JP2006145720A - Polarization conversion element, lighting device, and projector - Google Patents
Polarization conversion element, lighting device, and projector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006145720A JP2006145720A JP2004334055A JP2004334055A JP2006145720A JP 2006145720 A JP2006145720 A JP 2006145720A JP 2004334055 A JP2004334055 A JP 2004334055A JP 2004334055 A JP2004334055 A JP 2004334055A JP 2006145720 A JP2006145720 A JP 2006145720A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- prism
- polarization
- conversion element
- polarization conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Securing Globes, Refractors, Reflectors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えばランダムな偏光光束を一種類の偏光光束に変換する偏光変換素子、並びに、これを用いた照明装置及びプロジェクタに関する。 The present invention relates to a polarization conversion element that converts, for example, a random polarized light beam into one type of polarized light beam, and an illumination device and projector using the same.
プロジェクタに組み込まれる光源装置用の第1タイプの偏光変換素子として、一対の台形状のプリズムを偏光分離膜を挟んで底面同士で張り合わせた形状を有する柱状プリズムを複数配列して接続した構造の複合プリズムが存在する(特許文献1参照)。 As a first type of polarization conversion element for a light source device incorporated in a projector, a composite having a structure in which a plurality of columnar prisms having a shape in which a pair of trapezoidal prisms are bonded to each other with a polarization separation film interposed therebetween are arranged and connected There is a prism (see Patent Document 1).
また、第2タイプの偏光変換素子として、一対の三角プリズム柱状を偏光分離膜を挟んで底面同士で張り合わせた形状を有する柱状の偏光ビームスプリッタ(PBS)を複数配列して接続した構造の複合プリズムが多数存在する(特許文献2、3、4参照)。 In addition, as a second type of polarization conversion element, a composite prism having a structure in which a plurality of columnar polarization beam splitters (PBS) having a shape in which a pair of triangular prism columns are bonded to each other with a polarization separation film interposed therebetween are arranged and connected. There are many (see Patent Documents 2, 3, and 4).
第2タイプの偏光変換素子のうち、ある複合プリズムでは、不可避的に形成される周期的な非入射面に意図しない光が入射して液晶ライトバルブの入射面に設けた偏光板を加熱し寿命を短くするなどの弊害を防止するため、かかる非入射面に遮光板を貼り付けている(上記特許文献2)。なお、この偏光変換素子では、上述の遮光板に代えて、非入射面上に遮光面、反射面、或いは光散乱面を直接形成することも提案されている。
しかしながら、第1タイプの偏光変換素子では、入射レンズ体の形状精度を高くしなければ、台形状のプリズムの意図しない側の傾斜面に光が入射して、例えばS偏光に僅かなP偏光(不要光)が混ざった光束(偏光度の低い光)が液晶パネル等に入射することになる。 However, in the first type of polarization conversion element, unless the shape accuracy of the incident lens body is increased, light is incident on an unintended inclined surface of the trapezoidal prism, for example, a slight amount of P-polarized light (S-polarized light) A light beam (light having a low degree of polarization) mixed with unnecessary light enters a liquid crystal panel or the like.
また、第1タイプの偏光変換素子では、原理上偏光度の高い光が得られるが、遮光板を張り合わせる際に位置ズレが生じて不要光が増大する可能性がある。遮光板に代えて非入射面上に遮光面等を直接形成する場合にも、遮光面等の形成精度を確保することは容易でない。例えば非入射面上にミラーを形成する場合、マスクを利用して複合プリズムの入射面に蒸着を行うことになるが、蒸着物質の回り込みによってミラーのエッジ位置が不正確となる。 In addition, the first type of polarization conversion element, in principle, can obtain light having a high degree of polarization, but there is a possibility that unnecessary light may increase due to positional deviation when the light shielding plates are bonded together. Even when the light shielding surface or the like is directly formed on the non-incident surface instead of the light shielding plate, it is not easy to ensure the formation accuracy of the light shielding surface or the like. For example, when a mirror is formed on a non-incident surface, vapor deposition is performed on the incident surface of the composite prism using a mask, but the edge position of the mirror becomes inaccurate due to the wraparound of the vapor deposition material.
そこで、本発明は、不要光が混ざった偏光度の低い光が形成されることを簡易に防止できる偏光変換素子、並びに、これを用いた照明装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a polarization conversion element that can easily prevent the formation of light with a low degree of polarization mixed with unnecessary light, and an illumination device and a projector using the polarization conversion element.
