JP2005012303A - Color separation optical system and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、色分解光学系及び投射型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光源光を二枚のダイクロイックミラーによってR(赤)光、G(緑)光及びB(青)光の三原色光に色分解し、各色光を各色光毎に配置した偏光ビームスプリッタを通って反射型ライトバルブに入射させ、反射型ライトバルブで反射された光を偏光ビームスプリッタに入射させ、この偏光ビームスプリッタで変調光を検光して取り出し、クロスダイクロイックプリズムで色合成して投射レンズで投射する構成の投射型表示装置は、特許2599309号公報に開示されている。
【0003】
この投射型表示装置は各色光の光源からライトバルブまでの光路長を比較する。R光とG光との光路長は同じであるが、B光の光路長は前記2色光の光路長に比して明らかに長く、B光の光路の中途にリレー光学系を配置する必要がある。また、光源光を複数の光束に分割してライトバルブへ重畳照明を行うインテグレータを配置する必要がある。更に、各偏光ビームスプリッタの入射面の直前にそれぞれフィールドレンズを配置する必要がある。これらの記載を追加した図を従来の技術を説明する図として示す。
【0004】
図5は従来の投射型表示装置の基本構成を示す図である。
【0005】
ランプ及び放物面鏡等の凹面鏡から構成される光源101から射出される略平行光束の光源光は第1レンズ板102A、第2レンズ板102B及び重畳照明用のコンデンサレンズ103から構成される照明光学系に入射される。
【0006】
照明光学系を射出した光は光軸に対して45度の傾けて配置されたB光反射特性を有する第1ダイクロイックミラー104に入射し、第1ダイクロイックミラー104で反射するB(青)と、透過するR(赤)光とG(緑)光との混合光とに色分解される。
【0007】
R光とG光との混合光は第1ダイクロイックミラー104と平行に配置されたG光反射特性を有する第2ダイクロイックミラー105に入射し、第2ダイクロイックミラー105で反射するG光と、透過するR光とに色分解される。第1ダイクロイックミラー104と第2ダイクロイックミラー105とで色分解光学系が構成される。
【0008】
色分解されたR光、G光はそれぞれフィールドレンズ108R、108Gを通って偏光ビームスプリッタ109R、109Gに入射する。偏光分離部で反射されて偏光ビームスプリッタ109R、109Gから射出されたS偏光はそれぞれ反射型ライトバルブ110R、110Gに入射する。
【0009】
色分解されたB光は偏向ミラー106で進行方向を90度変えて進行し、リレー光学系を構成する第1リレーレンズ107aと第2リレーレンズ107bとを通ってフィールドレンズ108Bに入射する。フィールドレンズ108Bを通ったB光は偏光ビームスプリッタ109Bに入射する。偏光分離部で反射されて偏光ビームスプリッタ109Bから射出されたS偏光は反射型ライトバルブ110Bに入射する。
【0010】
各色光用反射型ライトバルブ110R、110G、110Bに入射した光は各色光の色信号によって変調作用を受けて、各色光用ライトバルブ110R、110G、110Bで反射される。各色光用ライトバルブ110R、110G、110Bで反射された光は再度偏光ビームスプリッタ109R、109G、109Bに入射し、偏光分離部を透過するP偏光を検光して取り出し、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズム111に各色光毎に異なる入射面から入射させる。クロスダイクロイックプリズム111に入射したR光のP偏光はR光反射ダイクロイック膜111Rで反射され、B光はB光反射ダイクロイック膜111Bで反射され、G光は両膜11R、111Bを透過し、色合成されて射出面から射出される。投射レンズ112に入射した光は図示しないスクリーン上にフルカラー像を投射する。
【0011】
図6は従来の投射型表示装置の各部材の機能を説明する光学光線図である。図6では第1レンズ板102Aの中央部と最も外側とに形成されたレンズからの光束を記載した。また、投射レンズ112は内部にライトバルブ110R、110G、110Bからの光のNAを決定する開口絞り112Cを記載した。更に、開口絞り112Cの中央部を通過する光線として定義される主光線を記載した。
【0012】
この光線図から理解できるように、主光線はクロスダイクロイックプリズム111、偏光ビームスプリッタ109R、109G、109B、ライトバルブ110R、110G、110Bが配置される位置において光軸に対して平行、すなわち、テレセントリックである。そして、主光線は第2レンズ板102Bの中央部の第2光源像から射出された光線と一致し、テレセントリックな配置をフィールドレンズ108R、108G、108Bで担保している。
【0013】
光路長がR光及びG光と異なるB光においては、第1リレーレンズ107aと第2リレーレンズ107bとから構成されるリレー光学系を使用しているが、光線図から理解できるように、第1リレーレンズ107aはライトバルブ110R、110Gと共役位置の結像部Iから射出される光を取り込んで、第2リレーレンズ107bに導く機能を有する。第1リレーレンズ107aと第2リレーレンズ107bとから構成されるリレー光学系はフィールドレンズ108Bを通って、結像部Iを共役位置であるライトバルブ110B上に結像させる機能を有する。また、この光線図から理解されるように、第2リレーレンズ107bには、第2レンズ板102Bに形成される複数の第2光源像と共役関係にあるB光の光源像が形成される。
【0014】
この従来例における各色光の光軸の光路長の大小の比較をする。R光とG光との場合、第1ダイクロイックミラー104から第2ダイクロイックミラー105までの光路長をa、第2ダイクロイックミラー105から偏光ビームスプリッタ109R、109Gの中心までの光路長をそれぞれb、偏光ビームスプリッタ109R、109Gの中心からライトバルブ110R、110Gまでをcとしたとき、ダイクロイックミラー104からライトバルブ110R、110Gまでの光軸の光路長はそれぞれa+b+cとなる。B光の場合、第1ダイクロイックミラー104から偏向ミラー106までは2b、偏向ミラー106からライトバルブ110Bまではa+b+cとなるので、第1ダイクロイックミラー104からライトバルブ110Bまでの光軸の光路長はa+3b+cとなる。即ち、B光の光路長はR光、G光の光路長より2bだけ大きくなっている。
【0015】
【特許文献】
特許2599309号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この投射型表示装置は、B光のライトバルブ111B上において第2リレーレンズ107bの球面収差により照明光束の結像が不完全となってぼけてしまい、照明強度のムラが発生し、投射像の均一性が得られないという問題がある。これに対し、第2リレーレンズ107bとして非球面レンズを使用する方法が知られているが、非球面レンズを使用しても完全に照明強度のムラを除去することはできない。
【0017】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はライトバルブに対する照明強度の均一性を向上させて投射像の均一性を得ることができる色分解光学系及びそれを用いた投射型表示装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の色分解光学系において、前記第1ダイクロイックミラーで色分解された第1色光の光路中に偏向ミラーとリレー光学系とが配置されていることを特徴とする。
【0019】
