JP2005062778A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶プロジェクタの光学系の長寿命化を図る。
【解決手段】 投影ユニット１４の色分離合成光学系は、光源２２が発する照明光からＢ光を分離するダイクロイックミラー２６，このダイクロイックミラー２６で反射したＧ光及びＲ光を分離する偏光回転素子３１及び第２ＰＢＳ３２，及びこれら三色の光を合成する合成プリズム２９を備えている。ダイクロイックミラー２６と偏光回転素子３１の間には、ＵＶカットフイルタ３０が配置されている。ＵＶカットフイルタ３０は、紫外光を吸収して、Ｂ光の光路内から紫外光を除去する。これにより、光学部品の紫外光による劣化度合いが低減し、光学系の寿命が延びる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応する液晶素子を備えた三板式の液晶プロジェクタに関し、さらに詳しくは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を含む照明光から、Ｂ光を分離する第１の色分離手段と、この第１の色分離手段から出射する残りの２色の光を分離する第２の色分離手段とを備えた液晶プロジェクタに関するものである。

Ｒ，Ｇ，Ｂの各色毎の液晶素子を備え、各液晶素子によって光変調された画像光を合成してスクリーンに投影する三板式の液晶プロジェクタが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。このような液晶プロジェクタは、光源が発する照明光を、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光に分離した後、分離された各色光をＲ，Ｇ，Ｂの各液晶素子にそれぞれ照射し、各液晶素子から出射する画像光を合成している。特許文献１記載の液晶プロジェクタでは、Ｂ光を透過するダイクロイックミラーによって照明光からＢ光を分離した後、このダイクロイックミラーで反射したＧ光及びＲ光を、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）によってそれぞれ分離している。このＰＢＳの直前には、例えば、Ｇ光及びＲ光の一方の偏波面を９０°回転させて偏光状態を変化させる波長選択性を備えた偏光回転素子が配置される。このため、ＰＢＳに入射したＧ光及びＲ光の一方は、ＰＢＳ内の偏光膜を透過し、他方は反射する。これにより、両者が分離される。

照明光にはＢ光，Ｇ光，Ｒ光の他にも紫外光（ＵＶ光）が含まれている。波長選択性を備えた偏光回転素子は、紫外光による劣化が激しく、この偏光回転素子の寿命が光学系の寿命を左右する大きな要因となっていた。そこで、特許文献１記載の液晶プロジェクタのように、紫外光と波長域が重なるＢ光を最初に分離すれば、Ｇ光及びＲ光の光路への紫外光の進入を防止できるので、光学系の長寿命化を実現することができる。

特開２００３−２９３３１号公報

しかしながら、Ｂ光を最初に分離することにより、紫外光のＧ光路及びＲ光路への進入を阻止することができるが、Ｂ光路内には紫外光が進入してしまう。光学系を構成する光学部品には、上述の偏光回転素子の他にも、紫外光に対する耐性が低い部品が多く、さらなる光学系の長寿命化を達成するためには、Ｂ光路内の紫外光対策が不可欠なものとなっていた。

本発明は、光学系の寿命が長い液晶プロジェクタを提供することを目的とする。

本発明の液晶プロジェクタは、第１の色分離手段によって、光源から発光されるＢ，Ｇ，Ｒの各色光のうちＢ光と他の色とを分離し、第２の色分離手段によって、前記第１の色分離手段から出射する残り二色の色光を分離する色分離光学系を備えた液晶プロジェクタにおいて、前記第１の色分離手段によって分離されたＢ光の光路内に配置され、前記Ｂ光の光路から紫外光を除去する紫外光除去手段を設けたことを特徴とする。

前記紫外光除去手段は、前記第１の色分離手段の直後に配置されることが好ましい。

前記紫外光除去手段としては、紫外光を反射するとともに他の波長の光を透過するダイクロイックフイルタ、又は、紫外光を吸収するとともに他の波長の光を透過する紫外光カットフイルタを用いることが好ましい。

本発明の別の液晶プロジェクタは、第１の色分離手段によって、光源から発光されるＢ，Ｇ，Ｒの各色光のうちＢ光と他の色とを分離し、第２の色分離手段によって、前記第１の色分離手段から出射する残り二色の色光を分離する色分離光学系を備えた液晶プロジェクタにおいて、前記Ｂ光の光路内に配置される光学部品の少なくとも一部に、無機系の材料を使用したことを特徴とする。

本発明の液晶プロジェクタは、第１の色分離手段によって、光源から発光されるＢ，Ｇ，Ｒの各色光のうちＢ光と他の色とを分離し、第２の色分離手段によって、前記第１の色分離手段から出射する残り二色の色光を分離する色分離光学系を備えた液晶プロジェクタにおいて、色分離手段によって分離されたＢ光の光路内に、紫外光を除去する紫外光除去手段を設けたから、Ｂ光路内に配置される光学部品の劣化を低減することができるので、光学系の寿命が長い液晶プロジェクタを提供することができる。

