(57)【要約】【課題】光変調装置と色合成光学素子との間に配置される光学変換素子を充分に冷却することができるプロジェクタを提供すること。【解決手段】クロスダイクロイックプリズム４５と投射レンズ５０との間に透光性基板４６を配置する。具体的には、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面に、透光性基板４６を貼り付ける。この透光性基板４６を配置することにより、クロスダイクロイックプリズム４５の光束入射側端面と、液晶パネル４１の光束射出側端面との間の距離が大きく確保される。従って、クロスダイクロイックプリズム４５と液晶パネル４１との間に配置される射出側偏光板４４の冷却を充分に行なうことができる。【選択図】図２
2010256934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光束を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された光束を合成する色合成光学装置と、この色合成光学装置によって合成された色光を拡大投射して投射画像を形成する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、
前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離を所定距離に保ちながら、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整するための透光性基板と、
前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間に配置され、入射する光束を光学的に変換する光学変換素子とを備え、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との間に配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記光変調装置の前段には、前記光変調装置に光束を入射させるための光学系が配置されており、
前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的相対位置関係を一定に保持しつつ、前記透光性基板を配置することにより、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプロジェクタにおいて、
前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間には、複数の光学変換素子が配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
請求項３に記載のプロジェクタにおいて、
前記複数の光学変換素子は、一対の偏光素子であり、
一方の偏光素子の厚さ寸法をＧ、透光性基板の厚さ寸法をＥ、一方の偏光素子の屈折率をＮ4、透光性基板の屈折率をＮ１とした場合、
Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1の条件を満たすことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のプロジェクタにおいて、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置の光束射出側端面に取り付けられていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
請求項５に記載のプロジェクタにおいて、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置と略等しい屈折率を有することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された光束を合成して射出する色合成光学装置と、色合成光学装置にて合成された光束を拡大投射する投射光学装置とを備えるプロジェクタが知られている。
このようなプロジェクタにおいて、光変調装置の光束射出側には所定の偏光軸を有する光束を透過させる一枚の偏光素子（光学変換素子）から構成される射出側偏光板が配置されている。光変調装置を透過した光束のうち、所定の偏光軸を有していない光束は、射出側偏光板によって吸収されるため、射出側偏光板では熱が発生しやすくなっている。
そこで、射出側偏光板を２枚の偏光素子から構成し、射出側偏光板で発生する熱を按分する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０２１１５号公報（第８頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプロジェクタでは、光変調装置と、色合成光学装置との間の狭い隙間に、偏光素子を２枚設置することとなるので、光変調装置及び一方の偏光素子間の距離、一対の偏光素子間の距離、他方の偏光素子及び色合成光学装置間の距離が非常に狭くなる。
射出側偏光板の冷却には、冷却空気が使用されるが、この冷却空気の流路、すなわち、光変調装置及び一方の偏光素子間の隙間、一対の偏光素子間の隙間、他方の偏光素子及び色合成光学装置間の隙間が非常に狭いため、冷却空気をスムーズに通すことが困難となる。そのため、射出側偏光板で発生する熱を各偏光素子に按分させても、各偏光素子の熱を放熱させることが難しく、各偏光素子の冷却を充分に行なうことができないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、光変調装置と色合成光学装置との間に配置される光学変換素子を充分に冷却することができるプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプロジェクタは、光源から射出された光束を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された光束を合成する色合成光学装置と、この色合成光学装置によって合成された色光を拡大投射して投射画像を形成する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離を所定距離に保ちながら、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整するための透光性基板と、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間に配置され、入射する光束を光学的に変換する光学変換素子とを備え、前記透光性基板は、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との間に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、本発明における透光性基板は、前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離を所定距離に保ちながら、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整するものである。
