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Patent Searching and Data


Title:
PROJECTOR APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/051029
Kind Code:
A1
Abstract:
A projector apparatus comprises a polarized light beam splitter block (223) having a shape of a rectangular parallelepiped and having two edge surfaces perpendicular to a polarized light splitting surface (223a) and four side surfaces perpendicular to the edge surfaces, a light source opposed to one of the side surfaces of the polarized light beam splitter block (223), an illumination optical system interposed between the light source and the polarized light beam splitter block (223) and adapted to convert the illuminating light emitted from the light source into a generally parallel light beam and to direct the generally parallel light beam to enter the polarized light beam splitter block (223), a reflection liquid crystal display device (224) opposed to the illuminating light beam exit surface of the polarized light beam splitter block (223) from which the illuminating light beam polarization-split by the polarized light beam splitting surface (223a) exits and having a rectangular display region (240) for modulating the polarization-split illuminating light beam into a modulated light beam and directing the modulated light beam toward the polarized beam splitter block (223), and a projection optical system for projecting a projection image formed from the light beam produced by polarization-splitting the modulated light beam by the light beam splitting surface (223a). The short sides (240b) of the rectangular display region (240) are parallel to the edge surfaces.

Inventors:
SUGA, Akinobu (Marunouchi 3-chome Chiyoda-k, Tokyo 31, 1008331, JP)
菅 彰信 (〒31 東京都千代田区丸の内三丁目2番3号 株式会社ニコン知的財産部内 Tokyo, 1008331, JP)
Application Number:
JP2008/068165
Publication Date:
April 23, 2009
Filing Date:
October 06, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NIKON CORPORATION (2-3 Marunouchi 3-chome, Chiyoda-ku Tokyo, 31, 1008331, JP)
株式会社ニコン (〒31 東京都千代田区丸の内三丁目2番3号 Tokyo, 1008331, JP)
SUGA, Akinobu (Marunouchi 3-chome Chiyoda-k, Tokyo 31, 1008331, JP)
International Classes:
G03B21/00; G02B19/00; G02F1/13; G02F1/1335; G02F1/13357; H04N5/66
Attorney, Agent or Firm:
NAGAI, Fuyuki et al. (Tokyo Sakurada Building, 1-1-3 Nishishinbashi, Minato-k, Tokyo 03, 1050003, JP)
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Claims:
 偏光分離面に直交する2つの端面と、それらの端面に垂直な4つの側面とを有する直方体形状の偏光ビームスプリッタブロックと、
 前記偏光ビームスプリッタブロックのいずれか一つの側面に対向配置された光源と、
 前記光源と前記偏光ビームスプリッタブロックとの間に配置され、前記光源から出射された照明光を略平行光に変換して前記偏光ビームスプリッタブロックに入射する照明光学系と、
 前記偏光分離面で偏光分離された照明光が出射される前記偏光ビームスプリッタブロックの照明光出射面に対向配置される反射型液晶表示素子であって、前記偏光分離された照明光を変調光に変調して前記偏光ビームスプリッタブロックへと出射する矩形表示領域を有する反射型液晶表示素子と、
 前記変調光を前記偏光分離面で偏光分離した光を結像して投影像を形成する投影光学系とを備え、
 前記矩形表示領域の短辺が前記端面と平行となるように前記反射型液晶表示素子を配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項1に記載のプロジェクタ装置において、
 前記照明光学系から出射される光の、理想平行光からのズレに起因する前記偏光分離面の偏光分離特性への影響が小さくなるように、前記端面に対して前記矩形表示領域の短辺を平行に配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項1または2に記載のプロジェクタ装置において、
 前記光源として面光源を用いたことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項1~3のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
 前記矩形表示領域が前記照明光出射面の周辺部に設定された全反射光出射領域よりも内側の領域に対向するように、前記反射型液晶表示素子を配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項1~4のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
 プロジェクタ装置は水平方向に横長の矩形投影像を装置前方に投影するものであって、
 前記光源、前記照明光学系、前記偏光ビームスプリッタブロックおよび前記反射型液晶表示素子を垂直方向に一列に配置するとともに、前記矩形表示領域の長辺が前記矩形投影像の長辺に対して平行となるように前記反射型液晶表示素子を配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項1~4のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
 プロジェクタ装置は水平方向に横長の矩形投影像を装置前方に投影するものであって、
 前記光源、前記照明光学系および前記偏光ビームスプリッタブロックを垂直方向に一列に配置するとともに、前記矩形表示領域の長辺が前記矩形投影像の長辺に対して平行となるように、前記反射型液晶表示素子および前記偏光ビームスプリッタブロックを投影方向に沿って一列に配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 偏光分離面に直交する2つの端面と、それらの端面に垂直な4つの側面とを有する直方体形状の偏光ビームスプリッタブロックと、
 前記偏光ビームスプリッタブロックのいずれか一つの側面に対向配置された光源と、
 前記光源と前記偏光ビームスプリッタブロックとの間に配置され、前記光源から出射された照明光を略平行光に変換して前記偏光ビームスプリッタブロックに入射する照明光学系と、
 前記偏光分離面で偏光分離された照明光が出射される前記偏光ビームスプリッタブロックの照明光出射面に対向配置される反射型液晶表示素子であって、前記偏光分離された照明光を変調光に変調して前記偏光ビームスプリッタブロックへと出射する矩形表示領域を有する反射型液晶表示素子と、
 前記変調光を前記偏光分離面で偏光分離した光を結像して投影像を形成する投影光学系とを備え、
 前記矩形表示領域が前記照明光出射面の周辺部に設定された全反射光出射領域よりも内側の領域に対向するように、前記反射型液晶表示素子を配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 偏光分離面に直交する2つの端面と、それらの端面に垂直な4つの側面とを有する直方体形状の偏光ビームスプリッタブロックと、
 前記偏光ビームスプリッタブロックのいずれか一つの側面に対向配置された光源と、
 前記光源と前記偏光ビームスプリッタブロックとの間に配置され、前記光源から出射された照明光を略平行光に変換して前記偏光ビームスプリッタブロックに入射する照明光学系と、
 前記偏光分離面で偏光分離された照明光が出射される前記偏光ビームスプリッタブロックの照明光出射面に対向配置される反射型液晶表示素子であって、前記偏光分離された照明光を変調光に変調して前記偏光ビームスプリッタブロックへと出射する矩形表示領域を有する反射型液晶表示素子と、
 前記変調光を前記偏光分離面で偏光分離した光を結像して投影像を形成する投影光学系とを備え、
 前記照明光学系は、前記矩形表示領域の短辺方向に関する屈折力が前記矩形表示領域の長辺方向に関する屈折力よりも大きいことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項8に記載のプロジェクタ装置において、
 前記照明光学系から出射される光の理想平行光からのズレに起因する前記偏光分離面の偏光分離特性への影響が小さくなるように、前記矩形表示領域の短辺が前記端面と平行となるように前記反射型液晶表示素子を配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項8または9に記載のプロジェクタ装置において、
 前記矩形表示領域が前記照明光出射面の周辺部に設定された全反射光出射領域よりも内側の領域に対向するように、前記反射型液晶表示素子を配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項8~10のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
 前記照明光学系は、一面がシリンドリカル面である単レンズで構成されることを特徴とするプロジェクタ装置。
 請求項8~10のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置において、
 前記照明光学系は、非球面を有する単レンズで構成されることを特徴とするプロジェクタ装置。
Description:
プロジェクタ装置

