JP2006251121A - Optical element, optical modulation device using the same, and projector - Google Patents

Optical element, optical modulation device using the same, and projector Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized optical element capable of performing efficient color separation of incident light. <P>SOLUTION: In the light which is made obliquely incident for the optical axis OA of a micro lens 13, blue color is transmitted by a blue color selective transmission part 16 arranged on an outgoing surface 30 of a quartz glass plate 12 and remaining components are reflected. Reflection light is reflected to a position different from the first blue color selective transmission part 16 by a reflection part 19 disposed between a color filter 50 and a microlens 13 and a green color is transmitted by a green color selective transmission part 17. Likewise, the reflection light is made incident to a red color selective transmission part 18 by a reflection part 19 and red color is transmitted. Accordingly, the small-sized optical element permits efficient color separation. Further, by the use of one optical element 10, color separation can be performed and the miniaturization of an optical system can be also permitted. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、入射光を色分離する光学素子およびこれを用いた光学変調装置とプロジェクタに関する。   The present invention relates to an optical element for color-separating incident light, an optical modulation device using the same, and a projector.

プロジェクタ等には、光源からの光の透過光量を画素ごとに調整する光学変調装置である液晶ライトバルブが使用されている。カラー表示を行なうためには、液晶ライトバルブに色分離するための光学素子等を組み合わせて使用する必要がある。ここで、光学素子として、染料等からなる吸収タイプのカラーフィルタを用いると、吸収によって透過光量が減少する。また、光の吸収による染料の劣化や、カラーフィルタの発熱により近接する液晶ライトバルブの寿命が短くなるという課題がある。   A projector or the like uses a liquid crystal light valve, which is an optical modulation device that adjusts the amount of light transmitted from a light source for each pixel. In order to perform color display, it is necessary to use an optical element for color separation in combination with a liquid crystal light valve. Here, when an absorption type color filter made of a dye or the like is used as the optical element, the amount of transmitted light is reduced by absorption. In addition, there is a problem that the life of a liquid crystal light valve that is close by the deterioration of the dye due to light absorption and the heat generation of the color filter is shortened.

そこで、プロジェクタでは、透過成分は透過し、透過成分以外の成分は反射する誘電体多層膜からなる選択透過フィルタを組み合わせることによって、光源からの光を赤色、緑色、および青色に色分離する。そして、それぞれの色に対応した3枚の液晶ライトバルブで透過光量を調整後、再び赤色、緑色、および青色を合成して投写する方法が広く用いられている。
しかしながら、この方法では、部品点数が多くなり光学系の小型化が難しい。この課題を解決するために、1枚の液晶ライトバルブと選択透過フィルタとを使用する方法が検討されている。
Therefore, in the projector, the light from the light source is separated into red, green, and blue by combining a selective transmission filter made of a dielectric multilayer film that transmits the transmission component and reflects the components other than the transmission component. Then, after adjusting the amount of transmitted light with three liquid crystal light valves corresponding to the respective colors, a method of combining red, green and blue again and projecting is widely used.
However, this method increases the number of parts and makes it difficult to reduce the size of the optical system. In order to solve this problem, a method using one liquid crystal light valve and a selective transmission filter has been studied.

大型の選択透過フィルタを使用したものとして、光源からの光に対して角度の異なる3枚の選択透過フィルタによって色分離する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法では、各選択透過フィルタで反射された赤色、緑色、および青色は、液晶ライトバルブの入射光側に設けられたマイクロレンズアレイに色ごとに異なる角度で入射し、液晶ライトバルブのそれぞれの色に対応した画素に集光する。そして、画像情報に基づいて、色ごとに画素によって透過光量が調整されている。
また、液晶ライトバルブの画素に合わせて微小な選択透過部を組み合わせたカラーフィルタを入射光側に形成し、カラーフィルタによって反射する光を光源付近で再びカラーフィルタに向けて反射させ、入射光量を確保する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、マイクロレンズアレイとマイクロプリズムを液晶ライトバルブの入射光側に画素ごとに設け、そのマイクロプリズムに形成された選択透過部によって、赤色、緑色および青色に入射光を分離する方法も知られている(例えば、特許文献3参照)。
As a method using a large selective transmission filter, a method is known in which color separation is performed using three selective transmission filters having different angles with respect to light from a light source (see, for example, Patent Document 1). In this method, red, green, and blue reflected by each selective transmission filter enter the microlens array provided on the incident light side of the liquid crystal light valve at different angles for each color, Concentrate on the pixel corresponding to the color. Based on the image information, the amount of transmitted light is adjusted by the pixel for each color.
In addition, a color filter that combines a small selective transmission part according to the pixel of the liquid crystal light valve is formed on the incident light side, and the light reflected by the color filter is reflected again toward the color filter near the light source to reduce the incident light amount. A method of ensuring is known (see, for example, Patent Document 2).
Furthermore, there is also known a method in which a microlens array and a microprism are provided for each pixel on the incident light side of the liquid crystal light valve, and the incident light is separated into red, green and blue by a selective transmission portion formed on the microprism. (For example, see Patent Document 3).

