(57)【要約】【課題】色むら発生等の品質劣化が無く低コストで小型の３板ＤＬＰプロジェクタを実現する技術を提供する。【解決手段】波長板２６は、入射した直線偏光をクロスプリズム３０に対してＳ偏光になるように変換し、偏光回転素子２８に出力する。偏光回転素子２８は、Ｇ色のＳ偏光をＰ偏光に変換してクロスプリズム３０に出力する。一方で、偏光回転素子２８は、Ｂ色のＳ偏光及びＲ色のＳ偏光は、偏光軸が回転することなくＳ偏光のままクロスプリズム３０に出力する。クロスプリズム３０に入射したＳ偏光は、ＲＧＢの各色に分離されてそれぞれの色に対応したＤＭＤ３２に出力される。【選択図】図２
2011090069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つのＤＭＤによって映像変調する３板タイプのプロジェクタであって、
所定の直線偏光の白色光が入力したときに、第１の偏光軸の白色光を出力する波長板と、
前記白色光が波長の短い方から第１、第２及び第３の波長帯域に３分割されたときに、前記第２の波長帯域の光の偏光軸を９０度回転させ第２の偏光軸とする偏光軸回転手段と、
前記第１の偏光軸を有している前記第１の波長帯域の光を反射させる第１の反射面と、前記第１の偏光軸を有している前記第３の波長帯域の光を反射させる第２の反射面とを備え、前記第１及び第２の反射面が前記第２の偏光軸を有している前記第２の波長帯域の光を透過させることで、前記白色光を３つに分離して前記ＤＭＤに向けて出力するとともに前記ＤＭＤで映像変調されて戻った光を合成するクロスプリズムと、
を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記第１の波長帯域の光は、ＲＧＢのＢに対応する色の光であり、
前記第２の波長帯域の光は、ＲＧＢのＧに対応する色の光であり、
前記第３の波長帯域の光は、ＲＧＢのＲに対応する色の光であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記第１の偏光軸を有する光は前記クロスプリズムの前記第１及び第２の反射面に対してＳ偏光であり、前記第２の偏光軸を有する光は前記第１及び第２の反射面に対してＰ偏光であることを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクタ。
【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】
市場に投入されているプロジェクタのタイプには、液晶素子を用いた液晶プロジェクタや、ＤＭＤを用いたＤＬＰ（Digital Light Processing；登録商標）プロジェクタがある。ＤＬＰプロジェクタは、完全にデジタル処理で画像を作ることから、色再現性などが良く、さらに、単板で構成可能であり、近年、シェアを拡大しつつある。
【０００３】
そして、ＤＬＰプロジェクタの改良のために様々な技術が投入されている。例えば、ＤＭＤの駆動態様の特性によって生じる散乱光を低減し、コントラスト比を向上させるために、偏光させた光を用いる技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３９９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＤＬＰプロジェクタにおいて、圧倒的な高画質と信頼性を誇るタイプは、３板ＤＬＰプロジェクタである。しかし、単板タイプのＤＬＰプロジェクタと異なり、原理的に光学系が高コストになる理由で普及価格帯にまで至っていない。３板ＤＬＰプロジェクタにおいて、現在主流となっている方式では、特許文献１に開示されている構成同様に、いわゆるフィリップスタイプのダイクロイックプリズムが採用されている。このタイプのダイクロイックプリズムは、市場が限られており生産量が少ないことから、部品価格が非常に高くなってしまうという課題がある。更に、この方式は原理的に投射レンズのバックフォーカスが長くなるという課題もある。
