JP4130192B2 - 偏光変換装置の保持具及び照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、光の偏光方向を揃える偏光変換装置を保持するための保持具、前記保持具を有した照明装置、及び前記照明装置を備えた投写型映像表示装置に関する。

図８は、投写型映像表示装置を示した説明図である。この投写型映像表示装置は、クロスダイクロイックプリズム１００とロッドインテグレータ１０１とから成る照明装置を備える。クロスダイクロイックプリズム１００の３つの光入射面には、赤色光源１１１、青色光源１１２、緑色光源１１３が配置される。照明装置から出射された光は、透過型の液晶表示パネル１１４を経て変調され、投写レンズ１１５によって拡大投写される（特許文献１参照）。
特開２００２−１８９２６３号

ところで、各光源からの色光の偏光方向を揃えるために偏光変換装置を各光源の光出射側に設けることが考えられる。図８では、クロスダイクロイックプリズム１００の３つの光入射面には、それぞれ偏光変換装置１２０を保持した第１保持具１０２と第２保持具１０３と第３保持具１０４が配置されている。偏光変換装置１２０は、二つの偏光変換機能部を有しており、図７に示すように、これら偏光変換機能部は、ワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とミラー（Ｍ）と前記偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を透過した光を受けて偏光方向を９０°回転させる位相差板（１／２λ板）Ｒから成る。前記偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）及びミラー（Ｍ）は長方形の板形状を有しており、各保持具１０２，１０３，１０４はそれぞれ一組の支柱１０５，１０５から成り、一組の支柱１０５，１０５の互いに向かい合う面には溝が複数形成されており、前記溝によって前記偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）及びミラー（Ｍ）が係止される。

各偏光変換装置１２０における２枚のワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は＜形状に配置される。また、２枚のミラー（Ｍ）は各偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と平行に配置される。図７において、光源１１１から出射された光のうちＰ偏光は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を透過し、Ｓ偏光は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）にて反射される。反射されたＳ偏光はミラー（Ｍ）にて反射されてクロスダイクロイックプリズム１００に入射する。一方、Ｐ偏光は位相差板（１／２λ板）ＲによってＳ偏光に変換されてクロスダイクロイックプリズム１００に入射する。

しかしながら、上記保持具１０２，１０３，１０４では、隣り合う保持具の支柱が干渉し合うために、各保持具１０２，１０３，１０４をクロスダイクロイックプリズム１００に近づけて配置することができない。このため、各光源及び偏光変換装置はクロスダイクロイックプリズム１００から大きく離れてしまい、光源光の利用効率が低下することに加えて照明装置の小型化が困難になるという不都合がある。

この発明は、上記事情に鑑み、各光源光の利用効率の向上及び照明装置の小型化が図れる偏光変換装置の保持具及び照明装置及び投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の偏光変換装置の保持具は、上記の課題を解決するために、板状の偏光ビームスプリッタと板状のミラーとから成る偏光変換装置を複数保持するための保持具であって、第１の支柱と第２の支柱と第３の支柱と第４の支柱とを有して成り、第１の支柱と第２の支柱との間に第１の光入射口が確保されており、第２の支柱と第３の支柱との間に光出射口が確保されており、第３の支柱と第４の支柱との間に第２の光入射口が確保されており、第４の支柱と第１の支柱との間に第３の光入射口が確保されており、第１の支柱と第２の支柱との互いに向き合う面には第１の偏光変換装置の端部を係止するための溝群がそれぞれ形成されており、第３の支柱と第４の支柱との互いに向き合う面には第２の偏光変換装置の端部を係止するための溝群がそれぞれ形成されており、更に、第１の支柱と第４の支柱との互いに向き合う面には第３の偏光変換装置の端部を係止するための溝群がそれぞれ形成されていることを特徴とする。