特開平9−114023号公報(第6頁、段落番号[0046]〜[0053]、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 9-114023 (page 6, paragraph numbers [0046] to [0053], FIG. 1) 特開平9−159987号公報(第3頁、段落番号[0010][0018]、図2)JP-A-9-159987 (page 3, paragraph numbers [0010] [0018], FIG. 2) 特開平11−338379号公報(第5頁〜第6項、段落番号[0029]〜[0031]、図2)JP-A-11-338379 (pages 5 to 6, paragraph numbers [0029] to [0031], FIG. 2)

特許文献1では、光源からの光を、大型の選択透過フィルタによってそれぞれの成分ごとに角度を変えて、液晶ライトバルブに入射させる。大型の選択透過フィルタは、液晶ライトバルブから離れた場所に配置され、さらに、各光学要素が直線上に位置しない。したがって、光学系の調整および小型化が難しいという課題がある。
また、特許文献2では、カラーフィルタからの反射光を光源付近で再度反射するためのミラーが必要で、部品点数が増え光学系の小型化が難しい。また、反射用のミラーから液晶ライトバルブまでの距離も長いため入射光量の損失が生じ、光の利用効率が上がらないという課題がある。
さらに、特許文献3では、マイクロプリズムと選択透過部を形成する複雑な工程が必要で、マイクロプリズムの精度も要求され、入射光の利用効率の向上が難しい。
In Patent Document 1, light from a light source is incident on a liquid crystal light valve by changing the angle for each component by a large selective transmission filter. The large selective transmission filter is disposed away from the liquid crystal light valve, and each optical element is not positioned on a straight line. Therefore, there is a problem that it is difficult to adjust and downsize the optical system.
Further, in Patent Document 2, a mirror for reflecting the reflected light from the color filter again in the vicinity of the light source is necessary, which increases the number of components and makes it difficult to downsize the optical system. In addition, since the distance from the reflecting mirror to the liquid crystal light valve is long, there is a problem that the amount of incident light is lost and the light use efficiency does not increase.
Further, in Patent Document 3, a complicated process of forming the microprism and the selective transmission portion is required, and the accuracy of the microprism is required, and it is difficult to improve the utilization efficiency of incident light.

本発明の目的は、入射光を効率よく色分離できる小型の光学素子、これを用いた光学変調装置およびプロジェクタを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a small optical element that can efficiently color-separate incident light, an optical modulation device using the same, and a projector.

本発明の光学素子は、マイクロレンズアレイのマイクロレンズで集光された光を色分離する光学素子であって、前記マイクロレンズの光軸に対して斜めに光を入射させ、集光された光を色分離する選択透過部を有するカラーフィルタを光の出射面に配置し、前記カラーフィルタと前記マイクロレンズアレイとの間に前記選択透過部で反射された光を再度前記選択透過部に向けて反射させる反射部を設けたことを特徴とする。   The optical element of the present invention is an optical element for color-separating the light collected by the microlens of the microlens array, and the light collected by making light incident obliquely with respect to the optical axis of the microlens. A color filter having a selective transmission part for color separation is disposed on the light emission surface, and the light reflected by the selective transmission part between the color filter and the microlens array is directed again to the selective transmission part. A reflection part for reflection is provided.

この発明によれば、マイクロレンズの光軸に対して斜めに光を入射することで、光は、マイクロレンズの光軸からずれた位置に集光する。集光された光は、出射面に配置されたカラーフィルタに到達する。カラーフィルタは、異なる色を透過する複数の選択透過部を有しており、選択透過部によって透過成分は透過し、残りの成分は反射される。この反射光は、光軸に対して角度を持って反射する。反射光は、カラーフィルタとマイクロレンズアレイとの間に設けられた反射部によって、最初の選択透過部とは異なる位置に再び反射される。その位置に最初の選択透過部とは異なる色を選択透過する選択透過部を配置すれば、異なる透過成分が透過する。つまり、異なる選択透過部を組み合わせることによって、入射光は色分離されて出射面から出射する。
したがって、この発明では、入射光を斜めから入射して、マイクロレンズとカラーフィルタとの間の反射を利用して色分離を行なうので、色分離のための光学素子が薄型で小型になる。また、選択透過部を同じ平面内に並べて形成してカラーフィルタを構成するのでカラーフィルタの作成が行い易く、薄型になる。さらに、一つの光学素子で色分離がされ、光学系の小型化も可能になる。
According to the present invention, light is incident at an angle with respect to the optical axis of the microlens, so that the light is collected at a position shifted from the optical axis of the microlens. The condensed light reaches the color filter arranged on the exit surface. The color filter has a plurality of selective transmission portions that transmit different colors, and the transmission components are transmitted by the selective transmission portions, and the remaining components are reflected. The reflected light is reflected at an angle with respect to the optical axis. The reflected light is reflected again at a position different from that of the first selective transmission part by the reflection part provided between the color filter and the microlens array. If a selective transmission part that selectively transmits a color different from that of the first selective transmission part is arranged at that position, a different transmission component is transmitted. That is, by combining different selective transmission parts, incident light is color-separated and emitted from the emission surface.
Therefore, in the present invention, incident light is incident obliquely and color separation is performed using reflection between the microlens and the color filter, so that the optical element for color separation is thin and small. In addition, since the selective transmission portions are formed side by side in the same plane to form a color filter, the color filter can be easily created and is thin. Further, color separation is performed by one optical element, and the optical system can be miniaturized.

