境界面で多重反射しながらコア
内を進行し、直線偏光変換手段７０に導かれる。

【００２０】前記直線偏光変換手段７０の詳細構造を図
４に示す。この直線偏光変換手段７０は、図６に示した
直線偏光変換変換５と基本的に同一構成で、光軸と直交
する方向に接合され各ファイバ束５０Ａと対応する複数
個の直線偏光変換ブロック７１を備えている。直線偏光
変換ブロック７１は、偏光ビームスプリッタ７２とλ／
２光学位相板１８とで構成されている。

【００２１】偏光ビームスプリッタ７２は、互いに斜面
どうしを接合された同一形状の２つの平行四辺形からな
るプリズム７３，７４を備え、その一方のプリズム７３
の斜面に誘電体多層膜１５が形成され、他方のプリズム
７４の斜面が反射面７７を形成し、プリズム７４の入射
面に前記ファイバ束５０Ａが近接して対向し、出射面に
λ／２光学位相板１８が接着されている。ただし、図６
において上端のプリズム７３のみは、直角プリズム７５
とされる。ファイバ束５０Ａから出射し直線偏光変換ブ
ロック７２に入射した自然光からなる収束光は、誘電体
多層膜１５によって偏光方向が互いに直交する２つの直
線偏光に分離される。すなわち、誘電体多層膜１５を透
過する光が透過直線偏光（Ｐ波成分）であり、反射する
光が反射直線偏光（Ｓ波成分）である。このＳ波成分Ｓ
は、全反射プリズム７４の反射面７７で直角に反射して
λ／２光学位相板１８に入射すると、偏光方向が９０度
回転されることにより前記Ｐ波成分Ｐと偏光方向が同一
のＰ波成分Ｐ’に変換される。そして、これらのＰ波成
分とＰ’波成分は、コンデンサレンズ６，５１によって
収束され、液晶板５２に導かれる。なお、図１において
は、光源ユニット以降の構成としてコンデンサ５１と液
晶板５２のみを示し、その説明および図示を省略した
が、実際の装置は図５に示した従来装置と同一である。

【００２２】このような構成からなるプロジェクタ用光
源ユニットにおいて、光源１から出射する光源光は自然
光であり、円偏光の性質を有して反射鏡２により光軸と
略平行な収束光５３となり、光伝送手段５０の各光ファ
イバ６０の入射面から内部に入射する。この光ファイバ
６０内に入射した収束光は、コアとクラッドとの境界面
で多重反射しながら内部を通り出射面から出射し、直線
偏光変換手段７０の各直線偏光変換ブロック７１に入射
する。直線偏光変換ブロック７１のビームスプリッタ７
２を透過する透過直線偏光（Ｐ波）はコンデンサレンズ
６，５１によって収束され液晶板５２に入射する。

【００２３】一方、ビームスプリッタ７２で反射された
反射直線偏光（Ｓ波）は全反射プリズム７４で照明光学
系の光軸と平行に反射されてλ／２光学位相板１８に入
射する。そして、このλ／２光学位相板１８によりその
偏光面が９０度回転されて透過直線偏光（Ｐ波）に変換
された後、コンデンサレンズ６，５１を介して液晶板５
２に入射する。直線偏光変換手段７０の直線偏光変換ブ
ロック７１は、光伝送手段５０の各ファイバ束５０Ａご
とに対応して設けられているので、直線偏光変換ブロッ
ク７１から出射される光量は光源光量に較べて遜色なく
かつ偏光面が一方向にそろった直線偏光となる。

【００２４】このように本発明においては、光伝送手段
５０を用いているので光の損失がすくなく、また、光伝
送手段５０はレンズと異なり曲がった光路を形成するこ
とができ、しかも自由な大きさ、長さとすることができ
るので、設計の自由度が大きく、その上フライアイレン
ズ３７のように金型による製作、光源光軸との軸合わせ
作業を行なう必要がないので、安価で、組立、調整作業
が容易である。また、光源光は光軸と直交する方向に遠
のくにしたがって光度が低下するため、光軸から異なる
距離に配置された複数本の光ファイバ６０を束ねてファ
イバ束５０Ａとすると、各ファイバ束５０Ａから出射す
る光を平均化させることができ、照度むらが解消され
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るプロジ
ェクタ用光源ユニットによれば、光の損失が少なく、液
晶板を照度むらなく照射することができる。また、従来
のようにフライアイレンズを必要としないので、製作が
容易で、取付、調整が容易で、生産性の向上と製造コス
トを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るプロジェクタ用光源ユニットの
一実施の形態を示す概略構成図である。

【図２】 光源と光伝送手段の斜視図である。

【図３】 光伝送手段の要部の一部を示す正面図であ
る。

【図４】 直線偏光変換手段の一部を示す拡大図であ
る。

【図５】 液晶投射装置全体の従来例を示す模式図であ
る。

【図６】 直線偏光変換手段の一部を示す拡大図であ
る。

【符号の説明】

１…光源、２…反射鏡、３，４…フライアイレンズ、５
…直線偏光変換手段、６…コンデンサレンズ、１８…λ
／２光学位相板、２４，３２，３９…液晶板、２０，２
８…ダイクロイックミラー、２５…混合用ダイクロイッ
クプリズム、４８…誘電体多層膜、４１…投影光学系、
４２…スクリーン、５０…光伝送手段、５０Ａ…ファイ
バ束、６０…光ファイバ、７０…直線偏光変換手段、７
１…直線偏光変換ブロック、７２…偏光ビームスプリッ
タ、７３，７４…プリズム、７７…反射面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転放物体等の反射鏡を備えた光源と、
   この光源の前方に配置され光源からの光束を透過直線偏
   光（Ｐ波）と反射直線偏光（Ｓ波）に分光する直線偏光
   変換手段と、前記透過直線偏光（Ｐ波）と反射直線偏光
   （Ｓ波）のいずれか一方の偏光面を９０°回転させるλ
   ／２光学位相板と、前記直線偏光変換手段およびλ／２
   光学位相板を透過した透過直線偏光（Ｐ波）もしくは反
   射直線偏光（Ｓ波）からなる収束光を液晶板に入射させ
   るコンデンサレンズとを備え、前記光源と前記直線偏光
   変換手段間を多数の光ファイバからなる光伝送手段によ
   って接続したことを特徴とするプロジェクタ用光源ユニ
   ット。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプロジェクタ用光源ユニ
   ットにおいて、 光伝送手段の入射面の径が反射鏡の開口径と略等しいこ
   とを特徴とするプロジェクタ用光源ユニット。