上記の構成であれば、第１の支柱及び第４の支柱には溝群がそれぞれ二カ所形成されており、合計４つの支柱にて複数の偏光変換装置を保持することができるので、支柱間の干渉といった不都合は無くなり、各光源及び偏光変換装置を光学部材に近づけて配置することができ、各光源光の利用効率の向上及び照明装置の小型化が図れることになる。

上記構成の偏光変換装置の保持具において、前記支柱は複数のブロックが位置調節可能に連結されて成り、各偏光変換装置における偏光ビームスプリッタとミラーとの間隔を調節できるように構成されていてもよい。

これら構成の偏光変換装置の保持具において、前記４つの支柱の中心同士を結ぶ線が正方形を成していてもよい（以下、この項において第１構成という）。或いは、これら構成の偏光変換装置の保持具において、前記４つの支柱の中心同士を結ぶ線が台形を成し、第１の光入射口と第２の光入射口の幅を同じとしてもよい（以下、この項において第２構成という）。

また、この発明の照明装置は、前記第１構成の保持具と、３つの光入射領域からそれぞれ入射された３つの色光をそれぞれ略同一方向へ導く機能を有し、前記光入射領域と前記偏光変換装置とが対面するように配置された光学部材と、各偏光変換装置の光入射側に設けられた光源と、から成ることを特徴とする。

また、この発明の照明装置は、第２構成の保持具と、３つの光入射領域からそれぞれ入射された３つの色光をそれぞれ略同一方向へ導く機能を有し、前記光入射領域と前記偏光変換装置とが対面するように配置されたテーパ形状の光学部材と、各偏光変換装置の光入射側に設けられた光源と、から成ることを特徴とする。

これら照明装置において、前記光学部材から出射された各色光の強度を照明対象物上で均一化する光インテグレータを備えるのがよい。また、前記光インテグレータは中空又は非中空のロッド状を有していてもよい。また、このようなロッド状の光インテグレータはテーパ形状を有していてもよい。また、前記テーパ形状を有する光インテグレータの側面は、前記光学部材の光入射領域及び非光入射領域となる４側面の全部又は一部と平行又は略平行に形成されていてもよい。

また、これら照明装置において、前記光源は固体発光素子から成っていてもよい。

また、この発明の投写型映像表示装置は、上述したいずれかの照明装置と、前記照明装置からの出射光を受ける位置に配置された一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、上述したいずれかの照明装置と、前記照明装置からの出射光を受ける位置に配置された一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、各光源光の利用効率の向上及び照明装置の小型化が図れるという効果を奏する。

以下、この発明の実施例を図１乃至図６に基づいて説明していく。

図１は単板式の投写型映像表示装置６Ａの光学系を示した斜視図である。この投写型映像表示装置６Ａは光源として３つのＬＥＤ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備える（以下、個々のＬＥＤ光源を特定しないで示すときには、符号”１”を用いる）。各ＬＥＤ光源１は、二つのＬＥＤ（発光ダイオード）を並べて成る。ＬＥＤ光源１Ｒは赤色光を出射し、ＬＥＤ光源１Ｇは緑色光を出射し、ＬＥＤ光源１Ｂは青色光を出射する。ＬＥＤ光源１ＲとＬＥＤ光源１Ｂはクロスダイクロイックプリズム２を挟んで互いに対面して配置されており、ＬＥＤ光源１Ｇはクロスダイクロイックプリズム２を挟んでロッドインテグレータ３の光入射面に対面して設けられている。すなわち、クロスダイクロイックプリズム２の第１光入射領域にはＬＥＤ光源１Ｒが配置され、第２光入射領域にはＬＥＤ光源１Ｂが配置され、第３光入射領域にはＬＥＤ光源１Ｇが配置される。

クロスダイクロイックプリズム２の第１ダイクロイックミラー部２ａは、赤色光を反射し赤色光以外の光を透過する。クロスダイクロイックプリズム２の第２ダイクロイックミラー部２ｂは、青色光を反射し青色光以外の光を透過する。各ＬＥＤ光源１から出射された色光はクロスダイクロイックプリズム２の光出射領域（面）から出射され、ロッドインテグレータ３の光入射面に導かれる。