上記課題を解決するため、本発明に係る偏光変換素子は、互いに第1の側面が貼り合わせられ、第2の側面が互いに接するように配列された複数の台形柱状の第1及び第2のプリズムと、第1のプリズムの第1の側面に形成された偏光分離膜と、を有し、第1のプリズムの第3の側面から入射したランダム偏光を、偏光分離膜によって互いに偏光方向が直交する第1の直線偏光と第2の直線偏光とに分離し、第1の直線偏光を偏光分離膜によって反射して第1のプリズムの第4の側面から射出し、第2の直線偏光を偏光分離膜を透過させて第2のプリズムの第3の側面から射出し、第1のプリズムの第4の側面から射出された第1の直線偏光と第2のプリズムの第3の側面から射出された第2の直線偏光との偏光方向を揃える偏光変換素子であって、第2のプリズムの第4の側面は、光拡散面とされている。 In order to solve the above problems, the polarization conversion element according to the present invention includes a plurality of trapezoidal columnar first and second prisms arranged such that the first side surfaces are bonded to each other and the second side surfaces are in contact with each other. And a polarization separation film formed on the first side surface of the first prism, and the polarization directions of the randomly polarized light incident from the third side surface of the first prism are orthogonal to each other by the polarization separation film The first linearly polarized light is separated into the second linearly polarized light, the first linearly polarized light is reflected by the polarization separation film and emitted from the fourth side surface of the first prism, and the second linearly polarized light is polarized and separated. Transmitted through the film and emitted from the third side surface of the second prism, and emerged from the third side surface of the first prism and the second prism emitted from the fourth side surface of the first prism. A polarization conversion element that aligns the polarization direction with the second linearly polarized light. What a fourth aspect of the second prism is a light diffusing surface.
上記偏光変換素子では、台形柱状の第2のプリズムにおいて、不要光を発生させるため光線の入射を回避すべき非入射面である第4の側面が光拡散面とされているので、意図しない光線が第4の側面から第2のプリズム中に入射して射出光の偏光度を低下させることを回避できる。つまり、第2のプリズムの第4の側面に意図しない光が入射して、第1及び第2のプリズムの第3の側面から、例えばS偏光のみならず、僅かなP偏光が不要光として混ざった偏光度の低い光束が射出されることを防止でき、結果的に高い偏光変換効率を達成することができる。 In the polarization conversion element, in the trapezoidal columnar second prism, the fourth side surface, which is a non-incident surface that should avoid the incidence of light to generate unnecessary light, is a light diffusion surface. Can be prevented from entering the second prism from the fourth side surface and lowering the degree of polarization of the emitted light. That is, unintended light is incident on the fourth side surface of the second prism, and for example, not only S-polarized light but also slight P-polarized light is mixed as unnecessary light from the third side surface of the first and second prisms. Therefore, it is possible to prevent a light beam having a low degree of polarization from being emitted, and as a result, high polarization conversion efficiency can be achieved.
本発明の具体的側面又は態様では、上記偏光変換素子において、光拡散面が磨りガラス状に形成されている。この場合、第2のプリズムの研削加工等に際して形成される非研磨面をそのまま第4の側面とすることができるので、偏光変換素子の形成工程を簡略化することができ、かつ、第4の側面のみを正確に光拡散面とすることができる。 In a specific aspect or embodiment of the present invention, in the polarization conversion element, the light diffusion surface is formed in a polished glass shape. In this case, the non-polished surface formed during the grinding process or the like of the second prism can be used as it is as the fourth side surface, so that the process for forming the polarization conversion element can be simplified, and the fourth side Only the side surface can be accurately set as the light diffusion surface.
また、本発明の別の具体的態様では、光拡散面上に遮光性の被膜が形成されている。この場合、第4の側面を介して第2のプリズム中に入射する光を確実に遮断することができる。 In another specific embodiment of the present invention, a light-shielding film is formed on the light diffusion surface. In this case, the light incident on the second prism via the fourth side surface can be reliably blocked.
また、本発明の別の具体的態様では、第1のプリズムと第2のプリズムとは互いに等しい屈折率を有し、前記第1及び第2のプリズムにおいて、第1の側面と第2の側面とは互いに平行であり、第3の側面と第4の側面とは第1の側面に対して向きが逆で大きさが等しい傾き角をなす。この場合、第1のプリズムと第2のプリズムがほぼ同一形状を有することになり、これらを張り合わせた単位接合プリズムの対称性を良くすることができるので、偏光変換素子の作製を簡易で高精度なものとすることができ、得られる偏光変換素子の取り扱いも容易である。 In another specific aspect of the present invention, the first prism and the second prism have the same refractive index, and in the first and second prisms, the first side surface and the second side surface. Are parallel to each other, and the third side surface and the fourth side surface are inclined in opposite directions and equal in magnitude to the first side surface. In this case, the first prism and the second prism have substantially the same shape, and the unit-junction prism formed by bonding them can be improved in symmetry, so that the polarization conversion element can be easily manufactured with high accuracy. The polarization conversion element obtained is easy to handle.
また、本発明の別の具体的態様では、第3及び第4の側面が第1の側面に対してなす傾き角は、第1及び第2のプリズムの屈折率に対応して、第1及び第2の側面に平行な光束が第1のプリズムの第3の側面の中央に入射した場合に、当該光束に対応する偏光成分が第4の側面の中央から第1及び第2の側面に平行に射出するように設定されている。この場合、入射光束と射出光束の光軸を一致させることができる。 In another specific aspect of the invention, the inclination angle formed by the third and fourth side surfaces with respect to the first side surface corresponds to the refractive indexes of the first and second prisms, and When a light beam parallel to the second side surface is incident on the center of the third side surface of the first prism, the polarization component corresponding to the light beam is parallel to the first and second side surfaces from the center of the fourth side surface. It is set to inject. In this case, the optical axes of the incident light beam and the emitted light beam can be matched.
