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JP5018606B2 - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

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Description

本発明は、偏光変換機能を備えた照明装置及びプロジェクタに関するものである。
液晶素子に表示された投影用画像の投影を行うプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。このプロジェクタにおいては、特定の偏光成分の光のみを投影用画像の投影に用いるため、光源から射出された光のうち半分の光量しか利用できない。従って、偏光変換素子を用いて光源から射出された光の偏光方向を一定の偏光方向に揃え、プロジェクタ投影に用いることができる光の光量を増加するプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−２５０３９２号公報 特開２００６−２２７３６１号公報
しかし、上述のプロジェクタにおいては、偏光方向を揃える際に偏光変換素子を用いるため、装置が大型化するという問題があった。
本発明の目的は、小型でコンパクトな偏光変換機能を備え、光源から射出される光を効率的に利用することができる照明装置及びプロジェクタを提供することである。
本発明の照明装置は、光源と、前記光源の光射出方向に対して略４５度で対向配置された偏光分離部と、前記偏光分離部により偏光分離された一方の偏光光を反射及び集光する第１反射部と、前記偏光分離部と前記第１反射部との間に配置される１／４波長板と、前記偏光分離部により偏光分離された他方の偏光光を反射及び集光する第２反射部と、前記光源の周囲に配置され、前記第２反射部及び前記偏光分離部により反射され前記光源方向へ進行する前記他方の偏光光を反射する第３反射部と、前記偏光分離部と前記第３反射部との間であって、かつ、前記光源の周囲に配置される１／４波長板とを備えることを特徴とする。
また、本発明のプロジェクタは、光源と、投影用画像の表示を行う表示部と、前記光源の光射出方向に対して略４５度で対向配置された偏光分離部と、前記偏光分離部により偏光分離された一方の偏光光を反射及び集光する第１反射部と、前記偏光分離部と前記第１反射部との間に配置される１／４波長板と、前記偏光分離部により偏光分離された他方の偏光光を反射及び集光する第２反射部と、前記光源の周囲に配置され、前記第２反射部及び前記偏光分離部により反射され前記光源方向へ進行する前記他方の偏光光を反射する第３反射部と、前記偏光分離部と前記第３反射部との間であって、かつ、前記光源の周囲に配置される１／４波長板とを備え、前記第１反射部で反射され、かつ、前記偏光分離部で反射された光により前記表示部を照明することを特徴とする。
本発明の照明装置及びプロジェクタによれば、小型でコンパクトな偏光変換機能を備えているため、光源から射出される光を効率的に利用することができる。
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタについて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。プロジェクタ２は、光源であるＬＥＤ（発光ダイオード）４、ＬＥＤ４の光の射出方向に対して略４５度で対向配置され、Ｐ偏光成分の光を透過し、Ｓ偏光成分の光を反射することにより入射した光をＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光とに分離するワイヤグリッド６、凹面形状の反射面を有し、ワイヤグリッドにより分離されたＰ偏光成分の光を反射及び集光するミラー８、円周状の凹面形状を有し、ワイヤグリッドにより分離されたＳ偏光成分の光を反射及び集光するミラー１０、光源の周囲に配置される円周形状を有するミラー１２を備えている。また、ワイヤグリッド６とミラー８との間には１／４波長板２０が備えられていると共に、ワイヤグリッド６とミラー１２との間であって、かつ、ＬＥＤ４の周囲には円周形状を有する１／４波長板２２が設けられている。更に、ワイヤグリッド６で反射された光の進行方向に対して略４５度で対向配置され、Ｓ偏光成分の光を透過し、Ｐ偏光成分の光を反射するワイヤグリッド１４、投影用画像を表示するＬＣＯＳ（反射型液晶素子）１６、投影用画像を投影する投影レンズ１８が備えられている。
