(57)【要約】【課題】トータルコストの上昇を抑制して製品化に資することができ、液晶パネルに対する結像光線のズレの発生や色ムラ等のスクリーン品位が低下するのを抑制防止し、スクリーン輝度の低下を防げる液晶プロジェクタを提供する。【解決手段】白色光発生用の白色光源１と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズアレイ２と、第一のレンズアレイ２の各レンズセルに対応する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイ３と、白色光源１からの光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子４と、偏光変換素子４から出射した一方向の偏光光を変調する液晶パネル７と、変調された光を液晶パネル７により投影する投射レンズ１０とを備える。そして、偏光変換素子４を、異なる二種類の透明基材４０・４１を交互に配列することで構成する。【選択図】　図１
2004012790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を発生させる光源と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズアレイと、第一のレンズアレイの各レンズセルに対応する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイと、光源からの光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子から出射した一方向の偏光光を変調する液晶パネルと、変調された光を液晶パネルにより投影する投射レンズとを含んでなる液晶プロジェクタであって、
偏光変換素子を、異なる二種類の透明基材を交互に配列することにより構成したことを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項２】
異なる二種類の透明基材中、一種類の透明基材を、熱伝導率が４０〜４５Ｗ／Ｍｋのサファイアガラス、あるいは熱伝導率が５〜１０Ｗ／Ｍｋの水晶ガラスとした請求項１記載の液晶プロジェクタ。
【請求項３】
異なる二種類の透明基材中、他種類の透明基材の側部に、光のＰ波透過、Ｓ波反射させる誘電体膜と膜とを積層した請求項２記載の液晶プロジェクタ。
【請求項４】
一種類の透明基材側に位相差フィルムを設けた請求項２又は３記載の液晶プロジェクタ。
【請求項５】
白色光を発生させる光源と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズアレイと、第一のレンズアレイの各レンズセルに対応する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイと、光源からの光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子から出射した一方向の偏光光を変調する液晶パネルと、変調された光を液晶パネルにより投影する投射レンズとを含んでなる液晶プロジェクタであって、
偏光変換素子を、異なる二種類の屈折率の透明基材を交互に配列することにより構成したことを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項６】
二種類の透明基材中、一種類の透明基材の屈折率をｎ１、他種類の透明基材の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＜ｎ２の関係が成立し、かつ偏光変換素子により分離されたＰ波の光路長とＳ波の光路長において、大きい光路長の透明基材側がｎ２の屈折率を有する請求項５記載の液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルの映像を拡大投影する液晶プロジェクタに関し、より詳しくは、偏光変換素子の構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタは、ランプの光源を使用して液晶パネルの映像を拡大投影する機能を有する。この液晶プロジェクタに関しては、液晶パネルの進歩、ランプや光学技術の進歩に伴い、近時は明るい部屋でも大画面が楽しめる高輝度タイプが登場しているが、その一方で各光学素子に対する光量増加による熱負荷が増加している。このように熱負荷が増加すると、液晶パネル、入出射偏光板、偏光変換素子の位相差フィルムとその貼着用粘着剤が有機物からなり、光学系の中でも特に熱負荷に弱い関係上、問題が生じるので、冷却が必要となる。
【０００３】
そこで、液晶パネルや入出射偏光板に関し、特開平１１−２３１２７７号、特開２００１−７５０７０号、特開平９−１１３９０６号公報は、熱伝導率の高い伝熱透明基板を用いて冷却効率を高める技術を提案している。しかしながら、これらは、光の利用効率を高める偏光変換素子冷却については対応していない。
【０００４】
