JP2005250232A - Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device - Google Patents

Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device Download PDF

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JP2005250232A JP2004062258A JP2004062258A JP2005250232A JP 2005250232 A JP2005250232 A JP 2005250232A JP 2004062258 A JP2004062258 A JP 2004062258A JP 2004062258 A JP2004062258 A JP 2004062258A JP 2005250232 A JP2005250232 A JP 2005250232A
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Tadao Kyomoto
忠男 京本
Takashi Uchida
隆史 内田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical path displacing element, an optical scanning means, and a projection type image display device such that noise in device operation is reduced with simple constitution, luminance unevenness of projection video is reduced, and focus vibration is suppressed to improve the quality of the video. <P>SOLUTION: The device is equipped with the optical scanning means 101 which makes an optical scan through an annular prism 9 as the optical path displacing element, and further equipped with a white light source lamp 1, a lens 2, dichroic mirrors 3, 4, and 5 which separate a light into R, G, and B, rods 6, 7, and 8 for diffusion shaping which projects the separated lights R, G, and B on the annular prism 9, a rotating means 9c of rotating the annular prism 9, a projection lens 10, reflecting mirrors 12 and 13, an optical modulating element 11, and a projection optical system 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光路変位素子と光走査手段および投影型画像表示装置に関し、特に、カラースクロール走査方式の投影型画像表示装置等に使用される光路変移素子と該光路変移素子を用いた光走査手段および投影型画像表示装置に関するものである。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical path displacement element, an optical scanning unit, and a projection type image display apparatus, and more particularly, to an optical path transition element used in a color scroll scanning type projection type image display apparatus and an optical scanning unit using the optical path transition element. And a projection-type image display device.

光源からの光をデジタルミラーデバイス(以下、DMDと称する。)、液晶表示素子(以下、LCDと称する。)等の光変調素子を介してスクリーンに投射する投影型画像表示装置は、光の3原色(R,G,B)に対応した3種類の画像の作成に3枚の光変調素子を用いる方式(以下、3板方式と称する。)と、1枚の光変調素子を用いる方式(以下、単板方式と称する。)の2種類がある。   A projection-type image display apparatus that projects light from a light source onto a screen via a light modulation element such as a digital mirror device (hereinafter referred to as DMD) or a liquid crystal display element (hereinafter referred to as LCD). A method using three light modulation elements (hereinafter referred to as a three-plate method) and a method using one light modulation element (hereinafter referred to as “three-plate method”) for generating three types of images corresponding to the primary colors (R, G, B). , Referred to as a single plate method).

前記3板方式は、図19に示すように、光源からの光をダイクロイックミラー、フィルタ、キューブ等を用い、赤色(以下、Rと称する。)、緑色(以下、Gと称する。),青色(以下、Bと称する。)の3原色に分離させた後、これら分離光R,G,Bの光を各3つの光変調素子119r,119g,119bに入射させてそれぞれR画像、G画像、B画像をスクリーン120上に形成するものである。
前記R,G,B画像は、光変調素子119r,119g,119bを反射もしくは透過した後、ミラー113、投射光学系114等を用いて位置整合並びに色合成されてスクリーン120に投射される。
As shown in FIG. 19, the three-plate system uses dichroic mirrors, filters, cubes, and the like for light from a light source, and is red (hereinafter referred to as R), green (hereinafter referred to as G), and blue (hereinafter referred to as G). (Hereinafter referred to as B)), the separated light beams R, G, and B are incident on the three light modulation elements 119r, 119g, and 119b, respectively. An image is formed on the screen 120.
The R, G, and B images are reflected or transmitted through the light modulation elements 119r, 119g, and 119b, and then are aligned and color-combined using the mirror 113, the projection optical system 114, and the like, and projected onto the screen 120.

前記単板方式は、LCDを光変調素子として用いる場合、一般的には、図20に示すように、図示しないRフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタが配置された3つの小画素により1つの画素を構成し、各小画素が入射光の反射、吸収、透過を制御する光変調素子129となるように構成されている。この場合、光源からの出射光の内、LCD光変調素子の偏光板を透過した光は、前記R,G,Bフィルタを透過もしくは吸収し、液晶層を透過もしくは反射した成分が再び偏光板を透過した際に、R画像、G画像、B画像を同時にスクリーン120上に形成するようになっている。   In the single plate method, when an LCD is used as a light modulation element, generally, as shown in FIG. 20, one pixel is formed by three small pixels in which an R filter, a G filter, and a B filter (not shown) are arranged. Each small pixel is configured to be a light modulation element 129 that controls reflection, absorption, and transmission of incident light. In this case, of the light emitted from the light source, the light transmitted through the polarizing plate of the LCD light modulation element is transmitted or absorbed through the R, G, B filter, and the component transmitted or reflected through the liquid crystal layer is again applied to the polarizing plate. When transmitted, an R image, a G image, and a B image are simultaneously formed on the screen 120.

このような単板方式では、スクリーン120上においても、各分離光R,G,Bの小画素が表示されているが、視覚上で分解能以下の範囲で前記R,G,Bの小画素が配列しているために、錯覚的に空間合成された画像となる。   In such a single plate method, small pixels of the separated light beams R, G, and B are displayed on the screen 120, but the small pixels of R, G, and B are visually within a resolution or less. Due to the arrangement, the image is an illusion of spatial synthesis.

しかしながら、上述した単板方式では、小画素毎に独立して光変調を行っているので、スイッチ素子の微細化や高精細化が不利になるため、光変調素子自体の大きさの小型化が難しいという問題点があった。   However, in the single plate method described above, since light modulation is performed independently for each small pixel, miniaturization and high definition of the switch element are disadvantageous, so that the size of the light modulation element itself can be reduced. There was a problem that it was difficult.

また、隣り合う小画素間には、光出射の不可能な無配線のブラックマスクが膜付けされた領域の割合が多くなるとともに、カラーフィルタにおいて、Rフィルタに入射する光が、R成分以外の成分、すなわちG,B光が吸収されるため、光利用率がカラーフィルタ上だけで光源からの出射光の3分の1以下となってしまうという問題点があった。   In addition, the ratio of the area where the non-wiring black mask that cannot emit light is formed between the adjacent small pixels is increased, and in the color filter, the light incident on the R filter is other than the R component. Since the components, that is, the G and B lights are absorbed, there is a problem that the light utilization rate becomes 1/3 or less of the light emitted from the light source only on the color filter.

一方、前記3板方式は、単板方式に比較して画像の高精細化が容易、光の利用効率が高いという長所があるが、その反面、3つの光変調素子119r,119g,119bが配置され、且つ、各分離光R,G,Bの進行光路が独立しているため、単板方式に比較して光変調素子の数が多くなりコストが高くなる、光学系の構造が複雑で形状が大きくなるという問題点があった。   On the other hand, the three-plate method has advantages in that it is easy to achieve high-definition images and high light utilization efficiency compared to the single-plate method, but on the other hand, three light modulation elements 119r, 119g, and 119b are arranged. In addition, since the traveling light paths of the separated light beams R, G, and B are independent, the number of light modulation elements is increased and the cost is increased compared to the single plate method, and the structure of the optical system is complicated and shaped. There is a problem that becomes larger.

この為、小型化およびローコスト化の求められる最近の投影型画像表示装置においては、光変調素子に対して分離光R,G,Bを順次時分割で投射し、光変調素子は投射された光の種類に応じた画像を作成、投射する「カラーシーケンシャル方式」、或いは光変調素子に対してR,G,Bの光を同時に領域分割で投射し、R,G,Bの光の投射領域を時間とともに移動(スクロール)させる「カラースクロール方式」が多く採用されている。   For this reason, in recent projection type image display devices that are required to be reduced in size and cost, the separated light beams R, G, and B are sequentially projected onto the light modulation element in a time-sharing manner, and the light modulation element projects the projected light. “Color Sequential Method” for creating and projecting an image according to the type of light, or simultaneously projecting R, G, B light to the light modulation element by area division, and projecting R, G, B light projection areas A “color scroll method” that moves (scrolls) with time is often used.

特に、カラースクロール方式は、光源に白色光源を使用する場合、分光したR,G,Bの光の全てを同時に画像表示に利用する為、カラーホイール等のカラーフィルタを用いて、白色光から必要な種類の光だけを抽出し、他の種類の光を廃棄してR,G,Bの光のみを順次時分割で投射するカラーシーケンシャル方式に比べて、光の利用効率が高くなるという長所がある。   In particular, when a white light source is used as the light source, the color scroll method uses all of the R, G, and B light that has been dispersed for image display at the same time, so it is necessary from white light using a color filter such as a color wheel. Compared with the color sequential method, which extracts only different types of light, discards other types of light, and sequentially projects only R, G, B light in a time-sharing manner, it has the advantage that the light use efficiency is higher. is there.

ここで、従来のカラースクロール方式による投影型画像表示装置について、一例を挙げて説明する。
図21は従来のカラースクロール方式による投影型画像表示装置の構成の一例を示す説明図である。
Here, an example of a conventional projection type image display apparatus using a color scroll method will be described.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of a projection-type image display apparatus using a conventional color scroll method.

従来のカラースクロール方式による投影型画像表示装置110は、図21に示すように、正4角柱の回転プリズム139を光路変位素子として、前記回転プリズム139を回転させて光走査を行う光走査手段101を備えたものであって、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1と、該白色光源ランプ1からの出射光を赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に分離するダイクロイックミラー3,4,5と、前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射された分離光R,G,Bの3色の光を拡散整形し、光路変位素子としての回転プリズム139に投射する拡散整形用のロッド6,7,8と、前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bを受ける正4角柱の回転プリズム139と、前記回転プリズム139を回転させる回転手段(図示省略)と、回転プリズム139の出力光を光変調素子11に投射する投射レンズ10、反射鏡12,13、光変調素子11、およびスクリーン(図示省略)への投射光学系14とを具備している。   As shown in FIG. 21, a conventional color scroll projection-type image display apparatus 110 has an optical scanning unit 101 that performs optical scanning by rotating the rotating prism 139 using the regular prismatic rotating prism 139 as an optical path displacement element. A white light source lamp 1 having a spectrum in the visible light range, and light emitted from the white light source lamp 1 in three colors of red (R), green (G), and blue (B). The dichroic mirrors 3, 4, 5 to be separated and the separated light beams R, G, B separated and reflected by the dichroic mirrors 3, 4, 5 are diffused and shaped, and a rotating prism 139 as an optical path displacement element Diffusing shaping rods 6, 7, 8 projected onto the light, a regular quadrangular prism rotating prism 139 that receives the separated lights R, G, B emitted from the rods 6, 7, 8, and the rotating prism 139. The Rotating means (not shown), a projection lens 10 for projecting the output light of the rotating prism 139 onto the light modulation element 11, the reflecting mirrors 12, 13, the light modulation element 11, and a projection optical system 14 onto a screen (not shown). It is equipped with.

以下、前記投影型画像表示装置110の動作について説明する。
可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1からの出射光は、レンズ2を介してダイクロイックミラー3で青(B)、ダイクロイックミラー4で緑(G)、ダイクロイックミラー5で赤(R)との3色の分離光R,G,Bに分離される。
Hereinafter, the operation of the projection type image display apparatus 110 will be described.
Light emitted from the white light source lamp 1 having a spectrum in the visible light range is blue (B) by the dichroic mirror 3 through the lens 2, green (G) by the dichroic mirror 4, and red (R) by the dichroic mirror 5. Are separated into three colors of separated light R, G and B.

前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射された3色の分離光R,G,Bは、それぞれ色毎に光の拡散整形用のロッド6(B)、ロッド7(G)、及びロッド7(R)に入射するようになっている。前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bは、図21に示したように回転プリズム139に入射される。
前記ロッド6,7,8からの分離光R,G,Bの回転プリズム139に対する入射角度は、回転プリズム139の回転に伴ない変化する。
The three color separated lights R, G, and B separated and reflected by the dichroic mirrors 3, 4, and 5 are the light diffusion shaping rod 6 (B), rod 7 (G), and rod for each color, respectively. 7 (R). The separated lights R, G, and B emitted from the rods 6, 7, and 8 are incident on the rotating prism 139 as shown in FIG.
The incident angles of the separated lights R, G, and B from the rods 6, 7, and 8 with respect to the rotating prism 139 change as the rotating prism 139 rotates.

この為、前記回転プリズム139を通過し、光変調素子11上に投射された色毎の光の領域は、回転プリズム139の回転に伴ない移動(スクロール)する。
光変調素子11は、投射された光の種類とその領域に応じて、光変調を行い画像生成を行う。光変調素子11で生成された画像は、スクリーンへの投射光学系14を経てスクリーン(図示省略)へ投射される。
For this reason, the region of light for each color that has passed through the rotating prism 139 and projected onto the light modulation element 11 moves (scrolls) as the rotating prism 139 rotates.
The light modulation element 11 performs light modulation and generates an image in accordance with the type and area of the projected light. The image generated by the light modulation element 11 is projected onto a screen (not shown) through a projection optical system 14 onto the screen.

しかしながら、先に述べたような長所があるカラースクロール方式には、正4角柱の回転プリズム139を光路変位素子として、前記回転プリズム139を回転させて光走査を行う光走査手段101を用いることにより以下のような問題点が存在した。   However, in the color scroll method having the advantages as described above, by using the optical scanning means 101 that performs optical scanning by rotating the rotating prism 139 using the regular prismatic rotating prism 139 as an optical path displacement element. The following problems existed.

すなわち、回転プリズム139の形状と該回転プリズム139の回転方向の関係から、風きりノイズを発生し易い。特に、カラーブレイクの発生を抑制する為には、スクロールの速度を上げることが効果的だが、プリズムの回転速度を上げた場合、風きりノイズが増大するという問題が生じる。   That is, wind noise is likely to occur due to the relationship between the shape of the rotating prism 139 and the rotational direction of the rotating prism 139. In particular, it is effective to increase the scroll speed in order to suppress the occurrence of color breaks. However, when the rotation speed of the prism is increased, there arises a problem that wind noise increases.

また、光変調素子11上に投射された光の投射領域の走査速度が、光変調素子11の中央に比べて上下両端で速くなる等、光変調素子11上の位置により異なる。この結果、スクリーンの映像は、中央に比べて上下端で映像の輝度が低下し、映像に輝度ムラが発生する。   In addition, the scanning speed of the projection area of the light projected on the light modulation element 11 differs depending on the position on the light modulation element 11 such that the scanning speed is higher at both the upper and lower ends than the center of the light modulation element 11. As a result, the brightness of the screen image is lower at the upper and lower ends than in the center, and uneven brightness occurs in the image.

さらに、回転プリズム139の回転によって生じる光路長の変動や、光の該回転プリズム139への入射角度に依存する波長分散等の影響により、焦点振動や色収差の拡大を引き起こし、表示画像にぼやけ等が発生し、画像の品質が低下すると言う問題点があった(図11を参照)。   Furthermore, the fluctuation of the optical path length caused by the rotation of the rotating prism 139 and the influence of wavelength dispersion depending on the incident angle of light on the rotating prism 139 cause focal vibration and enlargement of chromatic aberration, and the display image is blurred. There has been a problem that the quality of the image is deteriorated (see FIG. 11).

ここで、「カラーブレイク」について説明する。
フルカラーの画像を表示する表示装置は、時分割で赤、青、緑の画像を順次表示して、時間的にずれて表示される赤、青、緑の画像情報を視聴者の脳が重ね合わせてフルカラー画像として受け取ることを利用している。
そして、このような映像表示方式では、視聴者の視線の移動等により、赤、青、緑の映像情報の一部を取得できなかったり、脳内の映像の重ね合わせ処理が上手くいかない場合、映像の一部から赤、青、緑の色のどれかが抜け落ちて、映像の色調が変化して見える現象が発生する。これの現象を「カラーブレイク」と呼称している。
Here, “color break” will be described.
A display device that displays full-color images sequentially displays red, blue, and green images in a time-sharing manner, and the viewer's brain superimposes red, blue, and green image information that are displayed with a time shift. And using it as a full-color image.
And, in such a video display method, due to the movement of the viewer's line of sight, etc., if some of the red, blue and green video information cannot be acquired, or the superposition processing of the video in the brain is not successful, One of the colors red, blue, and green falls out of a portion of the image, causing a phenomenon in which the color tone of the image changes. This phenomenon is called “color break”.

そこで、上記従来の問題点の対策として、図22に示すように、分離光R,G,Bが出射されるダイクロイックキューブ15と、前記分離光R,G,Bが入射される第1フォーカスレンズ16と、第1フォーカスレンズ16を通った分離光R,G,Bを走査する走査素子17と、走査素子17によって走査された分離光R,G,Bが入射されるポストフォーカスレンズ20とを備え、前記走査素子17を配置間隔が焦点距離と等しくなる様に配置されて互いが正負に揺動する2つの円柱状レンズアレイ18,19で構成し、回転プリズム139の代りに光走査手段として用いる光学系が提案されている(特許文献1を参照)。   Therefore, as countermeasures for the above-described conventional problems, as shown in FIG. 22, the dichroic cube 15 from which the separated lights R, G, and B are emitted and the first focus lens into which the separated lights R, G, and B are incident. 16, a scanning element 17 that scans the separated lights R, G, and B that have passed through the first focus lens 16, and a post-focus lens 20 that receives the separated lights R, G, and B scanned by the scanning element 17. The scanning element 17 is composed of two cylindrical lens arrays 18 and 19 which are arranged so that the arrangement interval is equal to the focal length and swings positively and negatively, and serves as an optical scanning unit instead of the rotating prism 139. An optical system to be used has been proposed (see Patent Document 1).

このようなスクロール光学系によれば、光走査手段として回転プリズムを用いないため、プリズムの回転によって生じる光路長の変動や、プリズムに対する光の入射角度に依存する波長分散等に起因する焦点振動や色収差の拡大を改善できる。
特表2002−541512A号公報
According to such a scroll optical system, since the rotating prism is not used as the optical scanning means, the fluctuation of the optical path length caused by the rotation of the prism, the focus vibration caused by the wavelength dispersion depending on the incident angle of the light to the prism, The expansion of chromatic aberration can be improved.
Special Table 2002-541512A

しかしながら、特許文献1に記載の光学系のように、光変調素子11上の光の投射領域をスクロールさせるために、互いが正負に揺動する2つの円柱状レンズアレイ18,19で構成された走査素子17を用いる方法には、入力パターンのすべての光線高さについて正確に走査するように円柱状レンズアレイ18,19を互いに正負に揺動させることが難しい。また、前記円柱状レンズアレイ18,19を互いに正負に動かすための駆動部が必要となるので機構的に複雑になるという問題点が存在した。   However, like the optical system described in Patent Document 1, in order to scroll the projection area of the light on the light modulation element 11, it is composed of two cylindrical lens arrays 18 and 19 that swing positively and negatively. In the method using the scanning element 17, it is difficult to swing the cylindrical lens arrays 18 and 19 positively and negatively so as to accurately scan all the light beam heights of the input pattern. In addition, there is a problem that the driving mechanism for moving the cylindrical lens arrays 18 and 19 positively and negatively is required, so that the mechanism is complicated.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で装置運転時の騒音を低減し、投射映像の輝度ムラを低減するとともに、焦点振動を抑制して映像の品質の向上を図った光路変位素子と光走査手段および投影型画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and reduces noise during operation of the apparatus with a simple configuration, reduces brightness unevenness of a projected image, and suppresses focal vibration to reduce the image quality. An object of the present invention is to provide an optical path displacing element, an optical scanning unit, and a projection type image display device with improved quality.

本発明は、光路変位素子に係り、光源から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させる光路変位素子であって、前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、前記プリズム体を変位させることで、該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることを特徴とするものである。   The present invention relates to an optical path displacing element, in which separated light emitted from a light source and separated for each of a plurality of specific wavelength band components is incident and transmitted or reflected, and the emission position of the incident separated light in the optical path is displaced. The optical path displacing element, the optical path displacing element is constituted by a prism body in which the separation light incident surface and the exit surface are spirally and endlessly formed, and by displacing the prism body, The path of the separated light incident on the prism body is displaced.

前記プリズム体は、変位方向に対して略垂直方向の断面形状が正多角形状で且つ任意の位置の断面形状が相似形状に形成されるとともに、n/2πrad(nは、n≧1の自然数)捻ることで螺旋状に形成され、且つ、該プリズム体の隣り合う入射面または出射面により形成される稜と該プリズム体の変位方向に沿った中心線とのそれぞれの一端側と他端側とを連続させて無端状に形成されることが好ましい。   In the prism body, the cross-sectional shape in a direction substantially perpendicular to the displacement direction is a regular polygonal shape, and the cross-sectional shape at an arbitrary position is a similar shape, and n / 2πrad (n is a natural number where n ≧ 1). One end side and the other end side of each of a ridge formed by twisting and formed by an adjacent entrance surface or exit surface of the prism body and a center line along the displacement direction of the prism body Are preferably formed in an endless manner.

また、前記プリズム体は、環状に形成され、環状の中心を中心軸として回転変位するときのプリズム体の回転軸をZ軸、前記プリズム体が回転時に半径r(r>0)基準円を含むZ軸に対して垂直な平面をXY平面、前記XY平面とZ軸の交点を基準点O:(x、y、z)=(0、0、0)、前記基準円上の一点A、基準点O、X軸と前記基準円の交点B=(r、0、0)の成す角度∠AOBをθ、前記基準円上の一点Aの座標をA(θ)=(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)、前記プリズム体のm箇所(m≧3の自然数)の稜とZ軸を一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点をPk(θ)=(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))(kは、1≦k≦mの自然数)、Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、ζ1(θ)のθ=0の時の初期位相をδ(0≦|δ|<2π)、プリズム体の一辺の長さをR(θ)、と定義した場合、前記Pk(θ)の座標が、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
の関係式を満たすことが好ましい。
The prism body is formed in an annular shape, and includes a Z-axis as a rotation axis of the prism body when the prism body is rotationally displaced about the center of the annular shape, and includes a reference circle having a radius r (r> 0) when the prism body is rotated. The plane perpendicular to the Z axis is the XY plane, the intersection of the XY plane and the Z axis is the reference point O: (x, y, z) = (0, 0, 0), one point A on the reference circle, the reference The angle ∠AOB formed by the point O, the intersection B of the X axis and the reference circle B = (r, 0, 0) is θ, and the coordinate of one point A on the reference circle is A (θ) = (r · cos (θ) , R · sin (θ), 0), an intersection of a plane including A (θ) with one side of the Z-axis being the edge of m points (m ≧ 3 is a natural number) of the prism body and Pk (θ) = ( xk (θ), yk (θ), zk (θ)) (k is a natural number of 1 ≦ k ≦ m), Pk (θ), A, and the angle formed by the reference point O are ζk (θ), ζ1 (θ ) Θ = The initial phase when the δ (0 ≦ | δ | <2π), when the length of one side of the prisms defining R (theta), and the coordinates of Pk (theta) is,
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
It is preferable that the relational expression is satisfied.

さらに、前記プリズム体は、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすことが好ましい。
Furthermore, the prism body is
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
It is preferable that the relational expression is satisfied.

さらに、また、前記プリズム体は、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r√2>R1>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすことが好ましい。
Furthermore, the prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r√2>R1> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
It is preferable that the relational expression is satisfied.

また、前記プリズム体は、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことが好ましい。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
The prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
It is preferable that the relational expression is satisfied.
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.

さらに、前記プリズム体は、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことが好ましい。
Furthermore, the prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
It is preferable that the relational expression is satisfied.

また、本発明は、光走査手段に係り、光源から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させる光路変位素子と、前記光路変位素子を変位させる光路変位素子変位手段とを備え、前記光路変位素子を変位させることで該光路変位素子に入射された光の出射位置を制御して光走査するようにした光走査手段において、前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、前記光路変位素子変位手段は、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させることで、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させることを特徴とするものである。   In addition, the present invention relates to an optical scanning unit, and injects and transmits or reflects the separated light emitted from the light source and separated for each of the plurality of specific wavelength band components, and sets the emission position of the optical path of the incident separated light. An optical path displacing element for displacing and an optical path displacing element displacing means for displacing the optical path displacing element, and irradiating the optical path displacing element by controlling the emission position of the light incident on the optical path displacing element. In the optical scanning means configured to do so, the optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed, and the optical path displacing element displacing unit includes: Further, the path of the plurality of separated lights incident on the prism body is temporally displaced by rotationally displacing the prism body constituting the optical path displacement element.

前記光路変位素子として、前述した光路変位素子に係る発明に記載した光路変位素子を用いることが好ましい。   As the optical path displacement element, it is preferable to use the optical path displacement element described in the invention related to the optical path displacement element described above.

さらに、前記光路変位素子は、分離光が入射される光路に対しほぼ垂直な仮想面上で回転可能に設けられ、該光路変位素子の回転にともないプリズム体が変位することで、前記プリズム体に入射された分離光の進路が等速で変位することが好ましい。   Further, the optical path displacement element is provided to be rotatable on a virtual plane substantially perpendicular to the optical path on which the separated light is incident, and the prism body is displaced by the rotation of the optical path displacement element, so that the prism body is displaced. The path of the incident separated light is preferably displaced at a constant speed.

また、本発明は、投影型画像表示装置に係り、光源から出射された光を複数の特定波長帯域成分毎に分離する光分離手段と、前記光分離手段で色毎に分離された分離光を色毎に変調し画像を形成する光変調素子と、前記光変調素子で形成された画像を投射する投射手段と、前記光分離手段と光変調素子の間に配置された光走査手段とを備えた投影型画像表示装置において、前記光走査手段は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させる光路変位素子変位手段とを備え、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させたことを特徴とするものである。   The present invention also relates to a projection-type image display apparatus, comprising: a light separating unit that separates light emitted from a light source into a plurality of specific wavelength band components; and a separated light separated for each color by the light separating unit. A light modulation element that modulates each color to form an image, a projection unit that projects an image formed by the light modulation element, and a light scanning unit disposed between the light separation unit and the light modulation element. In the projection type image display apparatus, the optical scanning means includes an optical path displacement element formed by a prism body in which the portions to be the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed, and the optical path displacement An optical path displacing element displacing unit that rotationally displaces the prism body constituting the element is provided, and the paths of the plurality of separated lights incident on the prism body are temporally displaced.

前記光走査手段として、前述した光走査手段に係る発明に記載した光走査手段を用いることが好ましい。   As the optical scanning unit, it is preferable to use the optical scanning unit described in the invention related to the optical scanning unit described above.

また、前記光分離手段は、光源から出射された光をR,G,Bの3原色に分離する複数の選択波長帯域透過反射機構と、前記3原色の各々の光を個別にもしくは同時に光線照射分布の均一化を行うミキシング機構とを具備することが好ましい。   In addition, the light separation means irradiates the light of each of the three primary colors individually or simultaneously with a plurality of selective wavelength band transmission / reflection mechanisms for separating the light emitted from the light source into the three primary colors of R, G, and B. It is preferable to provide a mixing mechanism that makes the distribution uniform.

さらに、前記ミキシング機構として、R,G,Bの3原色の各々を個別もしくは同時に均一照明する少なくとも一対のフライアイレンズを具備することが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the mixing mechanism includes at least a pair of fly-eye lenses that uniformly or simultaneously illuminate each of the three primary colors R, G, and B.

本発明によれば、簡単な構成で装置運転時の騒音を低減し、投射映像の輝度ムラを低減するとともに、焦点振動を抑制して映像の品質の向上を図った光路変位素子と光走査手段および投影型画像表示装置を提供することができる。   According to the present invention, an optical path displacing element and an optical scanning unit that reduce noise during operation of the apparatus with a simple configuration, reduce luminance unevenness of a projected image, and improve the image quality by suppressing focus vibration. And a projection type image display apparatus can be provided.

すなわち、本発明は、光路変位素子を、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成し、前記プリズム体を回転させて該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることで、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。   That is, according to the present invention, the optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are formed in a spiral and endless shape, and the prism body is rotated to form the prism body. By displacing the path of the incident separated light, the air resistance can be made smaller than the conventional rotating prism and the wind noise can be reduced as compared with the conventional rotating prism system.

また、前記プリズム体を、変位方向に対して略垂直方向の断面形状が正多角形状で且つ任意の位置の断面形状が相似形状に形成するとともに、n/2πrad(nは、n≧1の自然数)捻ることで螺旋状に形成し、且つ、該プリズム体の隣り合う入射面または出射面により形成される稜と該プリズム体の変位方向に沿った中心線とのそれぞれの一端側と他端側とを連続させて無端状に形成することで、前記プリズム体を無端状の中心を中心軸として回転させて、該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることができる。これにより、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。   Further, the prism body is formed so that the cross-sectional shape in a direction substantially perpendicular to the displacement direction is a regular polygonal shape, and the cross-sectional shape at an arbitrary position is a similar shape, and n / 2π rad (n is a natural number where n ≧ 1) ) One end side and the other end side of each of the ridge formed by twisting and formed by the adjacent entrance surface or exit surface of the prism body and the center line along the displacement direction of the prism body , The prism body is rotated about the endless center as a central axis, and the path of the separated light incident on the prism body can be displaced. Thereby, compared with the conventional rotating prism system, air resistance can be made smaller than that of the conventional rotating prism, and wind noise can be reduced.

さらに、前記プリズム体を環状に形成し、環状の中心を中心軸として回転変位するときのプリズム体の回転軸をZ軸、前記プリズム体が回転時に半径r(r>0)基準円を含むZ軸に対して垂直な平面をXY平面、前記XY平面とZ軸の交点を基準点O:(x、y、z)=(0、0、0)、前記基準円上の一点A、基準点O、X軸と前記基準円の交点B=(r、0、0)の成す角度∠AOBをθ、前記基準円上の一点Aの座標をA(θ)=(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)、前記プリズム体のm箇所(m≧3の自然数)の稜とZ軸を一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点をPk(θ)=(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))(kは、1≦k≦mの自然数)、Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、ζ1(θ)のθ=0の時の初期位相をδ(0≦|δ|<2π)、プリズム体の一辺の長さをR(θ)、と定義した場合、前記Pk(θ)の座標が、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
の関係式を満たすことで、回転時の空気抵抗が小さく構造の単純な光路変位素子を実現できるとともに、投射面上での位置による光走査速度の違いを小さくして、光の投射面の輝度ムラを改善できる。
Further, the prism body is formed in an annular shape, and the rotational axis of the prism body when rotationally displaced with the annular center as a central axis is the Z axis, and the prism body includes a reference circle having a radius r (r> 0) when rotated. The plane perpendicular to the axis is the XY plane, the intersection of the XY plane and the Z axis is the reference point O: (x, y, z) = (0, 0, 0), one point A on the reference circle, the reference point An angle ∠AOB formed by an intersection B = (r, 0, 0) between the O and X axes and the reference circle is θ, and a coordinate of one point A on the reference circle is A (θ) = (r · cos (θ), r · sin (θ), 0), an intersection of a plane including m (the natural number of m ≧ 3) ridges of the prism body and the A (θ) with the Z axis as one side is Pk (θ) = (xk (Θ), yk (θ), zk (θ)) (k is a natural number of 1 ≦ k ≦ m), Pk (θ), A, and the angle formed by the reference point O are ζk (θ), ζ1 (θ) Θ = 0 The initial phase when δ (0 ≦ | δ | <2π), when the length of one side of the prisms defining R (theta), and the coordinates of Pk (theta) is,
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
By satisfying this relational expression, it is possible to realize a simple optical path displacement element with low air resistance during rotation and a structure that reduces the difference in optical scanning speed depending on the position on the projection surface, and the brightness of the light projection surface Unevenness can be improved.

さらに、また、前記プリズム体を、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすように構成することで、投射面上での位置による光走査速度の違いを小さくして、光の投射面の輝度ムラを改善できる。
Furthermore, the prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
By satisfying this relational expression, it is possible to reduce the difference in the optical scanning speed depending on the position on the projection surface and improve the luminance unevenness of the light projection surface.

また、前記プリズム体を、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r√2>R1>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすように構成することで、光路変位素子による行路長の変動を抑制し、焦点振動の影響による像のぼやけを改善できる。
Also, the prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r√2>R1> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
By satisfying this relational expression, fluctuations in the path length due to the optical path displacement element can be suppressed, and blurring of the image due to the influence of focal vibration can be improved.

さらに、前記プリズム体を、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすように構成することで、光の投射面の輝度ムラと焦点振動の影響を改善できる。
Furthermore, the prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
By satisfying this relational expression, it is possible to improve the influence of uneven brightness on the light projection surface and focus vibration.

さらに、また、前記プリズム体を、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすように構成することで、光の投射面の輝度ムラと焦点振動の影響を改善できる。
Furthermore, the prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
By satisfying this relational expression, it is possible to improve the influence of uneven brightness on the light projection surface and focus vibration.

また、本発明は、光路変位素子を変位させて該光路変位素子に入射された光の出射位置を制御して光走査するようにした光走査手段において、前記光路変位素子を、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成し、前記光路変位素子変位手段を、前記プリズム体を回転変位させることで該プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させるようにしたので、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗が小さく、風切りノイズを小さくすることができる。   According to the present invention, in the optical scanning means for performing optical scanning by displacing the optical path displacement element and controlling the emission position of the light incident on the optical path displacement element, the optical path displacement element is made incident on the separated light. A portion that becomes a surface and an emission surface is formed of a spiral and endless prism body, and the optical path displacing element displacing means is configured to rotate a plurality of the prism bodies so that a plurality of light beams are incident on the prism body. Since the path of the separated light is temporally displaced, the air resistance is smaller than that of the conventional rotating prism and the wind noise can be reduced as compared with the conventional rotating prism system.

また、光路変位素子として前述した光路変位素子を用いることで、プリズム体を回転させて光走査を行う光走査手段のプリズム体の回転によって生じる風切りノイズの発生、光走査面上の位置によって異なる光の走査速度、及び焦点振動による像のぼやけを改善することができる。   Further, by using the above-described optical path displacement element as the optical path displacement element, wind noise generated by rotation of the prism body of the optical scanning unit that performs optical scanning by rotating the prism body, and light that varies depending on the position on the optical scanning surface The image blurring due to the scanning speed and the focus vibration can be improved.

さらに、前記光路変位素子を、分離光が入射される光路に対しほぼ垂直な仮想面上で回転可能に設け、該光路変位素子の回転にともないプリズム体が変位するようにすることで、前記プリズム体に入射された分離光の進路を等速で変位させることができ、行路長の変動を抑制し、焦点振動の影響による像のぼやけを改善することができる。   Further, the optical path displacement element is provided so as to be rotatable on a virtual plane substantially perpendicular to the optical path on which the separated light is incident, and the prism body is displaced in accordance with the rotation of the optical path displacement element. The path of the separated light incident on the body can be displaced at a constant speed, the fluctuation of the path length can be suppressed, and the blurring of the image due to the influence of the focus vibration can be improved.

また、本発明は、光源から出射された光を複数の特定波長帯域成分毎に分離する光分離手段と、前記光分離手段で色毎に分離された分離光を色毎に変調し画像を形成する光変調素子と、前記光変調素子で形成された画像を投射する投射手段と、前記光分離手段と光変調素子の間に配置された光走査手段とを備えた投影型画像表示装置において、前記光走査手段は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させる光路変位素子変位手段とを備え、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させることで、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。   The present invention also provides a light separating means for separating light emitted from a light source into a plurality of specific wavelength band components, and forming an image by modulating the separated light separated for each color by the light separating means for each color. A projection-type image display device comprising: a light modulation element that performs projection; a projection unit that projects an image formed by the light modulation element; and a light scanning unit that is disposed between the light separation unit and the light modulation element. The optical scanning unit rotates an optical path displacing element formed by a prism body in which a portion to be an incident surface and an output surface of separated light is formed in a spiral shape and an endless shape, and the prism body constituting the optical path displacing element. An optical path displacing element displacing means for displacing, and by temporally displacing the paths of a plurality of separated lights incident on the prism body, the air resistance is higher than that of the conventional rotating prism system compared to the conventional rotating prism system. Small, winded It is possible to reduce the size.

また、前記光走査手段として、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させることで該プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させる光路変位素子変位手段とを備えたことで、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。   Further, as the optical scanning unit, an optical path displacement element formed by a prism body in which the portions to be the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed, and the prism body constituting the optical path displacement element The optical path displacing element displacing means for temporally displacing the paths of the plurality of separated lights incident on the prism body by rotationally displacing the prism body, compared with the conventional rotating prism system, The air resistance is smaller than that of the prism, and wind noise can be reduced.

さらに、前記光分離手段は、光源から出射された光をR,G,Bの3原色に分離する複数の選択波長帯域透過反射機構と、前記3原色の各々の光を個別にもしくは同時に光線照射分布の均一化を行うミキシング機構とを具備することで、光変調素子上の走査速度の変動を小さくでき、光路変位に伴う光路長の変動を低減し、焦点振動を軽減することができる。   Furthermore, the light separation means irradiates light of each of the three primary colors individually or simultaneously with a plurality of selective wavelength band transmission / reflection mechanisms for separating the light emitted from the light source into the three primary colors of R, G, and B. By providing a mixing mechanism that makes the distribution uniform, fluctuations in the scanning speed on the light modulation element can be reduced, fluctuations in the optical path length due to optical path displacement can be reduced, and focus vibration can be reduced.

さらに、前記ミキシング機構として、R,G,Bの3原色の各々を個別もしくは同時に均一照明する少なくとも一対のフライアイレンズを具備することで、光変調素子上の走査速度の変動を小さくでき、光路変位に伴う光路長の変動を低減し、焦点振動を軽減することができる。   Furthermore, as the mixing mechanism, at least a pair of fly-eye lenses that uniformly or simultaneously uniformly illuminate each of the three primary colors R, G, and B can be provided, so that fluctuations in scanning speed on the light modulation element can be reduced. It is possible to reduce the fluctuation of the optical path length due to the displacement and reduce the focus vibration.

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係る光路変位素子が採用された投影型画像表示装置の構成を示す説明図、図2は本発明の実施形態1に係る光路変位素子の構成を示す説明図、図3は前記光路変位素子と該光路変位素子へ分離光を出射するロッドとの位置関係を示す部分詳細図、図4(a)は前記光路変位素子を通過する分離光の光路を示す説明図、(b)はその他の断面形状の例を示す説明図、図5は前記光路変位素子への分離光の入射方向を示す説明図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a projection type image display apparatus employing an optical path displacement element according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of the optical path displacement element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a partial detail view showing the positional relationship between the optical path displacement element and a rod that emits separated light to the optical path displacement element, and FIG. 4A is an explanation showing the optical path of the separated light passing through the optical path displacement element. FIG. 5B is an explanatory view showing another example of the cross-sectional shape, and FIG. 5 is an explanatory view showing the incident direction of the separated light to the optical path displacement element.

実施形態1に係る投影型画像表示装置100は、図1に示すように、無端状に形成された円環プリズム9を光路変位素子として、前記円環プリズム9を円周方向に沿って回転させて光走査を行う光走査手段101を備えたものであって、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1と、レンズ2と、白色光源ランプ1からの出射光を赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に分離するダイクロイックミラー3,4,5と、前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離し、反射された3色の分離光R,G,Bを拡散整形し、光路変位素子としての円環プリズム9に投射する拡散整形用のロッド6,7,8と、前記ロッド6,7,8から出射される分離光R,G,Bを受ける円環プリズム9と、前記円環プリズム9を回転させる回転手段9cと、円環プリズム9の出射光を光変調素子11に投射する投射レンズ10、反射鏡12,13、光変調素子11、およびスクリーンへの投射光学系14とを具備している。   As shown in FIG. 1, the projection-type image display apparatus 100 according to the first embodiment rotates the annular prism 9 along the circumferential direction using an endless annular prism 9 as an optical path displacement element. The optical scanning means 101 for performing optical scanning is provided, and the white light source lamp 1 having a spectrum in the visible light region, the lens 2, and the light emitted from the white light source lamp 1 are red (R) and green. (G), dichroic mirrors 3, 4 and 5 that separate into three colors of blue (B) and the dichroic mirrors 3, 4, and 5 and the reflected three-color separated light R, G, and B are diffused Diffusion shaping rods 6, 7, 8 that are shaped and projected onto an annular prism 9 as an optical path displacement element, and an annular prism that receives the separated lights R, G, B emitted from the rods 6, 7, 8 9 and rotating means 9c for rotating the annular prism 9 , And includes a projection lens 10 for projecting the light emitted annular prism 9 to the light modulation device 11, the reflecting mirror 12, the light modulation element 11, and a projection optical system 14 to the screen.

実施形態1に係る光路変位素子としての円環プリズム9は、図2、図3、図4に示すように、白色光源ランプ1から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光R,G,Bを入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させるものであって、断面形状を正4角形として無端状で、且つ、分離光の入射面および出射面となる面を螺旋状に形成したものである。   As shown in FIGS. 2, 3, and 4, the annular prism 9 as the optical path displacement element according to the first embodiment is separated light that is emitted from the white light source lamp 1 and separated for each of a plurality of specific wavelength band components. R, G, and B are incident and transmitted or reflected, and the exit position of the optical path of the incident separated light is displaced. The cross-sectional shape is an endless shape with a regular quadrangle, and the incident surface of the separated light In addition, the surface to be the emission surface is formed in a spiral shape.

前記円環プリズム9は、図2に示すように、一端部9a1と他端部9a2の形状寸法の等しい柱状に形成されたプリズム柱9aを、n/2πrad(n=1)すなわち90°捻った状態で湾曲させ、該プリズム柱9aの中心線9bを無端状に連結するとともに、一端部9a1および他端部9a2のそれぞれの稜を連結して連続的な円環状に形成したものである。   As shown in FIG. 2, the annular prism 9 is obtained by twisting a prism column 9a formed in a columnar shape having the same shape at one end 9a1 and the other end 9a2 by n / 2π rad (n = 1), that is, 90 °. It is bent in a state, and the center line 9b of the prism column 9a is connected endlessly, and the respective edges of the one end 9a1 and the other end 9a2 are connected to form a continuous annular shape.

ここで、前記円環プリズム9における位置座標について図面を参照して説明する。
ただし、図7は、後述するプリズム柱を180°捻った状態で湾曲させて連続的な円環状に形成したものである。したがって、本実施形態においては位置関係のみを参照するものとする。
Here, the position coordinates in the annular prism 9 will be described with reference to the drawings.
However, in FIG. 7, a prism column described later is bent in a state of being twisted by 180 ° to be formed into a continuous annular shape. Accordingly, in this embodiment, only the positional relationship is referred to.

円環プリズム9における位置座標は、図7に示すように、円環形状の内円部の中心を通る軸線を回転軸として該回転軸をZ軸9z、前記円環プリズム9の回転時に描かれる半径r(r>0)の円(基準円)を含む平面をXY平面、前記XY平面とZ軸9zの交点を(x、y、z)として基準点Oを(0、0、0)とする。   As shown in FIG. 7, the position coordinates in the annular prism 9 are drawn when the annular prism 9 is rotated, with the axis of rotation passing through the center of the annular inner circle as the rotational axis and the rotational axis as the Z axis 9 z. A plane including a circle (reference circle) with a radius r (r> 0) is an XY plane, an intersection of the XY plane and the Z axis 9z is (x, y, z), and a reference point O is (0, 0, 0). To do.

前記円環プリズム9の基準円上の一点をA、X軸と前記基準円との交点をB、そして、その交点Bを(r,0,0)とし、さらに、一点A、基準点O、交点Bの成す角度∠AOBをθとして、前記一点Aの座標A(θ)を(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)とする。   One point on the reference circle of the annular prism 9 is A, the intersection point of the X axis and the reference circle is B, the intersection point B is (r, 0, 0), and further, one point A, a reference point O, The angle ∠AOB formed by the intersection point B is θ, and the coordinates A (θ) of the point A are (r · cos (θ), r · sin (θ), 0).

また、前記円環プリズム9の4つの稜とZ軸9zを一辺とした前記座標A(θ)を含む平面の交点Pkの座標Pk(θ)を(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))とする。
ここで、kは、1≦k≦4の自然数とする。
Further, the coordinates Pk (θ) of the intersection Pk of the plane including the four edges of the annular prism 9 and the coordinate A (θ) with the Z axis 9z as one side are expressed as (xk (θ), yk (θ), zk). (Θ)).
Here, k is a natural number of 1 ≦ k ≦ 4.

そして、
交点Pk(θ)、一点A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、δをθ=0の時の初期位相ζ1(0)で、0≦|δ|<2π、と定義して形成したものである。
And
The angle formed by the intersection point Pk (θ), one point A, and the reference point O is ζk (θ), and δ is the initial phase ζ1 (0) when θ = 0, and is defined as 0 ≦ | δ | <2π. It is a thing.

前記ロッド6,7,8は、図3に示すように、前記円環プリズム9の回転する回転軸に沿った方向で、且つロッド6,7,8がそれぞれ平行に並んで該円環プリズム9に対して近接配置され、円環プリズム9が回転しても常に円環プリズム9と対向するようになっている。   As shown in FIG. 3, the rods 6, 7, and 8 are arranged in a direction along the rotation axis of the annular prism 9, and the rods 6, 7, and 8 are arranged in parallel to each other. So that the annular prism 9 always faces the annular prism 9 even if the annular prism 9 rotates.

前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bは、図4に示すように、円環プリズム9を通過する際に光路が変位して該円環プリズム9より出射される。   As shown in FIG. 4, the separated lights R, G, and B emitted from the rods 6, 7, and 8 are emitted from the annular prism 9 with the optical path displaced when passing through the annular prism 9. .

ここで、円環プリズム9に分離光を入射させた時の円環プリズム9と分離光との位置関係を説明する。   Here, the positional relationship between the annular prism 9 and the separated light when the separated light is incident on the annular prism 9 will be described.

円環プリズム9が90°捻った状態で連続的な円環状に形成されているので、ロッド6,7,8により該円環プリズム9の所定位置に出射された分離光は、図5に示すように、円環プリズム9が基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転することにより該円環プリズム9への入射位置が経時的に変位して(図中の矢印方向)、円環プリズム9が1回転すると90°捻った位置で入射される。   Since the annular prism 9 is formed in a continuous annular shape in a state where it is twisted by 90 °, the separated light emitted to a predetermined position of the annular prism 9 by the rods 6, 7, 8 is shown in FIG. Thus, when the annular prism 9 rotates along the tangential direction (circumferential direction) of the reference circle, the incident position on the annular prism 9 is displaced with time (in the direction of the arrow in the figure), When the ring prism 9 rotates once, it enters at a position twisted by 90 °.

すなわち、円環プリズム9が1回転することで分離光の入射角を90°変化させることができる。   That is, the incident angle of the separated light can be changed by 90 ° by rotating the annular prism 9 once.

次に、本実施形態の投影型画像表示装置100の動作について図面を参照して説明する。
まず、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1からの出射光は、図1に示すように、レンズ2を介してダイクロイックミラー3で青色(B)、ダイクロイックミラー4で緑色(G)、ダイクロイックミラー5で赤色(R)と、R,G,Bの3色に分離される。
Next, the operation of the projection type image display apparatus 100 of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
First, the emitted light from the white light source lamp 1 having a spectrum in the visible light region is blue (B) by the dichroic mirror 3 and green (G) by the dichroic mirror 4 via the lens 2 as shown in FIG. The dichroic mirror 5 separates red (R) and three colors of R, G, and B.

前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射されたR,G,Bの3色の光は、それぞれ色毎に光の拡散整形用のロッド6(B用)、ロッド7(G用)、及びロッド7(R用)に入射するようになっている。前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bは、図1、図3に示すように、円環プリズム9に入射される。   The R, G, and B light beams separated and reflected by the dichroic mirrors 3, 4, and 5 are respectively, for each color, a light diffusion shaping rod 6 (for B), a rod 7 (for G), And it injects into the rod 7 (for R). The separated lights R, G, and B emitted from the rods 6, 7, and 8 are incident on the annular prism 9, as shown in FIGS.

前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bの円環プリズム9のプリズム面に対する入射角度は、図5に示すように、円環プリズム9の回転に伴い変化する。   The incident angles of the separated lights R, G and B emitted from the rods 6, 7 and 8 with respect to the prism surface of the annular prism 9 change as the annular prism 9 rotates as shown in FIG. 5.

この為、前記円環プリズム9を通過した光を光変調素子11上に投射した場合、回転プリズムを使用した場合と同じように、光変調素子11上に投射された色毎の光の領域は、円環プリズム9の回転に伴い移動(スクロール)する。   For this reason, when the light that has passed through the annular prism 9 is projected onto the light modulation element 11, the region of the light for each color projected onto the light modulation element 11 is the same as when the rotating prism is used. As the annular prism 9 rotates, it moves (scrolls).

光変調素子11は、投射された光の種類とその領域に応じて光変調を行い、画像生成を行う。前記光変調素子11で生成された画像は、スクリーンへの投射光学系14を経てスクリーン(図示省略)へ投射される。   The light modulation element 11 performs light modulation according to the type of projected light and its region, and generates an image. The image generated by the light modulation element 11 is projected onto a screen (not shown) through a projection optical system 14 onto the screen.

以上のように構成したので、実施形態1に係るカラースクロール方式の投影型画像表示装置100によれば、分離光R,G,Bの入射面および出射面となる面を螺旋状に形成した円環プリズム9を備えた光路走査手段を採用し、該円環プリズム9を基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転させることで、この円環プリズム9へ入射する分離光R,G,Bの入射角を変えることができる。   Since it is configured as described above, according to the color scroll projection-type image display apparatus 100 according to the first embodiment, a circular surface in which the incident surfaces and the exit surfaces of the separated light R, G, B are formed in a spiral shape. By adopting an optical path scanning means including an annular prism 9 and rotating the annular prism 9 along the tangential direction (circumferential direction) of the reference circle, the separated lights R and G incident on the annular prism 9 are obtained. , B can be changed.

また、前記円環プリズム9を基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転させることで、従来の光路変位素子たる正4角柱のプリズムを回転させて光走査を行う光走査手段の問題点、すなわち、プリズムの回転によって生じる空気抵抗や風切りノイズの発生を低減することができる。   Further, there is a problem of optical scanning means for performing optical scanning by rotating the regular prism as a conventional optical path displacement element by rotating the annular prism 9 along the tangential direction (circumferential direction) of the reference circle. In other words, it is possible to reduce the generation of air resistance and wind noise caused by the rotation of the prism.

つまり、実施形態1の円環プリズム9によれば、該円環プリズム9における分離光R,G,Bの入射面および出射面が変位方向(回転方向)すなわち円周方向に沿って螺旋状に捻られて傾斜した状態になっているので、円環プリズム9を基準円の接線方向(円周方向)に回転させることで、入射面および出射面で受ける空気が直角方向に当ることなく斜めに当るため、該円環プリズム9が回転するの際の空気抵抗や風切りノイズを抑制することができる。   That is, according to the annular prism 9 of the first embodiment, the incident surface and the exit surface of the separated light R, G, B in the annular prism 9 are spiral along the displacement direction (rotation direction), that is, the circumferential direction. Since it is twisted and tilted, by rotating the annular prism 9 in the tangential direction (circumferential direction) of the reference circle, the air received at the entrance surface and the exit surface is not inclined at right angles. Therefore, air resistance and wind noise when the annular prism 9 rotates can be suppressed.

なお、実施形態1では、光路変位素子として断面形状を正4角形状とした円環プリズム9を用いているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図4の(b)に示すように、断面形状を正六角形状とした円環プリズム90を用いるものであっても良い。   In the first embodiment, the circular prism 9 having a square cross section is used as the optical path displacement element. However, the present invention is not limited to this, and for example, (b) in FIG. ), An annular prism 90 having a regular hexagonal cross section may be used.

(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について図面を参照して詳細に説明する。
図6は本発明の実施形態2に係る円環プリズムの構成を示す斜視図、図7は前記円環プリズムの位置座標を示す説明図、図8は前記円環プリズムの任意断面を指示する説明図、図9の(a)、(b)、(c)は前記円環プリズムのそれぞれ指示された任意断面形状を示す説明図、図10の(a)、(b)、(c)は図9の(a)、(b)、(c)における前記円環プリズムの任意位置での分離光の光路を示す説明図である。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
6 is a perspective view showing a configuration of an annular prism according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 7 is an explanatory diagram showing position coordinates of the annular prism, and FIG. 8 is an explanation indicating an arbitrary cross section of the annular prism. 9, (a), (b), and (c) are explanatory diagrams showing arbitrary instructed cross-sectional shapes of the annular prism, and (a), (b), and (c) in FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram showing an optical path of separated light at an arbitrary position of the annular prism in 9 (a), (b), and (c).

実施形態2は、実施形態1に係る投影型画像表示装置100における光路変位素子たる円環プリズム9に替えて、図6に示すように、180°捻った円環プリズム109を採用したものである。   The second embodiment employs an annular prism 109 twisted by 180 ° as shown in FIG. 6 in place of the annular prism 9 as an optical path displacement element in the projection type image display apparatus 100 according to the first embodiment. .

実施形態2における投影型画像表示装置(図示省略)の構成は、円環プリズム109を除き実施形態1に係る投影型画像表示装置100と構成を同じくするため、実施形態2においては、装置構成の説明を省略し、円環プリズム109の構成のみを説明する。
なお、実施形態1の投影型画像表示装置100の構成と同一のものは、同一符号を用いて実施形態2の説明に使用するものとする。
The configuration of the projection-type image display device (not shown) in the second embodiment is the same as that of the projection-type image display device 100 according to the first embodiment except for the annular prism 109. Description is omitted, and only the configuration of the annular prism 109 will be described.
The same components as those of the projection type image display apparatus 100 of the first embodiment are used for the description of the second embodiment by using the same reference numerals.

実施形態2に係る光路変位素子としての円環プリズム109は、図6に示すように、白色光源ランプから出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光(図示省略)を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させるものであって、断面形状を正4角形として無端状で、且つ、分離光の入射面および出射面となる面を螺旋状に形成したものである。   As shown in FIG. 6, the annular prism 109 as the optical path displacement element according to the second embodiment receives separated light (not shown) emitted from the white light source lamp and separated for each of the plurality of specific wavelength band components. Are transmitted or reflected, and the exit position of the optical path of the incident separated light is displaced, and the cross-sectional shape is an endless shape with a regular quadrangle, and the surfaces that become the incident and exit surfaces of the separated light are spiraled. It is formed in a shape.

前記円環プリズム109は、一端部109a1と他端部109a2の形状寸法の等しい柱状に形成されたプリズム柱を、nπrad(n=2)すなわち180°捻った状態で湾曲させて、該プリズム柱の中心線を無端状に連結するとともに、一端部109a1と他端部109a2のそれぞれの稜を連結して連続的な円環状に形成したものである。   The circular prism 109 is formed by bending a prism column formed in a column shape having the same shape and dimension of the one end portion 109a1 and the other end portion 109a2 in a state of being twisted by nπrad (n = 2), that is, 180 °. The center lines are connected in an endless manner, and the respective edges of the one end 109a1 and the other end 109a2 are connected to form a continuous annular shape.

ここで、前記円環プリズム109における位置座標について図面を参照して説明する。
円環プリズム109における位置座標は、実施形態1と同様に、図7に示すように、円環形状の内円部の中心を通る軸線を回転軸として該回転軸をZ軸109z、前記円環プリズム109の回転時に描かれる半径r(r>0)の基準円を含む平面をXY平面、前記XY平面とZ軸109zの交点を(x、y、z)として基準点Oを(0、0、0)とする。
Here, the position coordinates in the annular prism 109 will be described with reference to the drawings.
As in the first embodiment, the position coordinates in the annular prism 109 are set such that the axis of rotation passing through the center of the inner circular portion of the annular shape is the rotational axis, as shown in FIG. A plane including a reference circle having a radius r (r> 0) drawn when the prism 109 is rotated is an XY plane, and an intersection of the XY plane and the Z axis 109z is (x, y, z), and a reference point O is (0, 0). , 0).

前記円環プリズム109基準円上の一点をA、X軸と前記基準円の交点をB、そして、その交点Bを(r,0,0)とし、さらに、一点A、基準点O、交点Bの成す角度∠AOBをθとして、前記基準円上の一点Aの座標A(θ)を(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)とする。   A point on the reference circle of the annular prism 109 is A, an intersection point of the X axis and the reference circle is B, and the intersection point B is (r, 0, 0), and further, one point A, a reference point O, and an intersection point B An angle ∠AOB formed by ω is θ, and a coordinate A (θ) of a point A on the reference circle is (r · cos (θ), r · sin (θ), 0).

また、前記捻れ円環プリズム109の4つの稜とZ軸109zを一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点Pk(θ)を(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))とする。
ここで、kは、1≦k≦4の自然数とする。
Further, the intersection Pk (θ) of the plane including the four edges of the twisted annular prism 109 and the A (θ) with the Z axis 109z as one side is represented by (xk (θ), yk (θ), zk (θ) ).
Here, k is a natural number of 1 ≦ k ≦ 4.

そして、前記Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、δをθ=0の時の初期位相ζ1(0)で、0≦|δ|<2π、と定義して形成したものである。   The angle formed by the Pk (θ), A, and the reference point O is defined as ζk (θ), and δ is defined as 0 ≦ | δ | <2π in the initial phase ζ1 (0) when θ = 0. Formed.

また、前記Pk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))は、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
とする。
The coordinates (xk (θ), yk (θ), zk (θ)) of the Pk (θ) are
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
And

また、前記R(θ)、ζk(θ)は、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすものとする。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
The R (θ) and ζk (θ) are
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
The relational expression of
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.

また、円環プリズム109は、図8に示すように、円環プリズム109における任意の位置a,b,cの断面形状が、回転角θの変移Δθとζk(θ)の変移Δζk(θ)の間に比例関係が生じるように捻り形成されている。   Further, as shown in FIG. 8, the circular prism 109 has a cross-sectional shape at arbitrary positions a, b, and c in the circular prism 109 having a change Δθ of the rotation angle θ and a change Δζk (θ) of the ζk (θ). Twist is formed so that a proportional relationship is generated between the two.

前記円環プリズム109上には、図1、図3に示すように、実施形態1と同様にロッド6,7,8が、円環プリズム109の回転する回転軸に沿った方向で且つそれぞれ平行に並んで該円環プリズム109に対して近接配置され、円環プリズム109が回転しても常に円環プリズム109と対向するようになっている。   As shown in FIGS. 1 and 3, rods 6, 7, and 8 are arranged on the annular prism 109 in the direction along the rotation axis of the annular prism 109 and parallel to each other, as in the first embodiment. Are arranged close to the annular prism 109 so that the annular prism 109 always faces the annular prism 109 even when the annular prism 109 rotates.

次に、円環プリズム109に分離光を入射させた時の円環プリズム109と分離光との位置関係を説明する。   Next, the positional relationship between the annular prism 109 and the separated light when the separated light is incident on the annular prism 109 will be described.

円環プリズム109が180°捻った状態で連続的な円環状に形成されているので、ロッド6,7,8により円環プリズム109の所定位置に出射された分離光は、図6に示すように、円環プリズム109が基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転することにより、該円環プリズム109への入射位置が経時的に変位して(図中の矢印方向)、円環プリズム109が1回転すると180°捻った位置で入射される。   Since the annular prism 109 is formed in a continuous annular shape in a state of being twisted by 180 °, the separated light emitted to the predetermined position of the annular prism 109 by the rods 6, 7, and 8 is as shown in FIG. Further, when the annular prism 109 rotates along the tangential direction (circumferential direction) of the reference circle, the incident position on the annular prism 109 is displaced with time (in the direction of the arrow in the drawing), When the ring prism 109 rotates once, it enters at a position twisted 180 °.

すなわち、円環プリズム109が1回転することで分離光の入射角を180°変化させることができる。   That is, the incident angle of the separated light can be changed by 180 ° by rotating the annular prism 109 once.

次に、円環プリズム109に対する分離光の入射角度について図面を参照して説明する。
まず、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1からの出射光は、図1に示すように、実施形態1と同様にダイクロイックミラー3で青色(B)、ダイクロイックミラー4で緑色(G)、ダイクロイックミラー5で赤色(R)と、R,G,Bの3色に分離される。
Next, the incident angle of the separated light with respect to the annular prism 109 will be described with reference to the drawings.
First, as shown in FIG. 1, the emitted light from the white light source lamp 1 having a spectrum in the visible light region is blue (B) by the dichroic mirror 3 and green (G) by the dichroic mirror 4 as in the first embodiment. The dichroic mirror 5 separates red (R) and R, G, B colors.

前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射されたR,G,Bの3色の光は、それぞれ色毎に光の拡散整形用のロッド6(B用)、ロッド7(G用)、及びロッド7(R用)に入射するようになっている。前記ロッド6,7,8からのR,G,B出射光は、図1、図3に示すように、円環プリズム109に入射される。   The R, G, and B light beams separated and reflected by the dichroic mirrors 3, 4, and 5 are respectively, for each color, a light diffusion shaping rod 6 (for B), a rod 7 (for G), And it injects into the rod 7 (for R). The R, G, and B outgoing lights from the rods 6, 7, and 8 are incident on the annular prism 109 as shown in FIGS.

円環プリズム109のプリズム面へ入射する3色の分離光R,G,Bのそれぞれの入射角度は、例えば、図9の(a)、(b)、(c)に示すように、円環プリズム109の回転により相対的に変化する入射位置に応じて変化する。   The incident angles of the three color separated lights R, G, and B incident on the prism surface of the annular prism 109 are, for example, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C. It changes in accordance with the incident position that changes relatively with the rotation of the prism 109.

これにより、円環プリズム109からの出力光は、図10の(a)、(b)、(c)に示すように、従来の回転プリズムを用いた場合と同様に分離光R,G,Bの光路が漸次変移して光走査(スクロール動作)を行う。   As a result, the output light from the annular prism 109 is separated as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C in the same manner as when a conventional rotating prism is used. The optical path gradually changes to perform optical scanning (scrolling operation).

以上のように構成したので、実施形態2によれば、円環プリズム109を180°捻った状態で連続的な円環状に形成したことで、該円環プリズム109を基準円の接線方向に回転させることで、入射面および出射面で受ける空気が直角方向に当ることなく斜めに当るため、空気抵抗や風切りノイズを抑制することができる。   Since it is configured as described above, according to the second embodiment, the annular prism 109 is formed in a continuous annular shape in a state of being twisted by 180 °, so that the annular prism 109 is rotated in the tangential direction of the reference circle. By doing so, the air received at the entrance surface and the exit surface strikes diagonally without hitting at right angles, so that air resistance and wind noise can be suppressed.

また、前記円環プリズム109の捻りの大きさ(n)を大きくすることで、該円環プリズム109の回転速度を上げることなくスクロールの速度を上げることが可能となる。   Further, by increasing the torsional magnitude (n) of the annular prism 109, the scrolling speed can be increased without increasing the rotational speed of the annular prism 109.

さらに、円環プリズム109は、任意の位置の断面形状を、回転角θの変移Δθとζk(θ)の変移Δζk(θ)の間に比例関係が生じるように捻り形成し、変位方向に対して略垂直方向の断面形状を正多角形状で且つ任意の位置の断面形状を相似形状に構成したので、光走査面上の位置によって異なる光の走査速度、及び焦点振動による投影像のぼやけを改善することができる。   Further, the circular prism 109 is formed by twisting the cross-sectional shape at an arbitrary position so that a proportional relationship is generated between the change Δθ of the rotation angle θ and the change Δζk (θ) of the rotation angle θ. Because the cross-sectional shape in the almost vertical direction is a regular polygon and the cross-sectional shape at an arbitrary position is made similar, the light scanning speed that varies depending on the position on the optical scanning surface and the blurring of the projected image due to focus vibration are improved. can do.

(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3について図面を参照して詳細に説明する。
実施形態3は、図6に示すように、実施形態2と同様に実施形態1に係る投影型画像表示装置100における光路変位素子たる円環プリズム9に替えて180°捻った円環プリズム209を採用したものである。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the third embodiment, as shown in FIG. 6, an annular prism 209 twisted by 180 ° is used instead of the annular prism 9 as the optical path displacement element in the projection type image display apparatus 100 according to the first embodiment, as in the second embodiment. Adopted.

前記円環プリズム209は、図6、図7に示すように、前述した実施形態2の円環プリズム109に替えて、前記円環プリズム109におけるPk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))を、
zk(θ)=(R1/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R1/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R1/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
としたものである。
As shown in FIGS. 6 and 7, the annular prism 209 is replaced with the circular prism 109 of the second embodiment described above, and the coordinates (xk (θ), yk) of Pk (θ) in the annular prism 109 are used. (Θ), zk (θ)),
zk (θ) = (R1 / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R1 / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R1 / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
It is what.

また、前記ζk(θ)は、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)を、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすものとする。
ここで、ASIN(a)は、f(a)=1(a≧0)、f(a)=−1(θk1<0)とaの数値の符号を返す関数である。
The ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1)
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
The relational expression of
Here, ASIN (a) is a function that returns the sign of the numerical value of a, f (a) = 1 (a ≧ 0), f (a) = − 1 (θk1 <0).

前記円環プリズム209の回転角θ(θ1またはθ2)とP1(θ)の座標(x,y,z)の関係は、図9の(a),(b),(c)に示すように、任意の位置の正四角形状断面の角部PL1,PL2,PL3が、光の入射角が0°となる(分離光が入射面に対して垂直に入射する)位置の正四角形状断面の輪郭に沿った位置となるように形成されている。   The relationship between the rotation angle θ (θ1 or θ2) of the annular prism 209 and the coordinates (x, y, z) of P1 (θ) is as shown in (a), (b), and (c) of FIG. The corners PL1, PL2 and PL3 of the regular square cross section at an arbitrary position are contours of the regular square cross section at a position where the incident angle of light is 0 ° (the separated light is incident perpendicularly to the incident surface). It is formed so that it may become a position along.

円環プリズム209に分離光を入射させた時の円環プリズム209と分離光との位置関係、および円環プリズム209に対する分離光の入射角度については、前記円環プリズム209に対して分離光が前述した実施形態2と同じように作用するため説明を省略する。   Regarding the positional relationship between the annular prism 209 and the separated light when the separated light is incident on the annular prism 209 and the incident angle of the separated light with respect to the annular prism 209, the separated light is incident on the annular prism 209. Since the operation is the same as in the second embodiment described above, the description thereof is omitted.

次に、分離光を円環プリズム209に入射させて、その出力を光変調素子上に投射させた状態について説明する。
図3に示すように、分離光を円環プリズム209に投射して、該円環プリズム209を基準円の接線方向に一定速度で回転させ、その出力を光変調素子11上に投射した場合、図11に示すように、円環プリズム209への分離光の入射角度が変化すると光変調素子11上の結像位置fが変位する。
Next, a state in which the separated light is incident on the annular prism 209 and the output is projected on the light modulation element will be described.
As shown in FIG. 3, when separating light is projected onto the annular prism 209, the annular prism 209 is rotated at a constant speed in the tangential direction of the reference circle, and the output is projected onto the light modulation element 11, As shown in FIG. 11, when the incident angle of the separated light on the annular prism 209 changes, the imaging position f on the light modulation element 11 is displaced.

図12に、円環プリズム209の回転した際の光変調素子11上での照射領域の移動速度の変化を示す。これによると、前記円環プリズム209によれば、光変調素子11上の位置による走査速度の変動が小さくなっていることが解かる。   FIG. 12 shows changes in the moving speed of the irradiation area on the light modulation element 11 when the annular prism 209 is rotated. According to this, it can be seen that according to the annular prism 209, the fluctuation of the scanning speed due to the position on the light modulation element 11 is small.

以上のように構成したので、実施形態3によれば、実施形態2と同様に円環プリズム209を180°捻った状態で連続的な円環状に形成したことで、該円環プリズム209を基準円の接線方向に回転させることで、入射面および出射面で受ける空気が直角方向に当ることなく斜めに当るため、空気抵抗や風切りノイズを抑制することができる。   Since it is configured as described above, according to the third embodiment, the annular prism 209 is formed in a continuous annular shape in a state where the annular prism 209 is twisted by 180 °, as in the second embodiment. By rotating in the tangential direction of the circle, the air received at the entrance surface and the exit surface strikes diagonally without hitting the right angle direction, so that air resistance and wind noise can be suppressed.

また、円環プリズム209は、実施形態2と同様に任意の位置の断面形状を回転角θの変移Δθとζk(θ)の変移Δζk(θ)の間に比例関係が生じるように捻り形成し、変位方向に対して略垂直方向の断面形状を正多角形状で且つ任意の位置の断面形状を相似形状に構成したので、光走査面上の位置によって異なる光の走査速度、及び焦点振動による投影像のぼやけを改善することができる。   In addition, the circular prism 209 is twisted so that the cross-sectional shape at an arbitrary position is proportional to the change Δθ of the rotation angle θ and the change Δζk (θ) of the ζk (θ) as in the second embodiment. Since the cross-sectional shape in the direction substantially perpendicular to the displacement direction is a regular polygonal shape and the cross-sectional shape at an arbitrary position is a similar shape, the scanning speed of light that differs depending on the position on the optical scanning surface, and projection by focus vibration The blur of the image can be improved.

(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4について図面を参照して説明する。
実施形態4は、実施形態3と同様に、図6に示すように、実施形態1に係る投影型画像表示装置100における光路変位素子たる円環プリズム9に替えて180°捻った円環プリズム309を採用したものである。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, as shown in FIG. 6, an annular prism 309 twisted by 180 ° is used instead of the annular prism 9 as an optical path displacement element in the projection type image display apparatus 100 according to the first embodiment. Is adopted.

前記円環プリズム309は、図6、図7に示すように、前述した実施形態3の円環プリズム109に替えて、前記円環プリズム109におけるPk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))を、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
として、ζk(θ)を、
ζk(θ)=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)を、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関数式を満たすものとする。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
As shown in FIGS. 6 and 7, the annular prism 309 is replaced with the circular prism 109 of the third embodiment described above, and the coordinates (xk (θ), yk) of Pk (θ) in the annular prism 109 are used. (Θ), zk (θ)),
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
Ζk (θ) as
ζk (θ) = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
It is assumed that the following functional expression is satisfied.
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.

円環プリズム309に分離光を入射させた時の円環プリズム309と分離光との位置関係、および円環プリズム309に対する分離光の入射角度については、前記円環プリズム309に対して分離光が前述した実施形態2と同じように作用するため説明を省略する。   Regarding the positional relationship between the annular prism 309 and the separated light when the separated light is incident on the annular prism 309 and the incident angle of the separated light with respect to the annular prism 309, the separated light is incident on the annular prism 309. Since the operation is the same as in the second embodiment described above, the description thereof is omitted.

前記円環プリズム309の回転角θと断面R(θ)との関係は、図9の(a)、(b)、(c)に示すように、回転角θの変化応じて円環プリズム309の断面形状寸法が変化する。   As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the relationship between the rotation angle θ of the annular prism 309 and the cross section R (θ) corresponds to the change in the rotation angle θ. The cross-sectional shape dimensions of the

以上のように構成したので、実施形態4の円環プリズム309によれば、図11に示すように、光路変位に伴う光路長の変動を低減でき、よって光変調素子11上の焦点振動を軽減することができる。   With the configuration as described above, according to the circular prism 309 of the fourth embodiment, as shown in FIG. 11, the variation in the optical path length due to the optical path displacement can be reduced, and thus the focal vibration on the light modulation element 11 is reduced. can do.

(実施形態5)
次に、本発明の実施形態5について図面を参照して説明する。
実施形態5の円環プリズム409は、図6に示すように、前述した実施形態3の円環プリズム209の構成と実施形態4の円環プリズム309の構成を組合わせて構成したものであって、円環プリズム409におけるPk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))を、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
として、
ζk(θ)を、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)を、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関数式を満たすものとする。
ここで、ASIN(a)は、f(a)=1(a≧0)、f(a)=−1(θk1<0)とaの数値の符号を返す関数である。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 6, the annular prism 409 of the fifth embodiment is configured by combining the configuration of the annular prism 209 of the third embodiment and the configuration of the annular prism 309 of the fourth embodiment. , The coordinates (xk (θ), yk (θ), zk (θ)) of Pk (θ) in the annular prism 409 are
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
As
ζk (θ)
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1)
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
It is assumed that the following functional expression is satisfied.
Here, ASIN (a) is a function that returns the sign of the numerical value of a, f (a) = 1 (a ≧ 0), f (a) = − 1 (θk1 <0).

また、前記R(θ)は、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすものとする。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
The R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
The relational expression of
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.

前記円環プリズム409の回転角θとP1(θ)の座標(x、y、z)の関係は、前述した実施形態と同様に図7のように示され、回転角θと断面のR(θ)の関係は、図9の(a)、(b)、(c)に示すように、回転角θの変化応じて円環プリズム409の断面形状寸法が変化する。   The relationship between the rotation angle θ of the annular prism 409 and the coordinates (x, y, z) of P1 (θ) is shown in FIG. 7 as in the above-described embodiment. As for the relationship of θ, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the sectional shape dimension of the annular prism 409 changes according to the change of the rotation angle θ.

前記円環プリズム409による集光状態は、図13の(a)、(b)、(c)に示すように、円環プリズム409の入射位置が変わることで変動する。図13の(a)、(c)を比較すると、光路変位素子を回転させても殆ど焦点振動が現れていないのが分かる。   As shown in FIGS. 13A, 13 </ b> B, and 13 </ b> C, the condensing state by the annular prism 409 varies as the incident position of the annular prism 409 changes. Comparing (a) and (c) of FIG. 13, it can be seen that almost no focal vibration appears even when the optical path displacement element is rotated.

以上のように構成したので、実施形態5の円環プリズム409によれば、図10の(a)、(b)、(c)のようにR,G,Bの光を円環プリズム409に投射し、円環プリズム409を基準円の接線方向に、一定速度で回転させ、その出力を光変調素子上に投射した場合、図12に示すように光変調素子上の位置による走査速度の変動を小さく、図11に示すように光路変位に伴う光路長の変動を低減し、焦点振動を軽減することができる。   Since it is configured as described above, according to the annular prism 409 of the fifth embodiment, the light of R, G, B is supplied to the annular prism 409 as shown in FIGS. 10 (a), 10 (b), and 10 (c). When projecting, rotating the annular prism 409 at a constant speed in the tangential direction of the reference circle, and projecting the output onto the light modulation element, the fluctuation of the scanning speed due to the position on the light modulation element as shown in FIG. As shown in FIG. 11, the fluctuation of the optical path length accompanying the optical path displacement can be reduced, and the focus vibration can be reduced.

このような効果は、変形例として図14に示すように、分離光R,G,Bを光路変位素子に投射する一本のロッド509の出射面側に、それぞれの分離光R,G,Bに対応するダイクロイックフィルタ503,504,505を配置した投影型画像表示装置500においても確認できた。この時、前記ダイクロイックフィルタ503,504,505とランプのリフレクタ間では、光再利用が行われている。   As shown in FIG. 14 as a modification, such an effect is obtained by separating the separated light beams R, G, B on the exit surface side of one rod 509 that projects the separated light beams R, G, B onto the optical path displacement element. This can also be confirmed in the projection type image display apparatus 500 in which dichroic filters 503, 504, and 505 corresponding to the above are arranged. At this time, light reuse is performed between the dichroic filters 503, 504, and 505 and the lamp reflector.

さらに、その他の変形例として図15のように、フライアイレンズ620と、分離光R,G,Bに対応するダイクロイックミラー3,4,5の反射角度を互いに異なるように配置した投影型画像表示装置600においても、前述した実施形態5と同様の効果が得られることが確認できた。   Furthermore, as another modified example, as shown in FIG. 15, the projection type image display in which the fly-eye lens 620 and the reflection angles of the dichroic mirrors 3, 4, and 5 corresponding to the separated lights R, G, and B are arranged to be different from each other. It was confirmed that the same effect as in the fifth embodiment described above can be obtained in the apparatus 600.

また、実施形態5では、円環プリズム409の捻りの量をn=2とした場合を挙げて説明したが、円環プリズム409の捻りの量nは必要に応じて任意に増減しても良い。   In the fifth embodiment, the case where the amount of twist of the annular prism 409 is n = 2 has been described, but the amount of twist n of the annular prism 409 may be arbitrarily increased or decreased as necessary. .

なお、前述した本発明の実施形態においては、光路変位素子として透過型の捻った円環プリズムについて説明したが、本発明に係る光路変位素子はこれに限定されるものではなく、例えば、変形例として、図16に示すように、入射方向に対して45°傾斜させて反射するV字状断面を呈する反射面709aを備え、その反射面709aの形状が前述した透過型の捻り円環プリズムと同様に角度θに応じて変化する反射型の光路変位素子709を用いるものであっても良い。   In the above-described embodiment of the present invention, the transmission-type twisted annular prism has been described as the optical path displacement element. However, the optical path displacement element according to the present invention is not limited to this, for example, a modified example As shown in FIG. 16, a reflection surface 709a having a V-shaped cross section that is inclined by 45 ° with respect to the incident direction and is reflected, and the shape of the reflection surface 709a is the transmission-type twisted annular prism described above. Similarly, a reflection type optical path displacement element 709 that changes according to the angle θ may be used.

また、その他の変形例として、図17に示すように、入射方向に対して45°傾斜させて反射するW字状断面を呈する反射面809aを備え、反射面の809aの裏側に仮想の正四角形状断面809bが前述した透過型の捻り円環プリズムと同様に変化するように形成された反射型の光路変位素子809を用いるものであっても良い。   As another modified example, as shown in FIG. 17, a reflective surface 809a having a W-shaped cross section that reflects at an angle of 45 ° with respect to the incident direction is provided, and a virtual regular square is provided on the back side of the reflective surface 809a. A reflection type optical path displacement element 809 formed so that the shape cross section 809b changes similarly to the transmission type twisted annular prism described above may be used.

さらに、図18に示すように、前述した変形例のような2つの反射型光路変位素子909a,909bを組み合わせて、光走査手段909を構成したものであっても良い。   Further, as shown in FIG. 18, an optical scanning unit 909 may be configured by combining two reflective optical path displacement elements 909a and 909b as in the above-described modification.

本発明の実施形態1に係る光路変位素子が採用された投影型画像表示装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the projection type image display apparatus by which the optical path displacement element which concerns on Embodiment 1 of this invention was employ | adopted. 前記光路変位素子の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the said optical path displacement element. 前記光路変位素子と該光路変位素子へ分離光を出射するロッドとの位置関係を示す部分詳細図である。It is a partial detail drawing which shows the positional relationship of the said optical path displacement element and the rod which radiate | emits separated light to this optical path displacement element. (a)は前記光路変位素子を通過する分離光の光路を示す説明図、(b)はその他の断面形状の例を示す部分詳細図である。(A) is explanatory drawing which shows the optical path of the separated light which passes the said optical path displacement element, (b) is a partial detail drawing which shows the example of other cross-sectional shapes. 前記光路変位素子への分離光の入射方向を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the incident direction of the separated light to the said optical path displacement element. 本発明の実施形態2に係る円環プリズムの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the annular prism which concerns on Embodiment 2 of this invention. 前記円環プリズムの位置座標を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position coordinate of the said annular prism. 前記円環プリズムの任意断面を指示する説明図である。It is explanatory drawing which instruct | indicates the arbitrary cross sections of the said annular prism. (a)は図8のa部の断面形状を示す断面図、(b)は図8のb部の断面形状を示す断面図、(c)は図8のc部の断面形状を示す断面図ある。8A is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the part a in FIG. 8, FIG. 8B is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the part b in FIG. 8, and FIG. is there. (a)は図9(a)の分離光が入射面および出射面に対して略垂直に透過する場合の光路を示す説明図、(b)は図9(b)の分離光が入射面および出射面に対して斜めに透過する場合の光路を示す説明図、(c)は図9(c)の分離光が入射面および出射面に対して略45度傾斜して透過する場合の光路を示す説明図である。FIG. 9A is an explanatory diagram showing an optical path when the separated light of FIG. 9A is transmitted substantially perpendicularly to the incident surface and the outgoing surface, and FIG. 9B is an explanatory diagram showing the separated surface of FIG. FIG. 9C is an explanatory diagram showing an optical path when transmitting obliquely with respect to the exit surface, and FIG. 9C shows an optical path when the separated light in FIG. 9C is transmitted with an inclination of approximately 45 degrees with respect to the entrance surface and the exit surface. It is explanatory drawing shown. (a)は分離光が前記円環プリズムの入射面および出射面に対して略垂直に透過する時の光変調素子上の結像位置を示す説明図、(b)は分離光が前記円環プリズムへ入射角度が変化した時の光変調素子上の結像位置を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the image formation position on a light modulation element when separated light permeate | transmits substantially perpendicular | vertical with respect to the entrance plane and exit surface of the said annular prism, (b) is separated light is said annular ring. It is explanatory drawing which shows the image formation position on a light modulation element when an incident angle changes to a prism. 前記円環プリズムの回転した際の光変調素子上での照射領域の移動速度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the moving speed of the irradiation area | region on the light modulation element when the said annular prism rotates. (a)、(b)、(c)は連続螺旋状の円環プリズムを回転させた際に生じる焦点振動の結果と単一プリズム回転方式での焦点振動結果を比較した説明図である。(A), (b), (c) is explanatory drawing which compared the result of the focus vibration produced when rotating a continuous spiral annular prism, and the focus vibration result in a single prism rotation system. 本発明に係る実施形態の変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the modification of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態のその他の変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the other modification of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る光路変位素子の変形例の構成を示す詳細断面図である。It is a detailed sectional view showing the configuration of a modified example of the optical path displacement element according to the present invention. 本発明に係る光路変位素子のその他の変形例の構成を示す詳細断面図である。It is a detailed sectional view showing the configuration of another modification of the optical path displacement element according to the present invention. 本発明に係る光路変位素子のその他の変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the other modification of the optical path displacement element which concerns on this invention. 従来の3板方式による投影型画像表示装置の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the projection type image display apparatus by the conventional 3 plate system. 従来の単板方式による投影型画像表示装置の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the projection type image display apparatus by the conventional single plate system. 従来のカラースクロール方式による投影型画像表示装置の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the projection type image display apparatus by the conventional color scroll system. 従来の光走査手段として円柱状レンズアレイを採用した投影型画像表示装置の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the projection type image display apparatus which employ | adopted the cylindrical lens array as the conventional optical scanning means.

符号の説明Explanation of symbols

1 白色光源ランプ
2 レンズ
3,4,5 ダイクロイックミラー
6,7,8 ロッド
9,90,109,209,309,409 円環プリズム
10 投射レンズ
11 光変調素子
12,13 反射鏡
14 投射光学系
15 ダイクロイックキューブ
16 フォーカスレンズ
100,110,500,600 投影型画像表示装置
101 光走査手段
119r,119g,119b,129 光変調素子
139 回転プリズム
503,504,505 ダイクロイックフィルタ
509 ロッド
620 フライアイレンズ
709 光路変位素子
709a 反射面
809 光路変位素子
809a 反射面
809b 正四角形状断面
909a,909b 反射型光路変位素子
R,G,B 分離光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 White light source lamp 2 Lens 3, 4, 5 Dichroic mirror 6, 7, 8 Rod 9, 90, 109, 209, 309, 409 Toric prism 10 Projection lens 11 Light modulation element 12, 13 Reflection mirror 14 Projection optical system 15 Dichroic cube 16 Focus lens 100, 110, 500, 600 Projection type image display device 101 Optical scanning means 119r, 119g, 119b, 129 Light modulation element 139 Rotating prism 503, 504, 505 Dichroic filter 509 Rod 620 Fly eye lens 709 Optical path displacement Element 709a Reflective surface 809 Optical path displacement element 809a Reflective surface 809b Regular square cross section 909a, 909b Reflective optical path displacement element R, G, B Separated light

Claims (14)

光源から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させる光路変位素子であって、
前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、
前記プリズム体を変位させることで、該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることを特徴とする光路変位素子。
An optical path displacing element that emits and transmits or reflects separated light that is emitted from a light source and separated for each of a plurality of specific wavelength band components, and that displaces the exit position of the optical path of the incident separated light,
The optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed,
An optical path displacing element characterized in that the path of the separated light incident on the prism body is displaced by displacing the prism body.
前記プリズム体は、変位方向に対して略垂直方向の断面形状が正多角形状で且つ任意の位置の断面形状が相似形状に形成されるとともに、n/2πrad(nは、n≧1の自然数)捻ることで螺旋状に形成され、且つ、該プリズム体の隣り合う入射面または出射面により形成される稜と該プリズム体の変位方向に沿った中心線とのそれぞれの一端側と他端側とを連続させて無端状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の光路変位素子。   In the prism body, the cross-sectional shape in a direction substantially perpendicular to the displacement direction is a regular polygonal shape, and the cross-sectional shape at an arbitrary position is a similar shape, and n / 2πrad (n is a natural number where n ≧ 1). One end side and the other end side of the ridge formed by twisting and formed by the adjacent incident surface or exit surface of the prism body and the center line along the displacement direction of the prism body, The optical path displacing element according to claim 1, wherein the optical path displacing element is formed in an endless shape. 前記プリズム体は、環状に形成され、
環状の中心を中心軸として回転変位するときのプリズム体の回転軸をZ軸、
前記プリズム体が回転時に半径r(r>0)基準円を含むZ軸に対して垂直な平面をXY平面、
前記XY平面とZ軸の交点を基準点O:(x、y、z)=(0、0、0)、
前記基準円上の一点A、基準点O、X軸と前記基準円の交点B=(r、0、0)の成す角度∠AOBをθ、
前記基準円上の一点Aの座標をA(θ)=(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)、
前記プリズム体のm箇所(m≧3の自然数)の稜とZ軸を一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点をPk(θ)=(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))(kは、1≦k≦mの自然数)、
Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、
ζ1(θ)のθ=0の時の初期位相をδ(0≦|δ|<2π)、
プリズム体の一辺の長さをR(θ)、
と定義した場合、前記Pk(θ)の座標が、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
の関係式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の光路変位素子。
The prism body is formed in an annular shape,
The rotation axis of the prism body when rotationally displacing around the center of the ring is the Z axis,
A plane perpendicular to the Z axis including a reference circle having a radius r (r> 0) when the prism body rotates is an XY plane,
The intersection of the XY plane and the Z axis is a reference point O: (x, y, z) = (0, 0, 0),
An angle ∠AOB formed by a point A on the reference circle, a reference point O, an intersection B of the X axis and the reference circle = (r, 0, 0) is θ,
The coordinates of one point A on the reference circle are A (θ) = (r · cos (θ), r · sin (θ), 0),
An intersection of a plane including A (θ) with the edge of m places (natural number of m ≧ 3) of the prism body and the Z axis as one side is Pk (θ) = (xk (θ), yk (θ), zk (Θ)) (k is a natural number of 1 ≦ k ≦ m),
The angle formed by Pk (θ), A and the reference point O is ζk (θ),
The initial phase of ζ1 (θ) when θ = 0 is δ (0 ≦ | δ | <2π),
The length of one side of the prism body is R (θ),
When the coordinates of Pk (θ) are defined as
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
The optical path displacement element according to claim 1, wherein the following relational expression is satisfied.
前記プリズム体は、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。
The prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
前記プリズム体は、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r√2>R1>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。
The prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r√2>R1> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
前記プリズム体は、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。
The prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
前記プリズム体は、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。
The prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
光源から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させる光路変位素子と、前記光路変位素子を変位させる光路変位素子変位手段とを備え、前記光路変位素子を変位させることで該光路変位素子に入射された光の出射位置を制御して光走査するようにした光走査手段において、
前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、
前記光路変位素子変位手段は、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させることで、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させることを特徴とする光走査手段。
An optical path displacing element that causes the separated light emitted from the light source and separated for each of the plurality of specific wavelength band components to enter and transmit or reflect, and to displace the exit position of the optical path of the incident separated light, and the optical path displacing element. An optical path displacing element displacing means for displacing the optical path displacing element, and displacing the optical path displacing element to control the emission position of the light incident on the optical path displacing element to perform optical scanning.
The optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed,
The optical path displacing element displacing means temporally displaces a plurality of separated light paths incident on the prism body by rotationally displacing a prism body constituting the optical path displacing element. .
前記光路変位素子は、請求項2乃至7に記載の光路変位素子としたことを特徴とする請求項8に記載の光走査手段。   The optical scanning unit according to claim 8, wherein the optical path displacement element is the optical path displacement element according to claim 2. 前記光路変位素子は、分離光が入射される光路に対しほぼ垂直な仮想面上で回転可能に設けられ、該光路変位素子の回転にともないプリズム体が変位することで、前記プリズム体に入射された分離光の進路が等速で変位することを特徴とする請求項8または9に記載の光走査手段。   The optical path displacement element is rotatably provided on a virtual plane substantially perpendicular to the optical path on which the separated light is incident, and the prism body is displaced by the rotation of the optical path displacement element, and is incident on the prism body. The optical scanning means according to claim 8 or 9, wherein the path of the separated light is displaced at a constant speed. 光源から出射された光を複数の特定波長帯域成分毎に分離する光分離手段と、前記光分離手段で色毎に分離された分離光を色毎に変調し画像を形成する光変調素子と、前記光変調素子で形成された画像を投射する投射手段と、前記光分離手段と光変調素子の間に配置された光走査手段とを備えた投影型画像表示装置において、
前記光走査手段は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させる光路変位素子変位手段とを備え、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させたことを特徴とする投影型画像表示装置。
A light separating means for separating light emitted from the light source for each of a plurality of specific wavelength band components, a light modulation element for modulating the separated light separated for each color by the light separating means for each color, and forming an image; In a projection type image display apparatus comprising: a projection unit that projects an image formed by the light modulation element; and a light scanning unit disposed between the light separation unit and the light modulation element.
The optical scanning unit rotates an optical path displacing element formed by a prism body in which a portion to be an incident surface and an output surface of separated light is formed in a spiral shape and an endless shape, and the prism body constituting the optical path displacing element. A projection-type image display device comprising: an optical path displacement element displacing means for displacing, wherein the paths of a plurality of separated lights incident on the prism body are temporally displaced.
前記光走査手段は、請求項8乃至10のうちの何れか一項に記載の光走査手段を備えたことを特徴とする請求項11に記載の投影型画像表示装置。   The projection image display apparatus according to claim 11, wherein the optical scanning unit includes the optical scanning unit according to claim 8. 前記光分離手段は、光源から出射された光をR,G,Bの3原色に分離する複数の選択波長帯域透過反射機構と、前記3原色の各々の光を個別にもしくは同時に光線照射分布の均一化を行うミキシング機構とを具備したことを特徴とする請求項11または12に記載の投影型画像表示装置。   The light separation means includes a plurality of selective wavelength band transmission / reflection mechanisms for separating the light emitted from the light source into the three primary colors of R, G, and B, and the light irradiation distribution of the light of each of the three primary colors individually or simultaneously. The projection-type image display device according to claim 11, further comprising a mixing mechanism for performing homogenization. 前記ミキシング機構として、R,G,Bの3原色の各々を個別もしくは同時に均一照明する少なくとも一対のフライアイレンズを具備したことを特徴とする請求項13に記載の投影型画像表示装置。   14. The projection type image display device according to claim 13, wherein the mixing mechanism includes at least a pair of fly-eye lenses that uniformly or simultaneously uniformly illuminate each of the three primary colors R, G, and B.
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