また、本発明の別の具体的態様では、第1のプリズムの第4の側面から射出された第1の直線偏光と第2のプリズムの第3の側面から射出された第2の直線偏光との偏光方向を揃えるため、第3の側面と第4の側面とのいずれか一方に波長板が設けられている。この場合、波長板によって偏光方向を効率的に切り換えることができ、偏光変換効率を簡易に高めることができる。 In another specific aspect of the invention, the first linearly polarized light emitted from the fourth side surface of the first prism and the second linearly polarized light emitted from the third side surface of the second prism In order to align the polarization direction, a wave plate is provided on either the third side surface or the fourth side surface. In this case, the polarization direction can be efficiently switched by the wave plate, and the polarization conversion efficiency can be easily increased.
また、本発明に係る照明装置は、光源と、光源からの光束を分割して複数の光源像を形成し、当該複数の光源像からの光束を重畳して照明対象に入射させるインテグレータ光学系と、複数の光源像からの光束が第1のプリズムの第3の側面にそれぞれ入射するようにされた上述の偏光変換素子とを備える。 An illumination device according to the present invention includes a light source, an integrator optical system that splits a light beam from the light source to form a plurality of light source images, and superimposes the light beams from the plurality of light source images to enter an illumination target. And the above-described polarization conversion element in which light beams from a plurality of light source images are respectively incident on the third side surface of the first prism.
上記照明装置では、上述の偏光変換素子を用いているので、偏光変換素子の有する高い偏光変換効率によって、偏光度の高い照明光を形成することができる。 In the illumination device, since the polarization conversion element described above is used, illumination light having a high degree of polarization can be formed by the high polarization conversion efficiency of the polarization conversion element.
また、本発明に係るプロジェクタは、上述の照明装置と、照明装置からの光を赤色光、緑色光、及び青色光に分離する光分離光学系と、赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ変調する3つの光変調装置と、3つの光変調装置によって変調された光を合成する色合成光学系と、色合成光学系によって合成された光を投射する投射光学系とを備える。 The projector according to the present invention includes the above-described illumination device, a light separation optical system that separates light from the illumination device into red light, green light, and blue light, and red light, green light, and blue light, respectively. Three light modulation devices for modulation, a color synthesis optical system for synthesizing light modulated by the three light modulation devices, and a projection optical system for projecting light synthesized by the color synthesis optical system are provided.
上記プロジェクタでは、上述の照明装置を用いているので、偏光度の高い照明光によって各色用の光変調装置を照明することができ、良好なカラー画像を投射することができる。なお、各色用の光変調装置が例えば各色用の液晶ライトバルブである場合、各液晶ライトバルブに画像のコントラストを低下させる可能性のある偏光成分が入射したり、各液晶ライトバルブの入射面に設けた偏光板が加熱され寿命が短くなるなどの弊害を防止でき、良好なカラー画像を長期に亘って投射することができる。 Since the projector uses the above-described illumination device, the light modulation device for each color can be illuminated with illumination light having a high degree of polarization, and a good color image can be projected. In addition, when the light modulation device for each color is a liquid crystal light valve for each color, for example, a polarization component that may reduce the contrast of an image is incident on each liquid crystal light valve, or on the incident surface of each liquid crystal light valve. Defects such as heating the provided polarizing plate and shortening the life can be prevented, and a good color image can be projected over a long period of time.
