JP2006145621A - 光学ユニット及びそれを用いた投射型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
投射型画像表示装置において、高画質の明るい画像を確保可能な技術の提供。
【解決手段】
PBS等の第1の往復光路形成手段により回転多面体との間に第1の往復光路を形成しかつ第2の往復光路形成手段により映像表示素子との間に第2の往復光路を形成し、該第1の往復光路によっては、光源側からの光から分離した色光を該回転多面体に導くとともに、該回転多面体からの反射光を該第1の往復光路形成手段側に導き、かつ、上記第2の往復光路によっては、上記第1の往復光路形成手段からの色光を映像表示素子側に導くとともに、該映像表示素子で変調された色光を該第2の往復光路形成手段側に導き、該第2の往復光路形成手段で色光を色合成して投射レンズユニット側に出射する構成とする。
【選択図】 図1
投射型画像表示装置において、高画質の明るい画像を確保可能な技術の提供。
【解決手段】
PBS等の第1の往復光路形成手段により回転多面体との間に第1の往復光路を形成しかつ第2の往復光路形成手段により映像表示素子との間に第2の往復光路を形成し、該第1の往復光路によっては、光源側からの光から分離した色光を該回転多面体に導くとともに、該回転多面体からの反射光を該第1の往復光路形成手段側に導き、かつ、上記第2の往復光路によっては、上記第1の往復光路形成手段からの色光を映像表示素子側に導くとともに、該映像表示素子で変調された色光を該第2の往復光路形成手段側に導き、該第2の往復光路形成手段で色光を色合成して投射レンズユニット側に出射する構成とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、液晶パネルやマイクロミラーアレイ素子などの映像表示素子で光学像を形成しスクリーン等に拡大投射する投射型画像表示装置に係り、特に、映像表示素子上で複数の色光を所定方向に移動可能にする技術に関する。
従来、光源からの白色光は、インテグレータ手段、偏光ビームスプリッタ(以下、PBSという)、コリメータレンズを通過した後、複数のダイクロイックミラーによって赤色光(以下、R光という)、緑色光(以下、G光という)及び青色光(以下、B光という)に分離され、各分離された色光はそれぞれの回転多面体により光路方向を変え、各色光がライトバルブ(以下、映像表示素子という)のそれぞれ異なった場所に照射され、かつ、各色光の照射される場所が順次映像表示素子上を一定方向に移動(スクロール)させるようにした投射型画像表示装置が知られている。スクロール技術の詳細については、例えば、特開2004−170549号公報(特許文献1)、特開2003−149738号公報(特許文献2)及び特開2003−255250号公報(特許文献3)に述べられている。以下、スクロール技術における回転多面体と色分離手段について述べる。
特開2004−170549号公報(特許文献1)には、複数の回転多面体を用いた投射型画像表示装置について記載されている。特許文献1においては、インテグレータ手段で予め、映像表示素子の有効範囲を、例えば、短辺方向に3分割した縦横比の矩形状の光量分布を形成した上で、色分離手段としてのダイクロイックミラーやプリズムにより色分離した各色光の光路中に、光路折り曲げの反射ミラーとしての作用も兼用した回転多面体を配置した構成となっている。この回転多面体の回転作用により、各色の矩形状光量分布が映像表示素子上を上下方向(短辺方向)に走査する。また、各色光用の回転多面体は、所定の回転位相差を相互に維持しながら回転する。従って、回転多面体で反射された各色光の光束は、映像表示素子上の異なる位置に、矩形状の照明領域を形成する。各色用の回転多面体が同方向に同速度で回転するので、各色光の矩形照明領域は映像表示素子を同方向に移動(走査)する。
特開2003−149738号公報(特許文献2)には、色分離手段としてカラープリズムを用いた投射型画像表示装置が記載されている。特許文献2の該投射型画像表示装置は、インテグレータ手段としてのライトトンネルの出射側面に色分離手段としての2つのダイクロイックプリズムと1つの光路変更手段を配置した構成である。ライトトンネルで光量分布の一様化を図り、後続の2つのダイクロイックプリズムと1つの光路変更手段により、赤色、緑色、青色に空間的に分離し、所定領域で赤色,緑色,青色の各矩形状の光量分布を形成する。複数の凸レンズ機能部が円周方向に沿って配置されて成るレンズアレイホイールを回転させることで、複数の凸レンズ機能部は上記所定領域を循環的に通過するので、空間的に分離し隣接する位置関係にある赤色、緑色、青色の各色光の矩形状の照明領域が映像表示素子上を一方向に移動(走査)する。