請求項3記載の発明は、光源からの光を色分解光学系で第1色光、第2色光、第3色光に色分解し、前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記色分解光学系は、前記光源からの光の光軸に対する入射角度が45度未満となるように斜めに配置され、前記光源からの光を第1色光と、第2色光と第3色光との混合光とに色分解する第1ダイクロイックミラーと、入射光軸に対して斜めに配置され、前記混合光を反射する第2色光と透過する第3色光とに色分解する第2ダイクロイックミラーと、前記第1ダイクロイックミラーと第1色光用のライトバルブとの間の前記第1色光の光路中に偏向ミラーとリレー光学系とを有することを特徴とする。
【0020】
請求項4記載の発明は、請求項3に記載の投射型表示装置において、前記各色光用に配置されたライトバルブは反射型ライトバルブであって、前記色分解された各色光はそれぞれフィールドレンズと偏光ビームスプリッタとを通って前記各色光用の反射型ライトバルブに入射し、前記偏光ビームスプリッタで検光光を取り出し、前記色合成光学系で色合成を行なうことを特徴とする。
【0021】
請求項5記載の発明は、請求項3に記載の投射型表示装置において、前記ライトバルブは透過型ライトバルブであって、前記色分解された各色光はそれぞれフィールドレンズと、前記ライトバルブの入射面側に配置された偏光子とを通って前記ライトバルブへ入射し、前記ライトバルブを射出した光を前記ライトバルブの射出面側に配置された偏光子の透過光を検光光として取り出し、前記色合成光学系で色合成を行なうことを特徴とする。
【0022】
請求項6記載の発明は、光源からの光を色分解光学系で第1色光、第2色光、第3色光に色分解し、前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記色分解光学系は、前記光源からの光の光軸に対する入射角度が45度をなすように斜めに配置され、前記光源からの光を第1色光と、第2色光と第3色光との混合光とに色分解する第1ダイクロイックミラーと、前記第1ダイクロイックミラーと平行に配置され、前記混合光を反射する第2色光と透過する第3色光とに色分解する第2ダイクロイックミラーと、前記第2ダイクロイックミラーと第3色光用のライトバルブとの間の光路中に配置される偏向ミラーとリレー光学系とを有し、前記光源から前記第3色光用のライトバルブまでの光軸の光路長を、前記光源から前記第1色光と第2色光との前記ライトバルブまでの前記第1色光と第2色光との光軸の光路長より大きくするとともに、前記第1ダイクロイックミラーと前記第2ダイクロイックミラーとの間の光軸の光路長の2倍よりも大きくしたことを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0024】
図1はこの発明の第1実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図であり、図2はその光学光線図である。
【0025】
ランプと放物面鏡等の凹面鏡とから構成される光源11から射出された略平行光束の光源光束は、複数のレンズ12A−aをマトリクス形状に配置した第1レンズ板12Aと、レンズ12A−aと対応してレンズ12B−aをマトリクス形状に配置した第2レンズ板12Bとから構成されるインテグレータ12と、コンデンサレンズ13とからなる照明光学系に入射する。光源光束は、第1レンズ板12Aのレンズ12A−aによって複数の中間光束に分割される。それぞれの光束は対応する第2レンズ板のレンズ12B−aに入射し、集光して複数の第2光源像を形成する。この第2光源像より射出する複数の光束はコンデンサレンズ13に入射し、反射型ライトバルブ20R、20G、20B上に重畳して照明される。
【0026】
コンデンサレンズ13を射出した光は、入射光軸に対する入射角度(入射光軸と入射面の法線とのなす角が45度未満をなすように配置されたダイクロイックミラー14に入射する。ダイクロイックミラー14は青(B)光を反射し、赤(R)光と緑(G)光とを透過する特性を有する。ダイクロイックミラー14は光軸と同じ方向に透過するR光とG光との混合光と、ダイクロイックミラー14に垂直な法線に対して前記入射角度と同じ45度未満の反射角度を有して反射されるB光とに色分解される。図に示すように、ダイクロイックミラー14で反射させB光は斜め後ろ方向へ進行する。
【0027】
ダイクロイックミラー14を透過するR光とG光とは入射光軸に対する入射角度が45度となるように配置されたG光反射ダイクロイックミラー15に入射し、透過するR光と、反射されるG光とに色分解される。R光とG光とはそれぞれフィールドレンズ18R、18Gを通って偏光ビームスプリッタ19R、19Gに入射する。偏光ビームスプリッタ19R、19Gに入射した各色光は偏光分離部で反射されて射出面から射出され、射出面近傍に配置された反射型ライトバルブ20R、20Gにそれぞれ入射する。
【0028】
ダイクロイックミラー14で反射されたB光はリレー光学系を構成するフィールドレンズの機能を有する第1レンズ17Aとリレーレンズ17Bのうちの第1レンズ17Aを通って第1ダイクロイックミラー14と略平行に配置された偏向ミラー16に入射する。B光は入射光軸の入射角度がダイクロイクミラー14への入射角度と同じ入射角度で偏向ミラー16に入射する。B光は偏向ミラー16で反射され、ダイクロイックミラー14を透過するR光とG光との混合光と略平行に進行し、リレーレンズ17Bを通ってフィールドレンズ18Bに入射する。フィールドレンズ18Bを通ったB光は偏光ビームスプリッタ19Bに入射する。偏光ビームスプリッタ19Bに入射したB光は偏光分離部で反射されて射出面から射出され、射出面近傍に配置されたB光用反射型ライトバルブ20Bに入射する。
【0029】
各色光用のライトバルブ20R、20G、20Bに入射した各色光はそれぞれ色信号によって変調作用を受け、偏光方向を変化させた変調光と入射偏光と同じ偏光方向の非変調光との混合光を反射する。ライトバルブ20R、20G、20Bから射出された光は再度各色光用の偏光ビームスプリッタ19R、19G、19Bに入射し、偏光分離部によって変調光と非変調光とに偏光分離される。変調光を偏光分離部を透過する光として検光して取り出し、色合成光学系を構成するR光反射ダイクロイック膜21RとB光反射ダイクロイック膜21Bとを互いに直交して内部に配置した複合プリズム構成のクロスダイクロイックリズム21にそれぞれ異なる入射面から入射させる。クロスダイクロイックリズム21に入射したB光はB光反射ダイクロイック膜21Bで反射され、R光はR光反射ダイクロイック膜21Rで反射され、G光は両膜21B、21Rを透過し、色合成されて射出面から射出される。合成光が投射レンズ22に入射し、図示しないスクリーン上に拡大投射される。
【0030】
次に、図2の光学光線図を説明する。図2においては光源11からの光源光束のうち、第1レンズ板12Aの中央部のレンズ12A−aと最外周部のレンズ12A−aとによって形成される3個の光束を図示した。
【0031】
第2レンズ板12Bのレンズ12B−a上の第2光源像から射出した中間光束は、コンデンサレンズ13を通って、それぞれ拡散光束で進行し、ダイクロイックミラー14を透過して、ダイクロイックミラー15で光軸が直交するR光とG光とに色分解され、フィールドレンズ18R、18G、偏光ビームスプリッタ19R、19Gを通ってライトバルブ20R、20Gの全体を重畳照明する。第2レンズ板12Bの光軸の位置にある中央のレンズ12B−a上の光源からの光束は、フィールドレンズ18R、18Gを通って光軸に平行に進行し、ライトバルブ20R、20Bに入射する。R光、G光はライトバルブ20R、20Bで反射され、偏光ビームスプリッタ19R、19Gとクロスダイクロイックプリズム21とを光軸に平行に進行し、投射レンズ22に入射する。投射レンズ22はライトバルブ20R、20G側にテレセントリックに形成されているので、投射レンズ22の内部に配置された開口絞り22cの中央部に集光し、中央部から拡散しながら投射レンズ22を射出する。すなわち、クロスダイクロイックプリズム21、偏光ビームスプリッタ19R、19G、ライトバルブ20R、20Gに関しては、投射レンズ22の開口絞り22cで定義される主光線が光軸に平行な、いわゆるテレセントリックな位置に配置されている。