次に、図２〜図５を参照して第１の実施の形態に係るＬＥＤから射出された光の光路について説明する。ＬＥＤ４から射出された光はワイヤグリッド６に入射し、Ｐ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離される。図２に示すようにＰ偏光成分の光はワイヤグリッド６を透過しミラー８方向へ進行する。ワイヤグリッド６を透過したＰ偏光成分の光は１／４波長板２０を透過し、ミラー８において反射及び集光され略平行光となり、再び１／４波長板２０を透過しＳ偏光成分の光に変換される。Ｓ偏光成分の光は、再びワイヤグリッド６に入射し、ワイヤグリッド６により反射されてワイヤグリッド１４を透過しＬＣＯＳ１６を照明する。
また、ＬＥＤ４から射出され、ワイヤグリッド６に入射した光のうちＳ偏光成分の光は、図３に示すようにワイヤグリッド６により反射されミラー１０へ向かって進行しミラー１０に入射する。ミラー１０に入射したＳ偏光成分の光は、ミラー１０が円周状の凹面形状を有しているため、ミラー１０の中央付近に入射した光は外向きに反射される。従って、ミラー１０により反射されたＳ偏光の光の断面は中央部が抜けた円または楕円形状である輪帯形状となり、ワイヤグリッド６方向へ進行しワイヤグリッド６おいて反射され、ＬＥＤ４方向へ進行する。
ワイヤグリッド６で反射され、ＬＥＤ４方向へ進行するＳ偏光成分の光は、図４に示すように、円周形状を有する１／４波長板２２を透過し、円周形状を有するミラー１２により反射され、図５に示すように再び１／４波長板２２を透過するため、Ｐ偏光成分の光に変換される。このとき、ミラー１２は、反射光がミラー８の外周部に入射するように周縁方向に傾斜するように形成されている。従って、図５に示すようにミラー１２によって反射される光はやや外向きに射出される。ミラー１２により反射され、Ｐ偏光成分の光に変換された光はワイヤグリッド６を透過しミラー８方向へ進行する。ワイヤグリッド６を透過したＰ偏光成分の光は１／４波長板２０を透過し、ミラー８において反射及び集光され、再び１／４波長板２０を透過しＳ偏光成分の光に変換される。Ｓ偏光成分の光に変換された光は、再びワイヤグリッド６に入射し、ワイヤグリッド６により反射されてワイヤグリッド１４を透過しＬＣＯＳ１６を照明する。
即ち、ＬＥＤ４から射出された光はワイヤグリッド６によってＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離されるが、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分はともに、Ｓ偏光成分の光としてＬＣＯＳ１６に入射する。
ＬＣＯＳ１６に入射したＳ偏光成分の光は、ＬＣＯＳ１６の液晶層を進行し、図示しない反射膜で反射された後、ＬＣＯＳ１６の液晶層を逆方向に進行してＬＣＯＳ１６から射出される。ＬＣＯＳ１６から射出された光は、ワイヤグリッド１４に再度入射する。ＬＣＯＳ１６の液晶層は電圧が印加されると、位相板として機能し、Ｓ偏光成分の光をＰ偏光成分の光に変換する。従って、ワイヤグリッド１４へ再度入射する光は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との混合光となっている。ワイヤグリッド１４は、再入射された光のうちＰ偏光成分の光のみを反射し、反射されたＰ偏光成分の光は投影レンズ１８に入射する。従って投影レンズ１８を介して図示しないスクリーンへ投影用画像が投射される。
本実施の形態に係るプロジェクタによれば、投影用画像の投影に光源から射出された光を効率的に利用することができる。
なお、ワイヤグリッド６をＰ偏光成分の光を反射し、Ｓ偏光成分の光を透過する構成とし、且つ、ワイヤグリッド１４をＳ偏光成分の光を反射し、Ｐ偏光成分の光を透過する構成としても、同様の機能を発揮することができる。この場合には、上述の第１の実施の形態におけるＰ偏光成分の光路がＳ偏光成分の光路となり、Ｓ偏光成分の光路がＰ偏光成分の光路となる。
次に、本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、この第２の実施の形態に係るプロジェクタの構成は、第１の実施の形態に係るプロジェクタのミラーの配置を変更したものである。従って、第１の実施の形態と同一の構成についての詳細な説明は省略し、異なる部分のみについて詳細に説明する。また、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