本発明では、前記カラーフィルタは、前記マイクロレンズアレイに貼り合わせられた透明板の前記マイクロレンズアレイへの貼り合わせ面の他面側に形成されている構成が好ましい。
この発明では、透明板の出射面にカラーフィルタが形成されている。したがって、平面へ複数の選択透過部を形成してカラーフィルタを構成すればよく、簡便な工程で選択透過部の形成が精度よく行なえる。また、反射部をこの透明板の出射面と対向する面に形成すれば、形成時の選択透過部との位置あわせも行いやすく、選択透過部と反射部との間の距離も一定に保てる。したがって、入射光が効率よく色分離される。
In the present invention, it is preferable that the color filter is formed on the other surface side of the bonding surface of the transparent plate bonded to the microlens array to the microlens array.
In the present invention, a color filter is formed on the exit surface of the transparent plate. Therefore, it is only necessary to form a color filter by forming a plurality of selective transmission portions on a plane, and the selective transmission portions can be formed with high accuracy by a simple process. Further, if the reflecting portion is formed on the surface opposite to the exit surface of the transparent plate, it is easy to align with the selective transmission portion at the time of formation, and the distance between the selective transmission portion and the reflection portion can be kept constant. Therefore, the incident light is efficiently color-separated.

本発明では、前記反射部には、前記マイクロレンズで集光された光を前記カラーフィルタに透過させるための透光部が形成されている構成が好ましい。
この発明では、反射部に形成された透光部が絞りの役目を果たし、マイクロレンズで集光された光は、カラーフィルタの決められた選択透過部に到達する。したがって、透過光を有効に利用でき、効率よく色分離される。
In the aspect of the invention, it is preferable that the reflection portion is formed with a light transmission portion for allowing the light collected by the microlens to pass through the color filter.
In the present invention, the light transmitting portion formed in the reflecting portion serves as a diaphragm, and the light collected by the microlens reaches the selective transmitting portion determined by the color filter. Therefore, the transmitted light can be used effectively and color separation can be performed efficiently.

本発明では、前記透光部には、微小レンズが形成されている構成が好ましい。
この発明では、マイクロレンズで集光した光を、微小レンズによって、入射光と同じ方向の平行光にする。したがって、選択透過部に到達するまでの光の漏れや迷光が少なくなり、効率よく色分離される。
In the present invention, it is preferable that a micro lens is formed in the light transmitting portion.
In this invention, the light condensed by the microlens is converted into parallel light in the same direction as the incident light by the microlens. Therefore, light leakage and stray light until reaching the selective transmission part are reduced, and color separation is performed efficiently.

本発明では、前記微小レンズの口径は、前記マイクロレンズの口径の1/3以下である構成が好ましい。
この発明では、マイクロレンズで集光した光を1/3以下に分割するので、カラー表示に必要な3原色に入射光が色分離される。
In the present invention, it is preferable that the aperture of the micro lens is 1/3 or less of the aperture of the micro lens.
In the present invention, since the light collected by the microlens is divided into 1/3 or less, the incident light is color-separated into the three primary colors necessary for color display.

本発明の光変調装置は、前述の光学素子を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、光変調装置は、小型の色分離のための光学素子を一体で備えているので、1枚の光変調装置で各色成分の透過光量が調整される。したがって、部品点数が少なくなる。
The light modulation device of the present invention includes the above-described optical element.
According to this invention, since the light modulation device is integrally provided with a small optical element for color separation, the amount of transmitted light of each color component is adjusted by one light modulation device. Therefore, the number of parts is reduced.