ロッドインテグレータ３は、４角柱のガラスから成る。ロッドインテグレータ３の光出射領域の縦横比は液晶パネル４の縦横比に略一致している。各ＬＥＤ光源１からの各色光はロッドインテグレータ３の側面にて反射して液晶パネル４に導かれるので、各色光の光強度分布は液晶パネル４（照明対象物）上でほぼ均一化される。

液晶パネル４は、ＲＧＢカラーフィルタを備えた構造、或いはＲＧＢカラーフィルタを備えない構造を有する。ＲＧＢカラーフィルタを備える構造の液晶パネル４を用いる場合には、全ＬＥＤ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを同時点灯して白色光を液晶パネル４に導く。前記ＲＧＢカラーフィルタを備えない構造の液晶パネル４を用いる場合には、ＬＥＤ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを時分割で順次に所定時間点灯させると共に、この所定時間点灯のタイミングに同期させて液晶パネル４に各色の映像信号を供給する。

液晶パネル４を透過することで変調された光（映像光）は、投写レンズ５によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。

各光源１とクロスダイクロイックプリズム２の光入射領域との間（３カ所）には偏光変換装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ（以下、個々の偏光変換装置を特定しないで示すときには、符号”１１”を用いる）がそれぞれ設けられている。偏光変換装置１１の構成は、図７に示した偏光変換装置１２０の構成と同様である。なお、位相差板（１／２λ板）は例えばクロスダイクロイックプリズム２の光入射面に貼付される。

前記３つの偏光変換装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは一つの保持具１２によって保持されている。図３及び図４に保持具１２の斜視図を示す。また、図５には、保持具１２において第１の支柱１２ｂと第２の支柱１２ｃとを取り外した状態の側面図を示す。保持具１２は、前記クロスダイクロイックプリズム２が載置される略四角形の台座部１２ａと、前記台座部１２ａの四隅に立設された四角柱形状の第１の支柱１２ｂと第２の支柱１２ｃと第３の支柱１２ｄと第４の支柱１２ｅとから成る。各支柱は例えばねじによって台座部１２ａに固定される。前記第１の支柱１２ｂと第２の支柱１２ｃとの間に第１の光入射口（ＩＮ₁ ）が確保されており、前記第２の支柱１２ｃと第３の支柱１２ｄとの間に光出射口（ＯＵＴ）が確保されており、前記第３の支柱１２ｄと第４の支柱１２ｅとの間に第２の光入射口（ＩＮ₂ ）が確保されており、前記第４の支柱１２ｅと第１の支柱１２ｂとの間に第３の光入射口（ＩＮ₃ ）が確保されている。

第１の支柱１２ｂと第２の支柱１２ｃとの互いに向き合う面には第１の偏光変換装置１１Ａの端部を係止するための溝群Ｇがそれぞれ形成されており、第３の支柱１２ｄと第４の支柱１２ｅとの互いに向き合う面には第２の偏光変換装置１１Ｂの端部を係止するための溝群Ｇがそれぞれ形成されている。更に、第１の支柱１２ｂと第４の支柱１２ｅとの互いに向き合う面には第３の偏光変換装置１１Ｃの端部を係止するための溝群Ｇがそれぞれ形成されている。すなわち、第１の支柱１２ｂは、その隣り合う二側面に溝群Ｇを有して二つの偏光変換装置１１，１１の保持に利用され、第４の支柱１２ｅも、その隣り合う二側面に溝群Ｇを有して二つの偏光変換装置１１，１１の保持に利用される。

上記のごとく、第１の支柱１２ｂと第４の支柱１２ｅには溝群Ｇがそれぞれ二カ所形成されており、合計４つの支柱にて３組の偏光変換装置１１を保持することができるので、図８に示した構造における支柱間の干渉といった不都合は無くなり、各光源１及び偏光変換装置１１をクロスダイクロイックプリズム２に近づけて配置することができ、各光源光の利用効率の向上及び照明装置の小型化が図れることになる。

