JP2005165137A - Illuminating optical system and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクタ等の画像表示装置に用いられる光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system used in an image display apparatus such as a projector.
画像表示装置としては、反射型液晶表示素子(画像形成素子)と偏光ビームスプリッタとを用いたものが特許文献1や特許文献2において提案されている。
As an image display device,
特許文献1にて提案の画像表示装置では、4つの偏光ビームスプリッタが用いられており、特許文献2にて提案のものでは、3つの偏光ビームスプリッタとダイクロミラーとが用いられている。
In the image display device proposed in
図7には、特許文献2にて提案の画像表示装置の光学構成を示す。この装置は、光源101およびリフレクタ102から射出した光束が、第1および第2のフライアイレンズ103a,103bと偏光変換素子104とを介してコンデンサーレンズ109に入射し、集光作用を受けた後、ミラー106,107を介してフィールドレンズ108に入射する。フィールドレンズ108からの射出光束は、ダイクロイックミラー109で緑色光成分と赤色および青色光成分とに分離される。赤色および青色光成分は、第1の色選択性位相差板112を介して第1の偏光ビームスプリッタ110RBによって赤色光成分と青色光成分とに分離され、それぞれ反射型液晶表示素子115B,115Rに導かれる。
FIG. 7 shows an optical configuration of the image display device proposed in
一方、緑色光成分は、第2の色選択性位相差板113を介して第2の偏光ビームスプリッタ110Gに入射し、ここから反射型液晶表示素子115Gに導かれる。その後、液晶表示素子115B,115R,115Gで変調された3つの色光成分は合成されて投射レンズ116から不図示のスクリーンに投射され、カラー画像を表示する。
On the other hand, the green light component is incident on the second polarizing
ここで、色選択性位相差板とは、可視光の波長領域において所定の波長領域の光の偏光方向を90度変換し、その他の波長の光の偏光方向は変化させない作用を有するものである。
一般に、偏光ビームスプリッタは入射角度が45度で入射する光に対して図8(a)に示すような理想的な偏光分離性能を示したとしても、45度からずれた角度で入射する光に対しては、図8(b)に示すような不完全な分離特性となってしまう。これは、偏光ビームスプリッタに形成されている光学薄膜において、薄膜の屈折率をn、薄膜の厚さをd、光の入射角度をθとしたとき、光学薄膜は光学性能に対してndcosθで作用するために、入射角度θにより偏光分離特性が変化してしまうためである。 In general, even if the polarization beam splitter exhibits an ideal polarization separation performance as shown in FIG. 8A with respect to light incident at an incident angle of 45 degrees, the light beam is incident on the light incident at an angle shifted from 45 degrees. On the other hand, an incomplete separation characteristic as shown in FIG. This is because, in an optical thin film formed on a polarizing beam splitter, when the refractive index of the thin film is n, the thickness of the thin film is d, and the incident angle of light is θ, the optical thin film acts on the optical performance at nd cos θ. This is because the polarization separation characteristic changes depending on the incident angle θ.
このため、投射画像に明るさのむらや色むらを発生させないためには、反射型液晶表示素子に至る照明光束は、反射型液晶表示素子上でそれぞれ平行な(テレセントリックな)状態になっていなければならない。 For this reason, in order to prevent unevenness in brightness and color in the projected image, the illumination light flux reaching the reflective liquid crystal display element must be in a parallel (telecentric) state on the reflective liquid crystal display element. Don't be.
しかしながら、図7に示した光学系のように、第1および第2のフライアイレンズ103a,103b,コンデンサーレンズ105およびフィールドレンズ108により、均一な光量分布を持つ照明エリアを反射型液晶表示素子上に形成する場合において、コンデンサーレンズ105およびフィールドレンズ108を合成した系の焦点位置に反射型液晶表示素子を配置したときの該照明エリアの大きさは、倍率βで第1のフライアイレンズ103aのそれぞれのレンズの大きさが拡大された大きさになる。
However, as in the optical system shown in FIG. 7, the first and second fly-
ここで、
倍率β=fc/ff2
であり、fcはコンデンサーレンズ109とフィールドレンズ110の合成系の焦点距離、ff2は第2のフライアイレンズ103aの焦点距離である。
here,
Magnification β = fc / ff2
Fc is the focal length of the composite system of the
さらに、フィールドレンズ108から反射型液晶表示素子においてテレセントリックな状態にするためには、反射型液晶表示素子側から求めたコンデンサーレンズ105とフィールドレンズ108の合成系の焦点位置を、第1のフライアイレンズ103aの集光点近傍に設定しなければならない。
Further, in order to achieve a telecentric state from the
ここで、第1のフライアイレンズ103aの集光点を、第2のフライアイレンズ103bの近傍に設けることにより照明光の利用効率を高くすることができる。したがって、コンデンサーレンズ105は、該コンデンサーレンズ105とフィールドレンズ108の合成系の焦点近傍に位置することとなり、コンデンサーレンズ105とフィールドレンズ108の合成系の焦点距離fc、フィールドレンズ110の焦点距離ffとの間には、
ff≒fc
の関係が成り立つこととなる。
Here, the use efficiency of the illumination light can be increased by providing the condensing point of the first fly-
ff ≒ fc
The relationship will be established.