 本発明は、プロジェクタ装置に関する。

 従来、デジタルカメラ等に搭載される小 のプロジェクタ装置が知られている(例えば 、特許文献1,2参照)。プロジェクタ装置では 画像表示装置に画像読み出し用の照明光を 射させる場合、光源からの照明光を集光レ ズにより平行光に変換し、その平行光を偏 ビームスプリッタ(PBS)に通して偏光光を得る ようにしている。画像表示装置には、例えば 、長方形の反射型液晶表示素子が用いられる 。

特開2002-287084号公報

特開2005-250392号公報

 しかし、プロジェクタ装置の小型化のた に光源とPBSとを近づけようとすると、集光 ンズから出射される光が平行光からずれて まい、シェーディングが生じる。また、PBS 介して照射された照明光は、表示素子の表 領域だけでなくその外側の領域にも照射さ るため、照明光の利用効率が低下する。こ ように、プロジェクタ装置の小型化に伴っ 、光学性能面への悪影響が生じるという問 があった。

 本発明の第1の態様は、偏光分離面に直交す る2つの端面と、それらの端面に垂直な4つの 面とを有する直方体形状の偏光ビームスプ ッタブロックと、偏光ビームスプリッタブ ックのいずれか一つの側面に対向配置され 光源と、光源と偏光ビームスプリッタブロ クとの間に配置され、光源から出射された 明光を略平行光に変換して偏光ビームスプ ッタブロックに入射する照明光学系と、偏 分離面で偏光分離された照明光が出射され 偏光ビームスプリッタブロックの照明光出 面に対向配置される反射型液晶表示素子で って、偏光分離された照明光を変調光に変 して偏光ビームスプリッタブロックへと出 する矩形表示領域を有する反射型液晶表示 子と、変調光を偏光分離面で偏光分離した を結像して投影像を形成する投影光学系と 備え、矩形表示領域の短辺が端面と平行と るように反射型液晶表示素子を配置したこ を特徴とする。
 なお、照明光学系から出射される光の、理 平行光からのズレに起因する偏光分離面の 光分離特性への影響が小さくなるように、 面に対して矩形表示領域の短辺を平行に配 するのが好ましい。
 光源として面光源を用いても良い。
 また、矩形表示領域が照明光出射面の周辺 に設定された全反射光出射領域よりも内側 領域に対向するように、反射型液晶表示素 を配置するのが好ましい。
 さらに、プロジェクタ装置は水平方向に横 の矩形投影像を装置前方に投影するもので って、光源、照明光学系、偏光ビームスプ ッタブロックおよび反射型液晶表示素子を 直方向に一列に配置するとともに、矩形表 領域の長辺が矩形投影像の長辺に対して平 となるように反射型液晶表示素子を配置す のが好ましい。
 また、プロジェクタ装置は水平方向に横長 矩形投影像を装置前方に投影するものであ て、光源、照明光学系および偏光ビームス リッタブロックを垂直方向に一列に配置す とともに、矩形表示領域の長辺が矩形投影 の長辺に対して平行となるように、反射型 晶表示素子および偏光ビームスプリッタブ ックを投影方向に沿って一列に配置しても い。
 本発明の第2の態様は、偏光分離面に直交す る2つの端面と、それらの端面に垂直な4つの 面とを有する直方体形状の偏光ビームスプ ッタブロックと、偏光ビームスプリッタブ ックのいずれか一つの側面に対向配置され 光源と、光源と偏光ビームスプリッタブロ クとの間に配置され、光源から出射された 明光を略平行光に変換して偏光ビームスプ ッタブロックに入射する照明光学系と、偏 分離面で偏光分離された照明光が出射され 偏光ビームスプリッタブロックの照明光出 面に対向配置される反射型液晶表示素子で って、偏光分離された照明光を変調光に変 して偏光ビームスプリッタブロックへと出 する矩形表示領域を有する反射型液晶表示 子と、変調光を偏光分離面で偏光分離した を結像して投影像を形成する投影光学系と 備え、矩形表示領域が照明光出射面の周辺 に設定された全反射光出射領域よりも内側 領域に対向するように、反射型液晶表示素 を配置したことを特徴とする。