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る偏光変換素子を説明する平面図であり、図2は、図1の偏光変換素子の斜視図である。図示の偏光変換素子80は、8個の柱状の単位接合プリズム体81を軸に垂直な方向ABに真っ直ぐに連結した構造を有し、平面的には、そろばん珠のような6角形部分を連結した外観を有する。各単位接合プリズム体81は、互いに側面で突き合わされているだけであり、不図示のホルダによって固定されているが、単位接合プリズム体81同士を接着剤によって互いに固定すれば、これらを相互に固定するホルダは不要となる。このような偏光変換素子80を構成する各単位接合プリズム体81の各入射側面82cにランダム偏光LIを入射させると、各単位接合プリズム体81の反対側の面全体から特定方向の直線偏光LO、具体的にはS偏光のみが射出される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view for explaining a polarization conversion element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the polarization conversion element of FIG. The illustrated
図3は、単位接合プリズム体81の構造を説明する平面図である。図からも明らかなように、単位接合プリズム体81は、台形柱状の第1プリズム82と、同様に台形柱状の第2プリズム83とを、それぞれの第1の側面である底面82a,83a側で互いに接合したものであり、両底面82a,83aの間に偏光分離膜84を設けている。
FIG. 3 is a plan view for explaining the structure of the unit bonded
ここで、第1プリズム82は、第1の側面である底面82aと、第2の側面である頂面82bと、第3の側面である入射側面82cと、第4の側面である射出側面82dとを備える。また、第2プリズム83も、第1の側面である底面83aと、第2の側面である頂面83bと、第3の側面である射出側面83dと、第4の側面である散乱側面83cとを備える。
Here, the
前者の第1プリズム82の底面82a、入射側面82c、及び射出側面82dは平坦に研磨された光学面となっており、このうち底面82aには、偏光を分離するための偏光分離膜84が蒸着されており、入射側面82cと射出側面82dには、入射光や射出光の反射ロスを防止するための反射防止膜が蒸着されている。
The
後者の第2プリズム83の底面83a、及び射出側面83dは平坦に研磨された光学面となっており、このうち射出側面83dには、入射光や射出光の反射ロスを防止するための反射防止膜が蒸着されている。また、この射出側面83d上には、全体に亘って位相差板85が貼り付けられている。この位相差板85は、波長板からなり、特定方向の偏光光が入射した場合、これを直交する方向の偏光光に変換することができる。なお、第2プリズム83の散乱側面83cは、磨りガラス状に形成された光拡散面であり、第2プリズム83の研削加工等に際して形成される研削面すなわち非研磨面をそのまま用いている。この散乱側面83cの表面には、遮光性の皮膜として、墨塗りすなわち光を吸収する黒色の塗装を施すこともできる。
The
単位接合プリズム体81の入射側面82cに、単位接合プリズム体81の軸方向DAに垂直で底面82aに平行なランダム偏光LIが入射した場合、このランダム偏光LIは、第1プリズム82中を伝搬し、底面82aを介して偏光分離膜84に入射する。偏光分離膜84に入射したランダム偏光LIは、偏光分離膜84で反射される第1直線偏光(S偏光成分)からなる第1光束LO1と、偏光分離膜84を透過する第1直線偏光(P偏光成分)からなる第2光束LO2とに分岐される。偏光分離膜84で反射された第1光束LO1は、射出側面82dからS偏光のまま外部に射出され、偏光分離膜84を透過した第2光束LO2は、底面83aを経て射出側面83dに入射し、位相差板85を経てS偏光に変換され外部に射出される。
When random polarized light LI perpendicular to the axial direction DA of the unit cemented
この際、入射側面82cの中央CT1に入射したランダム偏光LIは、底面82aの中央CT2を経て、第1光束LO1として射出側面82dの中央CT3に入射する。つまり、第1プリズム82の形状は、ランダム偏光LIの光軸と第1光束LO1の光軸とを一致させるようなものとなっている。このように入射側の光軸と射出側の光軸とを一致させるため、第1プリズム82の底面82aの長Lさと厚さWとが適宜設定され、これに合わせて屈折の法則及び幾何学的関係を満たすように、両側面82c,82dの底面82aに対する傾斜角θが決定される。こうして入射側の光軸と射出側の光軸とを一致さた場合、入射側面82cの各部分に入射した光のうち偏光分離膜84で反射されたS偏光成分を射出側面82dから効率良く射出させることができる。なお、既に説明したように第2プリズム83は第1プリズム82と同一形状を有するので、偏光分離膜84を透過した第2光束LO2は、射出側面83dの中央CT3’に入射し、第1光束LO1の光軸に平行な方向に射出する。この際、入射側面82cの各部分に入射した光のうち偏光分離膜84を透過したP偏光成分を射出側面83dすなわち位相差板85からS偏光成分として効率良く射出させることができる。
At this time, the random polarized light LI that has entered the center CT1 of the
以上説明した本実施形態の偏光変換素子80によれば、第2プリズム83において、光線の入射を回避すべき非入射面である散乱側面83cが磨りガラス状に形成された光拡散面であるので、意図しないランダム偏光LIが散乱側面83cに入射した場合であっても、直線偏光LOの偏光度が低下することを防止できる。つまり、ランダム偏光LIが散乱側面83cに入射した場合であっても、ランダム偏光LIは拡散されて偏光分離膜84にほとんど入射しないので、両射出側面82d,83dからP偏光が漏れ出すことを防止でき、結果的に高い偏光変換効率を達成することができる。なお、散乱側面83cの表面に墨塗りを施すならば、拡散光や散乱光が偏光分離膜84に入射することを防止でき、より高い偏光変換効率を達成することができる。
According to the
さらに、本実施形態の偏光変換素子80の場合、両射出側面82d,83dから射出される第1光束LO1と第2光束LO2との間に光路差が生じないので、両射出側面82d,83dからの光束断面が一致し、照明効率を高めることができる。
Further, in the case of the
図4及び図5は、図1等に示す偏光変換素子80の製造方法を説明する図である。なお、図4(a)〜4(d)は、第1プリズム82の製造工程を説明したものであり、図5(a)〜5(c)は、第2プリズム83の製造工程を説明したものである。
4 and 5 are views for explaining a method of manufacturing the