言い換えると、透光性基板を有しない点が異なる従来の他のプロジェクタ（本発明のプロジェクタと同様の光変調装置と、色合成光学装置と、投射光学装置と、光学変換素子とを備えており、色合成光学装置と投射光学装置との幾何学的な相対位置関係は本発明のプロジェクタと同様）における投射光学装置及び光変調装置間の光学的距離と、本発明の前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離とは等しくなっている。
【０００８】
ここで、本発明のプロジェクタでは、光束射出方向に向かって、光変調装置、光学変換素子、色合成光学装置、透光性基板、投射光学装置の順に配置されている。
本発明のプロジェクタにおいて、投射光学装置から色合成光学装置までの幾何学的距離をＣ、色合成光学装置と光変調装置との間の距離をＸとする。さらに、透光性基板の厚さ寸法をＥ、色合成光学装置の厚さ寸法をＨ、光学変換素子の厚さ寸法をＦとする。また、透光性基板の屈折率をＮ１、光学変換素子の屈折率をＮ２、色合成光学装置の屈折率をＮ３とする。
以上のような、本発明のプロジェクタの投射光学装置から光変調装置までの光学的距離Ｓ１は、次の式（１）ように示される。
Ｓ１＝Ｘ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ２＋Ｈ／Ｎ３＋Ｅ／Ｎ１＋Ｃ−Ｅ・・・（１）
【０００９】
一方で、透光性基板を有しない点が本発明のプロジェクタと異なる前記他のプロジェクタにおいて、色合成光学装置から光変調装置までの距離をＡとすると、投射光学装置から光変調装置までの光学的距離Ｓ１’は、次の式（２）のようになる。
Ｓ１’＝Ａ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ２＋Ｈ／Ｎ３+Ｃ・・・（２）
Ｓ１＝Ｓ1’であるから、Ｘ＝Ａ＋Ｅ（Ｎ１−１）／Ｎ１となり、本発明のプロジェクタでは、他のプロジェクタに比べ、色合成光学装置から光変調装置までの幾何学的距離がＥ（Ｎ１−１）／Ｎ１分だけ、長くなることがわかる。
【００１０】
このような本発明によれば、透光性基板を色合成光学装置と、投射光学装置との間に配置することにより、透光性基板を設置しない従来の前記他のプロジェクタにくらべ、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離が大きくなる。
これにより、光学変換素子と光変調装置との隙間、光学変換素子と色合成光学装置との隙間が大きくなり、充分な流量の冷却空気をスムーズに通すことが可能となる。従って、光学変換素子を充分に冷却することができる。
なお、光学変換素子は、一枚であってもよく、複数枚であってもよい。
光学変換素子が偏光素子であり、射出側偏光板が一枚の偏光素子から構成されるとした場合であっても、本発明では、偏光素子と光変調装置との隙間、偏光素子と色合成光学装置との隙間を大きく確保でき、充分な流量の冷却空気をスムーズに通すことが可能となるため、偏光素子を充分に冷却することができるのである。
【００１１】
また、本発明では、前記光変調装置の前段には、前記光変調装置に光束を入射させるための光学系が配置されており、前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的相対位置関係を一定に保持しつつ、前記透光性基板を配置することにより、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整することを特徴とする。
このような本発明のプロジェクタにおける前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的な相対位置関係は、前述した従来の前記他のプロジェクタにおける光学系と、色合成光学装置と、投射光学装置との幾何学的な相対位置関係と等しい。言い換えると、本発明のプロジェクタにおける光学系から投射光学装置までの幾何学的距離と、従来の他のプロジェクタにおける光学系から投射光学装置までの幾何学的距離は等しい。
従って、このような本発明では、透光性基板を配置することにより、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離を大きく確保しても、光学系から投射光学装置までの幾何学的距離を一定に保つことができるので、プロジェクタの大型化を防止することができる。
【００１２】
さらに、本発明では、前記光変調装置と、色合成光学装置との間には、複数の光学変換素子が配置されていることが好ましい。
このような本発明によれば、前述したように色合成光学装置と、光変調装置との間に大きな隙間を確保することができるので、複数の光学変換素子を配置しても、冷却空気の流路が狭くならず、各光学変換素子を充分に冷却することができる。
ここで、例えば、複数の光学変換素子を一対の偏光素子とすれば、偏光素子を一枚しか配置しない場合と比較して、発生する熱を２つに按分することができ、各偏光素子で発生する熱量を低下させることができる。さらに、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離を確保することができ、冷却空気の流路が狭くならないため、それぞれの偏光素子を効率よく冷却することができる。これにより、偏光素子の熱劣化を確実に防止することができる。
【００１３】
また、本発明では、前記複数の光学変換素子は、一対の偏光素子であり、一方の偏光素子の厚さ寸法をＧ、透光性基板の厚さ寸法をＥ、一方の偏光素子の屈折率をＮ4、透光性基板の屈折率をＮ１とした場合、
Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1・・（３）の条件を満たすことが好ましい。
【００１４】
ここで、前述したように、投射光学装置から色合成光学装置までの幾何学的距離をＣ、色合成光学装置と光変調装置との間の距離をＸとする。さらに、透光性基板の厚さ寸法をＥ、色合成光学装置の厚さ寸法をＨ、一方の偏光素子の厚さ寸法をＧ、他方の偏光素子の厚さ寸法をＦとする。また、透光性基板の屈折率をＮ1、一方の偏光素子の屈折率をＮ4、他方の屈折率をＮ2、色合成光学装置の屈折率をＮ3とする。
投射光学装置から光変調装置までの光学的距離Ｓ２は、次の式（４）で示される。
Ｓ２＝Ｘ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ2−Ｇ＋Ｇ／Ｎ4＋Ｈ／Ｎ3＋Ｅ／Ｎ1＋Ｃ−Ｅ・・（４）
【００１５】
一方、透光性基板と、一対の偏光素子のうちの一方の偏光素子とを有しない点のみが異なる他のプロジェクタにおける投射光学装置から光変調装置までの光学的距離Ｓ１’は、Ｓ１’＝Ａ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ2＋Ｈ／Ｎ3+Ｃである。
従って、本発明のプロジェクタでは、前記他のプロジェクタに比べ、色合成光学装置から光変調装置までの幾何学的距離がＧ（Ｎ4−１）／Ｎ4＋Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1分だけ増加したこととなる。
Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1は、透光性基板を配置したことにより、色合成光学装置と光変調装置との間に生じる隙間の増加分であり、Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4は、一方の偏光素子を配置したことにより、色合成光学装置と光変調装置との間に生じる隙間の減少分である。
つまり、本発明では、Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1とすることで、光変調装置と色合成光学装置との間に一対の偏光素子を配置した場合であっても、光変調装置と色合成光学装置との間に充分な隙間を確保することができるので、各偏光素子を充分に冷却することができる。
【００１６】
さらに、本発明では、前記透光性基板は、前記色合成光学装置の光束射出側端面に取り付けられていることが好ましい。
このような本発明によれば、一般に、光束の反射を防止するため、透光性基板の光束入射側端面や、色合成光学装置の光束射出側端面には、反射防止膜を貼り付ける必要がある。透光性基板を色合成光学装置に取り付けることで、透光性基板の光束入射側端面と、色合成光学装置の光束射出側端面とが密着することとなるので、透光性基板の光束入射側端面と、色合成光学装置の光束射出側端面に反射防止膜を貼り付ける必要が無くなる。これにより、部材点数の削減を図ることができるとともに、反射防止膜を成膜する手間を簡略化できるため、コストを下げることができる。
【００１７】
また、本発明では、前記透光性基板は、前記色合成光学装置と略等しい屈折率を有することが好ましい。
このような本発明によれば、透光性基板の屈折率と色合成光学装置の屈折率とを略等しくすることで、色合成光学装置からの光束が透光性基板に入射する際に、色合成光学装置の光束射出側端面及び透光性基板の光束入射側端面間で発生する光束の界面反射によるロスを最小限にとどめることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかるプロジェクタの光学系を示す模式図。
【図２】前記光学系の要部を示す模式図。
【図３】従来のプロジェクタの光学系の要部を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、プロジェクタ１の光学系を示す模式図である。
プロジェクタ１は、光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像を拡大投射する。このプロジェクタ１は、図１に示すように、インテグレータ照明光学系１０と、色分離光学装置として色分離光学系２０と、リレー光学系３０と、光変調装置および色合成光学装置を一体化した光学装置４０と、投射光学装置としての投射レンズ５０とを備えて構成され、光学部品１０〜４０は、所定の照明光軸Ｋが設定された光学部品用筐体６０内に位置決め調整されて収納されている。また、光学部品筐体６０には、光学部品１０〜４０に対する所定位置に投射レンズ５０が設置される。
【００２０】
インテグレータ照明光学系１０は、光源から射出された光束の照明光軸直交面内における照度を均一にするための光学系であり、光源装置１１、平行化凹レンズ１２、第１レンズアレイ１３、第２レンズアレイ１４、偏光変換素子１５、および重畳レンズ１６を備えて構成される。
光源装置１１は、放射光源としての光源ランプ１７、リフレクタ１８、およびリフレクタ１８の光束射出側端面を覆うフロントガラス１９を備え、光源ランプ１７から射出された放射状の光線を、リフレクタ１８で反射して平行化凹レンズ１２で略平行光線とし、外部へと射出する。本例では、光源ランプ１７として高圧水銀ランプを採用しているが、これ以外にメタルハライドランプやハロゲンランプを採用することもある。また、本例では、楕円面鏡からなるリフレクタ１８の射出面に平行化凹レンズ１２を配置した構成を採用しているが、リフレクタ１８として放物面鏡を採用することもできる。
【００２１】
第１レンズアレイ１３は、照明光軸方向から見て略矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を具備している。各小レンズは、光源ランプ１７から射出された光束を部分光束に分割し、照明光軸方向に射出する。
第２レンズアレイ１４は、第１レンズアレイ１３と略同様の構成であり、小レンズがマトリクス状に配列された構成を具備する。この第２レンズアレイ１４は、重畳レンズ１６とともに、第１レンズアレイ１３の各小レンズの像を後述する光変調装置としての液晶パネル上に結像させる機能を有する。
【００２２】
偏光変換素子１５は、第２レンズアレイ１４からの光を１種類の偏光光に変換するものであり、これにより、光学装置４０での光の利用効率が高められている。
具体的に、偏光変換素子１５によって１種類の偏光光に変換された各部分光束は、重畳レンズ１６によって最終的に光学装置４０の後述する液晶パネル上にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、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ランプ１７からの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換素子１５を用いることにより、光源ランプ１７から射出された光束を略１種類の偏光光に変換し、光学装置４０における光の利用効率を高めている。なお、このような偏光変換素子１５は、例えば、特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。なお、１種類の偏光光とはベクトル方向が一方向に揃えられた偏光光である。