高輝度プロジェクタには、光の利用効率向上のため、いずれもランプからのランダム光を同一の偏光軸に揃えて照明する偏光変換素子が用いられている。図４に示すような偏光変換素子４Ｂには、位相差フィルム４４と位相差フィルム貼着用の接着剤とが一般的に使用されているが、位相差フィルム４４は、８０〜１００℃の高温になると、フィルムの特性が劣化するという問題がある。このため、ファンによる強制空冷で温度上昇を抑制することが必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の液晶プロジェクタの流れである高輝度化や小型化に伴いランプの電力が増加しているので、偏光変換素子４Ｂの小型化に基づく光束の集中により、ファンによる強制空冷で温度上昇を抑制することには限界がある。そして温度スペック内に、位相差フィルム４４の温度上昇を抑えることができない場合には、位相差フィルム４４の変色、焼け、偏光変換素子の低下による入射偏光板への温度上昇等が発生し、製品全体の信頼性低下を招くこととなる。また、冷却効果を高めるためにファンの回転数を上昇させると、それに伴いファンのモータ音や風切り音が大きくなり、結果として製品全体の騒音値が大きくなり、品位の低下を招くこととなる。
【０００６】
これらの問題を解消するため、特開２００１−３１８３５９号公報は、放熱性の高いサファイアガラスを使用して偏光変換素子４Ｂを構成する技術を提案している。また、特開２００１−６２８１号公報は、偏光変換素子４Ｂの位相差フィルム４４の出射側に、放熱手段としてサファイアガラス等の伝熱透明基材を配置する技術を提案している。
【０００７】
しかしながら、特開２００１−３１８３５９号の技術の場合には、偏光変換素子４Ｂの全部をサファイアガラスにすると、サファイアガラスに光のＰ波透過、Ｓ波反射させる誘電体膜４２と全反射膜４３を積層しなければならない。加えて、高硬度のサファイアガラスの切断・研磨に伴うトータルコストの上昇を招き、製品化に支障を来すという問題がある。
【０００８】
また、偏光変換素子４Ｂの全体が同一基材からなるサファイアガラスなので、偏光変換素子４Ｂによる透過のＰ波、反射のＳ波の光路差が必然的に発生し、液晶パネルへの結像光線のズレが発生する。現状においては、そのズレを最小にするため、透過のＰ波と反射のＳ波の光路差を平均化するようにコンデンサレンズを光学設計するのが一般的である。
しかし、根本的には、偏光変換素子４ＢによるＰ波とＳ波の光路差による液晶パネル結像の重ね合わせのズレが残るので、結果的に色ムラ等のスクリーン品位が低下することとなる。
【０００９】
さらに、特開２００１−６２８１号公報の技術の場合には、サファイアガラス等の伝熱透明基材を追加配置しなければならないので、透過ロスが発生し、結果としてスクリーン輝度が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、トータルコストの上昇を抑制して製品化に資することができ、液晶パネルに対する結像光線のズレの発生や色ムラ等のスクリーン品位が低下するのを抑制防止し、しかも、スクリーン輝度が低下するのを防ぐことのできる液晶プロジェクタを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明においては、上記課題を達成するため、白色光を発生させる光源と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズアレイと、第一のレンズアレイの各レンズセルに対応する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイと、光源からの光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子から出射した一方向の偏光光を変調する液晶パネルと、変調された光を液晶パネルにより投影する投射レンズとを含んでなるものであって、
偏光変換素子を、異なる二種類の透明基材を交互に配列することにより構成したことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明においては、上記課題を達成するため、白色光を発生させる光源と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズアレイと、第一のレンズアレイの各レンズセルに対応する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイと、光源からの光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子から出射した一方向の偏光光を変調する液晶パネルと、変調された光を液晶パネルにより投影する投射レンズとを含んでなるものであって、
偏光変換素子を、異なる二種類の屈折率の透明基材を交互に配列することにより構成したことを特徴としている。
【００１３】