図4(a)に示すように、まずガラス板からなる板状の母材100を準備し、台形断面のプリズム体182を切り出す。具体的には、母材100を図示の切断面CSに沿って切断して8個のプリズム体182を取り出し、各プリズム体182の切断面等を研削加工して、サイズや形状を目的のものとする。
As shown in FIG. 4A, first, a plate-
次に、図4(b)に示すように、プリズム体182の表面のうち、底面182aと、側面182cと、側面182dとを研磨して光学面とする。なお、頂面182bについては研磨を施さない。もっとも、図4(a)の母材100が予め両面研磨されて光学面を有する場合、図4(b)の工程で底面182aの研磨は不要となり、頂面182bも自動的に研磨された状態となる。
Next, as shown in FIG. 4B, among the surface of the
次に、図4(c)に示すように、全てのプリズム体182を同じ姿勢で並べて不図示のホルダに固定し、適当な成膜装置にて底面182a上に偏光分離膜を蒸着する。この偏光分離膜は、適当な厚さ及び屈折率の誘電体層を多層積み重ねた多層膜からなる。
Next, as shown in FIG. 4C, all the
次に、図4(d)に示すように、プリズム体182を並べ替えて別のホルダに固定し、適当な成膜装置にて側面182c上に反射防止膜を蒸着する。この反射防止膜は、適当な厚さ及び屈折率の誘電体層を数層積み重ねた多層膜からなる。
Next, as shown in FIG. 4D, the
次に、プリズム体182を再度並べ替えて、図4(d)の場合と同様に、適当な成膜装置にて側面182d上に反射防止膜を蒸着する。この反射防止膜は、側面182cに形成したものと同様に多層膜からなる。
Next, the
以上のようにして得た8個のプリズム体182は、それぞれ図3等に示す第1プリズム82に相当するものである。つまり、プリズム体182の底面182a、頂面182b、側面182c、及び側面182dは、図3等に示す第1プリズム82の底面82a、頂面82b、入射側面82c、及び射出側面82dにそれぞれ対応する。
The eight
次に、図5(a)に示すように、ガラス板からなる板状の母材100を準備し、台形断面のプリズム体183を切り出す。具体的には、母材100を図示の切断面CSに沿って切断して8個のプリズム体183を取り出し、各プリズム体183の切断面等を研削加工して、サイズや形状を目的のものとする。
Next, as shown in FIG. 5A, a plate-
次に、図5(b)に示すように、プリズム体183の表面のうち、底面183aと、側面183dとを研磨して光学面とする。なお、側面183cについては研磨を施さない。この側面183cは、そのまま散乱側面83cとなる。この側面183cに対しては、底面183aと側面183dとを研磨する前に墨塗りを施すこともできる。また、頂面182bについても研磨を施さない。もっとも、図5(a)の母材100が予め両面研磨されて光学面を有する場合、図5(b)の工程で底面183aの研磨は不要となり、頂面183bも自動的に研磨された状態となる。
Next, as shown in FIG. 5B, among the surface of the
次に、図5(c)に示すように、全てのプリズム体182を同じ姿勢で並べて不図示のホルダに固定し、適当な成膜装置にて側面183d上に反射防止膜を蒸着する。この反射防止膜は、適当な厚さ及び屈折率の誘電体層を数層積み重ねた多層膜からなる。
Next, as shown in FIG. 5C, all the
以上のようにして得た8個のプリズム体183は、それぞれ図3等に示す第2プリズム83に相当するものである。つまり、プリズム体183の底面183a、頂面183b、側面183c、及び側面183dは、図3等に示す第2プリズム83の底面83a、頂面83b、散乱側面83c、及び射出側面83dにそれぞれ対応する。
The eight
最後に、図5(d)に示すように、図4(a)〜4(d)で示す工程を経て作製されたプリズム体182すなわち第1プリズム82と、図5(a)〜4(c)で示す工程を経て作製されたプリズム体183すなわち第2プリズム83とを、底面182a,183a側で張り合わせ、接合プリズム体181とする。この接合プリズム体181の射出側面83dに位相差板を貼り付けることによって、図3に示すような単位接合プリズム体81が完成する。
Finally, as shown in FIG. 5 (d), the
〔第2実施形態〕
図6は、本発明の第2実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ210は、光源光を発生する光源装置20と、光源装置20からの照明光を均一化する均一化光学系30と、均一化光学系30を経た照明光を赤・緑・青の3色に分離する分割照明系40と、分割照明系40から射出された各色の照明光によって照明される光変調部50と、光変調部50からの各色の変調光を合成するためのクロスダイクロイックプリズム60と、クロスダイクロイックプリズム60を経た像光をスクリーン(不図示)に投射する投射レンズ70とを備える。このうち、光源装置20と均一化光学系30とは、均一化された直線偏光を照明光として射出する照明装置となっている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram for explaining a projector according to a second embodiment of the invention. The
図示のプロジェクタ210のうち、光源装置20は、略点状の発光部を形成するランプ本体21と、ランプ本体21から射出される光源光をコリメートするパラボラ形状の凹面鏡22とを備える。このうち、ランプ本体21は、例えば高圧水銀ランプ等のランプ光源からなり、略白色の光源光を発生する。また、凹面鏡22は、ランプ本体21から放射される光線を反射して、平行光束として均一化光学系30に入射させる。なお、パラボラ形状の凹面鏡22に代えて、球面や楕円面など、パラボラ形状ではない凹面鏡を用いても良い。このような凹面鏡を用いた場合、凹面鏡22と均一化光学系30との間に平行化レンズを配置すれば、光源装置20から平行光束を射出することが可能となる。
Among the
均一化光学系30は、インテグレータ光学系である一対のフライアイ光学系31,32と、波面分割光を重ね合わせるための重畳レンズ33と、照明光を所定の偏光成分に変換する偏光変換素子80とを備える。一対のフライアイ光学系31,32は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源装置20からの照明光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換素子80は、フライアイ光学系31,32から射出した照明光を一種類の偏光光(例えば図6の紙面に垂直なS偏光成分のみ)に変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ33は、偏光変換素子80を経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部50に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系31,32と重畳レンズ33とを経た照明光は、以下に詳述する分割照明系40を経て、光変調部50を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル51b,51r,51gの画像形成領域を均一に重畳照明する。