【００２３】
色分離光学系２０は、インテグレータ照明光学系１０から射出された光束を曲折する反射ミラー２１と、２枚のダイクロイックミラー２２，２３と、反射ミラー２４とを備え、ダイクロイックミラー２２，２３によりインテグレータ照明光学系１０から射出された複数の部分光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を有している。なお、本例では、反射ミラー２４は、光学部品用筐体６０に対して姿勢を調整することができるようになっている。
リレー光学系３０は、入射側レンズ３１と、リレーレンズ３３と、反射ミラー３２，３４とを備え、色分離光学系２０で分離された色光である赤色光を後述する赤色光用の液晶パネルまで導く機能を有している。
【００２４】
この際、色分離光学系２０のダイクロイックミラー２２では、インテグレータ照明光学系１０から射出された光束のうち、赤色光成分と緑色光成分とは反射し、青色光成分は透過する。ダイクロイックミラー２２によって透過した青色光は、反射ミラー２４で反射し、フィールドレンズ２５を通って、後述する青色光用の液晶パネルに到達する。このフィールドレンズ２５は、第２レンズアレイ１４から射出された各部分光束を照明光軸Ｋに対して略平行な光束に変換する。他の緑色光用、赤色光用の液晶パネルの光入射側に設けられたフィールドレンズ２５も同様である。
【００２５】
また、ダイクロイックミラー２２を反射した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー２３によって反射し、フィールドレンズ２５を通って、後述する緑色光用の液晶パネルに到達する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー２３を透過してリレー光学系３０を通り、さらにフィールドレンズ２５を通って、後述する赤色光用の液晶パネルに到達する。
なお、赤色光にリレー光学系３０が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ２５に伝えるためである。また、リレー光学系３０には、３つの色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
【００２６】
光学装置４０は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、色分離光学系２０で分離された各色光が入射される３つの入射側偏光板４２と、各入射側偏光板４２の後段に配置される光変調装置としての液晶パネル４１（赤色光用の液晶パネルを４１Ｒ、緑色光用の液晶パネル４１Ｇ、青色光用の液晶パネルを４１Ｂとする）と、射出側偏光板４４と、クロスダイクロイックプリズム４５とを備える。
【００２７】
液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、色分離光学系２０で分離された各色光を画像情報に応じて変調する光変調素子としての３つのパネル本体と、これらパネル本体を収納する３つの光変調素子保持枠とを備えている。
このうち、パネル本体は、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものであり、色分離光学系２０で分離された各色光は、これらパネル本体と、これらの前段および後段に配置される入射側偏光板４２および射出側偏光板４４によって、画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。
【００２８】
入射側偏光板４２は、色分離光学系２０で分離された各色光のうち、一定方向の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、水晶、サファイア等の基板に偏光膜が成膜されたものである。また、基板を用いずに、偏光膜をフィールドレンズ２５に貼り付けてもよい。
射出側偏光板４４は、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂで光変調された光束のうち、所定方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。本例では、一対の偏光素子（光学変換素子）４４Ｐ，４４Ａを備える。このように射出側偏光板４４を２枚構成としたのは、入射する偏光光を、各偏光素子４４Ｐ，４４Ａのそれぞれで按分させて吸収することにより、偏光光で発生する熱を両偏光素子４４Ｐ，４４Ａで按分させ、それぞれの過熱を抑えるためである。
【００２９】
クロスダイクロイックプリズム４５は、射出側偏光板４４から射出され、色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成するものである。
クロスダイクロイックプリズム４５には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。
【００３０】
投射レンズ５０は、光学装置４０により形成された光学像を拡大投射する投射光学装置としての機能を具備するものであり、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成される。
光学部品用筐体６０は、射出成形等による合成樹脂製品であり、図示は省略するが、上述した光学部品１０〜４０を内部に収納するとともに投射レンズ５０を光学部品１０〜４０に対する所定位置に設置する下部筐体と、下部筐体の開口部分を塞ぐ上部筐体とから構成されている。
【００３１】
以上のような光学系において、図２にも示すように、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面には、透光性基板４６が貼り付けられている。この透光性基板４６は、クロスダイクロイックプリズム４５の光束入射側端面と、液晶パネル４１の光束射出側端面との間の幾何学的距離を調整するためのものである。
透光性基板４６は、クロスダイクロイックプリズム４５の光束入射側端面と略同じ大きさ形状であり、平面矩形形状の板状体である。この透光性基板４６は、クロスダイクロイックプリズム４５と略等しい屈折率となっている。例えば、クロスダイクロイックプリズム４５が高い屈折率を有する硼珪酸ガラス（例えば、ＢＫ７：商品名）で構成されている場合には、透光性基板４６も同様の硼珪酸ガラス（例えば、ＢＫ７：商品名）で構成することが好ましい。
また、透光性基板４６をクロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面に貼り付けるための接着剤は、クロスダイクロイックプリズム４５と同等の屈折率となっている。
このような透光性基板４６の光束射出側端面には、図示しないが、反射防止膜が成膜されている。
【００３２】
透光性基板４６がクロスダイクロイックプリズム４５の光束入射側端面に貼り付けられていない場合には、光束の反射を防止するため、透光性基板４６の光束入射側端面や、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出端面に、反射防止膜を成膜する必要がある。
本実施形態のように、透光性基板４６をクロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面に貼り付けることで、透光性基板４６の光束入射端面と、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出端面とが密着することとなるので、透光性基板４６の光束入射端面及びクロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面に反射防止膜を貼り付ける必要が無くなる。これにより、部材点数の削減を図ることができるとともに、反射防止膜を製膜する手間を簡略化することができ、製造コストを削減できる。
また、本実施形態では、透光性基板４６の屈折率と、クロスダイクロイックプリズム４５の屈折率とを略等しくし、さらに、透光性基板４６とクロスダイクロイックプリズム４５とを貼り合わせる接着剤の屈折率を透光性基板４６及びクロスダイクロイックプリズム４５と略等しくしているため、クロスダイクロイックプリズム４５から射出された光束が接着剤を透過し、透光性基板４６に導入する際に生じる、クロスダイクロイックプリズム４５及び接着剤間での界面反射、接着剤及び透光性基板４６間での界面反射を少なくすることができる。これにより、界面反射による光束のロスを最小限にとどめることができる。
【００３３】
以上のような本実施形態のプロジェクタ１の投射レンズ５０から液晶パネル４１（図２では、液晶パネル４１Ｇを例示する）までの光学的距離Ｓ２は、図３に示すような従来の他のプロジェクタ１００の投射レンズ５０から液晶パネル４１（図３では、液晶パネル４１Ｇを例示する）までの光学的距離Ｓ１’と等しい。すなわち、透光性基板４６を配置することで、投射レンズ５０及び液晶パネル４１間の光学的距離を所定距離に保ちながら、クロスダイクロイックプリズム４５の光束入射側端面と、液晶パネル４１の光束射出側端面との間の幾何学的距離を調整することができる。
なお、他のプロジェクタ１００は、透光性基板４６を有しない点、一方の偏光素子４４Ｐを有しない点のみが本実施形態のプロジェクタ１と異なっている。
さらに、他のプロジェクタ１００における投射レンズ５０と、クロスダイクロイックプリズム４５と、入射側偏光板４２を含む液晶パネル４１に光束を入射させるための光学系との幾何学的な相対位置関係は、本実施形態のプロジェクタ１における投射レンズ５０と、クロスダイクロイックプリズム４５と、入射側偏光板４２を含む液晶パネル４１に光束を入射させるための光学系との幾何学的な相対位置関係と等しい。換言すると、他のプロジェクタ１００における投射レンズ５０から入射側偏光板４２までの幾何学的距離は、プロジェクタ１における投射レンズ５０から入射側偏光板４２までの幾何学的距離と等しい。
入射側偏光板４２と、クロスダイクロイックプリズム４５と、投射レンズ５０との幾何学的な相対位置関係を一定に保持しつつ、透光性基板４６を配置することにより、液晶パネル４１と、クロスダイクロイックプリズム４５との間の幾何学的距離を調整しているのである。
【００３４】
ここで、本実施形態のプロジェクタ１の投射レンズ５０から液晶パネル４１までの光学的距離Ｓ２とし、投射レンズ５０からクロスダイクロイックプリズム４５までの幾何学的距離をＣとする。また、クロスダイクロイックプリズム４５と液晶パネル４１との間の距離をＸとする。
さらに、透光性基板４６の厚さ寸法（照明光軸Ｋに沿った厚さ寸法）をＥ、クロスダイクロイックプリズム４５の厚さ寸法（照明光軸Ｋに沿った厚さ寸法）をＨ、一方の偏光素子４４Ｐの厚さ寸法（照明光軸Ｋに沿った厚さ寸法）をＧとし、他方の偏光素子４４Ａの厚さ寸法（照明光軸Ｋに沿った厚さ寸法）をＦとする。
さらに、透光性基板４６の屈折率をＮ1、一方の偏光素子４４Ｐの屈折率をＮ4、他方の偏光素子４４Ａの屈折率をＮ2とし、クロスダイクロイックプリズム４５の屈折率をＮ3とする。
本実施形態のプロジェクタ１の投射レンズ５０から液晶パネル４１までの光学的距離Ｓ２は、次の式（５）で示される。
Ｓ２＝Ｘ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ2−Ｇ＋Ｇ／Ｎ4＋Ｈ／Ｎ3＋Ｅ／Ｎ1＋Ｃ−Ｅ・・・（５）
【００３５】
一方、他のプロジェクタ１００におけるクロスダイクロイックプリズム４５と液晶パネル４１との間の距離をＡとすると、他のプロジェクタ１００の投射レンズ５０から液晶パネル４１までの光学的距離Ｓ１’は、Ｓ１’＝Ａ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ2＋Ｈ／Ｎ3+Ｃである。
前述したように、本実施形態のプロジェクタ１の投射レンズ５０から液晶パネル４１までの光学的距離Ｓ２と、他のプロジェクタ１００の投射レンズ５０から液晶パネル４１までの光学的距離Ｓ１’は、等しく、Ｓ２＝Ｓ１’であるから、クロスダイクロイックプリズム４５と、液晶パネル４１との間の距離Ｘは、次のようになる。
Ｘ＝Ａ＋Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4＋Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1・・・（６）
【００３６】
本実施形態のプロジェクタ１は他のプロジェクタ１００に比べ、液晶パネル４１及びクロスダイクロイックプリズム４５間の距離が、次の式（７）に示される分（α）だけ大きくなる。
Ｘ−Ａ＝α＝Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4＋Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1・・・（７）
このように、透光性基板４６をクロスダイクロイックプリズム４５に貼付け、クロスダイクロイックプリズム４５と、投射レンズ５０との間に配置することにより、透光性基板４６を設置しない他のプロジェクタ１００にくらべ、液晶パネル４１と、クロスダイクロイックプリズム４５との間の幾何学的距離が大きくなる。
これにより、液晶パネル４１と、クロスダイクロイックプリズム４５との間に配置される一方の偏光素子４４Ｐと液晶パネル４１との隙間、他方の偏光素子４４Ａとクロスダイクロイックプリズム４５との隙間、偏光素子４４Ｐ，４４Ａ間の隙間が大きくなり、冷却空気をスムーズに通すことが可能となる。従って、一方の偏光素子４４Ｐ及び他方の偏光素子４４Ａを充分に冷却することができる。
【００３７】
また、式（７）のうち、Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1は、透光性基板４６を配置したことにより、クロスダイクロイックプリズム４５と液晶パネル４１との間に生じる隙間の増加分であり、Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4は、一方の偏光素子４４Ｐを配置したことにより、クロスダイクロイックプリズム４５と液晶パネル４１との間に生じる隙間の減少分である。
つまり、本実施形態では、Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1とすることで、液晶パネル４１とクロスダイクロイックプリズム４５との間に一対の偏光素子４４Ｐ，４４Ａを配置した場合であっても、液晶パネル４１とクロスダイクロイックプリズム４５との間に充分な隙間を確保することができるので、各偏光素子４４Ｐ，４４Ａを充分に冷却することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、射出側偏光板４４を一対の偏光素子４４Ｐ，４４Ａを備えるものとしているので、射出側偏光板を一枚の偏光素子で構成する場合に比べ、偏光素子で発生する熱を２つに按分することができ、各偏光素子４４Ｐ，４４Ａで発生する熱量を低下させることができる。さらに、前述したように、冷却空気の流路が狭くならないため、それぞれの偏光素子４４Ｐ，４４Ａを効率よく冷却することができる。これにより、偏光素子４４Ｐ，４４Ａの熱劣化を確実に防止することができる。
さらに、透光性基板４６を配置することにより、液晶パネル４１と、クロスダイクロイックプリズム４５との間の幾何学的距離を大きく確保しても、プロジェクタ１における光学系、クロスダイクロイックプリズム４５、投射レンズ５０の幾何学的な相対位置関係は、従来の他のプロジェクタ１００における光学系、クロスダイクロイックプリズム４５、投射レンズ５０の幾何学的な相対位置関係と等しいので、プロジェクタ１の大型化を防止することができる。
【００３９】
なお、以上において、図２，図３を参照し、緑色光の光路を例示して、説明を行なったが、他の色光の光路においても、当然に同様の効果が生じる。プロジェクタ１の投射レンズ５０から液晶パネル４１Ｒ，４１Ｂまでの光学的距離は、従来の他のプロジェクタ１００の投射レンズ５０から液晶パネル４１Ｒ，４１Ｂまでの光学的距離と等しい。そして、透光性基板４６を配置することで、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４５との間の幾何学的距離を大きく確保することができ、各偏光素子４４Ｐ，４４Ａを充分に冷却することができる。
さらに、透光性基板４６を配置することにより、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４５との間の幾何学的距離を大きく確保しても、プロジェクタ１における光学系、クロスダイクロイックプリズム４５、投射レンズ５０の幾何学的な相対位置関係は、従来の他のプロジェクタ１００における光学系、クロスダイクロイックプリズム４５、投射レンズ５０の幾何学的な相対位置関係と等しいので、プロジェクタ１の大型化を防止することができる。
【００４０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、射出側偏光板４４を一対の偏光素子４４Ｐ，４４Ａを備えるものとしたが、射出側偏光板は一枚の偏光素子であってもよい。または、複数の偏光素子を備える場合、そのうちの偏光素子のひとつがダイクロイックプリズムには貼付されていてもよい。このようにすることで、部材点数の削減を図ることができる。
また、前記実施形態では、クロスダイクロイックプリズム４５と液晶パネル４１との間に射出側偏光板４４のみが配置されていたが、これに限らず、例えば、射出側偏光板に加え、視野角補償板を配置しても良い。すなわち、本発明の光学変換素子には視野角補償板も含まれる。
【００４１】
さらに、前記実施形態では、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面に、透光性基板４６を貼り付けていたが、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面に透光性基板４６を貼り付けなくてもよい。
このようにすることで、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面に透光性基板４６を貼付ける手間を省くことができる。なお、この場合には、クロスダイクロイックプリズム４５の光束射出側端面及び透光性基板４６の光束入射端面に反射防止膜を成膜することが好ましい。
また、前記実施形態では、クロスダイクロイックプリズム４５の屈折率と、透光性基板４６の屈折率とは略等しいとしていたが、両者の屈折率は異なっていてもよい。
前記実施形態では、３つの液晶パネルを用いたプロジェクタ１の例のみを挙げたが、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
さらに、前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクタ１の例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、プロジェクタに利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…プロジェクタ、４１…液晶パネル（光変調装置）、４４Ｐ，４４Ａ…偏光素子（光学変換素子）、４４…射出側偏光板、４５…クロスダイクロイックプリズム（色合成光学装置）、４６…透光性基板、５０…投射レンズ（投射光学装置）。
【図１】
2010256934.tif 000003
【図２】
2010256934.tif 000004
【図３】
2010256934.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月3日(2010.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光束を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された光束を合成する色合成光学装置と、この色合成光学装置によって合成された色光を拡大投射して投射画像を形成する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、
前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離を所定距離に保ちながら、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整するための透光性基板と、
前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間に配置され、入射する光束を光学的に変換する一対の偏光素子とを備え、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との間に配置されており、
前記一対の偏光素子における一方の偏光素子の厚さ寸法をＧ、前記透光性基板の厚さ寸法をＥ、前記一方の偏光素子の屈折率をＮ4、前記透光性基板の屈折率をＮ1とした場合、
Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1の条件を満たすことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記光変調装置の前段には、前記光変調装置に光束を入射させるための光学系が配置されており、
前記透光性基板は、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との間に配置した際に、前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的相対位置関係を一定に保持しつつ、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離が大きくなる厚さ寸法及び屈折率を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプロジェクタにおいて、
前記色合成光学装置は、前記各光変調装置で変調された光束が入射される複数の光束入射側端面、及び、当該各光束入射面に入射された光束を合成した光束を射出する光束射出側端面を有するプリズムを有し、
前記透光性基板は、前記光束射出側端面に取り付けられていることを特徴とするプロジェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のプロジェクタは、光源から射出された光束を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された光束を合成する色合成光学装置と、この色合成光学装置によって合成された色光を拡大投射して投射画像を形成する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離を所定距離に保ちながら、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整するための透光性基板と、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間に配置され、入射する光束を光学的に変換する一対の偏光素子とを備え、前記透光性基板は、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との間に配置されており、前記一対の偏光素子における一方の偏光素子の厚さ寸法をＧ、前記透光性基板の厚さ寸法をＥ、前記一方の偏光素子の屈折率をＮ4、前記透光性基板の屈折率をＮ1とした場合、
Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1の条件を満たすことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
ここで、本発明における透光性基板は、前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離を所定距離に保ちながら、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離を調整するものである。
言い換えると、透光性基板を有しない点が異なる従来の他のプロジェクタ（本発明のプロジェクタと同様の光変調装置と、色合成光学装置と、投射光学装置と、一対の偏光素子とを備えており、色合成光学装置と投射光学装置との幾何学的な相対位置関係は本発明のプロジェクタと同様）における投射光学装置及び光変調装置間の光学的距離と、本発明の前記投射光学装置及び前記光変調装置間の光学的距離とは等しくなっている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ここで、本発明のプロジェクタでは、光束射出方向に向かって、光変調装置、一対の偏光素子、色合成光学装置、透光性基板、投射光学装置の順に配置されている。
本発明のプロジェクタにおいて、投射光学装置から色合成光学装置までの幾何学的距離をＣ、色合成光学装置と光変調装置との間の距離をＸとする。さらに、透光性基板の厚さ寸法をＥ、色合成光学装置の厚さ寸法をＨ、一対の偏光素子の厚さ寸法をＦとする。また、透光性基板の屈折率をＮ1、一対の偏光素子の屈折率をＮ2、色合成光学装置の屈折率をＮ3とする。
以上のような、本発明のプロジェクタの投射光学装置から光変調装置までの光学的距離Ｓ１は、次の式（１）ように示される。
Ｓ１＝Ｘ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ2＋Ｈ／Ｎ3＋Ｅ／Ｎ1＋Ｃ−Ｅ・・・（１）
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
このような本発明によれば、透光性基板を色合成光学装置と、投射光学装置との間に配置することにより、透光性基板を設置しない従来の前記他のプロジェクタにくらべ、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離が大きくなる。
これにより、一対の偏光素子と光変調装置との隙間、一対の偏光素子と色合成光学装置との隙間が大きくなり、充分な流量の冷却空気をスムーズに通すことが可能となる。従って、一対の偏光素子を充分に冷却することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
さらに、本発明では、前記光変調装置と、色合成光学装置との間には、一対の偏光素子が配置されている。
このような本発明によれば、前述したように色合成光学装置と、光変調装置との間に大きな隙間を確保することができるので、一対の偏光素子を配置しても、冷却空気の流路が狭くならず、各偏光素子を充分に冷却することができる。
ここで、一対の偏光素子を配置すれば、偏光素子を一枚しか配置しない場合と比較して、発生する熱を２つに按分することができ、各偏光素子で発生する熱量を低下させることができる。さらに、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離を確保することができ、冷却空気の流路が狭くならないため、それぞれの偏光素子を効率よく冷却することができる。これにより、偏光素子の熱劣化を確実に防止することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明では、一対の偏光素子における一方の偏光素子の厚さ寸法をＧ、透光性基板の厚さ寸法をＥ、一方の偏光素子の屈折率をＮ4、透光性基板の屈折率をＮ1とした場合、
Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1・・（３）の条件を満たす。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
ここで、前述したように、投射光学装置から色合成光学装置までの幾何学的距離をＣ、色合成光学装置と光変調装置との間の距離をＸとする。さらに、透光性基板の厚さ寸法をＥ、色合成光学装置の厚さ寸法をＨ、一方の偏光素子の厚さ寸法をＧ、他方の偏光素子の厚さ寸法をＦとする。また、透光性基板の屈折率をＮ1、一方の偏光素子の屈折率をＮ4、他方の屈折率をＮ2、色合成光学装置の屈折率をＮ3とする。
投射光学装置から光変調装置までの光学的距離Ｓ２は、次の式（４）で示される。
Ｓ２＝Ｘ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ2−Ｇ＋Ｇ／Ｎ4＋Ｈ／Ｎ3＋Ｅ／Ｎ1＋Ｃ−Ｅ・・（４）
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
一方、透光性基板と、一対の偏光素子のうちの一方の偏光素子とを有しない点のみが異なる他のプロジェクタにおける投射光学装置から光変調装置までの光学的距離Ｓ１’は、Ｓ１’＝Ａ−Ｆ＋Ｆ／Ｎ2＋Ｈ／Ｎ3+Ｃである。
従って、本発明のプロジェクタでは、前記他のプロジェクタに比べ、色合成光学装置から光変調装置までの幾何学的距離がＧ（Ｎ4−１）／Ｎ4＋Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1分だけ増加したこととなる。
Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1は、透光性基板を配置したことにより、色合成光学装置と光変調装置との間に生じる隙間の増加分であり、Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4は、一方の偏光素子を配置したことにより、色合成光学装置と光変調装置との間に生じる隙間の減少分である。
つまり、本発明では、Ｇ（Ｎ4−１）／Ｎ4 ＜ Ｅ（Ｎ1−１）／Ｎ1とすることで、光変調装置と色合成光学装置との間に一対の偏光素子を配置した場合であっても、光変調装置と色合成光学装置との間に充分な隙間を確保することができるので、各偏光素子を充分に冷却することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明では、前記光変調装置の前段には、前記光変調装置に光束を入射させるための光学系が配置されており、前記透光性基板は、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との間に配置した際に、前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的相対位置関係を一定に保持しつつ、前記光変調装置と、前記色合成光学装置との間の幾何学的距離が大きくなる厚さ寸法及び屈折率を有することが好ましい。
このような本発明のプロジェクタにおける前記光学系と、前記色合成光学装置と、前記投射光学装置との幾何学的な相対位置関係は、前述した従来の前記他のプロジェクタにおける光学系と、色合成光学装置と、投射光学装置との幾何学的な相対位置関係と等しい。言い換えると、本発明のプロジェクタにおける光学系から投射光学装置までの幾何学的距離と、従来の他のプロジェクタにおける光学系から投射光学装置までの幾何学的距離は等しい。
従って、このような本発明では、透光性基板を配置することにより、光変調装置と、色合成光学装置との間の幾何学的距離を大きく確保しても、光学系から投射光学装置までの幾何学的距離を一定に保つことができるので、プロジェクタの大型化を防止することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらに、本発明では、前記色合成光学装置は、前記各光変調装置で変調された光束が入射される複数の光束入射側端面、及び、当該各光束入射面に入射された光束を合成した光束を射出する光束射出側端面を有するプリズムを有し、前記透光性基板は、前記光束射出側端面に取り付けられていることけられていることが好ましい。
このような本発明によれば、一般に、光束の反射を防止するため、透光性基板の光束入射側端面や、プリズムの光束射出側端面には、反射防止膜を貼り付ける必要がある。透光性基板をプリズムに取り付けることで、透光性基板の光束入射側端面と、プリズムの光束射出側端面とが密着することとなるので、透光性基板の光束入射側端面と、プリズムの光束射出側端面に反射防止膜を貼り付ける必要が無くなる。これにより、部材点数の削減を図ることができるとともに、反射防止膜を成膜する手間を簡略化できるため、コストを下げることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】