WO2013128634A1

WO2013128634A1 - 偏光変換装置及び投写型表示装置

Info

Publication number: WO2013128634A1
Application number: PCT/JP2012/055385
Authority: WO
Inventors: 毅哉橋口
Original assignee: Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-06

Abstract

　本発明は、光源からの光が入射する偏光変換素子（１１）と、偏光変換素子（１１）に隣接して設けられ、光源から偏光変換素子（１１）に入射する光の一部を遮る遮光部材（１２）と、遮光部材（１２）と偏光変換素子（１１）との間に挟まれる折曲片（１３）と、を備える。

Description

偏光変換装置及び投写型表示装置

　本発明は、光源からの光を偏光変換する偏光変換装置、及び偏光変換装置を備える投写型表示装置に関する。

　光源から照射された光を、画像情報に応じて光変調装置で変調して画像を形成し、投写レンズによって投写面上に投写するプロジェクタが知られている。この種のプロジェクタでは、光源から照射された光を、所定の直線偏光光に変換して透過する偏光変換素子が用いられている。

　プロジェクタでは、光源から偏光変換素子に入射する光において、偏光変換素子を構成する偏光分離膜のみに入射し、偏光変換素子を構成する反射膜に入射しないように、偏光変換素子に入射する光の一部を遮るための遮光部材が、偏光変換素子に接着されている。

　本発明に関連する偏光変換装置について図面を参照して説明する。図６に、本発明に関連する、偏光変換素子を用いた偏光変換装置の側面図を示す。図７に、本発明に関連する、偏光変換素子を用いた偏光変換装置の分解斜視図を示す。図８Ａに、本発明に関連する偏光変換装置において、遮光部材が偏光変換素子に当接されて配置された状態の断面図を示す。図８Ｂに、図８Ａにおける、偏光変換素子と遮光部材との接触部分Ｂを拡大した断面図を示す。

　図６及び図７に示すように、本発明に関連する偏光変換装置１０５は、光源からの光の輝度を均一化するための第１及び第２の光インテグレータ１０３ａ，１０３ｂの出射側に配置されており、光源からの光を所定の直線偏光光に変換して透過する偏光変換素子１１１と、偏光変換素子１１１の入射側に設けられ、第１及び第２の光インテグレータ１０３ａ，１０ｂから入射する光の一部を遮る遮光部材１１２と、を備えている。

　そして、本発明に関連する偏光変換装置１０５における遮光部材１１２は、図７に示すように、金属材料によって平板状に形成されており、櫛型状のスリット１１２ａと、偏光変換素子１１１に対して位置決めするための位置決め穴１１４を有している。図８Ａに示すように、偏光変換装置１０５では、平板状の遮光部材１１２が偏光変換素子１１１の入射面に接着されており、遮光部材１１２によって、投写に不要な光を遮断している。

　このように不要な光が遮光部材１１２に照射されることで、遮光部材１１２は高温になってしまう。遮光部材１１２は、図８Ｂに示すように、偏光変換素子１１１に対して主面の全域で接触しているので、遮光時に遮光部材１１２が高温になったときに、遮光部材１１２の熱が偏光変換素子１１１に伝わり、偏光変換素子１１１の温度の上昇を招いてしまう。

　偏光変換素子１１１を構成するプリズムには、有機の接着剤が用いられており、偏光変換素子１１１が長時間高温にさらされることで、この接着剤が劣化してしまい、接着剤の焼け等によって偏光変換素子１１１の光学性能に著しい影響を及ぼしてしまう。

　また、偏光変換素子の長寿命化を図るためには、偏光変換素子を一定の温度以下に保つ必要があり、偏光変換素子を冷却するために空冷ファンを用いて強制空冷を行っている。しかし、プロジェクタに搭載可能な空冷ファンの冷却能力、サイズや、装置全体で発生する騒音の制限があり、空冷ファンを用いた冷却性能には限界がある。

　このため、偏光変換素子を冷却するための構造としては、特許文献１、２に記載の構成が提案されている。

　特許文献１に記載の構成では、偏光変換素子を固定する機能を有する遮光部材と、偏光変換素子との間に、隙間が設けられることによって、遮光部材の温度上昇に伴う温度が、偏光変換素子へ直接伝わることを防いでいる。

　特許文献２に記載の構成では、本発明に関連する技術と同様に、遮光部材を偏光変換素子に密着させている。しかし、第１の遮光部材の手前に第２の遮光部材が配置され、第２の遮光部材によって不要な光線の大部分を遮蔽することで、偏光変換素子に密着されている第１の遮光部材の温度の上昇を抑制し、偏光変換素子の温度の上昇が小さくされている。

