JP2007093965A - Ps変換素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性に優れたPS変換素子を提供することを目的とする。
【解決手段】PS変換素子9は、斜面に光学薄膜2を成膜したプリズムアレイ3の所定の位置に、フィルムを素材とする1/2波長板4を備えた構造であり、白色ガラスからなるプリズムアレイ3の入射面には赤外線カットフィルタ10を成膜しており、プリズムアレイ3の出射面、及び、1/2波長板4の出射面には図示していないが反射防止膜を施している。赤外線カットフィルタ10は、入射光に含む可視光を透過させ、赤外線は反射して赤外線をカットする。従って、熱を発生させる赤外線がカットされることにより、フィルムからなる1/2波長板4の特性が劣化することを防ぐと共に、接着剤が熱により劣化することを防ぎ、PS変換素子9の耐熱性を向上させる。
【選択図】 図1
【解決手段】PS変換素子9は、斜面に光学薄膜2を成膜したプリズムアレイ3の所定の位置に、フィルムを素材とする1/2波長板4を備えた構造であり、白色ガラスからなるプリズムアレイ3の入射面には赤外線カットフィルタ10を成膜しており、プリズムアレイ3の出射面、及び、1/2波長板4の出射面には図示していないが反射防止膜を施している。赤外線カットフィルタ10は、入射光に含む可視光を透過させ、赤外線は反射して赤外線をカットする。従って、熱を発生させる赤外線がカットされることにより、フィルムからなる1/2波長板4の特性が劣化することを防ぐと共に、接着剤が熱により劣化することを防ぎ、PS変換素子9の耐熱性を向上させる。
【選択図】 図1
Description
本発明はPS変換素子に関し、特に液晶プロジェクタの光源の高輝度化が進み、液晶プロジェクタが高温に熱せられても対応可能な耐熱性に優れたPS変換素子に関するものである。
パソコン等が表示する画面を直接スクリーンに投写することを可能とする液晶プロジェクタは、プレゼンテーション等の用途を目的に広く普及しており、小型化、解像度の向上、そして光利用効率の改善などが図られている。
そこで、光利用効率の改善のために液晶プロジェクタにPS変換素子を内蔵し、ハロゲンランプ等を用いた光源が出射する光線の一部を偏光変換して、液晶パネルに入射する光線の偏光方向を同一方向に揃え、効率のよい光エネルギーの利用を図っている。
そこで、光利用効率の改善のために液晶プロジェクタにPS変換素子を内蔵し、ハロゲンランプ等を用いた光源が出射する光線の一部を偏光変換して、液晶パネルに入射する光線の偏光方向を同一方向に揃え、効率のよい光エネルギーの利用を図っている。
図5に、従来のPS変換素子の構造例を示す。PS変換素子1は、傾斜面に光学薄膜2を成膜したプリズムアレイ3の所定の位置に、フィルムからなる1/2波長板4を備えた構造である。また、白色ガラスからなるプリズムアレイ3の入出射面、及び、1/2波長板4の出射面には図示していないが反射防止膜が施されている。
図5の機能を説明する。ハロゲンランプ等の光源から出射される光線は、S偏光成分とP偏光成分とを含んでおり、PS変換素子1の入射光としてプリズムアレイ3に入射される。ここで、液晶パネルを使用した画面の投写に必要な光線は、いずれか一方の偏光成分の光線のみであるため、PS変換素子1を用いて、例えば、入射した光線のP偏光成分の偏光方向を変換してS偏光とし、PS変換素子1を出射する光線の偏光方向をS偏光に揃え、液晶プロジェクタが効率よく光のエネルギーを使用できるようにしている。
図5において、プリズムアレイ3に入射された光線に含まれるP偏光成分は、光学薄膜2において反射して1/2波長板4に入射する。光学薄膜2は、入射光のP偏光成分は反射し、S偏光成分は透過する。次に、入射光のP偏光成分は、1/2波長板4を通過する際に偏光面の角度が90°回転してS偏光に変換され、第一の経路より出射する。また、プリズムアレイ3に入射された光線に含まれるS偏光成分は、光学薄膜2を透過し、そのまま第二の経路よりS偏光を出射する。従って、PS変換素子1から出射する出射光は、S偏光に揃えられ、効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