このため、コンデンサーレンズ105とフィールドレンズ108との間に、フィールドレンズ108の焦点距離ff相当の間隔をあける必要が生じ、これにより光源から色分解系に至る光学系が大型化するという問題がある。
For this reason, it is necessary to leave a gap corresponding to the focal length ff of the
本発明は、画像形成素子の照明エリア内の明るさの均一性を確保しつつ、光源から色分解系(特に、偏光分離素子)を含む照明光学系をコンパクト化することを目的とし、さらにこれにより画像表示装置全体の小型化を図ることを目的としている。 An object of the present invention is to downsize an illumination optical system including a color separation system (particularly, a polarization separation element) from a light source while ensuring uniformity of brightness within an illumination area of an image forming element. Accordingly, it is an object to reduce the size of the entire image display apparatus.
上記の目的を達成するために、本発明は、光源からの光束を複数に分割する光束分割手段と、該光束分割手段からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系とを有する照明光学系に関する。色分解光学系は、ダイクロイックミラーと該ダイクロイックミラーからの光束が入射する偏光分離素子とを含み、かつ光束分割手段と偏光分離素子との間に集光光学系が設けられている。該集光光学系は、光束分割手段とダイクロイックミラーとの間に、光源側から順に配置された第1および第2のレンズと、ダイクロイックミラーと偏光分離素子との間に配置された第3のレンズとを含む。 In order to achieve the above object, the present invention provides a light beam splitting unit that splits a light beam from a light source into a plurality of colors, and a color separation optical system that color-separates the light beam from the light beam splitting unit and guides it to a plurality of image forming elements. And an illumination optical system. The color separation optical system includes a dichroic mirror and a polarization separation element on which a light beam from the dichroic mirror is incident, and a condensing optical system is provided between the light beam dividing unit and the polarization separation element. The condensing optical system includes a first lens and a second lens arranged in order from the light source side between the light beam splitting unit and the dichroic mirror, and a third lens arranged between the dichroic mirror and the polarization separation element. Including a lens.
具体的には、以下の条件を満足するとよい。 Specifically, the following conditions should be satisfied.
−2.5<f2/fc<−1…(1)
但し、fcは前記集光光学系の全系の焦点距離であり、f2は前記第2のレンズの焦点距離である。
−2.5 <f2 / fc <−1 (1)
Here, fc is the focal length of the entire focusing optical system, and f2 is the focal length of the second lens.
また、本発明は、ダイクロイックミラーと偏光分離素子とを含み、光源からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系とを有する照明光学系に関する。そして、ダイクロイックミラーと偏光分離素子との間に、屈折力を有する第1の光学系を設ける。
なお、光源とダイクロイックミラーとの間に、光源からの光束を複数に分割する光束分割手段を設け、該光束分割手段とダイクロイックミラーとの間に、屈折力を有する第2の光学系を設けてもよい。
ここで、上記第1の光学系および第2の光学系は、少なくとも1つの屈折光学素子を有しており、2つ以上のレンズを有していても構わない。また、「屈折力を有する」とは、屈折力が0ではないという意味である。
そして、第1の光学系と第2の光学系とを含む光学系を集光光学系とし、第2の光学系が、光源側から順に第1および第2のレンズとを有するとき、上記(1)式を満足するとよい。
The present invention also relates to an illumination optical system that includes a dichroic mirror and a polarization separation element, and includes a color separation optical system that separates a light beam from a light source and guides it to a plurality of image forming elements. A first optical system having refractive power is provided between the dichroic mirror and the polarization separation element.
A light beam splitting unit that splits the light beam from the light source into a plurality of parts is provided between the light source and the dichroic mirror, and a second optical system having a refractive power is provided between the light beam splitting unit and the dichroic mirror. Also good.
Here, the first optical system and the second optical system have at least one refractive optical element, and may have two or more lenses. “Having refractive power” means that the refractive power is not zero.