特開２００４－２３９９４８号公報特開２０１０－２２４２２４号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の構成では、偏光変換素子と遮光部材との間に空間が設けられているので、遮光部材によって不要な光を精度良く遮蔽することが困難である。

　また、特許文献２に記載の構成では、部品点数の増加、組み立て工程の増加が生じ、偏光変換装置の製造コストに影響を及ぼす問題がある。

　そこで、本発明は、上記関連する技術の課題を解決することができる偏光変換装置を提供することを目的とする。本発明の目的の一例は、遮光部材に生じた熱が、偏光変換素子に伝わることを防ぐことができる偏光変換装置及び投写型表示装置を提供することにある。また、本発明の目的の他の例は、光源からの光を精度良く遮ると共に製造コストの増加を抑えることができる偏光変換装置及び投写型表示装置を提供することにある。

　上述した目的を達成するため、本発明に係る偏光変換装置は、光源からの光が入射する偏光変換素子と、偏光変換素子に隣接して設けられ、光源から偏光変換素子に入射する光の一部を遮る遮光部材と、遮光部材と偏光変換素子との間に挟まれるスペーサ部材と、を備える。

　また、本発明に係る投写型表示装置は、本発明の偏光変換装置と、偏光変換装置からの光を変調する光変調装置と、を備える。

　本発明によれば、遮光部材に生じる温度の上昇が偏光変換素子に伝わることを抑制することができる。

実施形態の偏光変換装置を備えるプロジェクタを示す模式図である。実施形態の偏光変換装置を示す側面図である。実施形態の偏光変換装置を示す分解斜視図である。実施形態の偏光変換装置において、遮光部材が偏光変換素子に当接されて配置された状態を示す断面図である。実施形態の偏光変換装置において、遮光部材と偏光変換素子との接触部分を拡大して示す断面図である。実施形態の偏光変換装置と、第１及び第２の光インテグレータとを位置決めするための位置決め構造を説明するために示す分解斜視図である。本発明に関連する偏光変換装置を示す側面図である。本発明に関連する偏光変換装置を示す分解斜視図である。本発明に関連する偏光変換装置において、遮光部材が偏光変換素子に当接されて配置された状態を示す断面図である。本発明に関連する偏光変換装置において、偏光変換素子と遮光部材との接触部分を拡大して示す断面図である。

　以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

　図１に、実施形態の偏光変換装置を備えるプロジェクタの模式図を示す。図２に、実施形態の偏光変換装置の側面図を示す。図３に、実施形態の偏光変換装置の分解斜視図を示す。

　図１に示すように、プロジェクタ１は、光源２と、光源２からの光の輝度を均一化する第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂと、第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂからの光を偏光変換する偏光変換装置５と、画像情報に応じて偏光変換装置５からの光を変調する光変調装置６と、偏光変換装置５から光変調装置６までの光路を構成するレンズ群７ａ及びミラー群７ｂと、光変調装置６からの光を投写面上に投写するための投写レンズ８と、を備えている。

　図２に示すように、実施形態の偏光変換装置５は、光源２からの光が入射する偏光変換素子１１と、偏光変換素子１１の入射面に隣接して設けられ、光源２から偏光変換素子１１に入射する光の一部を遮る遮光部材１２と、遮光部材１２と偏光変換素子１１との間に挟まれるスペーサ部材として、遮光部材１２に形成された折曲片１３と、を備えている。

　偏光変換素子１１は、偏光分離膜１１ａ、反射膜１１ｂが交互に複数配されたプリズム１１ｃと、偏光分離膜１１ａを透過した偏光光の偏光軸を９０度回転させる位相差板１１ｄとを有して形成されている。

　遮光部材１２は、金属材料によって略四角形の平板状に形成されており、複数のスリット１２ａと、各スリット１２ａの間に形成され、偏光変換素子１１の反射膜１１ｂに入射しないように光源２からの光の一部を遮蔽する遮光部１２ｂと、を有している。したがって、遮光部材１２には、複数の遮光部１２ｂが櫛形状に形成されている。

　そして、各スリット１２ａにおける、対向する一組の開口縁には、図３に示すように、偏光変換素子１１の入射面に当接する複数の折曲片１３が、遮光部１２ｂの一部を偏光変換素子１１側に向けて切り起こして形成されている。各折曲片１３は、偏光変換素子１１にそれぞれ当接するように形成されている。