本発明のプロジェクタは、前述の光変調装置を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、光変調装置と色分離のための光学素子が一体なので、光学系が直線上に配置され、プロジェクタが小型になる。
A projector according to the present invention includes the above-described light modulation device.
According to the present invention, since the light modulation device and the optical element for color separation are integrated, the optical system is arranged on a straight line, and the projector is downsized.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本実施形態に係るプロジェクタ1を示す概略平面図が示されている。
図1において、プロジェクタ1は、照明光学系100と、入射光を色分離する光学素子10と、分離された光の透過光量を画素ごとに調整する光学変調装置としての液晶ライトバルブ20と、投写レンズ系150とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view showing a projector 1 according to this embodiment.
In FIG. 1, a projector 1 includes an illumination optical system 100, an optical element 10 for color-separating incident light, a liquid crystal light valve 20 as an optical modulator that adjusts the amount of transmitted light for each pixel, and projection. And a lens system 150.

照明光学系100は、光源110と、第1のレンズアレイ120と、第2のレンズアレイ130と、コリメータレンズ140とを備えている。照明光学系100は、光学素子10を均一に照明するためのインテグレータ光学系である。   The illumination optical system 100 includes a light source 110, a first lens array 120, a second lens array 130, and a collimator lens 140. The illumination optical system 100 is an integrator optical system for uniformly illuminating the optical element 10.

光源110は、放射光源としての光源ランプ111と、光源ランプ111から放射された光を平行な光として出射させる凹面鏡112とを備えている。
光源ランプ111には、超高圧水銀灯が用いられている。また、凹面鏡112は、放物面鏡を用いるのが好ましい。
The light source 110 includes a light source lamp 111 as a radiation light source and a concave mirror 112 that emits light emitted from the light source lamp 111 as parallel light.
As the light source lamp 111, an ultrahigh pressure mercury lamp is used. The concave mirror 112 is preferably a parabolic mirror.

第1のレンズアレイ120には、複数の小レンズ121がマトリックス状に配置されている。一方、第2のレンズアレイ130には、複数の小レンズ121に対応するように複数の小レンズ131が配列されている。光源110から出射された平行光は、第1のレンズアレイ120によって、小レンズ121に対応した複数の部分光に分割され、第2のレンズアレイ130の各小レンズ131に入射するように集光される。小レンズ131から出射されたそれぞれの部分光は、コリメータレンズ140によって平行光にされている。そして、光学素子10は、均一の明るさで照らされている。
なお、照明光学系100に偏光ビームスプリッタ(図示しない)を加えて、光源110から出射された平行光の偏光方向を揃えてやれば、液晶ライトバルブ20で使用する偏光板が1枚で済み、液晶ライトバルブ20での透過光量が増す。
In the first lens array 120, a plurality of small lenses 121 are arranged in a matrix. On the other hand, a plurality of small lenses 131 are arranged in the second lens array 130 so as to correspond to the plurality of small lenses 121. The parallel light emitted from the light source 110 is divided into a plurality of partial lights corresponding to the small lenses 121 by the first lens array 120 and condensed so as to enter each small lens 131 of the second lens array 130. Is done. Each partial light emitted from the small lens 131 is collimated by the collimator lens 140. The optical element 10 is illuminated with uniform brightness.
If a polarization beam splitter (not shown) is added to the illumination optical system 100 to align the polarization direction of the parallel light emitted from the light source 110, only one polarizing plate is required for the liquid crystal light valve 20. The amount of light transmitted through the liquid crystal light valve 20 increases.

光学素子10と液晶ライトバルブ20とは、色分離された光が液晶ライトバルブ20の画素にそれぞれ入射するように位置合わせされ、接着剤で貼り合わされている。そして、コリメータレンズ140から出射された平行光に対し角度θで配置されている。
なお、光学素子10と液晶ライトバルブ20とは、接着剤で貼り合わされてなくてもよく、近接して配置されていてもよい。この場合、光学素子10に発生した熱の液晶ライトバルブ20への伝導を防ぐことができる。
The optical element 10 and the liquid crystal light valve 20 are aligned so that the color-separated light enters each pixel of the liquid crystal light valve 20, and are bonded together with an adhesive. The collimator lens 140 is arranged at an angle θ with respect to the parallel light emitted from the collimator lens 140.
Note that the optical element 10 and the liquid crystal light valve 20 may not be bonded together with an adhesive, and may be disposed close to each other. In this case, conduction of heat generated in the optical element 10 to the liquid crystal light valve 20 can be prevented.