 本発明の第3の態様は、偏光分離面に直交す る2つの端面と、それらの端面に垂直な4つの 面とを有する直方体形状の偏光ビームスプ ッタブロックと、偏光ビームスプリッタブ ックのいずれか一つの側面に対向配置され 光源と、光源と偏光ビームスプリッタブロ クとの間に配置され、光源から出射された 明光を略平行光に変換して偏光ビームスプ ッタブロックに入射する照明光学系と、偏 分離面で偏光分離された照明光が出射され 偏光ビームスプリッタブロックの照明光出 面に対向配置される反射型液晶表示素子で って、偏光分離された照明光を変調光に変 して偏光ビームスプリッタブロックへと出 する矩形表示領域を有する反射型液晶表示 子と、変調光を偏光分離面で偏光分離した を結像して投影像を形成する投影光学系と 備え、照明光学系は、矩形表示領域の短辺 向に関する屈折力が矩形表示領域の長辺方 に関する屈折力よりも大きいことを特徴と る。
 なお、照明光学系から出射される光の理想 行光からのズレに起因する偏光分離面の偏 分離特性への影響が小さくなるように、矩 表示領域の短辺が端面と平行となるように 射型液晶表示素子を配置するのが好ましい
 さらに、矩形表示領域が照明光出射面の周 部に設定された全反射光出射領域よりも内 の領域に対向するように、反射型液晶表示 子を配置するようにしても良い。
 また、照明光学系は、一面がシリンドリカ 面である単レンズで構成されても良いし、 球面を有する単レンズで構成されても良い

 本発明は、以上説明したように構成して るので、プロジェクタ装置の小型化に伴っ 生じる光学性能面への悪影響を低減するこ ができる。

本実施の形態のプロジェクタ装置が搭 されたデジタルカメラを示す図であり、(a) 非使用時を示し、(b)は投影時を示す。 プロジェクタユニット22の構成を示す である。 液晶表示素子224の概略構成を示す図で り、(a)は平面図、(b)は側面図である。 液晶表素子224と投影画像との位置関係 示す図であり、(a)は照明光としてP偏光を用 いる場合、(b)は照明光としてS偏光を用いる 合を示す。 集光レンズ222から出射される光線を説 する図であり、(a)は照明光としてP偏光を用 いる場合、(b)は照明光としてS偏光を用いる 合を示す。 光源として面光源を用いた場合の光線 示す図であり、(a)は照明光としてP偏光を用 いる場合、(b)は照明光としてS偏光を用いる 合を示す。 光線の角度αと偏光分離性能との関係 説明する図である。 PBS223と液晶表示装置224とを示す斜視図 ある。 ゴーストの発生を説明する図である。 全反射光出射領域を説明する図である 。 液晶表示素子224の表示領域240を説明す る図である。 PBS223が立方体の場合の全反射光出射領 域を説明する図である。 マスク228を詳細に示す図であり、(a)は 斜視図、(b)はB1-B1断面図である。 マスク228の他の例を示す図であり、(a) は斜視図、(b)はB2-B2断面図である。 PBS223に対する位相差板の配置を説明す る図であり(a)は側面図、(b)は拡大図である。 1/4波長板251の配置の他の例を示す図で ある。 PBS223に対する液晶表示素子224の配置を 説明する図であり、(a)は平面図、(b)は側面図 である。 表示領域240に対する照明光の照明領域 を示す図であり、(a)は円形の場合、(b)は長円 形の場合を示す。 シリンドリカルレンズ222Bを備える照 光学系を説明する図である。 照明光学系にシリンドリカル面CSを有 る単レンズ222を用い、S偏光を利用する場合 の液晶表示素子224の配置を示す図である。 偏光分離膜223aの延在方向を表示領域24 0の短辺方向(y方向)に一致させた場合の構成 示す図である。 変形例におけるデジタルカメラ1の正 図である。 照明光としてP偏光を用いる場合のプ ジェクタユニット22の構成を示す図であり、 (a)はカメラ側面から見た側面図、(b)はカメラ 後方から見た図である。 照明光としてS偏光を用いる場合のプ ジェクタユニット22の構成を示す図であり、 (a)はカメラ側面から見た側面図、(b)はカメラ 後方から見た図である。