When the optical system including the first optical system and the second optical system is a condensing optical system, and the second optical system includes the first and second lenses in order from the light source side, 1) It is preferable to satisfy the equation.
本発明によれば、 上記のようなレンズ配置の集光光学系を光源から色分解系の偏光分離素子の間に設けることにより、画像形成素子の照明エリア内の明るさの均一性を十分に確保しつつ、光源から色分解系(特に、偏光分離素子)を含む照明光学系をコンパクト化することができる。したがって、該照明光学系を搭載した画像表示装置の小型化を図ることもできる。 According to the present invention, by providing the condensing optical system having the lens arrangement as described above between the light source and the polarization separation element of the color separation system, the uniformity of the brightness in the illumination area of the image forming element is sufficiently obtained. While ensuring, the illumination optical system including the color separation system (particularly, the polarization separation element) from the light source can be made compact. Therefore, it is possible to reduce the size of the image display device equipped with the illumination optical system.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1には、本発明の実施例1である表示光学系の構成を示している。図中、1は連続スペクトルで白色光を発光する放電ランプであり、2は放電ランプ1からの光を所定方向に集光するリフレクタである。これら放電ランプ1とリフレクタ2により光源ユニットが構成される。
FIG. 1 shows the configuration of a display optical system that is
3aは複数の矩形レンズをマトリックス状に配置した第1のフライアイレンズであり、3bは第1のフライアイレンズ3aの個々のレンズに対応した複数のレンズを有する第2のフライアイレンズである。これらフライアイレンズ3a,3bは、請求の範囲にいう光束分割手段を構成する。4は第2のフライアイレンズ3aからの無偏光光を所定の偏光方向を有する偏光光に揃える偏光変換素子である。
3a is a first fly-eye lens in which a plurality of rectangular lenses are arranged in a matrix, and 3b is a second fly-eye lens having a plurality of lenses corresponding to individual lenses of the first fly-
5a,5bはそれぞれ、フライアイレンズ3a,3bと後述するダイクロイックミラー6との間に、光源側から順に配置された第1のコンデンサーレンズ(第1のレンズ)および第2のコンデンサーレンズ(第2のレンズ)であり、請求の範囲にいう第2の光学系を構成する。
また、5c,5c’はそれぞれ、ダイクロイックミラー6と後述する第1および第2の偏光ビームスプリッタ10a,10bとの間に配置されたフィールドレンズ(第3のレンズ)であり、請求の範囲にいう第1の光学系を構成する。
ここで、第1のコンデンサーレンズ5aは正の屈折力を、第2のコンデンサーレンズ5bは負の屈折力を有する。また、フィールドレンズ5c,5c’は正の屈折力を有する。屈折力を有するとは、屈折力が0ではないという意味である。
Here, the
また、本実施例では、上記第2の光学系を2つのレンズで構成し、第1の光学系を1つのレンズで構成しているが、各光学系を構成するレンズの数はこれらに限られず、1つでも2つや3つ以上であってもよい。 In the present embodiment, the second optical system is composed of two lenses, and the first optical system is composed of one lens. However, the number of lenses constituting each optical system is not limited to these. It may be one, two, or three or more.
ダイクロイックミラー6は、青(B)と緑(G)の波長領域の光を透過し、赤(R)の波長領域の光を反射する。7はGとRの中間の波長領域の光を一部カットするカラーフィルタである。
The
8a,8bはそれぞれ、G光の偏光方向を90度変換し、B光の偏光方向は変換しない第1の色選択性位相差板および第2の色選択性位相差板である。9は1/2波長板である。14は所定の偏光方向を有する偏光光は透過させず、該偏光方向と直交する偏光方向の偏光光を透過させる偏光板である。