図2には、本実施形態にかかる光学素子10の概略斜視図が示されている。
図2において、光学素子10は、マイクロレンズアレイ11と、透明板としての石英ガラス板12とを備えている。これらは、透明な接着剤で貼り合わされている。
マイクロレンズアレイ11には、マイクロレンズ13がマトリックス状に規則正しく形成されている。ここで、図2では、マイクロレンズ13の数は概略図としての数で示してある。実際は、液晶ライトバルブ20の画素の1/3の数が配置され、液晶ライトバルブ20の3つの画素に一つのマイクロレンズ13が対応している。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the optical element 10 according to the present embodiment.
In FIG. 2, the optical element 10 includes a microlens array 11 and a quartz glass plate 12 as a transparent plate. These are bonded together with a transparent adhesive.
In the microlens array 11, microlenses 13 are regularly formed in a matrix. Here, in FIG. 2, the number of microlenses 13 is shown as a schematic number. Actually, one-third of the number of pixels of the liquid crystal light valve 20 is arranged, and one microlens 13 corresponds to three pixels of the liquid crystal light valve 20.

図3には、本実施形態にかかる光学素子10の概略断面図が、図4には、マイクロレンズアレイ11側から見た光学素子10の概略平面図が示されている。
マイクロレンズアレイ11は、マイクロレンズ13と微小レンズ14とを備えている。マイクロレンズ13は、入射光側に配置され、微小レンズ14は、石英ガラス板12側に配置されている。
3 is a schematic cross-sectional view of the optical element 10 according to the present embodiment, and FIG. 4 is a schematic plan view of the optical element 10 viewed from the microlens array 11 side.
The microlens array 11 includes a microlens 13 and a microlens 14. The microlens 13 is disposed on the incident light side, and the microlens 14 is disposed on the quartz glass plate 12 side.

マイクロレンズアレイ11の厚みは、マイクロレンズ13の光軸OAに対して角度θで入射した入射光がマイクロレンズ13の開口面積の略1/3の面積に集光されるまでの距離に設定されている。図3では、入射光のうち青色(B)が2点鎖線、緑色(G)が1点鎖線、赤色(R)が実線で示されている。また、図3で示した角度θは、図1で示した角度θと同じである。
微小レンズ14は、マイクロレンズ13によって入射光が集光された場所に設けられている。微小レンズ14によって、集光された光は、入射光と平行にされている。
ここで、微小レンズ14は、マイクロレンズ13とは屈折率の異なる材料で形成されている。例えば、マイクロレンズアレイ11と石英ガラス板12を接着する接着剤の屈折率がマイクロレンズ13の屈折率と異なれば、予めマイクロレンズアレイ11の対応する場所に、微小レンズ14の形状と同じ形状の窪みを設けておいて、接着と同時に窪みに接着剤を充填することによっても微小レンズ14は形成される。
The thickness of the microlens array 11 is set to a distance until incident light incident at an angle θ with respect to the optical axis OA of the microlens 13 is condensed to an area of approximately 1/3 of the opening area of the microlens 13. ing. In FIG. 3, blue (B) of incident light is indicated by a two-dot chain line, green (G) is indicated by a one-dot chain line, and red (R) is indicated by a solid line. Further, the angle θ shown in FIG. 3 is the same as the angle θ shown in FIG.
The micro lens 14 is provided at a place where incident light is collected by the micro lens 13. The light collected by the micro lens 14 is made parallel to the incident light.
Here, the micro lens 14 is formed of a material having a refractive index different from that of the micro lens 13. For example, if the refractive index of the adhesive that bonds the microlens array 11 and the quartz glass plate 12 is different from the refractive index of the microlens 13, the shape of the microlens 14 is the same as that of the microlens 14 in a corresponding place in advance. The microlens 14 can also be formed by providing a depression and filling the depression with an adhesive simultaneously with the adhesion.

石英ガラス板12は、カラーフィルタ50および反射部19を備えている。カラーフィルタ50は、一つのマイクロレンズ13に対応した、青色選択透過部16、緑色選択透過部17、赤色選択透過部18を有している。
微小レンズ14によって入射光と平行にされた光は、石英ガラス板12を進む。この平行光が石英ガラス板12から出射する出射面30には、マイクロレンズ13によって集光された面積と略同面積の青色選択透過部16が配置されている。青色選択透過部16では、青色が透過し、青色以外の緑色と赤色とが入射角度θと同じ角度の反射角θで反射される。反射された青色と赤色とは、石英ガラス板12の出射面30と対向する面に設けられた反射部19に進む。
The quartz glass plate 12 includes a color filter 50 and a reflection unit 19. The color filter 50 includes a blue selective transmission unit 16, a green selective transmission unit 17, and a red selective transmission unit 18 corresponding to one microlens 13.
The light collimated with the incident light by the micro lens 14 travels through the quartz glass plate 12. On the emission surface 30 from which the parallel light is emitted from the quartz glass plate 12, a blue selective transmission portion 16 having an area substantially the same as the area collected by the microlens 13 is disposed. In the blue selective transmission part 16, blue is transmitted, and green and red other than blue are reflected at a reflection angle θ of the same angle as the incident angle θ. The reflected blue color and red color proceed to the reflection part 19 provided on the surface of the quartz glass plate 12 facing the emission surface 30.