The homogenizing
なお、偏光変換素子80は、図1に示す第1実施形態の偏光変換素子80と同一のものであり、初段のフライアイ光学系31を経ることによって次段のフライアイ光学系32の位置若しくはその近傍で集光される個々の分割光を、単位接合プリズム体81単位で偏光変換する。
Note that the
分割照明系40は、第1及び第2ダイクロイックミラー41a,41bと、反射ミラー42a,42b,42cと、フィールドレンズ43r,43bと、第1〜第3のレンズ45a,45b,45cとを備える。これらのうち、第1及び第2ダイクロイックミラー41a,41bを含んで構成される光分離光学系は、照明光を赤色光、緑色光、及び青色光の3つの光束に分離する。すなわち、第1ダイクロイックミラー41aは、赤・青・緑(R・G・B)の3色のうち青色光LBを反射し、緑色光LGと赤色光LRとを透過させる。また、第2ダイクロイックミラー41bは、入射した緑色光LG及び赤色光LRのうち赤色光LRを反射し緑色光LGを透過させる。
The divided
この分割照明系40において、光源装置20から均一化光学系30を経て射出される照明光は、まず第1ダイクロイックミラー41aに入射する。第1ダイクロイックミラー41aで反射された青色光LBは、第1光路OP1に導かれ、反射ミラー42aを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ43bに入射する。また、第1ダイクロイックミラー41aを透過して第2ダイクロイックミラー41bで反射された赤色光LRは、第2光路OP2に導かれフィールドレンズ43rに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー41bを通過した緑色光LGは、第3光路OP3に導かれ、反射ミラー42b,42cを介して第1〜第3のレンズ45a,45b,45cを通過する。これらのレンズ45a,45b,45cを含んで構成されるリレー光学系は、光源装置20から各色の液晶パネル51b,51r,51gまでの光路の距離が最も長い緑色の第3光路OP3に配置されている。このリレー光学系は、入射側の第1のレンズ45aの像を、中間の第2のレンズ45bを介して、ほぼそのまま射出側の第3のレンズ45cに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。なお、リレー光学系のうち例えば中間のレンズ45bを光軸に沿って連続的或いは段階的に変位させることにより、液晶パネル51gの位置における照明領域のサイズ、すなわち液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度を任意に変化させることができる。つまり、液晶パネル51b及び51rの画像形成領域上における青色光LBや赤色光LRの照度は変化せず一定で略等しいのに対して、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度はレンズ45bの位置に応じて増減可能である。これを利用すれば、各液晶パネル51b,51r,51gを通過して合成され投射レンズ70によってスクリーン上に投影される画像のホワイトバランスを、緑色光LGに関して光学的に適宜調整することができる。なお、投影画像のホワイトバランスは、色温度として重要な評価事項となってきており、映像の自然な色合いでの表現を可能にする観点で最近優先度が高まっている。
In the
光変調部50は、3色の照明光LB,LR,LGがそれぞれ入射する3つの液晶パネル51b,51r,51gと、各液晶パネル51b,51r,51gを挟むように配置される3組の偏光フィルタ52b,52r,52gとを備える。ここで、例えば青色光LB用の液晶パネル51bと、これを挟む一対の偏光フィルタ52b,52bとは、照明光を2次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、赤色光LR用の液晶パネル51rと、対応する偏光フィルタ52r,52rも、液晶ライトバルブを構成し、緑色光LG用の液晶パネル51gと、偏光フィルタ52g,52gも、液晶ライトバルブを構成する。
The
この光変調部50において、第1光路OP1に導かれた青色光LBは、フィールドレンズ43bを介して液晶パネル51bの画像形成領域に入射する。第2光路OP2に導かれた赤色光LRは、フィールドレンズ43rを介して液晶パネル51rの画像形成領域に入射する。第3光路OP3に導かれた緑色光LGは、レンズ45a,45b,45cからなるリレー光学系を介して液晶パネル51gの画像形成領域に入射する。各液晶パネル51b,51r,51gは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル51b,51r,51gにそれぞれ入射した各色光LB,LR,LGは、各液晶パネル51b,51r,51gに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ52b,52r,52gによって、各液晶パネル51b,51r,51gに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル51b,51r,51gから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
In the
クロスダイクロイックプリズム60は、色合成光学系であり、平面上に形成された青色光反射用の第1ダイクロイック膜(具体的には誘電体多層膜)61と、緑色光反射用の第2ダイクロイック膜(具体的には誘電体多層膜)62とを、X字状に交差させた状態で内蔵するものである。このクロスダイクロイックプリズム60は、液晶パネル51bからの青色光LBを第1ダイクロイック膜61で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル51rからの赤色光LRを両ダイクロイック膜61,62を介して直進・射出させ、液晶パネル51gからの緑色光LGを第2ダイクロイック膜62で反射して進行方向左側に射出させる。
The cross
このようにクロスダイクロイックプリズム60で合成された像光は、投射光学系である投射レンズ70を経て、適当な拡大率でスクリーン(不図示)にカラー画像として投射される。
The image light synthesized by the cross
以下、本実施形態に係るプロジェクタ210の動作について説明する。光源装置20からの照明光は、均一化光学系30を経て均一化されその偏光方向が揃えられた後、分割照明系40に設けた第1及び第2ダイクロイックミラー41a,41bによって色分割され、対応する液晶パネル51b,51r,51gに各色光LB,LR,LGとしてそれぞれ入射する。各液晶パネル51b,51r,51gは、外部からの画像信号によって変調されて2次元的屈折率分布を有しており、各色光LB,LR,LGを2次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶パネル51b,51r,51gで変調された各色光LB,LR,LGすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム60で合成された後、投射レンズ70に入射する。投射レンズ70に入射した像光は、適当な倍率でスクリーンに投影される。