図6に、従来のPS変換素子の変形例の構造を示す。図6に示した変形例は、フィルムからなる1/2波長板を、プリズムアレイの傾斜面の所定の位置に挟み込むよう構成する。ここで、PS変換素子5は、傾斜面に光学薄膜6を成膜したプリズムアレイ7の前記傾斜面の所定の位置の接着面に、1/2波長板8を挟み込んだ構造であり、白色ガラスからなるプリズムアレイ7の入出射面には図示していないが反射防止膜が施されている。
図6の機能を説明する。前述したようにハロゲンランプ等の光源から出射される光線は、S偏光成分とP偏光成分とを含んでおり、PS変換素子5の入射光としてプリズムアレイ7に入射される。ここで、液晶パネルを使用した画面の投写に必要な光線は、いずれか一方の偏光成分の光線のみであるため、PS変換素子5を用いて、例えば、入射した光線のP偏光成分の偏光方向を変換してS偏光とし、PS変換素子5を出射する光線の偏光方向をS偏光に揃え、液晶プロジェクタが効率よく光のエネルギーを使用できるようにしている。
図6において、プリズムアレイ7に入射された光線に含まれるP偏光成分は、光学薄膜6を透過して1/2波長板8に入射する。光学薄膜6は、入射光のP偏光成分を透過し、S偏光成分は反射する。次に、入射光のP偏光成分は、1/2波長板8を通過する際に偏光面の角度が90°回転してS偏光に変換され、第一の経路より出射する。また、プリズムアレイ7に入射した光線に含まれるS偏光成分は、光学薄膜6を反射し、そのまま第二の経路よりS偏光を出射する。従って、PS変換素子5から出射する出射光は、S偏光に揃えられ、効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
特開2005−91750号公報
特開2000−314808号公報
特許第3174367号
しかしながら、近年、液晶プロジェクターの光源の高輝度化が進み、PS変換素子の耐熱性に問題が生じていた。特に、PS変換素子に用いられる1/2波長板は、フィルム状の素材のものが多く使用されているため高熱に対する耐性が劣り、光源より高輝度の光線が入射した際に1/2波長板が熱せられ、波長板として所望の性能が得られないという問題を有していた。そこで、これに対応するため、耐熱性のある水晶製の波長板を1/2波長板として使用することが考えられるが、水晶製の波長板は高価なためPS変換素子をコストダウンすることが困難となる。
また、プリズムアレイを組み立てる際に使用される接着剤や、1/2波長板を接着する際に使用される接着剤も高熱にさらされると劣化するものが多く、例えば、黄色く変色して透過率が低下するという問題が生じていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、耐熱性に優れた安価なPS変換素子を提供することを目的とする。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、耐熱性に優れた安価なPS変換素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係わるPS変換素子は、以下の構成をとる。
請求項1に記載のPS変換素子は、光学薄膜を成膜した面を有するプリズムアレイの出射面の所定の位置に1/2波長板を備えた構造のPS変換素子において、前記プリズムアレイの入射面に、赤外線カットフィルタを成膜するよう構成する。
請求項1に記載のPS変換素子は、光学薄膜を成膜した面を有するプリズムアレイの出射面の所定の位置に1/2波長板を備えた構造のPS変換素子において、前記プリズムアレイの入射面に、赤外線カットフィルタを成膜するよう構成する。
請求項2に記載のPS変換素子は、プリズムアレイの光学薄膜を成膜した面の所定の位置に1/2波長板を挟み込む構造のPS変換素子において、前記プリズムアレイの入射面に、赤外線カットフィルタを成膜するよう構成する。
請求項3に記載のPS変換素子は、前記赤外線カットフィルタが、多層の薄膜により構成しており、高屈折率の薄膜材料と低屈折率の薄膜材料とを交互に、所定の層数を成膜するよう構成する。
請求項4に記載のPS変換素子は、前記高屈折率の薄膜材料が、TiO2、Ta2O5、または、Nb2O5であり、前記低屈折率の薄膜材料が、SiO2であるよう構成する。
請求項5に記載のインテグレータレンズは、光源の直後に配置され、光線の集光や効率の改善を行うインテグレータレンズであって、前記インテグレータレンズの入射面に、赤外線カットフィルタを成膜するよう構成する。
請求項1、請求項2、請求項3、及び請求項4に記載の発明は、PS変換素子の入射面に赤外線カットフィルタを設けて入射光に含まれる赤外線を反射させたので、熱線の基となる赤外線によりPS変換素子が発熱することを防止し、耐熱性の優れたPS変換素子を提供可能となったことから、液晶プロジェクタにPS変換素子を用いた際に大きな効果を発揮することが出来る。
請求項5に記載の発明は、インテグレータレンズの入射面に赤外線カットフィルタを設けて入射光に含まれる赤外線を反射させたので、熱線の基となる赤外線をカットし、液晶プロジェクタのインテグレータレンズ以降の光学系の耐熱性を向上させ、液晶プロジェクタを使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明は、PS変換素子の入射面に施していた反射防止膜を赤外線カットフィルタに置き換えたものであり、PS変換素子の入射面において入射光に含まれる赤外線を反射させて赤外線をカットし、赤外線によりPS変換素子が熱せられることを防止した。
本発明は、PS変換素子の入射面に施していた反射防止膜を赤外線カットフィルタに置き換えたものであり、PS変換素子の入射面において入射光に含まれる赤外線を反射させて赤外線をカットし、赤外線によりPS変換素子が熱せられることを防止した。
図1は、本発明に係るPS変換素子の第一の実施例を示す構造図である。PS変換素子9は、傾斜面に光学薄膜2を成膜したプリズムアレイ3の所定の位置に、フィルムからなる1/2波長板4を備えた構造であり、白色ガラスからなるプリズムアレイ3の入射面には赤外線カットフィルタ10を成膜しており、また、プリズムアレイ3の出射面、及び、1/2波長板4の出射面には図示していないが反射防止膜を施している。
図1に示したPS変換素子の機能を説明する。
まず、ハロゲンランプ等の光源から出射される光線は、S偏光成分とP偏光成分とを含んでおり、PS変換素子9の入射光としてプリズムアレイ3に入射される。ここで、液晶パネルを使用した画面に投写する光線は、S偏光成分、或いはP偏光成分のうちいずれか一方のみを必要とする。本実施例では、PS変換素子9を用いて入射した光線のP偏光成分の偏光方向を変換してS偏光とし、PS変換素子9を出射する光線の偏光方向をS偏光に揃え、液晶プロジェクタが効率よく光のエネルギーを使用できるようにしている。
まず、ハロゲンランプ等の光源から出射される光線は、S偏光成分とP偏光成分とを含んでおり、PS変換素子9の入射光としてプリズムアレイ3に入射される。ここで、液晶パネルを使用した画面に投写する光線は、S偏光成分、或いはP偏光成分のうちいずれか一方のみを必要とする。本実施例では、PS変換素子9を用いて入射した光線のP偏光成分の偏光方向を変換してS偏光とし、PS変換素子9を出射する光線の偏光方向をS偏光に揃え、液晶プロジェクタが効率よく光のエネルギーを使用できるようにしている。
また、PS変換素子9の入射面には、赤外線カットフィルタ10が成膜されており、入射光に含むまれる可視光を透過し、入射光に含まれる赤外線を反射してこれをカットする。
従って、熱を発生させる赤外線をカットすることにより、PS変換素子9の発熱を防止し、フィルムを素材とした1/2波長板4の特性が熱によって劣化することを防ぐことができる。また、プリズムアレイ3の組み立てや1/2波長板4の貼り付けに用いる接着剤が熱により劣化することを防止できるので、PS変換素子9の耐熱性を向上させることができる。
従って、熱を発生させる赤外線をカットすることにより、PS変換素子9の発熱を防止し、フィルムを素材とした1/2波長板4の特性が熱によって劣化することを防ぐことができる。また、プリズムアレイ3の組み立てや1/2波長板4の貼り付けに用いる接着剤が熱により劣化することを防止できるので、PS変換素子9の耐熱性を向上させることができる。
また、図1において、プリズムアレイ3に入射された光線に含まれるP偏光成分は、光学薄膜2において反射して1/2波長板4に入射する。光学薄膜2は、入射光のP偏光成分は反射し、S偏光成分は透過する。次に、入射光のP偏光成分は、1/2波長板4を通過する際に偏光面の角度が90°回転してS偏光に変換され、第一の経路より出射する。また、プリズムアレイ3に入射された光線に含まれるS偏光成分は、光学薄膜2を透過し、そのまま第二の経路よりS偏光を出射する。従って、PS変換素子9から出射する出射光は、S偏光に揃えられ、効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