 以下、図を参照して本発明を実施するた の最良の形態を説明する。本発明によるプ ジェクタ装置は、カメラや携帯機器等に搭 される超小型のプロジェクタ装置に関する のである。図1は本実施の形態のプロジェク タ装置が搭載されたデジタルカメラを示す図 である。デジタルカメラ1は本体部10と鏡筒部 20とを有しており、鏡筒部30は不図示の連結 構により本体部10に対して回転可能に設けら れている。

 図1(a)は、本体部10に対して鏡筒部20を回 させていない状態の非使用状態を示してい 。本体部10の上面には、電源スイッチ106、撮 影動作を行う際に操作するレリーズボタン107 、プロジェクタ装置(以下ではプロジェクタ ニットと呼ぶ)22のオンオフ操作を行うPJボタ ン108が配置されている。

 図1(b)は、本体部10に対して鏡筒部20を90度 回転した投射状態を示している。鏡筒部20に 撮像素子を備える撮影ユニット21と、プロ ェクタユニット22とが設けられている。撮影 ユニット21の撮影レンズ210は、図1(a)の状態に おける鏡筒20の上端側に設けられている。一 、プロジェクタユニット22の投影窓22aは鏡 20の底面側に設けられている。鏡筒20を回転 て投影窓22aをカメラ前方に向け、PJボタン オン操作すると投影画像がカメラ前方に投 される。

 なお、プロジェクタユニット22により投 される画像は、本体部10に設けられた記録媒 体に記憶されている画像データや、撮影ユニ ット21により撮影された画像データなどに基 くものである。

 図2は、プロジェクタユニット22の概略構 を示す図である。プロジェクタユニット22 、高輝度白色LED等の光源221と、集光レンズ22 2と、偏光ビームスプリッタ(PBS)223と、液晶表 示素子224と、投影レンズ225と、マスク228と、 これらを収容するケース226とを備えている。 液晶表示素子224は、PBS223の側面(照明光出射 )に密着するように設けられている。液晶表 素子224には、LCOS等の反射型液晶パネルが用 いられている。本実施形態の液晶表示素子224 はカラータイプの反射型液晶パネルであって 、色フィルタを備えた受光素子が2次元的に 列されている。

 なお、本実施の形態では、図2に示すPBS223 の紙面に垂直な面を側面と称し、4つの側面 垂直な面を端面と称することにする。この うなPBS223は、偏光分離膜を挟むように一対 三角柱を貼り合わせることにより形成する とができる。偏光分離膜223aはPBS223の両端面 対して垂直に形成され、液晶表示素子224はP BS223の側面に設けられる。

 集光レンズ222は、光源221からの光を略平 光にしてPBS223へ入射させる。PBS223には照明 の入射光軸に対して45度傾いた偏光分離膜22 3aが形成されており、PBS223に入射した光のP偏 光が偏光分離膜223aを透過して液晶表示素子22 4を照明する。

 液晶表示素子224に入射した光は、液晶層 進行して液晶表示素子224の反射電極で反射 れ、液晶層を逆行して液晶表示素子224から 出される。電圧が印加された液晶層は位相 として機能するので、電圧が印加された画 領域に入射したP偏光は、液晶表示素子224を 出射するときにはS偏光となっており、電圧 印加されていない画素領域からはP偏光が出 されることになる。例えば、液晶表示素子2 24に白黒画像が表示されている場合、白領域 はP偏光がS偏光に変調され、黒領域からはP 光が出射される。

 なお、光学ガラスは一般的に4~8%程度の反 射のロスが有るので、PBS223の入出射面で光量 がロスするのを防止するために、図2の符号AR で示す面に反射防止膜をコートする。その結 果、PBS223の各面における光量ロスを防ぎ、高 い透過率を得ることができる。反射防止膜に は、例えば、誘電体多層膜などが用いられ、 各面において透過光量が5%程度向上する。PBS2 23の端面には、組立時のPBS223の配置を確認す ためのマーキング223bが形成されている。

 このように、液晶表示素子224に入射したP 偏光は、表示されている画像に応じて変調作 用を受ける。液晶表示素子224から出射された 変調光はPBS223へ再び入射し、偏光分離膜223a よって偏光分離される。すなわち、変調光 内のP偏光は偏光分離膜223aを透過し、S偏光 偏光分離膜223aにより投影レンズ225の方向へ 反射される。偏光分離膜223aで反射されたS 光は、投影レンズ225により投影面上に結像 れる。

 図3は液晶表示素子224の概略構成を示す図 であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。LCO S表示素子の場合、液晶層を反射電極が形成 れたシリコン基板231と透明電極が形成され ガラス基板230とで挟み込んだ構造を有して る。光源221からの光はガラス基板側から入 する。232はフレキシブルプリント基板(FPC)で あり、接合部234は樹脂等によりモールドされ ている。

 本実施の形態では、表示領域240の長辺を 号240aで示し、短辺を符号240bで示す。そし 、図3に示すように、液晶表示素子224におい 長辺240aがある側を長辺側と呼び、短辺240b ある側を短辺側と呼ぶことにする。破線で す矩形領域が表示領域240であり、この表示 域240内に投影像に対応する画像が表示され 。FPC232の接合部234は、液晶表示素子224の長 側に設けられており、ガラス基板230やシリ ン基板231の縁よりも外側に突出するように 成されている。