また、前記Ｂ光の光路内に配置される光学部品の少なくとも一部に、無機系の材料を使用したから、光学系の寿命が長い液晶プロジェクタを提供することができる。

図１は、液晶プロジェクタ１０の外観を示す。液晶プロジェクタ１０は、筐体１１の前面に拡散透過型のスクリーン１２が設けられ、その背面に投影された画像が前面側から観察される。筐体１１の内部には投影ユニット１４が組み込まれ、その投影画像はミラー１６，１７で反射されスクリーン１２の背面に結像される。この液晶プロジェクタ１０は、筐体１１の内部にチューナー回路などのほか、ビデオ信号及び音声信号再生用の周知の回路ユニットを組み込み、投影ユニット１４に画像表示手段として組み込まれた液晶素子にビデオ信号の再生画像を表示することによって、大画面のテレビジョンとして使用することができる。

図２に投影ユニット１４の構成を概略的に示す。この投影ユニット１４には、Ｂ用，Ｇ用，Ｒ用の三枚の反射型液晶素子２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒが組み込まれている。光源２２は、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を含む照明光を発光する。光源２２としては、例えば、キセノン管や水銀灯などの白色光源が使用される。光源２２が発光する放射光は、リフレクタ２３によって反射されて、略平行光となって前方に向かって照射される。

光源２２の前方には、偏光変換素子２５が配置されている。偏光変換素子２５は、光源２２から発光された特定の偏波面を持たないＢ，Ｇ，Ｒの各色光をＳ偏光に変換する。図２において、各光線上の丸点と横棒とはそれぞれ各光の偏光状態を示しており、丸点は偏波面が垂直なＳ偏光を示し、横棒は偏波面が水平なＰ偏光を示す。この偏光変換素子２５を透過した各色光は、ダイクロイックミラー２６に入射する。

投影ユニット１４の色分離合成光学系は、ダイクロイックミラー２６，第１ＰＢＳ２７，合成プリズム２９，紫外光（ＵＶ）カットフイルタ３０，偏光回転素子３１，第２ＰＢＳ３２，投影レンズ３３からなる。

ダイクロイックミラー２６は、Ｇ光及びＲ光を反射するとともに、Ｂ光を含むより短波長の光を透過する特性を備えており、白色光からＢ光を分離する第１の色分離手段である。周知のとおり、紫外光の波長域は、Ｂ光よりも短波長側に位置するので、紫外光はＢ光とともにダイクロイックミラー２６を透過する。このように、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色の色光のうち、ダイクロイックミラー２６によって最初にＢ光を分離することで、Ｇ光及びＲ光の光路への紫外光の進入を阻止することができる。

ダイクロイックミラー２６で反射されたＲ光及びＧ光は、偏光回転素子３１へ向かう。この偏光回転素子３１と第２ＰＢＳ３２とは、Ｇ光及びＲ光とを分離する第２の色分離手段を構成する。偏光回転素子３１は、偏光回転角について波長選択性を備えており、Ｒ光に対しては、偏波面を９０度回転させて透過させるが、Ｇ光に対しては偏波面を回転させずにそのまま透過させる特性を持っている。偏光回転素子３１は、有機系材料が使用されるため、特に紫外光に対する耐久性が低い。しかし、上述のとおり、Ｇ光及びＲ光への紫外光の進入が阻止されるので、偏光回転素子３１の劣化が遅延される。

この偏光回転素子３１によって、Ｒ光の偏波面が９０度回転され、偏光状態がＳ偏光からＰ偏光へ変換される。このＲ光は、第２ＰＢＳ３２の偏光膜３２ａを透過して液晶素子２１Ｒに入射する。そして、Ｒ光は、変調の際に偏光状態も変換されてＳ偏光で出力される。Ｓ偏光で出力されたＲ光は、第２ＰＢＳ３２で反射して、合成プリズム２９に入射する。

Ｇ光は、偏光回転素子３１に入射するが、Ｒ光と異なり、偏光状態は変わらずにそのまま透過して第２ＰＢＳ３２に入射する。Ｇ光はＳ偏光で入射するから偏光膜３２ａで反射する。これによりＲ光とＧ光とが分離され、分離されたＧ光が液晶素子２１Ｇへ入射する。液晶素子２１Ｇに入射したＧ光は、光変調されて画像光となるとともに、Ｐ偏光に変換されて出力されて、合成プリズム２９に入射する。

他方、ダイクロイックミラー２６を透過したＢ光は、第１ＰＢＳ２７に入射する。第１ＰＢＳ２７は、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過する特性を持っており、Ｓ偏光で入射したＢ光は偏光膜２７ａで反射して液晶素子２１Ｂに入射する。液晶素子２１Ｂに入射したＢ光は、光変調されて画像光に変換されるとともに、偏光状態がＳ偏光からＰ偏光に変換されて出射する。第１ＰＢＳ２７を出射したＢ光は、合成プリズム２９に入射する。