【０００６】
これに対して、例えば特開平１０−２７４８１０号公報では、クロスプリズムを用いた３板液晶プロジェクタが開示されている。これを３板ＤＬＰプロジェクタに適用することで、部品価格やバックフォーカスに関する課題を解決することができる。しかしながら、クロスプリズムはＰ偏光とＳ偏光で光学特性が大きく異なるという特徴がある。例えば、実施形態で後述する図４において、クロスプリズムの特性をＰ偏光とＳ偏光の透過率（反射率）に着目して示している。図示で第１面の特性として示しているＰ偏光とＳ偏光について見ると、５００ｎｍ付近の透過率がＰ偏光では非常に高く、Ｓ偏光では非常に低くなっている。このような光学特性の違いは、偏光軸を特定する３板液晶プロジェクタにあっては問題がないが、一般的に偏光軸を意識しない３板ＤＬＰプロジェクタに対しては、色むらの発生等の悪影響を及ぼすため、別の技術が求められていた。
【０００７】
本発明の目的は、以上の状況に鑑み、上記課題を解決し、色むらの発生等の品質劣化が無く低コストで小型の３板ＤＬＰプロジェクタを実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る装置は、３つのＤＭＤによって映像変調する３板タイプのプロジェクタに関する。このプロジェクタは、所定の直線偏光の白色光が入力したときに、第１の偏光軸の白色光を出力する波長板と、前記白色光が波長の短い方から第１、第２及び第３の波長帯域に３分割されたときに、前記第２の波長帯域の光の偏光軸を９０度回転させ第２の偏光軸とする偏光軸回転手段と、前記第１の偏光軸を有している前記第１の波長帯域の光を反射させる第１の反射面と、前記第１の偏光軸を有している前記第３の波長帯域の光を反射させる第２の反射面とを備え、前記第１の反射面及び前記第２の反射面が前記第２の偏光軸を有している前記第２の波長帯域の光を透過させることで、前記白色光を３つに分離して前記ＤＭＤに向けて出力するとともに前記ＤＭＤで映像変調されて戻った光を合成するクロスプリズムと、を備える。
また、前記第１の波長帯域の光はＲＧＢのＢに対応する色の光であり、前記第２の波長帯域の光はＲＧＢのＧに対応する色の光であり、前記第３の波長帯域の光は、ＲＧＢのＲに対応する色の光であってもよい。
また、前記第１の偏光軸を有する光は前記クロスプリズムの前記第１及び第２の反射面に対してＳ偏光であり、前記第２の偏光軸を有する光は前記第１及び第２の反射面に対してＰ偏光であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、色むら発生等の品質劣化が無く低コストで小型の３板ＤＬＰプロジェクタを実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発明の実施形態に係る、プロジェクタの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】発明の実施形態に係る、ＲＧＢの各色の光路に着目して示すプロジェクタの図である。
【図３】発明の実施形態に係る、偏光回転素子の特性例を示すグラフである。
【図４】発明の実施形態に係る、クロスプリズムの特性を示すグラフである。
【図５】発明の実施形態に係る、Ｂ色に対応した入射光とクロスプリズムの特性の関係を示すグラフである。
【図６】発明の実施形態に係る、Ｇ色に対応した入射光とクロスプリズムの特性の関係を示すグラフである。