【0032】
一方、ダイクロイックミラー14で反射されたB光の複数の光束は、第1レンズ17A、共役位置I部を通って進行し、偏向ミラー16で反射されてリレーレンズ17Bに入射する。リレーレンズ17Bの開口絞り17B−cは第2レンズ板12B上の第2光源像の位置と共役であり、開口絞り17B−c内には第2レンズ板12B上の複数の第2の光源像と共役なB光の複数の第3光源像が形成される。そして、第3光源像から射出された複数光束はリレーレンズ17Bを通って拡散してフィールドレンズ18Bに入射する。リレーレンズ17Bの開口絞り17B−cの中央部に形成される第3光源像からの光束はフィールドレンズ18Bを通って軸に平行光束に変換される。光束は偏光ビームスプリッタ19B、ライトバルブ20B、偏光ビームスプリッタ19B及びクロスダイクロイックプリズム21を通って、投射レンズ22に入射し、投射レンズ22の開口絞り22cの中央部に集光する。B光に関してもR光とG光と同様に偏光ビームスプリッタ19B、ライトバルブ20B、クロスダイクロイックプリズム21に関しては、投射レンズ22の開口絞り22cで定義される主光線がテレセントリックな位置にある。
【0033】
また、B光の光線図から理解できるように、リレーレンズ17Bに対して共役位置Iとライトバルブ20Bとは共役関係である。
【0034】
更に、B光の光線図により理解できるように、リレーレンズ17Bは偏光ビームスプリッタ19Bと、共役位置Iとからのそれぞれの光路長をより大とした位置に配置することが可能である。光路長を大とすることによってリレーレンズ17Bの開口絞り17B−c中の複数の第3光源像からそれぞれ射出されて、ライトバルブ20Bの全体に広がって重畳照明される各光束の広がり角度を押さえることが可能となる。
【0035】
この実施形態によれば、フィールドレンズ18Bの有するレンズのパワー度を小さくすることができる。また、フィールドレンズ18Bを使用してテレセントリック状態を達成してライトバルブ20Bの重畳照明を行うことができる。更に、従来例に比較してその照明強度の均一性を向上させることができ、投射像の均一性を得ることができる。
【0036】
この実施形態に係る投射型表示装置における各色光の光軸の長さを比較する。R光とG光との場合、ダイクロイックミラー14からダイクロイックミラー15までの光路長をa、ダイクロイックミラー15から偏光ビームスプリッタ19R、19Gの中心までの光路長をそれぞれ同じb、偏光ビームスプリッタ19R、19Gの中心からライトバルブ20R、20Gまでをcとしたとき、ダイクロイックミラー14からライトバルブ20R、20Gまでの光軸のそれぞれの光路長はa+b+cとなる。B光の場合、ダイクロイックミラー14から偏向ミラー16までの光路長は2bより大きくなり、偏向ミラー16からライトバルブ20Bまではa+b+cより大きくなるので、ダイクロイックミラー14からライトバルブ20Bまでの光軸の光路長はa+3b+cより大きくなる。すなわち、B光のライトバルブ20Bまでの光路長とR光及びG光の光路長とを比較したとき、その差は2bより大きくなっている。なお、前述したように従来例における光路長の差は2bである。
【0037】
この実施形態においては、B光をダイクロイックミラー14で反射させてダイクロイックミラー14を透過するR光とG光との混合光と色分解する構成としたが、他の実施形態として、B光をダイクロイックミラー14を透過させてダイクロイックミラー14で反射されるR光とG光との混合光と色分解する構成としてもよい。そのとき、ダイクロイックミラー14の光学特性、光源11、インテグレータ12及びコンデンサレンズ13の配置を換える必要がある。また、ダイクロイックミラー14で反射又は透過して色分解する単色光はB光に限定されることはなく、ダイクロイックミラー14の光学特性によりG光、又はR光とすることも可能である。そのとき、ダイクロイックミラー14の光学特性を変えることにより色分解光学系を構成する。
【0038】
図3はこの発明の第2実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【0039】
この実施形態は透過型ライトバルブを使用した点で第1実施形態と相違する。
【0040】
色分解光学系の構成は実質的に第1実施形態と同じである。光源31から射出された光源光は第1実施形態と同様の構成を有するインテグレータ32、コンデンサレンズ33を通って、入射光軸の入射角度が45度未満になるように配置されたB光反射ダイクロイックミラー34に入射し、反射されるB光と、R光とG光との混合光とに色分解される。
【0041】
R光とG光との混合光は入射光軸の入射角度が45度になるように配置されたG光反射ダイクロイックミラー35に入射し、反射するG光と、透過するR光とに色分解される。G光は反射偏向ミラー39Gで反射されてフィールドレンズ38Gに入射し、フィールドレンズ38Gを通って2枚の偏光子で挟まれた透過型ライトバルブ40Gに入射する。R光は反射偏向ミラー39Rで反射されてフィールドレンズ38Rに入射し、フィールドレンズ38Rを通って2枚の偏光子で挟まれた透過型ライトバルブ40Rに入射する。ダイクイロイックミラー34で反射されたB光は第1実施形態と同様にレンズ37Aとリレーレンズ37Bとからなるリレーレンズ光学系のレンズ37Aを通って、ダイクロイックミラー34と略平行に配置された偏向ミラー36に入射する。偏向ミラー36で反射されたB光はダイクロイックミラー34を透過するG光とR光との混合光と略平行に進行し、リレーレンズ37Bを通って反射偏向ミラー39Bに入射する。反射偏向ミラー39Bで反射されたB光はフィールドレンズ38Bを通って、R光、G光のライトバルブ40R、40Gと同様の構造を有するB光用の透過型ライトバルブ40Bに入射する。
【0042】
各色光用のライトバルブ40R、40G、40Bの入射面側に配置された偏光子を透過した偏光がライトバルブ40R、40G、40Bに入射し、色信号によって変調されて、変調光と非変調光との混合光として射出される。射出面側に配置された偏光子によって透過光を検光して取りだし、色合成光学系のクロスダイクロイックプリズム41にそれぞれ異なる入射面から入射させる。クロスダイクロイックプリズム41に入射した各色光は色合成されて射出面から射出される。合成光が投射レンズ42に入射し、図示しないスクリーンに拡大投射される。
【0043】
この実施形態では光線図は実質的に第1実施形態の光線図と同じであるのでその図示は省略するが、インテグレータ32、コンデンサレンズ33、レンズ37A、リレーレンズ37B及びフィールドレンズ38R、38G、38Bの役目及びその機能は第1実施形態と同じである。
【0044】
この実施形態に係る投射型表示装置における各色光の光軸の長さを比較する。R光とG光との場合、ダイクロイックミラー34からダイクロイックミラー35までの光路長をa、ダイクロイックミラー35から偏向ミラー39R、39Gまでの光路長をそれぞれ同じb、ミラー39R、39Gからライトバルブ40R、40Gまでの光路長をcとすると、ダイクロイックミラー34からライトバルブ40R、40Gまでの光軸の光路長はそれぞれa+b+cとなる。B光の場合、ダイクロイック34から偏向ミラー36までの光路長は2bより大きくなり、偏向ミラー36からライトバルブ40Bまでの光路長はa+b+cより大きくなるので、ダイクロイックミラー34からライトバルブ40Bまでの光軸の光路長はa+3b+cより大きくなる。即ち、B光のライトバルブまでの光路長はR光、G光の光路長より2b大きくなっている。