10a,10b,10cはそれぞれ、P偏光を透過し、S偏光を反射する第1の偏光ビームスプリッタ、第2の偏光ビームスプリッタおよび第3の偏光ビームスプリッタである。11r,11g,11bは原画を形成し、入射した光束を反射するとともに画像変調して射出する赤用の反射型液晶表示素子(画像形成素子)、緑用の反射型液晶表示素子および青用の反射型液晶表示素子である。12r,12g,12bは赤用の1/4波長板、緑用の1/4波長板、青用の1/4波長板である。13は投射レンズである。
なお、第1のコンデンサーレンズ5a,第2のコンデンサーレンズ5bおよびフィールドレンズ5c,5c’により集光光学系5が構成されている。また、ダイクロイックミラー6と、第1および第2の偏光ビームスプリッタ10a,10bにより色分解光学系が、第1〜第3の偏光ビームスプリッタ10a〜10cにより色合成光学系がそれぞれ構成されている。また、本実施例では、光源1から第1および第2の偏光ビームスプリッタ10a,10bまでの光学系を照明光学系とも称する。
The
次に、本実施例における光学的な作用を説明する。放電ランプ1から発した光は、リフレクタ2により所定の方向に集光される。ここで、リフレクタ2は放物面形状をなしており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。ただし、光源1は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸Oに平行でない光の成分も多く含まれている。
Next, the optical action in the present embodiment will be described. Light emitted from the
この集光光束は、第1のフライアイレンズ3aに入射する。第1のフライアイレンズ3aは、外形が矩形である正の屈折力を有する複数のレンズをマトリックス状に組み合わせて構成されており、入射した光束をそれぞれのレンズに応じた複数の光束に分割し、集光させる。これら分割された複数の光束は、第2のフライアイレンズ3bを経て、マトリックス状に複数の光源像を偏光変換素子4の近傍に形成する。
This condensed light flux enters the first fly-
偏光変換素子4は、不図示の偏光分離面と反射面と1/2波長板とにより構成されている。偏光変換素子4の近傍でマトリックス状に集光した複数の光束は、その列に対応した偏光分離面に入射し、これを透過するP偏光成分の光束と反射するS偏光成分の光束とに分割される。さらに、偏光分離面で反射したS偏光成分の光束は、反射面で反射し、P偏光成分と同じ方向に出射する。一方、偏光分離面を透過したP偏光成分の光束は、1/2波長板を透過してS偏光光と同じ偏光光に変換され、偏光方向(図中の・はS偏光を示す)が揃った光束として射出する。偏光変換素子4で偏光変換された複数の光束は、発散光束として集光光学系5に至る。
The
ダイクロイックミラー6には、リフレクタ2から光束の射出方向と同じ方向から光束が入射する。このダイクロイックミラー6は、図2に実線で示すような特性を有している。すなわち、BとGの光(430〜570nm)は透過し、Rの光(580〜650nm)は反射する。ここで、RのS偏光成分の透過率は、Rの波長範囲の中心波長である610nmにおいて1%以下に設定されており、これにより他の2つの色光の色純度が低下するのを防いでいる。
The light beam enters the
図1において、偏光変換素子4から射出したS偏光光(・)は、ダイクロイックミラー6に対してもS偏光光(・)として入射する。
In FIG. 1, S-polarized light (•) emitted from the
ここで、本実施例においては、ダイクロイックミラー6は第2のコンデンサーレンズ5bとフィールドレンズ5c(5c’)との間に設けられているので、ダイクロイックミラー6に作用する光束はテレセントリックになっていない。このためダイクロイックミラー6は、図中のAからBの方向に膜厚が徐々に厚くなる構成とし、入射角度による特性の変化を補正している。
Here, in this embodiment, since the
Rの光路において、ダイクロイックミラー6で反射した光はフィールドレンズ5c’を透過してカラーフィルタ7に入射する。カラーフィルタ7は、図2に点線で示すような特性を有しており、GとRの中間の波長領域にあたる黄色の色光(570〜590nm)を反射するダイクロイックフィルタである。これにより、黄色の光成分が除去される。赤色光に黄色の成分が多いと、赤がオレンジになっていまうので、黄色の光を除去する方が色再現上望ましい。
In the R optical path, the light reflected by the
ここで、本実施例では、カラーフィルタ7をフィールドレンズ5c’とは別に設けているが、フィールドレンズ5c’のレンズ面にカラーフィルタを設けてもよい。
In this embodiment, the
こうして色調整された赤色光は、第1の偏光ビームスプリッタ10aに対してS偏光(・)として入射し、その偏光分離面で反射され、R用の反射型液晶表示素子11rへと至る。
The red light thus color-adjusted enters the first
R用の反射型液晶表示素子11rにおいて画像変調されて反射されたR光のうちS偏光成分(・)は、再び偏光分離面で反射して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、R反射光のP偏光成分(|)は、偏光分離面を透過して投射光となる。
Of the R light that has been image-modulated and reflected by the reflective liquid
第1の偏光ビームスプリッタ10aを透過した赤色光は、1/2波長板9によりその偏光方向が90度回転させられ、第3の偏光ビームスプリッタ10cに対してS偏光光(・)として入射する。そして、この光は、第3の偏光ビームスプリッタ10cの偏光分離面で反射されて、投射レンズ13へと至る。
The red light transmitted through the first