また、特開2003−255250号公報(特許文献3)には、色分離手段としてのカラープリズムと、1つの回転多面体とを用いる投射型画像表示装置が記載されている。該特許文献3には、特許文献1と同様、回転多面体により各色光の矩形照明領域が映像表示素子上で同一方向に移動(走査)される技術も記載されている。なお、本特許文献3記載の技術では、カラープリズムで色分離した各色光の矩形の光量分布をいったん回転多面体の反射面の近くに写像させることで、1つの回転多面体で各色光の矩形照明領域の移動(走査)を行うとしている。
回転多面体を用いた投射型画像表示装置の小型化、コストダウンを考慮すると、複数の回転多面体を用いるより、1つの回転多面体で構成するのが好ましい。例えば特許文献3の技術は、この意味では望ましい技術である。しかし、特許文献3では、色分離手段から回転多面体までの光路と、回転多面体から映像表示素子までの光路が独立しており、小型化を図る上で改善の余地がある。
図7は、従来の投射型画像表示装置の説明図である。
図7において、101は光源、102はリフレクタ、103’は、光源101側からの白色光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換素子、104は光量分布の一様化を行うためのインテグレータであるライトトンネル、105’は、白色光を、R光、G光、B光に色分離する色分離手段としてのカラープリズム、108は前写像レンズ、109は反射ミラー、110は入射側偏光板、111は1/4波長位相差板、112は共通写像レンズ、113は回転多面体、13はPBS、20は、例えば反射型液晶パネルを用いた反射型映像表示素子、115は出射側偏光板、30は投射レンズユニットである。
図7において、101は光源、102はリフレクタ、103’は、光源101側からの白色光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換素子、104は光量分布の一様化を行うためのインテグレータであるライトトンネル、105’は、白色光を、R光、G光、B光に色分離する色分離手段としてのカラープリズム、108は前写像レンズ、109は反射ミラー、110は入射側偏光板、111は1/4波長位相差板、112は共通写像レンズ、113は回転多面体、13はPBS、20は、例えば反射型液晶パネルを用いた反射型映像表示素子、115は出射側偏光板、30は投射レンズユニットである。
光源101をから出射された白色光は、リフレクタ102で反射し偏光変換素子103’の入射開口に集光する。偏光変換素子103’に入射した光束は、例えばS偏光光に揃えられる。S偏光光に偏光変換された光束は、インテグレータとしてのライトトンネル104により光量分布が一様化される。光量分布が一様化された光束は、カラープリズム105’により、赤色、緑色、青色に分離される。カラープリズム105’の出射側面は前写像レンズ108と共通写像レンズ112により、回転多面体113の反射面の近傍に写像される。さらに、この像は回転多面体113で反射されて、反射型映像表示素子20上に写像される。
上記写像関係があるものの、光線の光路は、PBS13を通過する光線の偏光状態による。以下、その説明を行う。
偏光変換素子103’でS偏光光に揃えられた光線は、PBS13のPBS面で反射し、回転多面体113に向かって進む。PBS13と回転多面体113の間の光路には、1/4波長位相差板111を配置しているので、回転多面体113で反射した光線は1/4波長位相差板111を合計2回通過するため、1/2波長位相差板に相当する作用が生じる。従って、回転多面体113で反射してきた光線は、P偏光光に変換されて、今度は、PBS13を透過し、反射型映像表示素子20に入射する。ここで、反射型映像表示素子20の各画素がONの場合、偏光状態が変換される(P偏光光→S偏光光)。このため、再び、PBS13のPBS面で反射し、投射レンズユニット30を経てスクリーンへ投射される。以上が、基本的な光線の光路である。
偏光変換素子103’でS偏光光に揃えられた光線は、PBS13のPBS面で反射し、回転多面体113に向かって進む。PBS13と回転多面体113の間の光路には、1/4波長位相差板111を配置しているので、回転多面体113で反射した光線は1/4波長位相差板111を合計2回通過するため、1/2波長位相差板に相当する作用が生じる。従って、回転多面体113で反射してきた光線は、P偏光光に変換されて、今度は、PBS13を透過し、反射型映像表示素子20に入射する。ここで、反射型映像表示素子20の各画素がONの場合、偏光状態が変換される(P偏光光→S偏光光)。このため、再び、PBS13のPBS面で反射し、投射レンズユニット30を経てスクリーンへ投射される。以上が、基本的な光線の光路である。
ところで、PBS13を用いる際に、コントラスト性能を確保するために入射側偏光板110と出射側偏光板115を配置している。以下、図8を用い、偏光板の作用につき説明する。
図8は、偏光光に対する作用を説明するためのPBS周りの拡大図である。図8において、入射側偏光板110や出射側偏光板115がない場合、偏光変換素子103でS偏光光に変換されなかったP偏光光は、PBS13を透過し投射レンズユニット30側へ出射する。このP偏光光は、反射型映像表示素子20の各画素が黒表示(画素がOFF)で、反射型映像表示素子20から投射レンズユニット30に向かう光がない場合でも、スクリーンへ照射されてしまい、コントラスト性能が劣化する。
これに対して、入射側偏光板110や出射側偏光板115がある場合には、S偏光光が透過する入射側偏光板110によりP偏光光の光線を遮光できる。P偏光光の一部は、入射側偏光板110を、該入射側偏光板110の消光比の比率で透過するが、該P偏光光は、出射側偏光板115によって遮光可能である。
図8は、偏光光に対する作用を説明するためのPBS周りの拡大図である。図8において、入射側偏光板110や出射側偏光板115がない場合、偏光変換素子103でS偏光光に変換されなかったP偏光光は、PBS13を透過し投射レンズユニット30側へ出射する。このP偏光光は、反射型映像表示素子20の各画素が黒表示(画素がOFF)で、反射型映像表示素子20から投射レンズユニット30に向かう光がない場合でも、スクリーンへ照射されてしまい、コントラスト性能が劣化する。
これに対して、入射側偏光板110や出射側偏光板115がある場合には、S偏光光が透過する入射側偏光板110によりP偏光光の光線を遮光できる。P偏光光の一部は、入射側偏光板110を、該入射側偏光板110の消光比の比率で透過するが、該P偏光光は、出射側偏光板115によって遮光可能である。
図7の構成においても、入射側偏光板110や出射側偏光板115を配置することで、良好なコントラスト性能が得られるが、偏光板を多用することで偏光板自体の透過率による光束量が低下するおそれがあるし、さらに、低コストの有機型の偏光板の場合は、光線を吸収するため、熱により偏光性能が劣化するおそれがある。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型画像表示装置において、所定のコントラスト性能を、光束量の低下を抑えた状態で確保できるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、高画質の明るい画像を確保可能な投射型画像表示技術を提供することにある。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、高画質の明るい画像を確保可能な投射型画像表示技術を提供することにある。
上記課題点を解決するために、本発明では、光学ユニットまたは投射型画像表示装置として、光源側からの光から分離した色光を、第1の往復光路形成手段(該当実施例符号11、41)が形成した第1の往復光路により、中心軸周りに回転しながら複数の反射面で順に色光を反射する回転多面体(該当実施例符号113)に導くとともに、該回転多面体からの反射光を該第1の往復光路形成手段側に導き、かつ、第2の往復光路形成手段(該当実施例符号12、42)が形成した第2の往復光路により、上記第1の往復光路形成手段からの色光を映像表示素子(該当実施例符号20、21)側に導くとともに、該映像表示素子で変調された色光を該第2の往復光路形成手段側に導き、該第2の往復光路形成手段で色光を色合成して投射レンズユニット側に出射する構成とする。
本発明によれば、投射型画像表示装置において、入射側偏光板及び出射側偏光板を用いなくとも、コントラスト性能を確保することができる。また、偏光板による光束量の低下も改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図1〜図4は、本発明の第1の実施例の説明図である。図1は、本発明の第1の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図、図2は、図1の投射型画像表示装置の偏光変換素子、ライトトンネル及びカラープリズムの説明図、図3は、偏光変換素子及びカラープリズムの変形例の説明図、図4は、図1の投射型画像表示装置の往復光路形成手段としてのPBSの説明図である。なお、図1〜図4において、図7の装置と同一の構成・機能を有する構成要素には図7の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。
図1において、103は、光源101側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換素子、105は、例えばR光、G光、B光に色分離する色分離手段としてのカラープリズム、11は、カラープリズム105と回転多面体113との間に配され、該カラープリズム105で分離された各色光(R光、G光、B光)が入射され該回転多面体113側に出射するとともに、該回転多面体113で反射された色光が入射され該回転多面体113との間に各色光の第1の往復光路を形成する第1の往復光路形成手段としての第1のPBS、12は、上記第1のPBS11と反射型映像表示素子20との間に配され、該第1のPBS11から出射した各色光が入射され該反射型映像表示素子20側に出射するとともに、該反射型映像表示素子20で変調された色光が入射され該反射型映像表示素子20との間に各色光についての第2の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で投射レンズユニット30側に出射する第2の往復光路形成手段としての第2のPBSである。第2のPBS12は、偏光子・検光子として作用する。第1のPBS11は、カラープリズム105側からの各色光の偏光光を内部の偏光分離面で反射し光路方向を変更して回転多面体113側に導き、該回転多面体113の反射面で反射した偏光光を同じ光路を通して入射させその偏光分離面を透過させて、第2のPBS12側に導く。すなわち、該第1のPBS11は、該第1のPBS11と回転多面体113との間に、各色光について往路と復路が1つの直線状光路上にあって光学部品(1/4波長位相差板111、共通写像レンズ112)を共用した構成の第1の往復光路を形成する。また、第2のPBS12は、上記第1のPBS11側からの各色光の偏光光を内部の偏光分離面で反射し光路方向を変更して反射型映像表示素子20側に導き、該反射型映像表示素子20で反射かつ変調された偏光光を同じ光路を通して入射させてその偏光分離面を透過させ、色合成して投射レンズユニット30側に出射する。すなわち、該第2のPBS12は、該第2のPBS12と反射型映像表示素子20との間に、各色光について往路と復路が1つの直線状光路上にある第2の往復光路を形成する。
以下、説明の便宜上、ライトトンネル104の光軸方向をZ軸、回転多面体113の回転軸方向をX軸、XZ平面(図1紙面に平行)に直交する軸をY軸とする。
以下、説明の便宜上、ライトトンネル104の光軸方向をZ軸、回転多面体113の回転軸方向をX軸、XZ平面(図1紙面に平行)に直交する軸をY軸とする。
図1において、光源101を出射した光は、リフレクタ102で反射し、偏光変換素子103の入射開口部に集光する。偏光変換素子103は、図2(a)に示すように、その入射面(入射光線とその反射光線とで形成される面)がXZ平面に平行なZ軸に対して45°傾斜した偏光分離面103a、103bを有しており、偏光分離面103aを透過したP偏光光(その偏光方向がXZ平面に平行)は出射側面に配置されている1/2波長位相差板106でS偏光光に変換される。また、偏光分離面103aを反射したS偏光光(その偏光方向がXZ平面に直交)は、偏光分離面103bで反射して出射する。このように、偏光変換素子103は、光源101からの無偏光状態の光をS偏光光に変換する。偏光変換素子103でS偏光光に揃えられた光は、インテグレータとしてのライトトンネル104で一様な光量分布とされ、色分離手段としてのカラープリズム105に入射する。カラープリズム105は、図2(b)に示すように、その入射面(入射光線とその反射光線とで形成される面)がYZ平面に平行なZ軸に対し45°傾斜したダイクロイックミラー面である第1の色分離面105a、第2の色分離面105b、第3の色分離面105cを有している。第1の色分離面105aでは第1の色光を透過し、残りの色光を反射する。次に、第2の色分離面105bでは、上記残りの色光の中から第2の色光を反射し、残りの色光を透過する。最後に、第3の色分離面105cでは、上記残りの色光から第3の色光を反射する。つまり、カラープリズム105は、第1の色光と第2の色光と第3の色光を、Y軸方向に空間的に分離し同じ方向(Z軸方向)に出射する。なお、第1の色光、第2の色光及び第3の色光の各波長域の間の不要な光は、第3の色分離面105cで透過させて図の下方へ出射する方法や、光路途中にトリミングフィルタを配置し、これによってカットする方法や、これらの方法を組合せる方法などによって除去することができる。
偏光変換素子103の偏光分離面での入射面(XZ断面)と、カラープリズム105のダイクロイックミラーの入射面(YZ断面)とは、直交した配置関係(例えば偏光分離面103aと第1色分離面105aとはその入射面が互いに直交している)にあるため、偏光変換素子103のS偏光光は、カラープリズム105に対してはP偏光光となる。すなわち、本第1の実施例においては、カラープリズム105はP偏光光で膜設計を行ってあるものとする。図1から明らかなように、第1のPBS11の偏光分離面での入射面(XZ断面)と、偏光変換素子103での偏光分離面の入射面(XZ断面)が同じであるため、カラープリズム105でのP偏光光は、第1のPBS11ではS偏光光となる。
カラープリズム105で色分離された各色光(R光、G光、B光)は、第1のPBS11に入射する。上記のように、各色光の偏光方向は、第1のPBS11の偏光分離面に対してはS偏光光である。このため、反射されて回転多面体113に入射する。このとき、カラープリズム105の各色光に対応した出射側面は、それぞれ前写像レンズ108と共通写像レンズ112により、回転多面体113の反射面の近くに写像される。
また、第1のPBS11と回転多面体113との間の光路には、1/4波長位相差板111が配されているため、回転多面体113で反射した光(色光)は、1/4波長位相差板111を合計2回通過する。1/4波長位相差板111を2回通過することで、1/2波長位相差板を1回通過したと同等の効果を生じる。従って、回転多面体113で反射してきた光はP偏光光に変換され、図4に示すように、今度は、第1のPBS11の偏光分離面を透過する。透過したP偏光光は、1/2波長位相差板114によりS偏光光に変換され、第2のPBS12のPBS面(偏光分離面)で反射し、反射型映像表示素子20に入射する。ここで、反射型映像表示素子20の各画素がONの場合、偏光状態が変換され、S偏光光はP偏光光とされるため、今度は、第2のPBS12のPBS面(偏光分離面)を透過し、投射レンズユニット30を経てスクリーン等に拡大投射される。
また、偏光変換素子でS偏光光に変換されないP偏光光は、第1のPBS11を透過するが、透過した先には投射レンズユニット30が配置されていないため、該P偏光光は、スクリーン面等に到達してコントラスト性能を劣化させることはない。すなわち、入射側偏光板や出射側偏光板を用いなくとも、所定の良好なコントラスト性能を確保することができる。
上記本発明の第1の実施例によれば、入射側偏光板と出射側偏光板を用いない構成で所定のコントラスト性能を確保することが可能となる。また、これらの偏光板を用いないことにより、偏光板があることによる光束量の低減化が改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
なお、上記説明では、偏光変換素子103では偏光光をS偏光光に揃えたが、これに限定されるものではなく、例えば、図3(a)に示すように、偏光変換素子103の偏光分離面で分離したP偏光光とS偏光光の出射側面のうち、S偏光光の出射側面に1/2波長位相差板106を配置し、P偏光光にするように偏光状態を揃えてもよい。この組合せでは、図3(b)のように、カラープリズム105はS偏光光で膜設計する。また、カラープリズム105の出射側に1/2波長位相差板107を配置して、第1PBS11へはS偏光光を入射させる。
また、図1では、リフレクタ102は楕円リフレクタとしているが、放物面リフレクタと凸レンズを組合せて光束を集光させてもよい。さらに、インテグレータについても、ライトトンネルでなく、マルチレンズを用いて構成しても同様の効果が得られる。
図5は、本発明の第2の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図である。
図5において、21は、マイクロミラーアレイ素子である。該マイクロミラーアレイ素子21は、2次元状に配列された多数の画素のそれぞれが微小なミラーで構成され、微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってON/OFF状態をつくる変調方式の反射型映像表示素子である。42は、第2の往復光路形成手段としての第2の全反射プリズムで、入射側プリズム42aと出射側プリズム42bとから成る。入射側プリズム42aと出射側プリズム42bとの間には空気層が形成されている。なお、図5において、図1の構成と同じ構成・作用を有する要素には、図1の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。本第2の実施例と上記第1の実施例との違いは、第2の往復光路形成手段として、第2のPBS12に替えて第2の全反射プリズム42を用い、かつ、映像表示素子としてマイクロミラーアレイ素子21を用いている点である。
図5において、21は、マイクロミラーアレイ素子である。該マイクロミラーアレイ素子21は、2次元状に配列された多数の画素のそれぞれが微小なミラーで構成され、微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってON/OFF状態をつくる変調方式の反射型映像表示素子である。42は、第2の往復光路形成手段としての第2の全反射プリズムで、入射側プリズム42aと出射側プリズム42bとから成る。入射側プリズム42aと出射側プリズム42bとの間には空気層が形成されている。なお、図5において、図1の構成と同じ構成・作用を有する要素には、図1の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。本第2の実施例と上記第1の実施例との違いは、第2の往復光路形成手段として、第2のPBS12に替えて第2の全反射プリズム42を用い、かつ、映像表示素子としてマイクロミラーアレイ素子21を用いている点である。
図5で、第1のPBS11側から第2の全反射プリズム42に入射した光(色光)は、該第2の全反射プリズム42内において入射側プリズム42aに入射し、該入射側プリズム42aの、出射側プリズム42bと向い合って空気層を形成した面で全反射し、マイクロミラーアレイ素子21側に出射し、該マイクロミラーアレイ素子21の面に照射される。該マイクロミラーアレイ素子21では、各画素がONの場合、基準の反射光が該マイクロミラーアレイ素子21の有効面全体に対してほぼ垂直になるよう対応した各マイクロミラーの角度が制御される。上記において「基準」としたのは、光束にはF値の広がりがあるため、全ての光線が垂直ではないからである。マイクロミラーアレイ素子21の各画素がONの場合、マイクロミラーアレイ素子21で反射しかつ変調されて光学像を形成した光は、入射側プリズム42aの全反射面に、最初の場合(第1のPBS11側からの色光が該入射側プリズム42aに入射した場合)よりは小さい入射角度で入射する。このため、該全反射面では光は屈折され、その後該第2の全反射プリズム42から出て投射レンズユニット30へ入射する。
上記本発明の第2の実施例によれば、上記第1の実施例の場合と同様、カラープリズム105からの光線が第1のPBS11をそのまま透過したとしても、投射レンズユニット30に入射することはない。このため、第1の実施例の場合と同様、偏光板を用いなくとも所定のコントラスト性能を確保することができる。また、偏光板を用いないことにより、偏光板があることによる光束量の低減化が改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
図6は、本発明の第3の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図である。
図6において、41は、第1の往復光路形成手段としての第1の全反射プリズムであり、入射側プリズム41aと出射側プリズム41bとから成る。入射側プリズム41aと出射側プリズム41bとの間には空気層が形成されている。なお、図6において、図1、図5の構成と同じ構成・作用を有する要素には、図1、図5の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。本第3の実施例の、上記第2の実施例との構成上の違いは、第1の往復光路形成手段として第1のPBSに替えて第1の全反射プリズム41を用い、かつ、回転多面体113を、その反射面に対する光の入出射方向とその中心軸との成す角が90゜未満または90゜を超えた値となるようにし、該反射面に対する入射光と出射光とが異なる光路上を進むようにした点である。
図6において、41は、第1の往復光路形成手段としての第1の全反射プリズムであり、入射側プリズム41aと出射側プリズム41bとから成る。入射側プリズム41aと出射側プリズム41bとの間には空気層が形成されている。なお、図6において、図1、図5の構成と同じ構成・作用を有する要素には、図1、図5の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。本第3の実施例の、上記第2の実施例との構成上の違いは、第1の往復光路形成手段として第1のPBSに替えて第1の全反射プリズム41を用い、かつ、回転多面体113を、その反射面に対する光の入出射方向とその中心軸との成す角が90゜未満または90゜を超えた値となるようにし、該反射面に対する入射光と出射光とが異なる光路上を進むようにした点である。
図6で、第1の全反射プリズム41に入射した光は、入射側プリズム41aに入射し、該入射側プリズム41aの、出射側プリズム41bと向い合って空気層を形成した面で全反射し、回転多面体113に照射される。回転多面体113は、上記のように、その反射面に対する光の入出射方向とその中心軸との成す角が90゜未満または90゜を超えた値となるようにしてあるため、該回転多面体113からの反射光は、入射光と異なる角度で出射する。回転多面体113で反射した光束は、入射側プリズム41aの全反射面に、最初の場合(カラープリズム105側からの色光が該入射側プリズム41aに入射した場合)よりも小さい入射角度で入射する。このため、入射光は、該全反射面で屈折され、その後該第1の全反射プリズム41を出て第2の全反射プリズム42へ入射する。第2の全反射プリズム42に入射した光は、上記第2の実施例の場合と同様にして光学処理され、その後、マイクロミラーアレイ素子21に照射される。該マイクロミラーアレイ素子21においても、入射光は、上記第2の実施例の場合と同様にして光学処理され、その後、投射レンズユニット30側に出射される。
上記第3の実施例では、第1の往復光路形成手段としての第1の全反射プリズム41が回転多面体113との間に形成する第1の往復光路も、第2の往復光路形成手段としての第2の全反射プリズム42がマイクロミラーアレイ素子21との間に形成する第2の往復光路もともに、各色光について往路と復路が1つの直線状光路上には形成されず、互いにずれて形成される。このため、本第3の実施例においては、第1の往復光路も第2の往復光路も、偏光状態の違いによる光路分岐を行う必要がなく、上記第1、第2の実施例のような偏光変換素子103や偏光板を必要としない。本第3の実施例では、偏光変換素子103を用いない構成に対応し、リフレクタ102からの集光光束がライトトンネル104の入射側の開口部全体に集光するように位置を移動してある。
上記本発明の第3の実施例によっても、上記第1、第2の実施例の場合と同様、投射型画像表示装置において、偏光板を用いなくとも所定のコントラスト性能を確保することができる。また、偏光板を用いないことにより、偏光板があることによる光束量の低減化が改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
11…第1のPBS、
12…第2のPBS、
13…PBS、
20…反射型映像表示素子、
21…マイクロミラーアレイ素子、
30…投射レンズユニット、
41…第1の全反射プリズム、
42…第2の全反射プリズム、
101…光源、
102…リフレクタ、
103…偏光変換素子、
104…ライトトンネル、
105…カラープリズム、
106、107、114…1/2波長位相差板、
108…前写像レンズ、
109…反射ミラー、
110…入射側偏光板、
111…1/4波長位相差板、
112…共通写像レンズ、
113…回転多面体、
115…出射側偏光板。
12…第2のPBS、
13…PBS、
20…反射型映像表示素子、
21…マイクロミラーアレイ素子、
30…投射レンズユニット、
41…第1の全反射プリズム、
42…第2の全反射プリズム、
101…光源、
102…リフレクタ、
103…偏光変換素子、
104…ライトトンネル、
105…カラープリズム、
106、107、114…1/2波長位相差板、
108…前写像レンズ、
109…反射ミラー、
110…入射側偏光板、
111…1/4波長位相差板、
112…共通写像レンズ、
113…回転多面体、
115…出射側偏光板。
Claims (9)
- 光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を拡大投写して画像表示する投射型画像表示装置用の光学ユニットであって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光光を複数色の光に分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記分離された色光を反射する回転多面体と、
上記色分離手段と上記回転多面体との間に配され、該色分離手段で分離された色光が入射され該回転多面体側に出射するとともに、該回転多面体で反射された色光が入射され該回転多面体との間に色光の第1の往復光路を形成する第1の往復光路形成手段と、
上記第1の往復光路形成手段と上記映像表示素子との間に配され、該第1の往復光路形成手段からの色光が入射され該映像表示素子側に出射するとともに、該映像表示素子で変調された色光が入射され該映像表示素子との間に色光の第2の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で出射する第2の往復光路形成手段と、
上記色合成光による光学像を拡大投射する投写レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。 - 上記第1、第2の往復光路形成手段はそれぞれ、偏光ビームスプリッタまたは全反射プリズムで構成される請求項1に記載の光学ユニット。
- 光源側からの白色光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を拡大投写して画像表示する投射型画像表示装置であって、
上記白色光を複数色の光に分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記分離された色光を反射する回転多面体と、
上記色分離手段と上記回転多面体との間に配され、該色分離手段で分離された色光が入射され該回転多面体側に出射するとともに、該回転多面体で反射された色光が入射され該回転多面体との間に色光の第1の往復光路を形成する第1の往復光路形成手段と、
上記第1の往復光路形成手段と上記映像表示素子との間に配され、該第1の往復光路形成手段からの色光が入射され該映像表示素子側に出射するとともに、該映像表示素子で変調された色光が入射され該映像表示素子との間に色光の第2の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で出射する第2の往復光路形成手段と、
上記色合成光による光学像を拡大投射する投写レンズユニットと、
上記回転多面体を中心軸周りに回転駆動するモータと、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動するとともに、上記モータを駆動する駆動回路と、
上記光源、上記モータ及び上記駆動回路に電力を供給する電源回路と、
を備え、上記回転多面体から上記映像表示素子に照射される各色光が、該回転多面体の回転に基づく上記反射面の切替わりにより、該映像表示素子上で所定方向に移動する構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。 - 光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を拡大投写して画像表示する投射型画像表示装置であって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光光を複数色の光に分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記分離された色光を反射する回転多面体と、
上記色分離手段と上記回転多面体との間に配され、該色分離手段で分離された色光が入射され該回転多面体側に出射するとともに、該回転多面体で反射された色光が入射され該回転多面体との間に色光の第1の往復光路を形成する第1の往復光路形成手段と、
上記第1の往復光路形成手段と上記映像表示素子との間に配され、該第1の往復光路形成手段からの色光が入射され該映像表示素子側に出射するとともに、該映像表示素子で変調された色光が入射され該映像表示素子との間に色光の第2の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で出射する第2の往復光路形成手段と、
上記色合成光による光学像を拡大投射する投写レンズユニットと、
上記回転多面体を中心軸周りに回転駆動するモータと、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動するとともに、上記モータを駆動する駆動回路と、
上記光源、上記モータ及び上記駆動回路に電力を供給する電源回路と、
を備え、上記回転多面体から上記映像表示素子に照射される各色光が、該回転多面体の回転に基づく上記反射面の切替わりにより、該映像表示素子上で所定方向に移動する構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。 - 上記映像表示素子は1個のパネルで構成され、上記回転多面体からの各色光が、上記第1の往復光路形成手段及び第2の往復光路形成手段を経てパネル面に順次照射される構成である請求項3または請求項4に記載の投射型画像表示装置。
- 上記第1、第2の往復光路形成手段はそれぞれ、偏光ビームスプリッタまたは全反射プリズムで構成され、上記映像表示素子は、反射型液晶パネルまたはマイクロミラーアレイ素子で構成される請求項3または請求項4に記載の投射型画像表示装置。
- 上記映像表示素子がマイクロミラーアレイ素子で構成され、少なくとも上記第2の往復光路形成手段が全反射プリズムで構成される請求項6に記載の投射型画像表示装置。
- 上記色分離手段は、カラープリズムで構成される請求項3または請求項4に記載の投射型画像表示装置。
- 上記回転多面体は、その反射面に対する光の入出射方向とその中心軸との成す角が90゜未満または90゜を超えた値である請求項3または請求項4に記載の投射型画像表示装置。
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JP2004332043A JP2006145621A (ja) | 2004-11-16 | 2004-11-16 | 光学ユニット及びそれを用いた投射型画像表示装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008268865A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Ctx Opto Electronics Corp | 投影装置 |
JP2009003037A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Canon Inc | 波長選択性偏光変換素子、照明光学系、光学ユニット及び画像投射装置 |
WO2011145208A1 (ja) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Necディスプレイソリューションズ株式会社 | 照明光学系とこれを用いたプロジェクタ |
-
2004
- 2004-11-16 JP JP2004332043A patent/JP2006145621A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008268865A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Ctx Opto Electronics Corp | 投影装置 |
JP4576421B2 (ja) * | 2007-04-19 | 2010-11-10 | 中強光電股▲ふん▼有限公司 | 投影装置 |
JP2009003037A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Canon Inc | 波長選択性偏光変換素子、照明光学系、光学ユニット及び画像投射装置 |
WO2011145208A1 (ja) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Necディスプレイソリューションズ株式会社 | 照明光学系とこれを用いたプロジェクタ |
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