Hereinafter, the operation of the
なお、本プロジェクタ210では、偏光変換効率の良い偏光変換素子80を用いているので、分割照明系40や偏光フィルタ52b,52r,52gに偏光度の高い直線偏光を入射させることができる。よって、偏光フィルタ52b,52r,52g等の加熱を防止することができ、延いては高画質のカラー画像をスクリーン上に投影することができる。
Since the
なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 In addition, this invention is not restricted to said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement in a various aspect, For example, the following deformation | transformation is also possible.
上記実施形態の偏光変換素子80では、これを構成する単位接合プリズム体81の第2プリズム83の散乱側面83cを研削面とし、或いは散乱側面83c上に塗装して墨塗り面としているが、散乱側面83c上にミラーを蒸着することもできる。
In the
また、上記実施形態では、光源装置20からの光を複数の部分光束に分割するため、2つのフライアイ光学系31,32を用いていたが、このようなフライアイ光学系31,32をロッドインテグレータに置き換えることもできる。この場合も、ロッドインテグレータによって形成される複数の光源像からの光束が単位接合プリズム体81の入射側面82cにそれぞれ入射するようする。
In the above embodiment, the two fly's eye
また、上記実施形態では、液晶ライトバルブを3つ用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、液晶ライトバルブのような光変調装置を1つ、2つ、或いは4つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。 In the above embodiment, an example of a projector using three liquid crystal light valves has been described. However, the present invention is a projector using one, two, or four or more light modulation devices such as liquid crystal light valves. It can also be applied to.
また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶ライトバルブ等のライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。また、反射型プロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、白色光を赤、緑、青の3色の光に分離する色光分離手段として利用されるとともに、変調された3色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される場合がある。また、クロスダイクロイックプリズムではなく、三角柱や四角柱状のダイクロイックプリズムを複数組み合わせたダイクロイックプリズムを用いる場合もある。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。 In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a transmissive projector has been described. However, the present invention can also be applied to a reflective projector. Here, “transmission type” means that a light valve such as a liquid crystal light valve transmits light, and “reflection type” means that the light valve reflects light. Means. In the case of a reflection type projector, the light valve can be constituted only by a liquid crystal panel, and a pair of polarizing plates is unnecessary. In a reflective projector, the cross dichroic prism is used as a color light separating means for separating white light into three colors of red, green, and blue, and the same is obtained by recombining the modulated three colors of light. In some cases, it is also used as color light combining means for emitting light in the direction of. Further, instead of the cross dichroic prism, there may be used a dichroic prism in which a plurality of triangular or square dichroic prisms are combined. The light modulation device is not limited to a liquid crystal light valve, and may be a light modulation device using a micromirror, for example.
また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図6に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。 The projector includes a front projector that projects an image from the direction of observing the projection surface and a rear projector that projects an image from the side opposite to the direction of observing the projection surface. The projector configuration shown in FIG. Is applicable to both.