 図4(a)は、液晶表示素子224に表示される画 像と、投影画像との関係を示す図である。投 影面に正立の矩形投影像が投影されるように 、表示領域240の長辺240aと投影画像の長辺と 平行となるように液晶表示素子224が配置さ ている。このような配置とすることにより プロジェクタユニット22の部品点数の削減お よび小型化を図ることができる。例えば、図 4(a)において、投影画像の長辺に対して表示 域240の短辺240bが平行となるように液晶表示 子224を配置した場合、投影面に図4(a)のよう な正立画像を投影するためには、画像を90度 転するような光学系を設けなければならず 部品点数の増加およびプロジェクタユニッ の大型化を招く。

 なお、図2および図4(a)に示す液晶表示素 224の配置は、偏光分離膜223aで分離したP偏光 を照明光として用いる場合の構成である。一 方、S偏光を照明光として用いる場合には、 4(b)に示すように、PBS223を挟んで投影レンズ2 25と反対側の位置に液晶表示素子224を配置す 。この場合も、表示領域240の長辺240aと投影 画像の長辺とが平行となるように液晶表示素 子224を配置することで、図4(a)に示す場合と 様の作用効果を奏することができる。

 ところで、集光レンズ222は光源221から出 された光を平行光とする光学素子であるが 本実施の形態のように超小型のプロジェク ユニット22の場合、光源221とPBS223との距離 非常に小さくなる。そのため、照明光を理 的な平行光とするのは困難になり、図5に示 ように、斜めに出射する光を有する円錐状 光線となってしまう。図5において、(a)は照 明光としてP偏光を用いる場合を示し、PBS223 挟んで液晶表示素子224と光源221とを対向す ように配置している。一方、図5の(b)は照明 としてS偏光を用いる場合の配置を示す。

 また、光源221が図6に示すような面光源で あった場合には、平行光とはなり得ない。図 6は光源221が面光源であった場合を示したも であり、面光源の左右両端を出射して表示 子の一点に入射する光は、PBSの偏光分離膜 入射する際の入射角が互いに異なる。図6に いても図5の場合と同様に、(a)は照明光とし てP偏光を用いる場合を示し、(b)はS偏光を用 る場合を示す。

《シェーディングの低減》
 図5(a)において、実線で示す液晶表示素子224 Aは、表示領域240の短辺240bの延在方向が図の 右方向になるように配置した場合を示す。 方、二点差線で示す液晶表示素子224Bは、表 示領域240の長辺240aの延在方向が左右方向に るように配置した場合を示す。また、光線L1 1,L12は、液晶表示素子224Aの表示領域240の左右 境界部分(長辺240aの部分)に入射する照明光を 示す。一方、光線L21,L22は、液晶表示素子224B 表示領域240の左右境界部分(短辺240bの部分) 入射する照明光を示す。

 図3に示したように、液晶表示素子224の表 示領域240は長方形であるため、光線L11,L12、L2 1,L22が偏光分離膜223aに入射する際のそれらの 開き角(光軸Jに対する傾き角度)は、短辺240b 分に入射する光線L21,L22の方が、長辺240a部分 に入射する光線L11,L12、L21よりも大きくなる

 ところで、PBS223の偏光分離性能は偏光分 膜223aに入射する際の光線の角度によって変 化する。図7は、光線の角度αと偏光分離性能 との関係を説明する図であり、(a)は偏光分離 膜223aと照明光との角度αを示す図で、(b)はP 光透過率のの波長依存性を示す図である。 お、図7(b)は、入射光と偏光分離膜223aとの角 度αが35度の場合と55度の場合における、P偏 透過率の一例を模式的に示したものである

 α=55度の場合は、波長450nm~700nmの範囲で透 過率はほぼ一定となっているが、α=35度の場 には、波長が700nmから600nmまで減少すると透 過率も減少し、波長450nm~600nmではほぼ一定の となる。そのため、液晶表示素子224上では 一色領域であっても、α=35度の光が入射し 投影される領域の色は、α=55度の光が入射し て投影される領域の色よりも赤色を帯びた像 となる。このような色つき現象は、一般的に シェーディングと呼ばれる。

 図7(b)に示した関係は、図8の太線矢印L100 示すyz面内における角度、すなわち、表示 域240の短辺240bの延在方向の開き角に関して したものである。一方、図8の細線矢印L200 示すxz面内における角度、すなわち、表示領 域240の長辺240aの延在方向の開き角に対して 、yz面内の場合に比べて透過率に対する角度 の影響の度合いが小さい。

 そこで、本実施の形態では、表示領域240 幅が広い長辺延在方向を偏光分離膜223aの延 在方向(x方向)と一致させるように、液晶表示 素子224の短辺240bがPBS223の端面と平行となる うに配置する。すなわち、表示領域240の長 240aはx方向に延在し、短辺240bはy方向に延在 る。このように配置することにより、シェ ディングの影響が大きなy方向の開き角を小 さく抑えることができ、シェーディングを効 果的に抑えることができる。

《ゴースト防止》
 図9は、小型化によりPBS223を小さくした場合 に問題となる、ゴーストの発生を説明する図 である。光源221を点光源と仮定した場合、光 源221から出射された光の内、斜め方向に出射 された光の一部(L300)は、PBS223に入射した後に PBS223の側面で全反射され、符号Aで示す範囲( 反射光出射領域)から出射される。このPBSブ ロック内で全反射された光L300が液晶表示素 224の表示領域240に入射すると、液晶表示素 224で反射された後に偏光分離膜223aによって 影レンズ225の方向へと反射され、ゴースト 原因となる。