【0045】
この実施形態によれば第1実施形態と同様の効果を奏し、透過型ライトバルブ上への照明を均一に、特に、光路長を長く設定したB光のライトバルブ40Bへの均一照明が達成でき、投射像の均一性が達成できる。
【0046】
なお、この実施形態においても第1実施形態と同様にダイクロイックミラー34、45による色分解の方法も可能である。
【0047】
図4はこの発明の第3実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図であり、第2実施形態と共通する部分には同一符号を付して示しその説明を省略する。
【0048】
光源31からの光源光はインテグレータ32とコンデンサレンズ33を通って入射光軸の入射角度が45度をなすように配置され、R光を透過し、G光とB光との混合光を反射する特性を有するダイクロイックミラー54に入射し、透過するR光と、反射するG光とB光との混合光とに色分解される。色分解されたR光はダイクロイックミラー54と平行に配置された反射偏向ミラー56Rで進行方向を変えてフィールドレンズ38Rに入射し、フィールドレンズ38Rを通って透過型ライトバルブ40Rに入射される。
【0049】
B光とG光との混合光は、ダイクロイックミラー54と略平行に配置されたG光を反射するダイクロイックミラー55に入射し、反射するG光と、透過するB光とに色分解される。色分解されたG光はフィールドレンズ38Gを通って透過型ライトバルブ40Gに入射される。
【0050】
ダイクロイックミラー55の透過光として色分解されたB光はレンズ58Aとリレーレンズ58Bとからなるリレー光学系のレンズ58Aを通ってダイクロイックミラー54、55と平行に配置された偏向ミラー57Bに入射する。B光は偏向ミラー57Bで反射され、リレーレンズ58Bを通って偏向ミラー57Bと直交するように配置された偏向ミラー56Bに入射する。B光は偏向ミラー56Bで反射され、フィールドレンズ38Bを通って透過型ライトバルブ40Bに入射する。
【0051】
射出面側の偏光子を射出した検光光は色合成光学系のクロスダイクロイックプリズム41に入射し、色合成されて射出面から射出される。合成光が投射レンズ42に入射し、図示しないスクリーンに拡大投射される。
【0052】
各色光の光軸のライトバルブ40R、40G、40Bまでの光路長について説明する。R光のダイクロイックミラー54からライトバルブ40Rまでの光路長をa、G光のダイクロイックミラー54からダイクロイックミラー55までの光路長をb、ダイクロイックミラー55からライトバルブ40Gまでの光路長をcとしたとき、a=b+cである。B光のダイクロイックミラー54からダイクロイックミラー55までの光路長はG光と同じくbであり、ダイクロイックミラー55から偏向ミラー57Bまでの光路長はbより大きい。偏向ミラー57Bからライトバルブ40Bまではa(=b+c)より大きい。すなわち、ダイクロイックミラー54からライトバルブ40Bまでの光路長は3b+cより大きい。そのため、R光とG光との光軸のダイクロイックミラー54からライトバルブ40R、40Gまでの光路長(a=b+c)とB光のダイクロイックミラー54からライトバルブ40Bまでの光路長比較すると、その差は2bよりも大きくなる。
【0053】
この実施形態によれば、第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果を奏する
。
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、ライトバルブに対する照明強度の均一性を向上させて投射像の均一性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の第1実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【図2】図2はこの発明の第1実施形態に係る投射型表示装置の光学光線図である。
【図3】図3はこの発明の第2実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【図4】図4はこの発明の第3実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【図5】図5は従来の投射型表示装置の基本構成を示す図である。
【図6】図6は従来の投射型表示装置の各部材の機能を説明する光学光線図である。
【符号の説明】
11、31 光源
12、32 インテグレータ
13、33 コンデンサレンズ
14、15、34、35、54、55 ダイクロイックミラー
16、36、39R、39G、39B、56R、56B、57B 反射偏向ミラー
17A、37A、58A レンズ
17B、37B、58B リレーレンズ
18R、18G、18B、38R、38G、38B フィールドレンズ
19R、19G、19B 偏光ビームスプリッタ
20R、20G、20B 反射型ライトバルブ
40R、40G、40B 透過型ライトバルブ
21、41 クロスダイクロイックプリズム
22、42 投射レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color separation optical system and a projection display device.
[0002]
[Prior art]
The source light is separated into three primary colors of R (red) light, G (green) light, and B (blue) light by two dichroic mirrors, and each color light is reflected through a polarization beam splitter arranged for each color light. The light reflected by the reflective light valve is incident on the polarizing beam splitter, the modulated light is detected and extracted by this polarizing beam splitter, and the color is synthesized by the cross dichroic prism and projected by the projection lens. A projection type display device configured to do so is disclosed in Japanese Patent No. 2599309.
[0003]