【図７】発明の実施形態に係る、Ｒ色に対応した入射光とクロスプリズムの特性の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１０の概略構成を模式的に示す斜視図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、プロジェクタ１０の構成について、ＲＧＢの各波長帯域の光路に着目して模式的に示した平面図である。ここでは、光学系に着目して各構成要素を示しており、それ以外の構成要素、例えば、電源系や映像系の構成要素については省略している。プロジェクタ１０は、表示素子（映像変調素子）として３つのＤＭＤ３２を用いた３板ＤＬＰプロジェクタである。なお、Ｒ色（赤色）に対応する表示素子をＤＭＤ３２（Ｒ）、Ｇ色（緑色）に対応する表示素子をＤＭＤ３２（Ｇ）、Ｂ色（青色）に対応する表示素子をＤＭＤ３２（Ｂ）とそれぞれ表記し、特に区別しないときは単にＤＭＤ３２と表記する。そして、このプロジェクタ１０では、通常、液晶ＤＬＰに用いられるクロスプリズム３０（又は「ダイクロイックプリズム」ともいう）を用いると共に、そのＰ偏光とＳ偏光での光学特性の違いを調整する手段として、クロスプリズム３０の直前に波長選択性を有する偏光回転素子２８を配置している。以下、詳細に説明する。
【００１３】
プロジェクタ１０は、光源としてのランプ１２と、フライアイレンズ１４と、ＰＢＳ・波長板アレイ１８と、コンデンサレンズ２０とを備える。さらに、プロジェクタ１０は、ＴＩＲ（内部全反射）プリズム２４と、波長板２６と、偏光回転素子２８と、クロスプリズム３０と、ＤＭＤ３２と、投射レンズ３４とを備える。
【００１４】
ランプ１２は、例えば、高圧水銀灯であって、白色光である放電光を出力する。フライアイレンズ１４は、透明基板上に矩形上に設けられた凸状レンズを配列してなる一対のレンズから構成されており、光束断面内における光量分布を均一化する。ＰＢＳ・波長板アレイ１８は、フライアイレンズ１４で光量分布が均一化されたランプ１２からの白色光を所定の直線偏光にして、コンデンサレンズ２０に出力する。なお、フライアイレンズ１４の代わりに、ロッドインテグレータが用いられてもよい。
【００１５】
コンデンサレンズ２０は、ＰＢＳ・波長板アレイ１８から出力された白色光を所定の大きさに収束させＴＩＲプリズム２４に出力する。ＴＩＲプリズム２４は、コンデンサレンズ２０からの光を取り込み、内部でクロスプリズム３０の方向、つまり、ＤＭＤ３２の方向（図２では下方向）に反射させる。また、ＤＭＤ３２で反射した光を取り込んだときには、内部で反射させず、投射レンズ３４の方向（図２では上方向）に出力する。波長板２６は、ＴＩＲプリズム２４からクロスプリズム３０に向けて出力された直線偏光である光の偏光軸を、クロスプリズム３０に対してＳ偏光になるように配置されている。
【００１６】
偏光回転素子２８は、Ｇ色の波長帯域の光の偏光軸を９０度回転させる。したがって、偏光回転素子２８は、Ｇ色のＳ偏光をＰ偏光に変換し、Ｓ偏光をＰ偏光に変換させる。偏光回転素子２８として、例えば、カラーローテーター（登録商標；カラーリンク・ジャパン（株）製）を用いることができる。
【００１７】
図３は、偏光回転素子２８の特性例を示したグラフである。ここでは、入力光がＳ偏光である場合にＰ偏光に変換されて透過したときの割合（透過率）を示している。Ｐ偏光に変換されなかったものはＳ偏光のまま出力される。図示のように、偏光回転素子２８は、波長板２６を通過してきたＳ偏光の概ね５００〜６００ｎｍのＧ色の波長帯域の偏光軸を９０度回転させてＰ偏光に変換させる。また、ＤＭＤ３２において反射して戻ってきたＰ偏光の偏光軸を９０度回転させてＳ偏光に変換する。つまり、図２（ｂ）の太線の矢印で示すように、偏光回転素子２８を透過したＧ色の光は、ＤＭＤ３２（Ｇ）で反射して戻るまでＰ偏光となっている。
【００１８】
クロスプリズム３０は、白色光をＲＧＢの各色に分解し各々対応するＤＭＤ３２（Ｒ），３２（Ｇ），３２（Ｂ）へ導くと共に、ＤＭＤ３２で画像変調された反射光を合成する。そのため、図２の平面図に示すように、クロスプリズム３０は、左上から右下に向かうように形成された第１面３０ａと、右上から左下に向かうように形成された第２面３０ｂが形成されている。
【００１９】
図４は、クロスプリズム３０の特性を示しており波長と偏光軸に依存した特性を有している。第１面３０ａでは、Ｂ色（概ね〜５００ｎｍ）の光を透過しないように、つまり反射するように構成されている。Ｓ偏光が反射する波長帯域（透過率が小さい領域）がＰ偏光より長い波長帯域側（図示で右方向）に概ね５０ｎｍ程度シフトしている。また、第２面３０ｂでは、Ｒ色（概ね６００ｎｍ〜）光を透過しないように、つまり反射するように構成されているが、Ｓ偏光が反射する波長帯域（透過率が小さい領域）がＰ偏光より短い波長帯域側（図示で左方向）に概ね５０ｎｍ程度シフトしている。
【００２０】
図５〜７にＲＧＢの各色に対応した入射光とクロスプリズム３０の特性の関係を示している。図５は、Ｂ色の入射光（Ｓ偏光）と第１面３０ｂの反射特性を示したものである。第２面３０ｂの反射特性は、図４の第２面の透過特性を上下反転させたものである。図示のように、第２面３０ｂは、Ｓ偏光として偏光回転素子２８を透過してきた５００ｎｍ以下の直線偏光をほぼ１００％反射させる特性を有する。図６は、Ｒ色の入射光（Ｐ偏光）と第１面３０ａ及び第２面３０ｂの透過特性を示したものである。Ｇ色のＰ偏光をほぼ１００％透過させていることが分かる。図７はＲ色の入射光（Ｓ偏光）と第１面３０ａの反射特性を示したものである。第１面３０ａの反射特性は、図４の第１面３０ａの透過特性を上下反転させたものである。図示のように、第１面３０ａは、Ｓ偏光として偏光回転素子２８を透過してきた６００ｎｍ以上の直線偏光をほぼ１００％反射させる特性を有する。このことから、効率の劣化が少なくまた他の色成分が干渉し難くなっていることが分かる。
【００２１】
そして、ＤＭＤ３２（Ｒ），３２（Ｇ），３２（Ｂ）は、クロスプリズム３０でＲＧＢの各色に分離された光を、映像にもとづいて制御されて反射することで変調を施す。反射した各色の光は、クロスプリズム３０で合成される。
【００２２】
投射レンズ３４は、クロスプリズム３０で再度合成され、クロスプリズム３０、偏光回転素子２８、波長板２６、ＴＩＲプリズム２４を透過してきた光をスクリーン（図示せず）等に所望の大きさで表示するように出力する。
【００２３】
以上の構成による光の経路についてＲＧＢの各色について図２をもとに説明する。なお、ランプ１２からＴＩＲプリズム２４までは、図２（ａ）〜図２（ｃ）で示すＲＧＢの各色とも共通である。ランプ１２から白色光が出力される。このとき、白色光の偏光軸はランダムである。
【００２４】
ランプ１２から出力された白色光はフライアイレンズ１４を透過する。上述の通り、フライアイレンズ１４を透過することで、光束断面内における光量分布が均一化される。つづいて、フライアイレンズ１４を透過した白色光はＰＢＳ・波長板アレイ１８を透過する。ＰＢＳ・波長板アレイ１８を透過するときに、ランダムな偏光軸の分布を有していた白色光は所定の直線偏光のみがコンデンサレンズ２０に出力される。そして、コンデンサレンズ２０で所望の大きさに収束された直線偏光は、ＴＩＲプリズム２４の内部で波長板２６の方向、つまり、ＤＭＤ３２の方向に反射される。
【００２５】
ＴＩＲプリズム２４においてＤＭＤ３２の方向に反射した直線偏光は、波長板２６に入射する。波長板２６は、入射した直線偏光をクロスプリズム３０に対してＳ偏光になるように変換し、偏光回転素子２８に出力する。
【００２６】
偏光回転素子２８は、図３で示した特性に基づき、Ｇ色に対応する概ね５００〜６００ｎｍの波長帯域のＳ偏光をＰ偏光に変換してクロスプリズム３０に出力する（図２（ｂ）参照）。一方で、Ｂ色に対応する概ね５００ｎｍ以下の波長帯域のＳ偏光及びＲ色に対応する６００ｎｍ以上の波長帯域のＳ偏光は、偏光軸が回転することなくＳ偏光のままクロスプリズム３０に出力される（図２（ａ），２（ｃ）参照）。
【００２７】
クロスプリズム３０に入射したＳ偏光は、ＲＧＢの各色に分離されてそれぞれの色に対応したＤＭＤ３２に出力される。具体的には、図２（ａ）で示すように、Ｂ色のＳ偏光は、図５で示した特性に基づき、クロスプリズム３０の第１面３０ａでＤＭＤ３２（Ｂ）に向けて、図示右側方向に反射する。そして、Ｂ色のＳ偏光は、ＤＭＤ３２（Ｂ）で反射し再度クロスプリズム３０に入射し、第１面３０ａで偏光回転素子２８に向けて反射する。
【００２８】
また、図２（ｂ）で示すように、Ｇ色に対応する５００〜６００ｎｍのＰ偏光は、図６で示した特性に基づき、クロスプリズム３０の第１及び第２面３０ａ，３０ｂを透過し、ＤＭＤ３２（Ｇ）に向けて出力される。Ｇ色のＰ偏光は、ＤＭＤ３２（Ｇ）で反射し再度クロスプリズム３０に入射し、第１及び第２面３０ａ，３０ｂを再度透過し偏光回転素子２８に向けて出力される。
【００２９】
さらに、図２（ｃ）で示すように、Ｒ色のＳ偏光は、図７で示した特性に基づき、クロスプリズム３０の第２面３０ｂでＤＭＤ３２（Ｒ）に向けて反射する。Ｒ色のＳ偏光は、ＤＭＤ３２（Ｒ）で反射し再度クロスプリズム３０に入射し、第２面３０ｂで偏光回転素子２８に向けて反射する。
【００３０】
以上のように、クロスプリズム３０に入射した白色光は、ＲＧＢの各色に分離されて、それぞれの色に対応したＤＭＤ３２（Ｒ），３２（Ｇ），３２（Ｂ）に出力される。そして、ＤＭＤ３２（Ｒ），３２（Ｇ），３２（Ｂ）で反射してクロスプリズム３０に戻ってきたＲＧＢの各色の光は合成されて、投射レンズ３４の方向（図示で上方向）に出力される。
【００３１】
偏光回転素子２８に入力した光のうち、Ｒ色及びＢ色の光はＳ偏光であるので、図３に示した偏光回転素子２８の特性にもとづき、Ｓ偏光のまま出力される。一方で、Ｇ色の光はＰ偏光であるので、図３に示した偏光回転素子２８の特性にもとづき、偏光軸が９０度回転され、Ｓ偏光に変換されて出力される。偏光回転素子２８を透過した光は、波長板２６、ＴＩＲプリズム２４及び投射レンズ３４を透過して、スクリーンに投光される。
【００３２】
以上、本実施形態によると、クロスプリズム３０への入射光成分（ランプの特性は含まない）とクロスプリズム３０の反射率又は透過率特性との関係は図５〜７に示す様になり、効率の劣化が少なく、また他の色成分が干渉し難くなっている事が分かる。その結果、クロスプリズム３０を使用しているにも係わらず色分解／合成プリズム（クロスプリズム３０）における透過率の劣化や混色等を抑えることができ、色再現性の良い３板ＤＬＰプロジェクタ（プロジェクタ１０）を実現できる。なお、ランダム偏光を直線偏光に変換することによって、明るさやコストの面で若干不利になることも懸念されるが、上記のメリットが非常に大きい。また、クロスプリズム３０から出力される光が直線偏光であることから、例えば、電気的な偏光回転素子をクロスプリズム３０からスクリーンの間に追加配置することで、偏光メガネを利用した３Ｄプロジェクタを実現することができる。
【００３３】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  プロジェクタ
１２  ランプ
１４  フライアイレンズ
１８  ＰＢＳ・波長板アレイ
２０  コンデンサレンズ
２４  ＴＩＲプリズム
２６  波長板
２８  偏光回転素子
３０  クロスプリズム
３２、３２（Ｒ）、３２（Ｇ）、３２（Ｂ）  ＤＭＤ
【図１】
2011090069.tif 000003
【図２】
2011090069.tif 000004
【図３】
2011090069.tif 000005
【図４】
2011090069.tif 000006
【図５】
2011090069.tif 000007
【図６】
2011090069.tif 000008
【図７】
2011090069.tif 000009