反射部19には、マイクロレンズ13で集光された光をカラーフィルタ50に透過させるための透光部15が形成されている。本実施形態では、この透光部15に微小レンズ14が形成されているが、微小レンズ14を省略することも可能である。
図3では、反射部19は、青色選択透過部16の2倍の面積を持つように形成されている。なお、本実施形態での面積比は、これらに限定されるものではない。
青色と赤色とは、反射部19の半分の面積部分によって反射角θで反射され、再び出射面30に進む。青色と赤色とが到達する出射面30には、緑色選択透過部17が配置され、緑色が透過して赤色が反射角θで反射される。赤色は、再び反射部19によって反射角θで反射され、出射面30に戻ってくる。この場所には、赤色選択透過部18が配置され、赤色が透過する。
青色選択透過部16、緑色選択透過部17、および赤色選択透過部18は、並んで配置され、これらを合わせた面積は、マイクロレンズ13の開口部と同じ面積に形成され、マイクロレンズ13に入射した光は、これらの3つのフィルタを通して透過している。
なお、光路差による色収差を考慮して屈折力の大きい(焦点距離の長い)波長の短い光である青色を最初に選択透過させるのが好ましい。
The reflection part 19 is formed with a light transmission part 15 for allowing the light collected by the microlens 13 to pass through the color filter 50. In the present embodiment, the minute lens 14 is formed in the light transmitting portion 15, but the minute lens 14 may be omitted.
In FIG. 3, the reflection part 19 is formed to have an area twice that of the blue selective transmission part 16. In addition, the area ratio in this embodiment is not limited to these.
Blue and red are reflected at the reflection angle θ by the half area portion of the reflection portion 19 and proceed to the emission surface 30 again. The green selective transmission portion 17 is disposed on the emission surface 30 where blue and red reach, and green is transmitted and red is reflected at the reflection angle θ. The red color is again reflected at the reflection angle θ by the reflecting portion 19 and returns to the emission surface 30. In this place, a red selective transmission portion 18 is disposed, and the red color is transmitted.
The blue selective transmission part 16, the green selective transmission part 17, and the red selective transmission part 18 are arranged side by side, and the combined area is formed in the same area as the opening of the microlens 13 and enters the microlens 13. The transmitted light is transmitted through these three filters.
In consideration of chromatic aberration due to the optical path difference, it is preferable to first selectively transmit blue, which is light with a short wavelength and a large refractive power (long focal length).

また、入射光の入射角度θは、2〜20°が好ましい。2°より小さいと、色分離のために要する距離(石英ガラス板12の厚み)が長くなり、20°より大きいと、マイクロレンズアレイ11と石英ガラス板12との水平方向のずれの距離が大きくなる。   Further, the incident angle θ of the incident light is preferably 2 to 20 °. If the angle is smaller than 2 °, the distance required for color separation (thickness of the quartz glass plate 12) becomes long. If the angle is larger than 20 °, the distance in the horizontal direction between the microlens array 11 and the quartz glass plate 12 becomes large. Become.

図5(A)には、青色選択透過部16の分光特性が、(B)には、緑色選択透過部17の分光特性が、(C)には、赤色選択透過部18の分光特性が、横軸を波長、縦軸を透過率として示されている。
青色選択透過部16は、約400nmから500nmの波長の光を透過し、緑色選択透過部17は、約500nmから600nmの波長の光を透過し、赤色選択透過部18は、約600nmから700nmの波長の光を透過する。
5A shows the spectral characteristics of the blue selective transmission section 16, FIG. 5B shows the spectral characteristics of the green selective transmission section 17, and FIG. 5C shows the spectral characteristics of the red selective transmission section 18. The horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the transmittance.
The blue selective transmission part 16 transmits light with a wavelength of about 400 nm to 500 nm, the green selective transmission part 17 transmits light with a wavelength of about 500 nm to 600 nm, and the red selective transmission part 18 has a wavelength of about 600 nm to 700 nm. Transmits light of wavelength.