図６は本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。プロジェクタ２３は、光源であるＬＥＤ４、ＬＥＤ４の光の射出方向に対して略４５度で対向配置され、Ｓ偏光成分の光を反射しＰ偏光成分の光を透過するワイヤグリッド６、凹面形状の反射面を有し、ワイヤグリッドにより分離されたＳ偏光成分の光を反射及び集光するミラー２４、円周状の凹面形状を有し、ワイヤグリッドにより分離されたＰ偏光成分の光を反射及び集光するミラー２６、光源の周囲に配置される円周形状を有するミラー１２を備えている。また、ワイヤグリッド６とミラー２４との間には１／４波長板２８が備えられていると共に、ワイヤグリッド６とミラー１２との間であって、かつ、ＬＥＤ４の周囲には円周形状を有する１／４波長板２２が設けられている。更に、ワイヤグリッド６で反射された光の進行方向に対して略４５度で対向配置され、Ｓ偏光成分の光を反射しＰ偏光成分の光を透過するワイヤグリッド１５、投影用画像を表示するＬＣＯＳ（反射型液晶素子）１６、投影用画像を投影する投影レンズ１８が備えられている。
次に、図７〜図９を参照して、第２の実施の形態に係るＬＥＤから射出された光の光路について説明する。ＬＥＤ４から射出された光はワイヤグリッド６に入射し、Ｐ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離される。ワイヤグリッド６に入射した光のうちＳ偏光成分の光は、図７に示すようにワイヤグリッド６において反射され、ミラー２４へ向かって進行し、１／４波長板２８を透過し、ミラー２４において反射及び集光されて略平行光となり、再び１／４波長板２８を透過しＰ偏光成分の光に変換される。Ｐ偏光成分の光に変換された光は、再びワイヤグリッド６に入射してワイヤグリッド６を透過する。そして、ワイヤグリッド１５を透過しＬＣＯＳ１６を照明する。
また、ＬＥＤ４から射出され、ワイヤグリッド６に入射した光のうちＰ偏光成分の光は、ワイヤグリッド６を透過し、図８に示すようにミラー２６へ向かって進行しミラー２６に入射する。ミラー２６に入射したＰ偏光成分の光はミラー２６が円周状の凹面形状を有しているため、ミラー２６の中央付近に入射した光は外向きに反射される。従って、ミラー２６により反射されたＰ偏光の光の断面は中央部が抜けた円または楕円形状である輪帯形状となり、ワイヤグリッド６方向へ進行してワイヤグリッド６を透過しＬＥＤ４方向へ進行する。
ワイヤグリッド６を透過しＬＥＤ４方向へ進行するＰ偏光成分の光は、図９に示すように、円周形状を有する１／４波長板２２を透過して円周形状を有するミラー１２により反射され、図９に示すように再び１／４波長板２２を透過するため、Ｓ偏光成分の光に変換される。このとき、ミラー１２は、反射光がミラー２４の外周部に入射するように周縁方向に傾斜するように形成されている。従って、図９に示すようにミラー１２によって反射される光はやや外向きに射出される。ミラー１２により反射されＳ偏光成分の光に変換された光は、ワイヤグリッド６において反射されミラー２４方向へ進行する。ワイヤグリッド６に反射されたＳ偏光成分の光は１／４波長板２８を透過し、ミラー２４において反射及び集光されて再び１／４波長板２８を透過しＰ偏光成分の光に変換される。Ｐ偏光成分の光に変換された光は、再びワイヤグリッド６に入射しワイヤグリッド６を透過する。そして、ワイヤグリッド１５を透過しＬＣＯＳ１６を照明する。
即ち、ＬＥＤ４から射出された光はワイヤグリッド６によってＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離されるが、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分はともに、Ｐ偏光成分の光としてＬＣＯＳ１６に入射する。
ＬＣＯＳ１６に入射したＰ偏光成分の光は、ＬＣＯＳ１６の液晶層を進行し、図示しない反射膜で反射された後、ＬＣＯＳ１６の液晶層を逆方向に進行してＬＣＯＳ１６から射出される。ＬＣＯＳ１６から射出された光は、ワイヤグリッド１５に再度入射する。ＬＣＯＳ１６の液晶層は電圧が印加されると、位相板として機能しＰ偏光成分の光をＳ偏光成分の光に変換する。従って、ワイヤグリッド１５へ再度入射する光は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との混合光となっている。ワイヤグリッド１５は、再入射された光のうちＳ偏光成分の光のみを偏光分離部で反射し、反射されたＳ偏光成分の光は投影レンズ１８に入射する。従って、投影レンズ１８を介してから図示しないスクリーンへ投影用画像が投射される。
第２の実施の形態に係るプロジェクタによれば、ミラーの配置を変更した場合にも第１の実施の形態と同様に機能し、投影用画像の投影に光源から射出された光を効率的に利用することができる。
なお、第２の実施の形態においてワイヤグリッド６及びワイヤグリッド１５は共にＳ偏光成分の光を反射しＰ偏光成分の光を透過するものを用いて説明したが、ワイヤグリッド６及びワイヤグリッド１５を共にＰ偏光成分の光を反射しＳ偏光成分の光を透過する構成としても、同様の機能を発揮することができる。この場合には、上述の第２の実施の形態におけるＰ偏光成分の光路がＳ偏光成分の光路となり、Ｓ偏光成分の光路がＰ偏光成分の光路となる。
また、図１０に示すように反射型液晶素子に替えて、透過型液晶素子３０を用いてもよい。また、円周状の凹面形状を有するミラーを用いなくてもよい。この場合には、輪帯状で反射されず、反射された光はＬＥＤ４にも入射するが、ＬＥＤ４の外周部のミラー１２において反射される光により、ＬＣＯＳ１６を照明する光の光量を増加することができる。また、ワイヤグリッドに替えて角度特性に優れた偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタにおける光路を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタにおける光路を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタにおける光路を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタにおける光路を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタにおける光路を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタにおける光路を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタにおける光路を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプロジェクタユニットの変形例を示す図である。
符号の説明
２…プロジェクタ、４…ＬＥＤ、６，１４…ワイヤグリッド、８，１０，１２…ミラー、１６…ＬＣＯＳ、２０，２２…１／４波長板

Claims (6)

  1. 光源と、
    前記光源の光射出方向に対して略４５度で対向配置された偏光分離部と、
    前記偏光分離部により偏光分離された一方の偏光光を反射及び集光する第１反射部と、
    前記偏光分離部と前記第１反射部との間に配置される１／４波長板と、
    前記偏光分離部により偏光分離された他方の偏光光を反射及び集光する第２反射部と、
    前記光源の周囲に配置され、前記第２反射部及び前記偏光分離部により反射され前記光源方向へ進行する前記他方の偏光光を反射する第３反射部と、
    前記偏光分離部と前記第３反射部との間であって、かつ、前記光源の周囲に配置される１／４波長板と
    を備えることを特徴とする照明装置。
  2. 前記第２反射部は、該第２反射部において反射した反射光の断面が輪帯形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
  3. 前記第３反射部は、該第３反射部に入射し反射される光が前記第１反射部の外周部に入
    射するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
  4. 光源と、
    投影用画像の表示を行う表示部と、
    前記光源の光射出方向に対して略４５度で対向配置された偏光分離部と、
    前記偏光分離部により偏光分離された一方の偏光光を反射及び集光する第１反射部と、
    前記偏光分離部と前記第１反射部との間に配置される１／４波長板と、
    前記偏光分離部により偏光分離された他方の偏光光を反射及び集光する第２反射部と、
    前記光源の周囲に配置され、前記第２反射部及び前記偏光分離部により反射され前記光源方向へ進行する前記他方の偏光光を反射する第３反射部と、
    前記偏光分離部と前記第３反射部との間であって、かつ、前記光源の周囲に配置される１／４波長板と
    を備え、
    前記第１反射部で反射され、かつ、前記偏光分離部で反射された光により前記表示部を
    照明することを特徴とするプロジェクタ。
  5. 前記第２反射部は、該第２反射部において反射した反射光の断面が輪帯形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ。
  6. 前記第３反射部は、該第３反射部に入射し反射される光が前記第１反射部の外周部に入射するように形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載のプロジェクタ。
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