This projection display device compares the optical path lengths from the light source of each color light to the light valve. The optical path lengths of the R light and the G light are the same, but the optical path length of the B light is clearly longer than the optical path length of the two-color light, and it is necessary to arrange a relay optical system in the middle of the optical path of the B light. is there. In addition, it is necessary to arrange an integrator that divides the light source light into a plurality of light beams and performs superimposed illumination on the light valve. Furthermore, it is necessary to dispose a field lens immediately before the entrance surface of each polarization beam splitter. A diagram to which these descriptions are added is shown as a diagram for explaining the conventional technology.
[0004]
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a conventional projection display apparatus.
[0005]
A substantially parallel light source light emitted from a
[0006]
The light emitted from the illumination optical system is incident on the first
[0007]
The mixed light of R light and G light is incident on a second
[0008]
The color-separated R light and G light enter the
[0009]
The color-separated B light travels with the
[0010]
The light incident on the reflective light valves for each
[0011]
FIG. 6 is an optical ray diagram for explaining the function of each member of the conventional projection display device. In FIG. 6, the light flux from the lens formed at the center and the outermost side of the
[0012]
As can be understood from this ray diagram, the principal ray is parallel to the optical axis at the position where the cross
[0013]
In the B light whose optical path length is different from the R light and the G light, the relay optical system composed of the
[0014]
The optical path length of the optical axis of each color light in this conventional example is compared. In the case of R light and G light, the optical path length from the first
[0015]
[Patent Literature]
Japanese Patent No. 2599309
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this projection type display device, the imaging of the illumination light beam becomes incomplete due to the spherical aberration of the
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the subject thereof is a color separation optical system capable of improving the uniformity of the illumination intensity with respect to the light valve and obtaining the uniformity of the projected image, and a projection using the same. A type display device is provided.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1
According to a second aspect of the present invention, in the color separation optical system according to the first aspect, a deflection mirror and a relay optical system are arranged in the optical path of the first color light color-separated by the first dichroic mirror. It is characterized by.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, light from a light source is color-separated into a first color light, a second color light, and a third color light by a color separation optical system, and each color light separated by the color separation optical system is separated for each color light. In a projection type display device that enters the light valve disposed in the projector, modulates and emits the light, and color-synthesizes it with a color-synthesizing optical system, and projects the color-synthesized light with a projection lens. The light from the light source is arranged obliquely so that the incident angle with respect to the optical axis is less than 45 degrees, and the light from the light source is separated into first color light, mixed light of second color light and third color light. A first dichroic mirror that is arranged obliquely with respect to the incident optical axis, a second dichroic mirror that separates color light into second color light that reflects the mixed light and transmitted third color light, and the first dichroic mirror, The first color with the light bulb for the first color light And having a deflecting mirror and the relay optical system in the optical path of the.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the projection type display device according to the third aspect, the light valve disposed for each color light is a reflection type light valve, and each of the color separated color lights is a field lens. And the polarization beam splitter, and enters the reflection light valve for each color light, extracts the analysis light by the polarization beam splitter, and performs color synthesis by the color synthesis optical system.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in the projection display device according to the third aspect, the light valve is a transmissive light valve, and the color-separated color lights are respectively incident on the field lens and the light valve. The light incident on the light valve through the polarizer disposed on the surface side, and the light emitted from the light valve is taken out as transmitted light of the polarizer disposed on the light exit surface side of the light valve, Color synthesis is performed by the color synthesis optical system.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, light from a light source is color-separated into a first color light, a second color light, and a third color light by a color separation optical system, and each color light separated by the color separation optical system is separated for each color light. In a projection type display device that enters the light valve disposed in the projector, modulates and emits the light, and color-synthesizes it with a color-synthesizing optical system, and projects the color-synthesized light with a projection lens. The light from the light source is arranged obliquely so that the incident angle with respect to the optical axis is 45 degrees, and the light from the light source is separated into first color light, mixed light of second color light and third color light. A first dichroic mirror, a second dichroic mirror that is disposed in parallel with the first dichroic mirror and separates the mixed light into a second color light that reflects the mixed light and a third color light that passes therethrough; the second dichroic mirror; Between light bulbs for three-color light An optical path length from the light source to the light valve for the third color light, the optical path length from the light source to the first color light and the second color light. The optical path length of the first color light and the second color light to the light valve is larger than the optical path length of the optical axis between the first dichroic mirror and the second dichroic mirror. Characterized by being enlarged.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a plan view for explaining the configuration of a projection display apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an optical ray diagram thereof.
[0025]
A substantially parallel light source light beam emitted from a
[0026]
The light emitted from the
[0027]
The R light and G light that pass through the
[0028]
The B light reflected by the
[0029]
Each color light incident on the
[0030]
Next, the optical ray diagram of FIG. 2 will be described. FIG. 2 illustrates three light beams formed by the
[0031]
The intermediate light beam emitted from the second light source image on the
[0032]
On the other hand, a plurality of light beams of B light reflected by the
[0033]
As can be understood from the ray diagram of the B light, the conjugate position I and the
[0034]
Further, as can be understood from the ray diagram of the B light, the
[0035]
According to this embodiment, the power of the lens of the
[0036]
The lengths of the optical axes of the respective color lights in the projection display device according to this embodiment are compared. In the case of R light and G light, the optical path length from the
[0037]
In this embodiment, the B light is reflected by the
[0038]
FIG. 3 is a plan view for explaining the configuration of a projection display apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0039]
This embodiment differs from the first embodiment in that a transmissive light valve is used.
[0040]
The configuration of the color separation optical system is substantially the same as that of the first embodiment. The light source light emitted from the
[0041]
The mixed light of R light and G light is incident on the G light reflecting
[0042]
Polarized light that has passed through a polarizer disposed on the incident surface side of the
[0043]
In this embodiment, since the ray diagram is substantially the same as the ray diagram of the first embodiment, its illustration is omitted, but the
[0044]
The lengths of the optical axes of the respective color lights in the projection display device according to this embodiment are compared. In the case of R light and G light, the optical path length from the
[0045]
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the illumination on the transmission type light valve can be made uniform, in particular, the uniform illumination to the
[0046]
In this embodiment, the color separation method using the dichroic mirrors 34 and 45 is also possible as in the first embodiment.
[0047]
FIG. 4 is a plan view for explaining the configuration of a projection type display apparatus according to the third embodiment of the present invention. The parts common to the second embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0048]
The light source light from the
[0049]
The mixed light of B light and G light is incident on a
[0050]
The B light color-separated as the transmitted light of the
[0051]
The analysis light emitted from the exit surface side polarizer enters the cross
[0052]
The optical path length to the
[0053]
According to this embodiment, there is an effect similar to that of the first embodiment and the second embodiment.
.
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the uniformity of the projection intensity can be obtained by improving the uniformity of the illumination intensity with respect to the light valve.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a configuration of a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an optical ray diagram of the projection display apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view for explaining the configuration of a projection display apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view for explaining the configuration of a projection display apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a conventional projection display device.