ここで、特許請求の範囲における膜は、全反射膜あるいは誘電体膜からなる。積層とは、層をなすよう積み重ねるの意味である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における液晶プロジェクタは、図１ないし図３に示すように、白色光を発生させる白色光源１と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズアレイ２と、第一のレンズアレイ２の各レンズセルに対応する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイ３と、白色光源１からの光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子４と、この偏光変換素子４から出射した一方向の偏光光を変調する液晶パネル７と、変調された光を液晶パネル７により投影する投射レンズ１０とを備える。
【００１５】
図中、１は白色光源であり、この白色光源１は、液晶パネル７に均一な照明をするために複数のレンズを有する第一のレンズアレイ２と、第一のレンズアレイ２の各レンズセルに対応するセル数で光源のアーク像を二次光源像として結像する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイ３と、白色光源１からの光利用効率向上のために光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子４とが配置される。また、第二のレンズアレイ３、第一、第二のコンデンサレンズ５・６により、第一のレンズアレイ２上の各セルが液晶パネル７に結像するよう光学設計・配置される。
【００１６】
第一、第二のコンデンサレンズ５・６を透過した光は、複数のダイクロイックミラーユニット８により赤、緑、青に色彩分離され、各液晶パネル７に入射する。各液晶パネル７を透過した光は、クロスプリズム９で色彩合成され、投射レンズ１０によりスクリーン１１に拡大投影される。
【００１７】
次に、第二のレンズアレイ３と偏光変換素子４の拡大図を図２に示す。同図における偏光変換素子４は、異なる二種類の透明基材４０・４１が交互に配列することにより構成される。第二のレンズアレイ３を透過したランダム光（ＰＳ波）は、誘電体膜４２によりＰ波が透過し、Ｓ波が反射され、全反射膜４３によりＰ波と同一方向に反射される。
なお、本実施形態では全反射膜４３を示すが、この全反射膜４３の代わりに誘電体膜４２を使用しても良い（以下、同じ）。
【００１８】
反射されたＳ波は、位相差フィルム４４によりＰ波に回転され、Ｐ波と同一の偏光として偏光変換素子４を出射する。
なお、図２ではＰ波で偏光変換素子４を出射した場合を説明するが、Ｓ波で偏光変換素子４を出射する場合には、誘電体膜４２を透過したＰ波を位相差フィルム４４で回転、誘電体膜４２で反射されたＳ波は、全反射膜４３により反射され、Ｓ波のまま偏光変換素子４を出射する。
【００１９】
ここで、位相差フィルム４４の温度上昇を抑制するため、位相差フィルム４４を貼着した透明基材４０側に、熱伝導率が４０〜４５Ｗ／Ｍｋのサファイアガラス、あるいは熱伝導率が５〜１０Ｗ／Ｍｋの水晶ガラスを用いる。このような構成により、偏光変換素子４の冷却効率が向上して位相差フィルム４４の性能劣化が低減するので、製品の長寿命化を図ることができ、しかも、ファンの騒音の小さい液晶プロジェクタを得ることができる。
【００２０】
また、コストメリットを向上させるため、サファイアガラスあるいは水晶ガラスではない低熱伝導率を有する透明基材４１の一側部に誘電体膜４２を積層し、透明基材４１の他側部に、全反射膜４３又は誘電体膜４２を積層する。この構成と、コスト的に高価なサファイアガラスあるいは水晶ガラスを偏光変換素子４の約半分にすることにより、偏光変換素子４の全部をサファイアガラスにした特開２００１−３１８３５９号公報の場合と比べ、トータルコストを著しく抑制することができる。
【００２１】
また、特開２００１−３１８３５９号公報の場合、偏光変換素子４全体がサファイアガラスなので、偏光変換素子４による透過のＰ波と反射のＳ波の光路差が必然的に発生し、これにより液晶パネル７に対する結像光線のズレが発生した。これに対し、本実施形態によれば、二種類の異なる透明基材４０・４１で偏光変換素子４を構成することにより、透明基材４０・４１の屈折率の差が偏光変換素子４によるＰ波とＳ波の光路差を小さくすることが可能になる。また、その後のコンデンサレンズの光学設計も無理なく実施でき、液晶パネル７結像の重ね合わせが良好になり、結果的に色ムラ等のスクリーン品位が大幅に向上する。
【００２２】
以下、これを第２の実施形態として図３に基づき説明する。同図の偏光変換素子４Ａは、異なる二種類の屈折率を有する透明基材４０Ａ・４１Ａが交互に配列されることにより構成される。第二のレンズアレイ３を通過したランダム光（ＰＳ波）は、誘電体膜４２によりＰ波が透過し、Ｓ波が反射して全反射膜４３によりＰ波と同一方向に反射する。反射したＳ波は、位相差フィルム４４によりＰ波に回転され、上記Ｐ波と同一の偏光として偏光変換素子４Ａを出射する。