210…プロジェクタ、 20…光源装置、 30…均一化光学系、 31,32…フライアイ光学系、 40…分割照明系、 41a,41b…ダイクロイックミラー、 50…光変調部、 51b,51r,51g…液晶パネル、 60…クロスダイクロイックプリズム、 61…第1ダイクロイック膜、 62…第2ダイクロイック膜、 70…投射レンズ、 80…偏光変換素子、 81…単位接合プリズム体、 82…第1プリズム、 83…第2プリズム、 83c…散乱側面、 84…偏光分離膜、 85…位相差板、 LB,LR,LG…各色光
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1のプリズムの前記第1の側面に形成された偏光分離膜と、を有し、
前記第1のプリズムの第3の側面から入射したランダム偏光を、前記偏光分離膜によって互いに偏光方向が直交する第1の直線偏光と第2の直線偏光とに分離し、
前記第1の直線偏光を前記偏光分離膜によって反射して前記第1のプリズムの第4の側面から射出し、前記第2の直線偏光を前記偏光分離膜を透過させて前記第2のプリズムの第3の側面から射出し、前記第1のプリズムの前記第4の側面から射出された前記第1の直線偏光と前記第2のプリズムの前記第3の側面から射出された前記第2の直線偏光との偏光方向を揃える偏光変換素子であって、
前記第2のプリズムの第4の側面は、光拡散面とされていることを特徴とする偏光変換素子。 A plurality of trapezoidal columnar first and second prisms arranged such that the first side faces are bonded together and the second side faces each other;
A polarization separation film formed on the first side surface of the first prism,
Random polarized light incident from the third side surface of the first prism is separated into first linearly polarized light and second linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other by the polarization separation film,
The first linearly polarized light is reflected by the polarization separation film and is emitted from the fourth side surface of the first prism, and the second linearly polarized light is transmitted through the polarization separation film and is transmitted from the second prism. The first linearly polarized light emitted from the third side surface and emitted from the fourth side surface of the first prism and the second straight line emitted from the third side surface of the second prism A polarization conversion element that aligns the polarization direction with polarized light,
The polarization conversion element, wherein the fourth side surface of the second prism is a light diffusion surface.
前記光源からの光束を分割して複数の光源像を形成し、当該複数の光源像からの光束を重畳して照明対象に入射させるインテグレータ光学系と、
前記複数の光源像からの光束が前記第1のプリズムの第3の側面にそれぞれ入射するようにされた請求項1から請求項6のいずれか一項記載の偏光変換素子と
を備える照明装置。 A light source;
An integrator optical system that divides a light beam from the light source to form a plurality of light source images, and superimposes the light beams from the plurality of light source images to enter an illumination target;
An illumination device comprising: the polarization conversion element according to claim 1, wherein light beams from the plurality of light source images are incident on a third side surface of the first prism, respectively.
前記照明装置からの光を赤色光、緑色光、及び青色光に分離する光分離光学系と、
前記赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ変調する3つの光変調装置と、
前記3つの光変調装置によって変調された光を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって合成された光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。 The lighting device according to claim 7;
A light separation optical system for separating light from the illumination device into red light, green light, and blue light;
Three light modulation devices for modulating the red light, green light, and blue light, respectively;
A color synthesis optical system for synthesizing light modulated by the three light modulation devices;
A projector comprising: a projection optical system that projects light synthesized by the color synthesis optical system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004334055A JP2006145720A (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Polarization conversion element, lighting device, and projector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004334055A JP2006145720A (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Polarization conversion element, lighting device, and projector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006145720A true JP2006145720A (en) | 2006-06-08 |
Family
ID=36625522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004334055A Withdrawn JP2006145720A (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Polarization conversion element, lighting device, and projector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006145720A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010237268A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Fdk Corp | Wedge-shaped birefringent polarizer for optical isolator, manufacturing method of optical isolator, and the optical isolator |
-
2004
- 2004-11-18 JP JP2004334055A patent/JP2006145720A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010237268A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Fdk Corp | Wedge-shaped birefringent polarizer for optical isolator, manufacturing method of optical isolator, and the optical isolator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1122580B1 (en) | Projector | |
US6513953B1 (en) | Illumination system and projector | |
US6535256B1 (en) | Color liquid crystal display device | |
JP4444650B2 (en) | Projection system with low astigmatism | |
JPH11271677A (en) | Color projection display device | |
WO1999026102A1 (en) | Illuminating optical system and projection type display | |
JP2009516214A (en) | Color splitting optical element and optical system using the color splitting optical element | |
JPH03216638A (en) | Projection type display device | |
JP2007507755A (en) | Illumination device using correction optical system used for color video projection device with reduced etendue | |
JP2003098483A (en) | Optical member and illumination device using the same, and enlargement projection device | |
US7796339B2 (en) | Image display apparatus and projector | |
JP2002182307A (en) | Projection type display device | |
US11442351B2 (en) | Illumination system and projection apparatus for enhancing uniformity of illumination light beams | |
JP2005266765A (en) | Projector | |
JP4946342B2 (en) | Polarization conversion device and projector | |
JP2006145720A (en) | Polarization conversion element, lighting device, and projector | |
US6705731B2 (en) | Projection type display apparatus | |
JP2007086414A (en) | Projector | |
US20220373874A1 (en) | Illumination system and projection apparatus | |
JP2004061848A (en) | Illumination optical system and projector | |
JP2008145483A (en) | Image projector | |
WO2021015101A1 (en) | Display device | |
JP2001305485A (en) | Projector | |
JP2008076482A (en) | Projector | |
JP5533266B2 (en) | Illumination optical system and projector apparatus using the illumination optical system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20070404 |
|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |