JP2007093965A

JP2007093965A - Ｐｓ変換素子

Info

Publication number: JP2007093965A
Application number: JP2005282831A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Setoguchi; 一稔瀬戸口
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-12

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

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。

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。

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、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、または、Ｎｂ_２Ｏ_５であり、前記低屈折率の薄膜材料が、ＳｉＯ_２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。

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。

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ＴｉＯ_２と低屈折率な材料であるＳｉＯ_２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ＴｉＯ_２を成膜し、次に、低屈折材料であるＳｉＯ_２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ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の組み合わせの他、Ｔａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２の組み合わせや、或いは、Ｎｂ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２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。

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。

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。

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。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示す図である。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る。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。従来のＰＳ変換素子の構造例を示す。従来のＰＳ変換素子の変形例の構造を示す。

符号の説明

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

Claims

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、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、または、Ｎｂ_２Ｏ_５であり、前記低屈折率の薄膜材料は、ＳｉＯ_２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。