FIG. 6 is an optical ray diagram illustrating the function of each member of a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
11, 31 Light source
12, 32 Integrator
13, 33 condenser lens
14, 15, 34, 35, 54, 55 Dichroic mirror
16, 36, 39R, 39G, 39B, 56R, 56B, 57B Reflective deflection mirror
17A, 37A, 58A lenses
17B, 37B, 58B Relay lens
18R, 18G, 18B, 38R, 38G, 38B Field lens
19R, 19G, 19B Polarizing beam splitter
20R, 20G, 20B Reflective light valve
40R, 40G, 40B Transmission type light valve
21, 41 Cross dichroic prism
22, 42 Projection lens
Claims (6)
前記第1ダイクロイックミラーの前記光源からの光の光軸の前記第1ダイクロイックミラーへの入射角度は45度未満であることを特徴とする色分解光学系。A first dichroic mirror disposed obliquely with respect to the optical axis of the light from the light source, and color-separating the light from the light source into a first color light and a mixed light of the second color light and the third color light; and incident light In a color separation optical system configured by a second dichroic mirror that is disposed obliquely with respect to the axis and separates the mixed light of the second color light and the third color light into the second color light and the third color light,
The color separation optical system, wherein an incident angle of an optical axis of light from the light source of the first dichroic mirror to the first dichroic mirror is less than 45 degrees.
前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、
前記光源からの光の光軸に対する入射角度が45度未満となるように斜めに配置され、前記光源からの光を第1色光と、第2色光と第3色光との混合光とに色分解する第1ダイクロイックミラーと、
入射光軸に対して斜めに配置され、前記混合光を反射する第2色光と透過する第3色光とに色分解する第2ダイクロイックミラーと、
前記第1ダイクロイックミラーと第1色光用のライトバルブとの間の前記第1色光の光路中に偏向ミラーとリレー光学系とを有する
ことを特徴とする投射型表示装置。The light from the light source is separated into the first color light, the second color light, and the third color light by the color separation optical system,
Each color light color-separated by the color separation optical system is incident on a light valve arranged for each color light, modulated and emitted, color-synthesized by a color synthesis optical system, and the color-synthesized light is projected into a projection lens. In the projection type display device that projects in
The color separation optical system is
The light from the light source is arranged obliquely so that the incident angle with respect to the optical axis is less than 45 degrees, and the light from the light source is separated into first color light, mixed light of second color light and third color light. A first dichroic mirror that
A second dichroic mirror disposed obliquely with respect to the incident optical axis and color-separating into a second color light reflecting the mixed light and a third color light transmitting;
A projection type display apparatus comprising: a deflection mirror and a relay optical system in an optical path of the first color light between the first dichroic mirror and a light valve for first color light.
前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、
前記光源からの光の光軸に対する入射角度が45度をなすように斜めに配置され、前記光源からの光を第1色光と、第2色光と第3色光との混合光とに色分解する第1ダイクロイックミラーと、
前記第1ダイクロイックミラーと平行に配置され、前記混合光を反射する第2色光と透過する第3色光とに色分解する第2ダイクロイックミラーと、
前記第2ダイクロイックミラーと第3色光用のライトバルブとの間の光路中に配置される偏向ミラーとリレー光学系とを有し、
前記光源から前記第3色光用のライトバルブまでの光軸の光路長を、前記光源から前記第1色光と第2色光との前記ライトバルブまでの前記第1色光と第2色光との光軸の光路長より大きくするとともに、前記第1ダイクロイックミラーと前記第2ダイクロイックミラーとの間の光軸の光路長の2倍よりも大きくした
ことを特徴とする投射型表示装置。The light from the light source is separated into the first color light, the second color light, and the third color light by the color separation optical system,
Each color light color-separated by the color separation optical system is incident on a light valve arranged for each color light, modulated and emitted, color-synthesized by a color synthesis optical system, and the color-synthesized light is projected into a projection lens. In the projection type display device that projects in
The color separation optical system is
The light from the light source is arranged obliquely so that the incident angle with respect to the optical axis is 45 degrees, and the light from the light source is separated into first color light, mixed light of second color light and third color light. The first dichroic mirror,
A second dichroic mirror disposed in parallel with the first dichroic mirror and color-separating into a second color light reflecting the mixed light and a third color light transmitting;
A deflecting mirror disposed in an optical path between the second dichroic mirror and the light valve for the third color light, and a relay optical system;
The optical path length of the optical axis from the light source to the light valve for the third color light is the optical axis of the first color light and the second color light from the light source to the light valve of the first color light and the second color light. And an optical path length between the first dichroic mirror and the second dichroic mirror greater than twice the optical path length of the first dichroic mirror.
Priority Applications (1)
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US7532407B2 (en) | 2005-08-09 | 2009-05-12 | Hitachi, Ltd. | Projection display |
US8104897B2 (en) | 2008-02-29 | 2012-01-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Projection optical system having an angled opitcal part and an offset optical part |
CN110658629A (en) * | 2018-06-28 | 2020-01-07 | 苹果公司 | Electronic device with multi-element display illumination system |
CN115236927A (en) * | 2021-04-23 | 2022-10-25 | 株式会社理光 | Light guide optical device, light source device, and image projection device |
-
2003
- 2003-06-17 JP JP2003171653A patent/JP2005012303A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8104897B2 (en) | 2008-02-29 | 2012-01-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Projection optical system having an angled opitcal part and an offset optical part |
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