なお、図３ではＰ波で偏光変換素子４Ａを出射した場合を説明するが、Ｓ波で偏光変換素子４Ａを出射する場合には、誘電体膜４２を透過したＰ波を位相差フィルム４４で回転、誘電体膜４２で反射されたＳ波は、全反射膜４３により反射され、Ｓ波のまま偏光変換素子４Ａを出射する。
【００２３】
ここで、偏光変換素子４Ａを構成する二種類の透明基材４０Ａ・４１Ａ中、高屈折率を有する一種類の透明基材４０Ａの屈折率をｎ２、低屈折率を有する他種類の透明基材４１Ａの屈折率をｎ１としたとき、ｎ１＜ｎ２の関係が成立し、かつ交互に位置する透明基材４０Ａ・４１Ａのピッチをｄとすると、図３のＰ１、Ｐ２の光路長差は以下のようになる。
（（３／ｎ２）−（１／ｎ１））×ｄ／２　　　　　　　　　　　　　　…式（１）
【００２４】
次に、図４に単一の透明基材４０Ｂによる従来の偏光変換素子４Ｂを示す。この透明基材４０Ｂの屈折率をｎ１とすると、Ｐ１´、Ｐ２´の光路長差は以下のようになる。
ｄ／ｎ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…式（２）
【００２５】
式（２）から式（１）を減算すると、以下のようになる。
（（１／ｎ１）−（１／ｎ２））×３×ｄ／２　　　　　　　　　　　　…式（３）
ｎ１＜ｎ２の関係により、
（（１／ｎ１）−（１／ｎ２））×３×ｄ／２＞０　　　　　　　　　　…式（４）
と常に正となり、本発明の光路長差が小さくなっていることを示している。
【００２６】
以下、具体的な実施例を用いて説明すると、透明基材４０Ａ・４１Ａのピッチｄを３．５ｍｍ、透明基材４０Ａにサファイアガラス、透明基材４１ＢにＢＫ７ガラスをそれぞれ使用した場合、透明基材４０Ａの屈折率ｎ２＝１．８、透明基材４１Ａの屈折率ｎ１＝１．５となり、Ｐ１´、Ｐ２´の光路長差は式（１）により約１．７５ｍｍとなる。
これに対して一般的なＢＫ７ガラスを使用した従来の均一の透明基材４０Ｂの場合、Ｐ１´、Ｐ２´の光路長差は式（２）により約２．３３ｍｍとなる。
【００２７】
本実施例によれば、従来の比較例に比べ、約２５％のＰ波、Ｓ波の光路長差を低減することができる。これにより、Ｐ波、Ｓ波に分離されたそれぞれの光路長差が小さくなり、その後のコンデンサレンズの光学設計も無理なく実施することができる。また、偏光変換による液晶パネル７に対する結像光線のズレが小さくなり、結像の重ね合わせが良好になり、スクリーン品位の向上が大いに期待できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、白色光発生用の光源と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズアレイと、第一のレンズアレイの各レンズセルに対応する複数の矩形レンズからなる第二のレンズアレイと、光源からの光の偏光方向を一つに揃える偏光変換素子と、偏光変換素子から出射した一方向の偏光光を変調する液晶パネルと、変調された光を液晶パネルにより投影する投射レンズとを備え、偏光変換素子を、異なる二種類の透明基材を交互に配列することで構成するので、トータルコストの上昇を抑制して製品化に資することができ、液晶パネルに対する結像光線のズレの発生や色ムラ等のスクリーン品位が低下するのを抑制防止し、しかも、スクリーン輝度が低下するのを防ぐことができるという効果がある。
【００２９】
具体的には、冷却効率が向上し、位相差フィルムの性能劣化を低減することができるので、製品の長寿命化を図ることができ、ファン騒音の小さいプロジェクタを得ることができる。また、コスト的に高価なサファイアガラス、水晶ガラスを全部ではなく、必要個所に部分的に採用するので、コストの上昇を抑制防止することが可能になる。さらに、異なる二種類の屈折率を有する透明基材を交互に配列して偏光変換素子を構成し、二種類の透明基材の屈折率差により光路長を補正するので、液晶パネルに対する結像光線のズレが小さくなって結像の重ね合わせが良好となり、スクリーンの品位が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶プロジェクタの実施形態における光学系配置の構成図である。
【図２】本発明に係る液晶プロジェクタの実施形態における偏光変換素子等を示す構成図である。
【図３】本発明に係る液晶プロジェクタの第２の実施形態における偏光変換素子等を示す構成図である。
【図４】従来の液晶プロジェクタにおける偏光変換素子等を示す構成図である。
【符号の説明】
１　　　　　白色光源（光源）
２　　　　　第一のレンズアレイ
３　　　　　第二のレンズアレイ
４　　　　　偏光変換素子
４Ａ　　　　偏光変換素子
７　　　　　液晶パネル
１０　　　　投射レンズ
４０　　　　透明基材
４０Ａ　　　透明基材
４１　　　　透明基材
４１Ａ　　　透明基材
４２　　　　誘電体膜（膜）
４３　　　　全反射膜（膜）
４４　　　　位相差フィルム
【図１】
2004012790.tif 000003
【図２】
2004012790.tif 000004
【図３】
2004012790.tif 000005
【図４】
2004012790.tif 000006