ダイクロイックミラー２６と第１ＰＢＳ２７との間には、ＵＶカットフイルタ３０が配置される。ＵＶカットフイルタ３０は、周知のように紫外光を吸収するとともに、他の色の光を透過する特性を持つフイルタである。上述したとおり、ダイクロイックミラー２６は、Ｂ光とともに紫外光を透過させる。ＵＶカットフイルタ３０は、紫外光を吸収するとともに、Ｂ光を透過させる特性を備えており、ダイクロイックミラー２６を透過した紫外光を吸収して、Ｂ光の光路から紫外光を除去する。このため、Ｂ光の光路内に配置される光学部品（例えば、第１ＰＢＳ２７，合成プリズム２９，液晶素子２１Ｂ）への紫外光の入射が阻止されるので、これら光学部品の紫外線による劣化が防止される。

なお、光学系の構成によっては、Ｂ光の光路内に、紫外光に対する耐久性が著しく低い偏光回転素子や偏光板等が配置されることもあり、そうした場合には、ＵＶカットフイルタはより効果を発揮することになる。

なお、ダイクロイックミラー２６と第１ＰＢＳ２７との間に、ＵＶカットフイルタ３０の他に光学部品が配置される場合には、ＵＶカットフイルタ３０を、ダイクロイックミラー２６の直後に配置して、紫外光を源流側で除去するとよい。

合成プリズム２９のダイクロイック膜２９ａは、Ｂ光を反射するとともに、Ｒ光及びＧ光を透過する特性を持っているから、合成プリズム２９に入射したＢ，Ｇ，Ｒの各画像光が合成される。合成された光は投影光として投影レンズ３３を介してスクリーン３４に投影される。

上記実施形態では、紫外光除去手段として、紫外光を吸収するＵＶカットフイルタを使用した例で説明しているが、ＵＶカットフイルタの変わりに、紫外光を反射して、Ｂ光を透過する特性を持つダイクロイックフイルタを使用してもよい。

また、光学部品の紫外光に対する耐久性をより向上させるためには、その材料として、紫外光に対する耐性が高い無機材料（例えば、ガラス）を使用してもよい。光学部品の無機材料化は、ＵＶカットフイルタと併用してもよいし、ＵＶカットフイルタを設ける代わりに実施してもよい。

なお、上述したとおり、ＵＶカットフイルタは、第１の色分離手段であるダイクロイックフイルタの直後に配置することが好ましいが、光学系の構成によっては、配置スペース等の制約により、ＵＶカットフイルタをダイクロイックフイルタの直後に配置できない場合もあり得る。そうした場合には、ダイクロイックフイルタとＵＶカットフイルタとの間に配置される光学部品を、無機材料化するとよい。

また、反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクタを用いた例で説明したが、透過型液晶素子を使用した液晶プロジェクタに本発明を適用してもよい。

液晶プロジェクタの外観図である。 投影ユニットの色分離合成光学系の構成図である。

符号の説明

１０ 液晶プロジェクタ
１４ 投影ユニット
２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒ 液晶素子
２２ 光源
２６ ダイクロイックミラー
２７ 第１ＰＢＳ
２９ 合成プリズム
３０ ＵＶカットフイルタ
３１ 偏光回転素子
３２ 第２ＰＢＳ

Claims (4)

1. 第１の色分離手段によって、光源から発光されるＢ，Ｇ，Ｒの各色光のうちＢ光と他の色とを分離し、第２の色分離手段によって、前記第１の色分離手段から出射する残り二色の色光を分離する色分離光学系を備えた液晶プロジェクタにおいて、
   前記第１の色分離手段によって分離されたＢ光の光路内に配置され、前記Ｂ光の光路から紫外光を除去する紫外光除去手段を設けたことを特徴とする液晶プロジェクタ。
2. 前記紫外光除去手段は、前記第１の色分離手段の直後に配置されることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
3. 前記紫外光除去手段は、紫外光を反射するとともに他の波長の光を透過するダイクロイックフイルタ、又は、紫外光を吸収するとともに他の波長の光を透過する紫外光カットフイルタであることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶プロジェクタ。
4. 第１の色分離手段によって、光源から発光されるＢ，Ｇ，Ｒの各色光のうちＢ光と他の色とを分離し、第２の色分離手段によって、前記第１の色分離手段から出射する残り二色の色光を分離する色分離光学系を備えた液晶プロジェクタにおいて、
   前記Ｂ光の光路内に配置される光学部品の少なくとも一部に、無機系の材料を使用したことを特徴とする液晶プロジェクタ。

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