次に、赤外線カットフィルタについて説明する。赤外線カットフィルタは、所定の材料からなる薄膜を多層に成膜して構成し、例えば、高屈折率な材料であるTiO2と低屈折率な材料であるSiO2とを、PS変換素子9の入射面に交互に多層に成膜する。
図2は、本発明に係るPS変換素子において、赤外線カットフィルタの構成例を拡大して示したものである。PS変換素子9は、斜面に光学薄膜2を成膜したプリズムアレイ3の所定の位置に、フィルムからなる1/2波長板4を備え、白色ガラスからなるプリズムアレイ3の入射面には赤外線カットフィルタ10を成膜している。この赤外線カットフィルタ10は、n層の多層膜からなり、プリズムアレイ3の入射面に、高屈折率材料であるTiO2を成膜し、次に、低屈折材料であるSiO2を成膜し、以降、所定の層数となるよう繰り返し成膜する。薄膜の成膜手段としては、低温蒸着法等が用いられる。
また、薄膜の材料としては、上述したTiO2/SiO2の組み合わせの他、Ta2O5/SiO2の組み合わせや、或いは、Nb2O5/SiO2の組み合わせ等が使用可能である。
また、赤外線カットフィルタ10の光学特性は、交互に成膜する薄膜の膜厚と層数により決定され、所望の光学特性が得られるよう適宜、最適な組み合わせを設定する。
また、赤外線カットフィルタ10の光学特性は、交互に成膜する薄膜の膜厚と層数により決定され、所望の光学特性が得られるよう適宜、最適な組み合わせを設定する。
図3は、本発明に係る赤外線カットフィルタの光学特性例を示すグラフであり、縦軸は透過率(%)を示し、横軸は入射光の波長(nm)を示す。図3に示したグラフには、比較のため、従来使用していた反射防止膜の光学特性と本発明に係る赤外線カットフィルタの光学特性とを併記している。図3に示すように従来の反射防止膜が可視光帯域である400nmから700nmを超えて赤外線の波長帯域まで入射光を透過する光学特性を有しているのが分かる。これに対して、本発明に係る赤外線カットフィルタは、可視光帯域の400nmから700nmの波長においては入射光を透過し、700nm以上の赤外線の波長帯域においては急速に透過特性が減衰し、赤外線をカットする特性を有しているのが分かる。
次に、本発明に関してPS変換素子の第二の実施例について説明する。
図4は、本発明に係るPS変換素子の第二の実施例を示す構造図である。本第二の実施例は、プリズムアレイの入射面に赤外線カットフィルタを成膜すると共に、フィルムからなる1/2波長板をプリズムアレイ斜面の所定の位置の接着面に挟み込むよう構成する。
ここで、PS変換素子11は、斜面に光学薄膜6を成膜したプリズムアレイ7の前記斜面の所定の位置に、1/2波長板8を挟み込んだ構造としている。また、白色ガラスからなるプリズムアレイ7の入射面には、赤外線カットフィルタ12を成膜しており、プリズムアレイ7の出射面には図示していないが反射防止膜を施している。
図4は、本発明に係るPS変換素子の第二の実施例を示す構造図である。本第二の実施例は、プリズムアレイの入射面に赤外線カットフィルタを成膜すると共に、フィルムからなる1/2波長板をプリズムアレイ斜面の所定の位置の接着面に挟み込むよう構成する。
ここで、PS変換素子11は、斜面に光学薄膜6を成膜したプリズムアレイ7の前記斜面の所定の位置に、1/2波長板8を挟み込んだ構造としている。また、白色ガラスからなるプリズムアレイ7の入射面には、赤外線カットフィルタ12を成膜しており、プリズムアレイ7の出射面には図示していないが反射防止膜を施している。
図4の機能を説明する。前述したようにハロゲンランプ等の光源から出射される光線は、S偏光成分とP偏光成分とを含んでおり、PS変換素子11の入射光としてプリズムアレイ7に入射される。ここで、液晶パネルを使用した画面に投写する光線は、S偏光成分、或いはP偏光成分のうちいずれか一方のみを必要とする。本実施例では、PS変換素子11を用いて、入射した光線のP偏光成分の偏光方向を変換してS偏光とし、PS変換素子11を出射する光線の偏光方向をS偏光に揃え、液晶プロジェクタが効率よく光のエネルギーを使用できるようにしている。
また、PS変換素子11の入射面には、赤外線カットフィルタ12が成膜されており、入射光に含む可視光を透過させ、入射光に含む赤外線を反射することによりこれをカットする。従って、熱を発生させる赤外線をカットすることにより、PS変換素子11の発熱を防止して、フィルムを素材とした1/2波長板8の特性が熱により劣化することを防ぐことができる。また、プリズムアレイ7の組み立てや1/2波長板8の貼り付けに用いる接着剤が熱により劣化することを防止できるので、PS変換素子11の耐熱性を向上させることができる。
なお、赤外線カットフィルタ12は、前述した赤外線カットフィルタ10と同様の構成と特性を有しており、詳細な説明を省略する。
なお、赤外線カットフィルタ12は、前述した赤外線カットフィルタ10と同様の構成と特性を有しており、詳細な説明を省略する。
図4において、プリズムアレイ7に入射された光線に含まれるP偏光成分は、光学薄膜6を透過して1/2波長板8に入射する。光学薄膜6は、入射光のP偏光成分を透過し、S偏光成分は反射する。次に、入射光のP偏光成分は、1/2波長板8を通過する際に偏光面の角度が90°回転してS偏光に変換され、第一の経路より出射する。また、プリズムアレイ7に入射した光線に含まれるS偏光成分は、光学薄膜6を反射し、そのまま第二の経路よりS偏光を出射する。従って、PS変換素子11から出射する出射光は、S偏光に揃えられ、効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
次に、本発明に係る赤外線カットフィルタの応用例として、液晶プロジェクタにおいて光源の直後に配置され、光線の集光や効率の改善、或いはムラ解消などの用途で使用されるインテグレータレンズに赤外線カットフィルタを施した例について説明する。PS変換素子の場合と同様に、インテグレータレンズの入射面に赤外線カットフィルタを成膜すると、光源から出射される光線から赤外線をカットして、液晶プロジェクタに配置されるインテグレータレンズ以降の光学系の発熱を防止することが可能である。従って、インテグレータレンズにおいて赤外線をカットする方式を採用すれば、インテグレータレンズの直後に配置されるPS変換素子に赤外線カットフィルタを設けることは不要となる。
なお、PS変換素子の入射面やインテグレータレンズの入射面に赤外線カットフィルタを成膜することについて説明したが、本赤外線カットフィルタには反射防止膜の機能も含まれており、反射防止膜の成膜を不要とすることができる。
1・・PS変換素子、
2・・光学薄膜、
3・・プリズムアレイ、
4・・1/2波長板、
5・・PS変換素子、
6・・光学薄膜、
7・・プリズムアレイ、
8・・1/2波長板、
9・・PS変換素子、
10・・赤外線カットフィルタ、
11・・PS変換素子、
12・・赤外線カットフィルタ
2・・光学薄膜、
3・・プリズムアレイ、
4・・1/2波長板、
5・・PS変換素子、
6・・光学薄膜、
7・・プリズムアレイ、
8・・1/2波長板、
9・・PS変換素子、
10・・赤外線カットフィルタ、
11・・PS変換素子、
12・・赤外線カットフィルタ
Claims (5)
- 光学薄膜を成膜した面を有するプリズムアレイの出射面の所定の位置に、1/2波長板を備えた構造のPS変換素子において、
前記プリズムアレイの入射面に、赤外線カットフィルタを成膜したことを特徴とするPS変換素子。 - プリズムアレイの光学薄膜を成膜した面の所定の位置に、1/2波長板を挟み込む構造のPS変換素子において、
前記プリズムアレイの入射面に、赤外線カットフィルタを成膜したことを特徴とするPS変換素子。 - 前記赤外線カットフィルタは、多層の薄膜により構成しており、高屈折率の薄膜材料と低屈折率の薄膜材料とを交互に、所定の層数を成膜したものであることを特徴とする請求項1、または請求項2のいずれかに記載のPS変換素子。
- 前記高屈折率の薄膜材料は、TiO2、Ta2O5、または、Nb2O5であり、前記低屈折率の薄膜材料は、SiO2であることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項3のいずれかに記載のPS変換素子。
- 光源の直後に配置され、光線の集光や効率の改善を行うインテグレータレンズにおいて、
前記インテグレータレンズの入射面に、赤外線カットフィルタを成膜したことを特徴とするインテグレータレンズ。
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