 そのため、このようなゴーストを避ける めには、全反射光が出射される範囲Aよりも 内側の領域に表示領域240が入るように、PBS223 の寸法を設定する必要がある。図9において 光源211と液晶表示素子224との距離が一定で る場合、PBS223の図示左右方向の幅寸法が小 くなるほど全反射光が入射する範囲の寸法 大きくなり、逆に幅寸法を大きくすると、 反射光が入射する範囲の寸法が小さくなる

 図10は、図9の全反射部分の拡大図である ただし、表示領域の境界を示す破線の位置 、PBS223の側面の位置と一致するように変更 た。この場合、図10の二点差線で示すよう 、PBS223の側面を図示左方向に距離A/2だけ移 すると、すなわち、PBS223の左右幅寸法をAだ 大きく設定すると、側面で全反射された光 液晶表示素子224の表示領域240に入射するの 防止できる。符号Aで示す部分の寸法は、表 示領域の寸法と、図9の円錐状に発散する照 光の発散点から表示領域までの距離とに基 いて推定することができる。

 図11は、図8に示すPBS223および液晶表示素子2 24をz軸のマイナス方向から見た図である。BPS 223の長辺方向(図示左右方向)および短辺方向( 図示上下方向)の寸法をx0,y0とする。すなわち PBS223が直方体の場合を考える。そして、寸法 x0が表示領域240の長辺240aの寸法x1と等しいと 定した場合の、全反射光が入射する範囲Aの 寸法をAxとする。そのため、寸法x0を次式(1) ように設定すれば、全反射光が表示領域240 入射せず、長辺方向に関するゴーストの発 を防止することができる。すなわち、図11の x2は、x2>Ax/2のように設定される。
  x0>x1+Ax/2   …(1)

 同様に、短辺方向の寸法y0が表示領域240の 辺240bの寸法y1と等しいと仮定した場合の、 反射光が入射する範囲Aの寸法をAyとする。 して、寸法y0を次式(2)のように設定すれば、 全反射光が表示領域240に入射せず、短辺方向 に関するゴーストの発生を防止することがで きる。すなわち、図11のy2は、y2>Ay/2のよう 設定される。なお、図10からも分かるよう 、短辺方向の方が範囲Aが大きくなるので、A y>Axとなっている。
  y0>y1+Ay/2   …(2)

 また、図12のようにPBS223を立方体に設定 た場合、すなわちx0=y0と設定した場合、上述 した長辺方向のゴースト防止条件から、一辺 の長さx0は式(1)のように設定される。ハッチ グを施した領域が、全反射光が出射される 反射光出射領域を示す。表示領域240はx方向 に比べてy方向の幅が狭いため、ゴースト防 に関して、PBS223のy方向寸法は表示領域に対 て余裕のある寸法となっている。

《マスクの効果》
 図13はマスク228を詳細に示す図であり、(a) 斜視図、(b)はB1-B1断面図である。なお、B1-B1 面図では液晶表示素子224もあわせて表示し 。図11,12に示したように、プロジェクタユ ット22の小型化のためにPBS223の小型化を図っ た場合でも、PBS223の照明光出射面の大きさは 、少なくとも領域Ax,Ayの分だけ表示領域240よ も大きくならざるを得ない。そのため、本 施の形態では、液晶表示素子224の表示領域2 40の外側領域(非表示領域)に入射した光線が 晶表示素子224で反射され、その反射光がPBS22 3内で散乱するのを防止するために、液晶表 素子224とPBS223との間にマスク228を設けるよ にしている。

 マスク228は金属板や樹脂材により形成さ 、マスク228の表面は、光の反射を防止する 工(例えば、黒色つや消し処理)が施されて る。マスク228を設けたことにより、液晶表 素子224の非表示領域が投射されるのを防止 ることができる。また、マスク228において 示領域240の短辺240b側をマスクする部分、す わち、図13(a)の上下部分または図13(b)の左右 部分には、マスク228をPBS223に装着する際のガ イド228aが形成されているので、マスク228の 口228bがPBS223の照明光出射面の所定位置に正 に位置決めされる。

 なお、図13(a)に示すマスク228の左右位置 、PBS223が収納されるケース226のケース壁面 よって位置決めされる。もちろん、図13(a)の 二点差線で示すようにガイド228aをマスク228 左右位置(表示領域長辺240a側)にも設け、ガ ド228aによりマスク228の上下左右の位置決め 行うようにしても良い。なお、マスク228は 接着によりPBS223に貼り付けても良いし、ケ ス226側にマスク228を装着し、そのマスク228 ガイド228aの間にPBS223を落とし込むようにし て組み付けるようにしても良い。

 図14はマスク228の他の例を示す図であり (a)は斜視図、(b)はB2-B2断面図である。マスク 228は、表示領域240の長辺240a側に設けられる 対のマスク部材によって構成される。プロ ェクタユニット22の小型化のためにPBS223を極 限まで小さくすると、図13(a)に示すマスク228 上下の部分の幅は、図12に示すAxと等しくな り、非常に狭くなる。そのため、組立作業時 等の際にこの部分が変形しやすく、変形を起 こすと組み立て作業に手間がかかることにな る。