図２には投写型映像表示装置６Ｂを示している。この投写型映像表示装置６Ｂはテーパ形状のクロスダイクロイックプリズム２１及びテーパ形状のロッドインテグレータ３１を備える。かかる構成においては、前記クロスダイクロイックプリズム２１のテーパ形状にに合致した保持具１２′が設けられる。前述した保持具１２においては、前記４つの支柱の中心同士を結ぶ線が正方形であるのに対し、保持具１２′においては、４つの支柱の中心同士を結ぶ線が台形を成し（台座１２ａも台形を成す）、第１の光入射口と第２の光入射口の幅が同じとなっている。なお、このようなテーパ形状を採用する場合、ロッドインテグレータ３１の側面は、クロスダイクロイックプリズム２１の光入射領域及び非光入射領域となる４側面の全部又は一部と平行又は略平行に形成されているのがよい。

図２の構成では、クロスダイクロイックプリズム２１の第３光入射領域（緑色光入射領域）よりも光出射領域の方が小さくなっているが、その逆とする構成を採用してもよい。この場合、ロッドインテグレータ３１においては、その光入射領域よりも光出射領域を大きくしたテーパ形状とするのがよい。

図６（ａ）には分割型の支柱４０を示している。この分割型の支柱４０は隣り合う二側面に溝群Ｇが形成されている。支柱４０は第１ブロック４０ａと第２ブロック４０ｂと第３ブロック４０ｃとから成る。各ブロックには、図６（ｂ）に示すように、ねじ部４１が埋め込まれている。ねじ部４１は支持板４２に形成された長穴４２ａを貫通している。図６（ｂ）に示す状態でねじ部４１に図示しないナットを螺合すると第３ブロック４０ｃが支持板４２に固定される。前記ナットを緩めると第３ブロック４０ｃを長穴４２ａの長手方向に移動させることができ、所望の位置でナットを締めることにより第３ブロック４０ｃが固定される。前記支持板４２は台座部にねじによって固定されていてもよいし、台座部と一体的に形成されていてもよい。かかる構成であれば、ワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とミラー（Ｍ）との間隔調節が可能になる。

なお、支持板４２にガイド溝を設け、このガイド溝によって前記ブロックの回転が阻止される構成としてもよい。これによれば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とミラー（Ｍ）との平行状態の確保が容易になる。

なお、ガラスから成るロッドインテグレータに代えて中空構造のロッドインテグレータ（内面がミラーから成る）を採用してもよい。また、クロスダイクロイックプリズム２に代えてクロスダイクロイックミラーを用いてもよい。この場合、位相差板Ｒを保持具１２にて保持する構成を採用してもよい。また、クロスダイクロイックミラーを用いる場合も、その形状をテーパ形状とすることができ、この場合には、図２に示した保持具１２′を用いることができる。なお、光源光の均一性が十分である場合には、光インテグレータは必ずしも必要ではなく、クロスダイクロイックプリズム（又は、クロスダイクロイックミラー）の後に液晶表示パネルを配置してもよい。

また、以上の説明において、保持具１２は四角柱形状の支柱としたが、これに限らない。また、投写型映像表示装置は透過型の液晶パネルを備えることとしたが、これに限らず、反射型の液晶パネルを用いてもよいし、これら液晶パネルに替えて、画素となる微小ミラーを個々に駆動するタイプの表示パネルを用いることとしてもよい。また、固体発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）に限るものではなく、有機／無機のエレクトロルミネッセンスなどを用いることができる。また、光源は固体発光素子に限定されるものではない。また、投写レンズに代えて投写用の曲面ミラーを備えてもよい。