ダイクロイックミラー6を透過したGとBの光は、フィールドレンズ5cを透過し、偏光板14に入射する。偏光板14はダイクロイックミラー6に対してS偏光である偏光成分を透過させ、P偏光である偏光成分を反射する特性を有する。偏光板14により偏光成分をより揃えた光(・)は、第1の色選択性位相差板8aに入射する。第1の色選択性位相差板8aは、G光の偏光方向を90度回転する作用を持っており、これによりG光はP偏光(|)として、B光はS偏光(・)としてそれぞれ第2の偏光ビームスプリッタ10bに入射する。
The G and B lights that have passed through the
B光は、第2の偏光ビームスプリッタ10bの偏光分離面で反射されてB用の反射型液晶表示素子11bにて画像変調されて反射される。このBの反射光のS偏光成分(・)は再び偏光分離面で反射して、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Bの反射光のP偏光成分(|)は、偏光分離面を透過して投射光となる。
The B light is reflected by the polarization separation surface of the second
同様に、G光は、第2の偏光ビームスプリッタ10bの偏光分離面を透過してG用の反射型液晶表示素子11gにて画像変調されて反射される。このGの反射光のP偏光成分(|)は、再び偏光分離面を透過して、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Gの反射光のS偏光成分(・)は偏光分離面で反射して投射光となる。これによりBとGの投射光は1つの光束に合成される。
Similarly, the G light is transmitted through the polarization separation surface of the second
合成されたGとBの投射光は、第2の色選択性位相差板28bに入射する。第2の色選択性位相差板8bは、第1の色選択性位相差板8aと同じものであり、Gの偏光方向のみを90度回させし、G、B光ともP偏光(・)とした上で第3の偏光ビームスプリッタ10cに入射させる。これらG、B光は、第3の偏光ビームスプリッタ10cの偏光分離面を透過してRの投射光と合成される。
The combined G and B projection light enters the second color-selective phase difference plate 28b. The second color-selective
ここで、第2の偏光ビームスプリッタ10bとG用およびB用の反射型液晶表示素子11g,11bの間に設けられた1/4波長板12g,12bは、遅相軸の方向が回転できるようになっている。これにより、第2の偏光ビームスプリッタ10bと反射型液晶表示素子11g,11bとで発生する偏光状態の乱れを調整することができる。
Here, the
また、第3の偏光ビームスプリッタ10cの入射側に設けられた1/2波長板9は、第3の偏光ビームスプリッタ10cにおける非投射光の漏れが最小となるように遅相軸を調整できる構成となっている。
In addition, the half-wave plate 9 provided on the incident side of the third
本実施例における各光学素子の空気との境界面には、反射防止コートが施されている。また、G光のみが透過する面には、最も反射率が低下する波長帯域が550nmの近傍になるように設定された反射防止コートが施されている。さらに、R光のみが透過する面には、最も反射率が低下する波長帯域が610nmの近傍に設定された反射防止コートが施されている。また、B光のみが透過する面には、最も反射率が低下する波長帯域が450nmの近傍に設定された反射防止コートが、G光とB光が透過する面には、反射率が低下する波長帯域が450nmと550nmの間にあるような反射防止コートが施されている。 An antireflection coat is applied to the boundary surface between each optical element and the air in this embodiment. In addition, an antireflection coating that is set so that the wavelength band in which the reflectance decreases most is in the vicinity of 550 nm is applied to the surface through which only the G light is transmitted. Further, an antireflection coat in which a wavelength band in which the reflectance decreases most is set in the vicinity of 610 nm is applied to a surface through which only R light is transmitted. In addition, an antireflection coat in which the wavelength band in which the reflectance is most reduced is set to the vicinity of 450 nm is provided on the surface through which only the B light is transmitted, and the reflectance is reduced on the surface through which the G light and the B light are transmitted. An anti-reflection coating having a wavelength band between 450 nm and 550 nm is applied.