 そこで、図14に示す例では、表示領域240 長辺部240aに対応する幅広の部分だけをマス するようにした。各マスク228にはガイド228a が形成されており、マスク228はこのガイド228 aによりPBS223の所定位置に位置決めされる。

 ところで、直線偏光を液晶表示素子224で 調する場合、液晶表示素子224に入射した直 偏光は、90°回転した直線偏光となって出射 されることが理想的である。しかし、液晶分 子が完全な水平とならないプレチルト角の影 響により、直線偏光が完全に90°回転するこ なく楕円偏光状態となって出射されること 多く、コントラスト低下を招きやすい。そ で、図15(a)のように、位相差板である1/4波長 板251を液晶表示素子224とPBS223との間に設けて 、液晶表示素子224から出射された楕円偏光を 直線偏光にそろえることで、コントラスト向 上を図ることができる。

 なお、250a,250bは直線偏光子である。直線 光子250aは、偏光分離膜223aを透過するP偏光( 直線偏光)を光源221の光から取り出す。一方 直線偏光子250bは、PBS223から出射される光か P偏光を除去する働きをする。

 シート状の直線偏光子250a,250bおよび1/4波 板251の場合、PBS223の表面に貼り付けて用い れることが多い。そこで、図15(b)に示すよ に、マスク228の開口部に1/4波長板251が配置 れる。1/4波長板251は1/4波長板として機能す 光学フィルム251aの両面に粘着層251bを形成し たものであり、これらの粘着層251bにより1/4 長板251のPBS223への貼り付け、および、PBS223 貼り付けられた1/4波長板251への液晶表示素 224の固定が行われる。

 図13に示す構成の場合、液晶表示素子224 PBS223との間に空気層が介在するため、屈折 差が大きいためそれぞれの面で光線が反射 、光量のロスが発生する。しかし、図15(b)に 示す構成では、1/4波長板251の厚さをマスク228 の厚さ以上に設定することで空気層の発生を 防止し、液晶表示素子224のガラス基板230(図3 照)やPBS223の光学部材と同程度の屈折率を有 する粘着層251bを採用することにより、上述 た反射による光量ロスを低減することがで る。

 また、1/4波長板251は、液晶表示素子224の 示領域240と同一形状、または、表示領域240 りも大きくマスク228の開口部よりもやや小 な矩形状に設定される。これにより、マス 228が1/4波長板251に乗り上げたり、逆に1/4波 板251がマスク228に乗り上げたりすることに る投影画像への悪影響を、防止することが きる。

 図16は、1/4波長板251の配置の他の例を示 図である。図16に示す例では、1/4波長板251を マスク開口部だけでなくマスク288とPBS223との 間にも配置されるような大きさとした。この ような形状とすることにより、マスク288のPBS 223への固定を、1/4波長板251の粘着層251bによ 行うようにした。この場合、1/4波長板251と 晶表示素子224との間に隙間ができるので、 着層251bと同程度の屈折率を有する透明な部 (例えば、接着剤)をその隙間に充填するよ にした。

 このように、1/4波長板251と液晶表示素子2 24との間に接着剤等の透明部材を充填するこ で、光量のロスを防止することができる。 た、1/4波長板251を用いてマスク288の接着を うことで、PBS223へのマスク取付の簡易化を ることができる。

《FPC収容スペースの小型化について》
 図3に示したように、本実施の形態では、液 晶表示素子224のフレキシブルプリント基板(FP C)232を、液晶表示素子224の長辺側に設けた。 方体のPBS223を使用した場合、上述したよう 液晶表示素子224の長辺側には、短辺側に比 てより広い余裕スペースを得ることができ 。そして、図3のようにFPC232を液晶表示素子 224の長辺側に設けることで、この余裕スペー スにFPC232の接続部234が配置され、接続部234が PBS223の図示右側の面(図7参照)よりも外側へ突 出する量を低減することができる。

 さらに、図17に示すように、接続部234と 対側の余裕スペースを利用して、液晶表示 子224をPBS223上で投射側へ偏らせて配置する とで、接続部234がPBS面から突出するのを防 することも可能となる。図17に示す例では、 液晶表示素子224と接続部234とを合わせた幅寸 法x3がPBS223の一辺の長さx0よりも小さいので 表示領域240の長辺240aを全反射光出射領域の 界近傍まで近づけることで、接続部234がPBS2 23の図示右側の面より右側に突出するのを防 している。

 このように、接続部234を液晶表示素子224の 辺側に設け、液晶表示素子224投射側へ偏ら て配置することにより、PBS223の角部分にお てFPC232をより鋭角的に折り曲げることが可 となり、FPC232の収容に要するスペースをよ 低減することができる。なお、図5(b)に示す ように、照明光の S 偏光を液晶表示素子224に入射させる構成のプ ロジェクタユニットの場合には、液晶表示素 子224を光源側に偏らせて配置すれば良い。こ の場合、FPC232の接続部はPBS223の右上角部に位 置し、FPC232はPBS223の上面に沿って折り曲げる ことになる。

 さらに、図17(b)の符号Eで示すPBS223の角部 面取りを施すことにより、FPC232の折り曲げ 曲率半径をより大きくすることができ、FPC2 32を折り曲げ易くするとともに、プロジェク ユニットのより小型化を図ることができる なお、FPC232が折り曲げやすいように符号Eで 示す部分に面取りを形成しても、液晶表示素 子224を反対側(投射側)にずらして配置してい ので、投影画像への影響は殆どない。