この発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。 この発明の他の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。 この発明の他の実施形態の保持具を示した斜視図（クロスダイクロイックプリズムは取り外してある）である。 この発明の他の実施形態の保持具を示した斜視図（クロスダイクロイックプリズムはセットされている）である。 この発明の他の実施形態の保持具を示した側面図（手前側の支柱は取り外してある）である。 この発明の他の実施形態の保持具における支柱の変形例を示した図であって、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は各ブロックを可動に保持するための機構を示した斜視図である。 ワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタから成る偏光変換装置を示した説明図である。 偏光変換装置の保持具の参考例を示すと共に当該保持具を備えた投写型映像表示装置を示した説明図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ光源
２，２１ クロスダイクロイックプリズム
３，３１ ロッドインテグレータ
４ 液晶パネル
５ 投写レンズ
６Ａ，６Ｂ 投写型映像表示装置
１１ 偏光変換装置
１２，１２′ 保持具
１２ａ 台座
１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ 支柱

Claims (13)

1. 板状の偏光ビームスプリッタと板状のミラーとから成る偏光変換装置を複数保持するための保持具であって、第１の支柱と第２の支柱と第３の支柱と第４の支柱とを有して成り、第１の支柱と第２の支柱との間に第１の光入射口が確保されており、第２の支柱と第３の支柱との間に光出射口が確保されており、第３の支柱と第４の支柱との間に第２の光入射口が確保されており、第４の支柱と第１の支柱との間に第３の光入射口が確保されており、第１の支柱と第２の支柱との互いに向き合う面には第１の偏光変換装置の端部を係止するための溝群がそれぞれ形成されており、第３の支柱と第４の支柱との互いに向き合う面には第２の偏光変換装置の端部を係止するための溝群がそれぞれ形成されており、更に、第１の支柱と第４の支柱との互いに向き合う面には第３の偏光変換装置の端部を係止するための溝群がそれぞれ形成されていることを特徴とする偏光変換装置の保持具。
2. 請求項１に記載の偏光変換装置の保持具において、前記支柱は複数のブロックが位置調節可能に連結されて成り、各偏光変換装置における偏光ビームスプリッタとミラーとの間隔を調節できるように構成されていることを特徴とする偏光変換装置の保持具。
3. 請求項１又は請求項２に記載の偏光変換装置の保持具において、前記４つの支柱の中心同士を結ぶ線が正方形を成すことを特徴とする偏光変換装置の保持具。
4. 請求項１又は請求項２に記載の偏光変換装置の保持具において、前記４つの支柱の中心同士を結ぶ線が台形を成し、第１の光入射口と第２の光入射口の幅が同じであることを特徴とする偏光変換装置の保持具。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の偏光変換装置の保持具と、３つの光入射領域からそれぞれ入射された３つの色光をそれぞれ略同一方向へ導く機能を有し、前記光入射領域と前記偏光変換装置とが対面するように配置された光学部材と、各偏光変換装置の光入射側に設けられた光源と、から成ることを特徴とする照明装置。
6. 請求項４に記載の偏光変換装置の保持具と、３つの光入射領域からそれぞれ入射された３つの色光をそれぞれ略同一方向へ導く機能を有し、前記光入射領域と前記偏光変換装置とが対面するように配置されたテーパ形状の光学部材と、各偏光変換装置の光入射側に設けられた光源と、から成ることを特徴とする照明装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の照明装置において、前記光学部材から出射された各色光の強度を照明対象物上で均一化する光インテグレータを備えたことを特徴とする照明装置。
8. 請求項７に記載の照明装置において、前記光インテグレータは中空又は非中空のロッド状を有することを特徴とする照明装置。
9. 請求項８に記載の照明装置において、前記光インテグレータはテーパ形状を有することを特徴とする照明装置。
10. 請求項９に記載の照明装置において、前記光インテグレータの側面は、前記光学部材の光入射領域及び非光入射領域となる４側面の全部又は一部と平行又は略平行に形成されていることを特徴とする照明装置。
11. 請求項５乃至請求項１０のいずれかに記載の照明装置において、前記光源は固体発光素子から成ることを特徴とする照明装置。
12. 請求項５乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置からの出射光を受ける位置に配置された一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
13. 請求項５乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置からの出射光を受ける位置に配置された一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。

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