ここで、各偏光ビームスプリッタは、可視光の波長領域(430〜650nm)においてP偏光成分とS偏光成分を分解する同一の偏光分離膜を用いた偏光ビームプルリッタである。但し、それぞれの光路で使用する波長領域に合わせた膜特性の設定をしてもよい。例えば、Rの光路の第1の偏光ビームスプリッタ10aには、580〜650nmにおいてP偏光成分とS偏光成分とを分解する偏光分離膜を用い、B,Gの光路の第2の偏光ビームスプリッタ10bには、430〜595nmにおいてP偏光成分とS偏光成分とを分解する偏光分離膜が用いる。また、第3の偏光ビームスプリッタ10cには、430〜650nmにおいてP偏光成分とS偏光成分とを分解する偏光分離膜を用いる。
Here, each polarization beam splitter is a polarization beam puller using the same polarization separation film that decomposes the P-polarized component and the S-polarized component in the visible wavelength region (430 to 650 nm). However, the film characteristics may be set according to the wavelength region used in each optical path. For example, the first
また、上記実施例においては、
−2.5<f2/fc<−1…(1)
なる条件を満たすことが望ましい。fcは集光光学系5の全系の焦点距離、すなわち第1のコンデンサーレンズ5a、第2のコンデンサーレンズ5bおよびフィールドレンズ5c(5c’)のそれぞれの焦点距離を合成した焦点距離である。また、f2は第2のコンデンサーレンズ5bの焦点距離である。
In the above embodiment,
−2.5 <f2 / fc <−1 (1)
It is desirable to satisfy the following condition. fc is the focal length of the entire condensing
f2/fcが(1)式の上限値よりも大きくなると、第1のコンデンサーレンズ5aと第2のコンデンサーレンズ5bのそれぞれの焦点距離が大きくなり、反射型液晶表示素子上の照明エリアでの明るさの均一性が低下してしまう。また、f2/fcが(1)式の下限値より小さくなると、集光光学系5の全長が長くなり、コンパクト性が損なわれてしまう。
When f2 / fc is larger than the upper limit value of the expression (1), the focal lengths of the
このため、(1)式を満足するようf2/fcの値を設定することにより、反射型液晶表示素子11r,11g,11b上の照明エリア内での明るさの均一性を十分に確保しつつ、光源(1,2)から第1および第2の偏光ビームスプリッタ10a,10bに至る光学系(照明光学系)のサイズをコンパクト化することができる。
Therefore, by setting the value of f2 / fc so as to satisfy the expression (1), the brightness uniformity in the illumination area on the reflective liquid
以下、上記実施例1に具体的数値データを適用した数値実施例を説明する。ここでは、反射型液晶表示素子の画面サイズが0.5”(インチ)であるときの例を示す。 Hereinafter, numerical examples in which specific numerical data is applied to the first embodiment will be described. Here, an example in which the screen size of the reflective liquid crystal display element is 0.5 ″ (inch) is shown.
(数値実施例1)
表1には、図3に示した第1および第2のフライアイレンズ3a,3bのレンズデータを、表2には、図4に示した集光光学系5のレンズデータそれぞれを示す。表1,2において、rは曲率半径(mm)を、dは面の間隔(mm)を、nは材質の屈折率を表す。
(Numerical example 1)
Table 1 shows the lens data of the first and second fly-
面1〜2は第1のフライアイレンズ3aの面、面3〜4は第2のフライアイレンズ3bの面である。
面1〜2は第1のコンデンサーレンズ5aの面、面3〜4は第2のコンデンサーレンズ5bの面、面5〜6はフィールドレンズ5c(5c’)の面である。
ここで、本数値実施例において、集光光学系5の全系の焦点距離、すなわち第1のコンデンサーレンズ5a、第2のコンデンサーレンズ5bおよびフィールドレンズ5c(5c’)のそれぞれの焦点距離を合成した焦点距離fcは、
fc=82.4mm
であり、第2のフライアイレンズ3bの焦点距離ff2は、
ff2=29.5mm
である。
Here, in this numerical example, the focal lengths of the entire system of the condensing
fc = 82.4mm
The focal length ff2 of the second fly-
ff2 = 29.5mm
It is.
したがって、
β=fc/ff2=2.793
となる。集光光学系5は、上記倍率βで第1のフライアイレンズ3aの矩形形状の像を形成する。
Therefore,
β = fc / ff2 = 2.793
It becomes. The condensing
0.5”の画面サイズは10.2×7.6mmであるので、均一に照明される領域を12.2×9.6mmとする。この場合、第1のフライアイレンズ3aの個々のレンズは4.35×3.44mmの矩形とすればよい。
Since the screen size of 0.5 ″ is 10.2 × 7.6 mm, the uniformly illuminated area is 12.2 × 9.6 mm. In this case, the individual lenses of the first fly-
また、第2のコンデンサーレンズ5bの焦点距離f2は、
f2=−53.6mm
である。このため、
β=f2/fc=−1.54
である。すなわち、(1)式を満たしている。
The focal length f2 of the
f2 = -53.6 mm
It is. For this reason,
β = f2 / fc = −1.54
It is. That is, the expression (1) is satisfied.
ここで、第2のコンデンサーレンズ5bとフィールドレンズ5c(5c‘)の合成の焦点距離fc23は
fc23=82.4mm
であるので、
fc/fc23=1
となり、フィールドレンズ5c(5c’)から反射型液晶表示素子11g,11b,11rに至る光路において、該反射型液晶表示素子上に集光する光は、集光光学系5の光軸に対してほぼテレセントリックになる。
Here, the combined focal length fc23 of the
So
fc / fc23 = 1
Thus, in the optical path from the
図5には、本発明の実施例2である表示光学系の構成を示している。この図中において、実施例1と同じ構成要素には同じ符号を付しており、それらについての説明は省略する。
FIG. 5 shows the configuration of a display optical system that is
23aは複数の矩形レンズをマトリックス状に配置した第1のフライアイレンズ、23bは第1のフライアイレンズの個々のレンズに対応した複数のレンズからなる第2のフライアイレンズである。24は偏光変換素子である。25aは第1のコンデンサーレンズ(第1のレンズ)、25bは第2のコンデンサーレンズ(第2のレンズ)、25c,25c’はフィールドレンズ(第3のレンズ)である。25は、これら第1のコンデンサーレンズ25a、第2のコンデンサーレンズ25bおよびフィールドレンズ25c,25c’を含む集光光学系である。第1のコンデンサーレンズ25aは正の屈折力を、第2のコンデンサーレンズ25bは負の屈折力を有する。また、フィールドレンズ25c,25c’は正の屈折力を有する。
本実施例は、実施例1と同様に、0.5”の画面サイズに適した表示光学系である。実施例1との違いは、フライアイレンズ23a,23bの矩形形状を3.1×2.5mmとした点で、フライアイレンズの大きさに合わせて偏光変換素子24のピッチも小さくしている。ここで、フライアイレンズ23a,23bのレンズデータは実施例1と同じである。
The present embodiment is a display optical system suitable for a screen size of 0.5 "as in the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the rectangular shape of the fly-
そして、本実施例においても、上記(1)式を満たすことが望ましい。 Also in this embodiment, it is desirable to satisfy the above expression (1).
以下、上記実施例2に対応する数値実施例を説明する。
(数値実施例2)
表3に図6に示した集光光学系25のレンズデータを示す。表3においてrは曲率半径(mm)を、dは面の間隔(mm)を、nは材質の屈折率を表す。
Hereinafter, numerical examples corresponding to the second embodiment will be described.
(Numerical example 2)
Table 3 shows lens data of the condensing
面1〜2は第1のコンデンサーレンズ25aの面、面3〜4は第2のコンデンサーレンズ25bの面、面5〜6がフィールドレンズ25c(25c’)の面である。
ここで、集光光学系5の全系の焦点距離fcは
fc=114.9mm
であり、倍率βは、
β=fc/ff2=3.895
となる。集光光学系25は、この倍率βで第1のフライアイレンズ23aの矩形形状の像を形成する。
Here, the focal length fc of the entire condensing
And the magnification β is
β = fc / ff2 = 3.895
It becomes. The condensing
また、第2のコンデンサーレンズ25bの焦点距離f2は、
f2=−52.9mm
であり、倍率βは、
β=f2/fc=−2.14
となる。すなわち、(1)式を満たしている。
The focal length f2 of the
f2 = -52.9 mm
And the magnification β is
β = f2 / fc = -2.14
It becomes. That is, the expression (1) is satisfied.
ここで、第2のコンデンサーレンズ25bとフィールドレンズ25c(25c’)の合成の焦点距離fc23は、
fc23=124.8mm
である。このため、
fc/fc23=0.92
となる。
Here, the combined focal length fc23 of the
fc23 = 12.8mm
It is. For this reason,
fc / fc23 = 0.92
It becomes.
なお、本発明が適用される照明光学系は、上記各実施例にて説明した構成のものに限られず、各実施例を適宜変更した照明光学系に対しても本発明を適用することができる。 The illumination optical system to which the present invention is applied is not limited to the configuration described in each of the above embodiments, and the present invention can be applied to an illumination optical system in which each embodiment is appropriately changed. .