 一方、接続部234を液晶表示素子224の短辺 に配置した場合、液晶表示素子224と接続部2 34とを合わせた幅寸法x3がPBS223の一辺の寸法x0 よりも大きくなる可能性が大であり、その場 合には、FPC232の収容スペースが大きくなり、 小型化に対する阻害要因となる。

《照明光の利用効率の向上》
 ところで、上述した実施の形態では、液晶 示素子224に対して、照明光による照明領域3 00の形状は図18(a)に示すように円形となって る。これは、光源光がx方向およびy方向に等 方的に出射されるとともに、集光レンズ222の 屈折力もx方向およびy方向に等方的になって るためである。しかしながら、表示領域240 形状はx方向に長い長方形であるため、ハッ チングを施した領域302の照明光は利用されず 無駄になっている。

 そこで、図19に示すような照明光学系を 用して、図18(a)の照明領域300の形状を図18(b) 示すような横長の形状に変形するようにし 。図19に示す照明光学系は、上述した集光 ンズ222に加えてシリンドリカルレンズ222Bを けた。シリンドリカルレンズ222Bにはシリン ドリカル面CSが形成されており、y方向、すな わち表示領域240の短辺240bの延在方向に関し 屈折力を有している。そのため、集光レン 222とシリンドリカルレンズ222Bとから成る照 光学系は、表示領域240の短辺方向(y方向)の 折力が大で、長辺方向(x方向)の屈折力が小 なっている。

 その結果、図18(b)に示すように、照明領 304は短辺方向の範囲が狭まって、表示領域24 0の外側の照明領域が狭くなり、照明光の利 効率が向上する。なお、このように短辺方 に関して屈折力の大きい照明光学系を用い と、短辺方向に関する理想平行光からのズ は長辺方向に比べて大きくなり、このこと シェーディング低減に対しては逆行してい 。しかし、短辺方向の照明範囲は図18(b)に示 したように光軸を中心に狭まるため、すなわ ち、光軸から離れるほど照明領域304の変化が 小さくなるため、理想平行光からのズレによ るシェーディングが顕著となるのを抑えるこ とができる。

 図19では、照明光のP偏光を利用する場合 構成を例示したが、S偏光を利用する場合に は図20に示すような構成となる。なお、図19 示す例では照明光学系を複数のレンズ222,222B で構成して、x方向の屈折力に対してy方向の 折力が大きくなるようにしたが、図20に示 例では、集光レンズ222の一方の面(入射面)を シリンドリカル面CSとした。このように単レ ズとすることにより、プロジェクタユニッ の小型化が図れる。また、シリンドリカル に代えて、y方向の屈折力が大きくなるよう に構成された非球面を形成しても良い。

 なお、上述した例では、シェーディング 制の観点から、表示領域240の長辺方向とPBS2 23の偏光分離膜223aが延在する方向(図19のx方 )とを一致させた。しかし、照明光の利用効 向上だけを考えるならば、図21に示すよう 偏光分離膜223aの延在方向を表示領域240の短 方向(y方向)に一致させるようにしても良い

[変形例]
 図22~24は本実施の形態の変形例を示す図で る。図22はカメラ外観を示す図である。図22 示すカメラ1では、カメラ本体10内に撮影ユ ット21とプロジェクタユニット22とが設けら れている。撮影ユニット21は撮像素子211を備 ており、カメラ前面に設けられた撮影窓212 介して被写体像を撮像する。一方、プロジ クタユニット22もカメラ前面に投影窓22aを しており、カメラ前方に投影像を投射する

 図23はプロジェクタユニット22の構成を示 す図であり、照明光としてP偏光を用いる場 を示す。図23において、(a)はカメラ側面から 見た側面図であり、(b)はカメラ後方から見た 図である。図2に示すプロジェクタユニット22 と比較すると、投影レンズ225の後段に三角プ リズム227を設けた点が異なり、また、光源221 、集光レンズ222,PBS223はカメラ前面側から背 側に沿って配列されている。投影レンズ225 らの投影光は三角プリズム227によってカメ 前方へ反射され、ケース226の開口226aからカ ラ前方へと投射される。そして、投影画像 長辺が水平(図示左右方向)に投影されるよ に、液晶表示素子224は、表示領域240の長辺24 0aが水平となるように配置されている。

 図24は、照明光としてS偏光を用いる場合 液晶表示装置224の配置を示したものである 図24の場合も、図23と同様に(a)はプロジェク タユニット22の側面図、(b)はカメラ後方から た図である。この場合には、S偏光の照明光 が出射されるPBS223の側面と対向する位置に液 晶表示素子224が配置される。

 なお、上述した実施の形態では、デジタ カメラに搭載されるプロジェクタ装置を例 説明したが、デジタルカメラに限らず携帯 話等の携帯機器に搭載される小型のプロジ クタ装置にも適用することができる。また 本発明の特徴を損なわない限り、本発明は 記実施の形態に何ら限定されるものではな 。本発明の技術的思想の範囲内で考えられ その他の態様も本発明の範囲内に含まれる また、実施形態と変形例の一つ、もしくは 数を組み合わせることも可能である。

 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文と てここに組み込まれる。
 日本国特許出願2007年第271218号(2007年10月18日 出願)
 日本国特許出願2007年第273867号(2007年10月22日 出願)