　また、遮光部材１２の外周部の四隅には、接着剤によって偏光変換素子１１が接合される円形状の固定部１２ｃが、折曲片１３が切り起こされた側に突出して形成されている。固定部１２ｃは、偏光変換素子１１が当接される当接面を有しており、遮光部材１２の主面に対する固定部１２ｃの突出量が、遮光部材１２の主面に対する折曲片１３の突出量と等しくされている。

　本発明に関連する偏光変換装置では、平板状の遮光部材の主面の全域が偏光変換素子の入射面に密着されていた。この構造と比べて、本実施形態における遮光部材１２は、光源２からの光による温度の上昇が比較的小さい外周部分に、複数の固定部１２ｃを形成し、かつ、固定部１２ｃの面積を小さくすることによって、遮光部材１２の温度の上昇が偏光変換素子１１へ伝わることが抑えられている。

　上述のように、遮光部材１２に折曲片１３を形成することで、遮光部材１２と偏光変換素子１１との接触状態が、面接触ではなく、折曲片１３の一辺に沿って線接触する構造になる。折曲片１３の曲げ形状は、光源２からの不要な光を確実に遮蔽すると共に必要な光を遮蔽しないように、遮光部材１２の主面に対して所望の角度をなすように設定される。

　折曲片１３を切り起こして形成することによって、遮光部材１２の外部に通じる表面積が増えると共に、偏光変換素子１１と遮光部材１２との間に、空気が流れる間隙が形成されるので、遮光部材１２の冷却効率が高められ、遮光部材１２の温度の上昇を小さくすることができる。また、遮光部材１２は、偏光変換素子１１との接触面積が大幅に小さくなるので、遮光部材１２の温度の上昇による影響を偏光変換素子１１が受け難い構造になる。また、折曲片１３の曲げ加工は、金型を用いて、遮光部材１２の形状加工と同時に行うことができる。

　また、遮光部材１２の外周部には、偏光変換素子１１に対して位置決めするための位置決め穴１４が形成されている。また、この位置決め穴１４は、後述する位置決め構造によって、第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂに対して位置決めするときにも利用される。

　また、遮光部材１２の加工工程において、折曲片１３及び固定部１２ｃの形成を、スリット１２ａ及び位置決め穴１４の形成と同時に一括して行うことで、遮光部材１２の製造コストを、本発明に関連する偏光変換装置が有する遮光部材の製造コストと同等に抑えることができる。また、偏光変換素子１１と遮光部材１２との接着工程についても、本発明に関連する偏光変換装置と同じ工程を適用することができるので、製造コストの増加を抑えることができる。

　以上のように構成された偏光変換装置５において、偏光変換素子１１と遮光部材１２とが当接する状態を説明する。図４Ａに、実施形態の偏光変換装置５において、遮光部材１２が偏光変換素子１１に当接されて配置された状態の断面図を示す。図４Ｂに、図４Ａにおける、遮光部材１２と偏光変換素子１１との接触部分Ａを拡大した断面図を示す。

　図４Ａ及び図４Ｂに示すように、遮光部材１２は、位置決め穴１４を用いて偏光変換素子１１に対して位置決めされると共に、各折曲片１３が偏光変換素子１１の入射面に当接され、遮光部材１２の外周部に、偏光変換素子１１が接着剤１６を介して固定される。

　偏光変換素子１１と遮光部材１２との位置決め、及び接着する工程は、本発明に関連する偏光変換装置の製造工程と同様に、遮光部材１２の位置決め穴１４を用いて、専用の接着ジグ（不図示）を用いることで、安定して行うことができる。また、実施形態における遮光部材１２を用いることに伴って、本発明に関連する偏光変換装置の製造工程を変更することなく、本実施形態の偏光変換装置５の製造工程として適用することが可能になる。

　偏光変換素子１１を固定するための固定部１２ｃは、光源２からの有効光線範囲外に形成され、偏光変換素子１１との隙間を確保する構造であれば、他の形状に形成されてもよい。

　また、遮光部材１２の遮光部１２ｂによる遮光の精度に関しては、折曲片１２の曲げ加工の精度に依存することになる。なお、遮光部材１２の遮光が不十分な場合には、本発明に関連する偏光変換装置における平板状の遮光部材を併用することも可能であり、この構成の場合においても、上述した冷却効果を同様に得ることができる。

　本実施形態の偏光変換装置５では、スペーサ部材としての折曲片１３が、遮光部材１２のスリット１２ａの開口縁に一体に形成されたが、断熱性を有するスペーサ部材（不図示）が、スリットの開口縁に独立して設けられてもよく、折曲片１３を有する遮光部材１２と同様の効果が得られる。