1 放電ランプ
2 リフレクタ
3a 第1のフライアイレンズ
3b 第2のフライアイレンズ
4 偏光変換素子
5a 第1のコンデンサーレンズ
5b 第2のコンデンサーレンズ
5c,5c’ フィールドレンズ
6 ダイクロイックミラー
7 カラーフィルタ
8a,8b 色選択性位相差板
9a,9b 1/2波長板
10a,10b,10c 偏光ビームスプリッタ
11r,11g,11b 反射型液晶表示素子
12r,12g,12b 1/4波長板
13 投射レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
該光束分割手段からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系とを有し、
前記色分解光学系は、ダイクロイックミラーと該ダイクロイックミラーからの光束が入射する偏光分離素子とを含み、かつ前記光束分割手段と前記偏光分離素子との間に集光光学系が設けられており、
該集光光学系は、前記光束分割手段と前記ダイクロイックミラーとの間に、前記光源側から順に配置された第1および第2のレンズと、前記ダイクロイックミラーと前記偏光分離素子との間に配置された第3のレンズとを含むことを特徴とする照明光学系。 A light beam dividing means for dividing a light beam from a light source into a plurality of light beams;
A color separation optical system that color-separates the light beam from the light beam splitting unit and guides it to a plurality of image forming elements,
The color separation optical system includes a dichroic mirror and a polarization separation element on which a light beam from the dichroic mirror is incident, and a condensing optical system is provided between the light beam splitting unit and the polarization separation element,
The condensing optical system is disposed between the light beam splitting unit and the dichroic mirror, between the first and second lenses disposed in order from the light source side, and between the dichroic mirror and the polarization separation element. And an illuminated third lens.
−2.5<f2/fc<−1
但し、fcは前記集光光学系の全系の焦点距離であり、f2は前記第2のレンズの焦点距離である。 The illumination optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
−2.5 <f2 / fc <−1
Here, fc is the focal length of the entire focusing optical system, and f2 is the focal length of the second lens.
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項1から4のいずれか1つに記載の照明光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。 A plurality of image forming elements;
An image display apparatus comprising: the illumination optical system according to claim 1, wherein the plurality of image forming elements are illuminated with light from the light source.
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項1から4のいずれか1つに記載の照明光学系と、
前記複数の画像形成素子からの光を合成する色合成光学系と、
該色合成光学系により合成した光束を被投射面に投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。 A plurality of image forming elements;
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of image forming elements are illuminated with light from the light source;
A color synthesis optical system for synthesizing light from the plurality of image forming elements;
An image display apparatus comprising: a projection optical system that projects a light beam synthesized by the color synthesis optical system onto a projection surface.
前記ダイクロイックミラーと前記偏光分離素子との間に、屈折力を有する第1の光学系を有することを特徴とする照明光学系。 An illumination optical system including a dichroic mirror and a polarization separation element, and having a color separation optical system that separates a light beam from a light source and guides the light to a plurality of image forming elements,
An illumination optical system comprising a first optical system having refractive power between the dichroic mirror and the polarization separation element.
該光束分割手段と前記ダイクロイックミラーとの間に、屈折力を有する第2の光学系を有することを特徴とする請求項8に記載の照明光学系。 Between the light source and the dichroic mirror, there is a light beam dividing means for dividing the light beam from the light source into a plurality of parts,
9. The illumination optical system according to claim 8, further comprising a second optical system having a refractive power between the light beam splitting unit and the dichroic mirror.
前記第2の光学系が、前記光源側から順に第1および第2のレンズとを有するとき、
−2.5<f2/fc<−1
なる条件を満足することを特徴とする請求項9に記載の照明光学系。
但し、fcは前記集光光学系の全系の焦点距離であり、f2は前記第2のレンズの焦点距離である。 An optical system including the first optical system and the second optical system is a condensing optical system,
When the second optical system has first and second lenses in order from the light source side,
−2.5 <f2 / fc <−1
The illumination optical system according to claim 9, wherein the following condition is satisfied.
Here, fc is the focal length of the entire focusing optical system, and f2 is the focal length of the second lens.
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項8から10のいずれか1つに記載の照明光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。 A plurality of image forming elements;
11. An image display apparatus comprising: the illumination optical system according to claim 8 illuminating the plurality of image forming elements with light from the light source.
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項8から10のいずれか1つに記載の照明光学系と、
前記複数の画像形成素子からの光を合成する色合成光学系と、
該色合成光学系により合成した光束を被投影面に投影する投影光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。 A plurality of image forming elements;
The illumination optical system according to any one of claims 8 to 10, wherein the plurality of image forming elements are illuminated with light from the light source;
A color synthesis optical system for synthesizing light from the plurality of image forming elements;
An image display apparatus comprising: a projection optical system that projects a light beam synthesized by the color synthesis optical system onto a projection surface.
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---|---|---|---|---|
JP2006091727A (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Victor Co Of Japan Ltd | Color separating and mixing optical system |
JP2011248053A (en) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Nikon Corp | Illuminating optical system and projector apparatus using the illuminating optical system |
JP2015184401A (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | カシオ計算機株式会社 | Light source optical device and projector |
CN115561884A (en) * | 2022-10-28 | 2023-01-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Stray light eliminating coaxial illumination telecentric optical imaging system |
-
2003
- 2003-12-04 JP JP2003406322A patent/JP2005165137A/en active Pending
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