　また、実施形態のプロジェクタ１は、偏光変換装置５と、第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂとを位置決めするための位置決め構造を備えている。図５に、実施形態の偏光変換装置５と、第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂとを位置決めするための位置決め構造を説明するための分解斜視図を示す。

　図５に示すように、実施形態のプロジェクタ１は、実施形態の偏光変換装置５と第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂとを位置決めするためのホルダ部材２０と、第１の光インテグレータ３ａを保持する第１の保持部材２１と、第２の光インテグレータ３ｂを保持する第２の保持部材２２と、を備えている。

　ホルダ部材２０は、第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂをそれぞれ位置決めする位置決め面と、遮光部材１２の位置決め穴１４に係合する位置決めピン２４とを有している。

　第１の保持部材２１は、第１の光インテグレータ３ａが嵌め込まれる開口と、第１の光インテグレータ３ａをホルダ部材２０に対して位置決めするための位置決め面とを有している。同様に、第２の保持部材２２は、第２の光インテグレータ３ｂが嵌め込まれる開口と、第２の光インテグレータ３ｂをホルダ部材２０に対して位置決めするための位置決め面とを有している。

　第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂがそれぞれ保持された第１及び第２の保持部材２１，２２の各位置決め面と、ホルダ部材２０の各位置決め面とをそれぞれ突き当て、ホルダ部材２０を介して第１の光インテグレータ３ａと第２の光インテグレータ３ｂとが位置決めされて取り付けられている。また、ホルダ部材２０の位置決めピン２４を、遮光部材１２の位置決め穴１４に係合させることで、ホルダ部材２０に取り付けられた第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂと、偏光変換素子１１とが位置決めされる。

　これによって、偏光変換装置５は、第１及び第２の光インテグレータ３ａ，３ｂと、偏光変換素子１１及び遮光部材１２が光軸に対してそれぞれ適切に位置決めされている。この構造は、本発明に関連する偏光変換装置において遮光部材を用いた構造と同一の構造であり、実施形態における遮光部材を用いることに伴って工程を変更する必要がない。

　上述したように、本実施形態の偏光変換装置５によれば、偏光変換素子１１に当接する折曲片１３が形成された遮光部材１２を備えることによって、遮光部材１２と偏光変換素子１１との接触状態が線接触になり、偏光変換素子１１の入射面と遮光部材１２との間に間隙が形成されるので、遮光部材１２の冷却効率を向上することができる。また、遮光部材１２は、偏光変換素子１１との接触面積が大幅に小さくなるので、遮光部材１２の温度が偏光変換素子１１に伝わることを防ぎ、偏光変換素子１１の温度の上昇を抑制することができる。

　また、偏光変換装置５は、遮光部材１２のスリット１２ａの開口縁に折曲片１３が切り起こして形成されたことで、遮光部材１２によって光源２からの不要な光を精度良く遮蔽することができる。

　加えて、本実施形態によれば、本発明に関連する偏光変換装置において、遮光部材１２に変更するだけで、部品点数を増やすことなく、本発明に関連する偏光変換装置における製造工程を変えることなく本実施形態の製造工程として適用することが可能になる。

　　　１　プロジェクタ
　　　２　光源
　　　５　偏光変換装置
　　１１　偏光変換素子
　　１２　遮光部材
　　１３　折曲片

Claims

　光源からの光が入射する偏光変換素子と、
　前記偏光変換素子に隣接して設けられ、前記光源から前記偏光変換素子に入射する光の一部を遮る遮光部材と、
　前記遮光部材と前記偏光変換素子との間に挟まれるスペーサ部材と、
　を備える、偏光変換装置。
　請求項１に記載の偏光変換装置において、
　前記遮光部材は、前記光源からの光を通すスリットを有し、該スリットの開口縁に前記スペーサ部材が一体に形成されている、偏光変換装置。
　請求項２に記載の偏光変換装置において、
　前記遮光部材は板状に形成され、前記スペーサ部材が、前記スリットの開口縁を折り曲げて形成された折曲片である、偏光変換装置。
　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の偏光変換装置において、
　前記遮光部材の外周部には、前記偏光変換素子が固定される固定部が、前記偏光変換素子側に突出して設けられている、偏光変換装置。
　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の偏光変換装置と、
　前記偏光変換装置からの光を変調する光変調装置と、
　を備える投写型表示装置。