これらの選択透過部16,17,18は、誘電体多層膜によって形成されている。選択透過部16,17,18の形成方法としては、いわゆるリフトオフ法を用いることができる。具体的には、石英ガラス板12に、青色選択透過部16の形成される部分以外の部分に、予めパターン化されたエッチング可能なレジストや金属膜(アルミ、銅等)を形成する。その後、誘電体多層膜を全面に形成し、エッチングによって青色の選択透過部16を形成する部分以外の誘電体多層膜をレジスト等と一緒に除去することによって、所定の位置に青色選択透過部16が形成される。各フィルタは、この手順をそれぞれの誘電体多層膜形成ごとに繰り返すことによって形成されている。形成するレジスト等は、膜厚を誘電体多層膜と同程度にするとよい。   These selective transmission portions 16, 17, and 18 are formed of a dielectric multilayer film. A so-called lift-off method can be used as a method of forming the selective transmission portions 16, 17, and 18. Specifically, a resist or metal film (aluminum, copper, etc.) patterned in advance is formed on the quartz glass plate 12 at a portion other than the portion where the blue selective transmission portion 16 is formed. After that, a dielectric multilayer film is formed on the entire surface, and the dielectric multilayer film other than the portion where the blue selective transmission portion 16 is formed is removed together with a resist or the like by etching, whereby the blue selective transmission portion 16 is formed at a predetermined position. Is formed. Each filter is formed by repeating this procedure for each dielectric multilayer film formation. The resist or the like to be formed should have the same film thickness as that of the dielectric multilayer film.

誘電体多層膜は、低屈折率物質と高屈折率物質を設計膜厚にしたがって交互に積層して形成されている。膜構成は、通常よく知られた選択透過フィルタの膜構成を用いることができる。例えば、青色選択透過部16は、高屈折率物質として酸化タンタルを、低屈折率物質として、二酸化シリコンを使用し、石英ガラス板12側から順次酸化タンタルと二酸化ケイ素とを交互に合計38層積層して得られる。青色の選択透過部16の膜厚は、3.1μmであった。   The dielectric multilayer film is formed by alternately laminating a low refractive index material and a high refractive index material according to a design film thickness. As the membrane configuration, a well-known permselective filter membrane configuration can be used. For example, the blue selective transmission part 16 uses tantalum oxide as a high refractive index material, and silicon dioxide as a low refractive index material, and a total of 38 layers of tantalum oxide and silicon dioxide are alternately stacked in order from the quartz glass plate 12 side. Is obtained. The film thickness of the blue selective transmission part 16 was 3.1 μm.

ここで、高屈折率物質としては、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ニオブ等を用いることができ、低屈折率物質としては、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウムを用いることができる。
また、これらの物質は、反応性スパッタ法、イオンプレーティング法、イオンアシスト法で成膜することができ、成膜温度は、レジストを使用した場合は、レジストがダメージを与えない低温(150℃以下)で成膜する。
Here, tantalum oxide, titanium oxide, niobium oxide, or the like can be used as the high refractive index substance, and silicon dioxide or magnesium fluoride can be used as the low refractive index substance.
These materials can be formed by a reactive sputtering method, an ion plating method, or an ion assist method. The film formation temperature is a low temperature (150 ° C. at which the resist does not damage when a resist is used. The following film formation is performed.

反射部19には、可視光領域で高反射が得られ、入射光の入射角度に応じて反射特性の設計が可能な誘電体多層膜からなるコールドミラーが使用されている。例えば、可視光のみを反射して赤外線を透過する設計にすれば、液晶ライトバルブ20へ到達する赤外線が遮断され、液晶ライトバルブ20の温度上昇が防げる。
コールドミラーは、選択透過フィルタと同様に、高屈折率材料と低屈折率材料の組み合わせで形成されている。設計によって得られた膜構成で形成すればよい。
反射部19は、エッチングの容易なアルミや銀の金属膜のミラーであってもよい。
なお、反射部19は、マイクロレンズアレイ11に設けられていてもよいし、石英ガラス板12に設けられていてもよい。石英ガラス板12に設けると、マイクロレンズアレイ11との位置合わせが行いやすくなる。
As the reflection unit 19, a cold mirror made of a dielectric multilayer film is used which can obtain high reflection in the visible light region and can design reflection characteristics according to the incident angle of incident light. For example, if the design is such that only visible light is reflected and infrared rays are transmitted, the infrared rays reaching the liquid crystal light valve 20 are blocked, and the temperature rise of the liquid crystal light valve 20 can be prevented.
Similar to the selective transmission filter, the cold mirror is formed of a combination of a high refractive index material and a low refractive index material. What is necessary is just to form by the film | membrane structure obtained by design.
The reflection part 19 may be a mirror of an aluminum or silver metal film that can be easily etched.
In addition, the reflection part 19 may be provided in the microlens array 11, and may be provided in the quartz glass plate 12. FIG. Providing the quartz glass plate 12 facilitates alignment with the microlens array 11.

光学素子10で色分離された色の透過光量は、画像情報に基づいた画素ごとの働きによって調整され、投写レンズ系150を通して、スクリーンSCに画像として写し出される。   The transmitted light amount of the color separated by the optical element 10 is adjusted by the action of each pixel based on the image information, and is projected as an image on the screen SC through the projection lens system 150.

このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)マイクロレンズ13の光軸OAに対して斜めに光を入射することで、光は、マイクロレンズ13の光軸OAからずれた位置に集光される。集光された光は、石英ガラス板12の出射面30に配置された青色選択透過部16によって青色は透過され、残りは反射される。反射光は、光軸OAに対して角度θを持って反射する。反射光は、カラーフィルタ50とマイクロレンズ13との間に設けられた反射部19によって、最初の青色選択透過部16とは異なる位置に反射され、その位置に最初の青色選択透過部16とは異なる緑色選択透過部17を配置すれば、緑色が透過される。残りの成分も同様に反射され、反射部19によって赤色選択透過部18に入射し、赤色が透過する。したがって、短距離で効率よく色分離ができる。また、一つの光学素子10で色分離がされ、光学系の小型化ができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) When light is incident obliquely with respect to the optical axis OA of the microlens 13, the light is collected at a position shifted from the optical axis OA of the microlens 13. The condensed light is transmitted by the blue selective transmission portion 16 disposed on the emission surface 30 of the quartz glass plate 12 and the rest is reflected. The reflected light is reflected at an angle θ with respect to the optical axis OA. The reflected light is reflected at a position different from the first blue selective transmission section 16 by the reflection section 19 provided between the color filter 50 and the microlens 13, and the first blue selective transmission section 16 is at that position. If different green selective transmission parts 17 are arranged, green is transmitted. The remaining components are also reflected in the same manner, and enter the red selective transmission unit 18 by the reflection unit 19, and the red color is transmitted. Therefore, color separation can be performed efficiently over a short distance. Further, color separation is performed by one optical element 10, and the optical system can be miniaturized.

(2)石英ガラス板12の出射面30にカラーフィルタ50が形成されている。したがって、平面へ複数の選択透過部16,17,18を形成でき、精度よく簡便な工程で選択透過部16,17,18の形成を行なうことができる。 (2) The color filter 50 is formed on the emission surface 30 of the quartz glass plate 12. Therefore, a plurality of selective transmission portions 16, 17, and 18 can be formed on a plane, and the selective transmission portions 16, 17, and 18 can be formed with a simple and accurate process.

(3)マイクロレンズ13で集光した光を、微小レンズ14で入射光と同じ方向の平行光にすることができ、青色選択透過部16に到達するまでの光の漏れや迷光が少なくなり効率よく色分離ができる。 (3) The light condensed by the microlens 13 can be converted into parallel light in the same direction as the incident light by the microlens 14, and light leakage and stray light until reaching the blue selective transmission section 16 are reduced and efficiency is reduced. Good color separation.

(4)反射部19に形成された透光部15が絞りの役目を果たし、マイクロレンズ13で集光した光は、選択的にカラーフィルタ50に到達する。したがって、透光部15による光路の制御が行ないやすく、光を決められた選択透過部に導け、効率よく色分離できる。 (4) The light transmitting portion 15 formed in the reflecting portion 19 serves as a diaphragm, and the light condensed by the microlens 13 selectively reaches the color filter 50. Therefore, the light path can be easily controlled by the light transmitting portion 15, and the light can be guided to the predetermined selective transmitting portion, and color separation can be performed efficiently.

(5)マイクロレンズ13で集光した光を1/3以下に分割するので、カラー表示に必要な3原色(R,G,B)に入射光を色分離できる。 (5) Since the light condensed by the microlens 13 is divided into 1/3 or less, the incident light can be separated into three primary colors (R, G, B) necessary for color display.

(6)液晶ライトバルブ20は、小型の色分離のための光学素子10を備えているので、1枚の液晶ライトバルブ20で各色成分の透過光量を調整できる。したがって、部品点数を少なくできる。 (6) Since the liquid crystal light valve 20 includes the small optical element 10 for color separation, the amount of transmitted light of each color component can be adjusted with one liquid crystal light valve 20. Therefore, the number of parts can be reduced.

(7)液晶ライトバルブ20と色分離のための光学素子10が一体なので、光学系が直線上に配置でき、プロジェクタ1を小型にできる。 (7) Since the liquid crystal light valve 20 and the optical element 10 for color separation are integrated, the optical system can be arranged on a straight line, and the projector 1 can be downsized.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
[変形例1]
例えば、前記実施形態では、3種類のフィルタで色分離していたが、本発明では、2種類のフィルタで色分離してもよい。
図6(A)、(B)に2種類の分光特性を示した。(A)は、実施形態と同じ青色選択透過部16の分光特性を、(B)は、青色と緑色選択透過部40の分光特性を示している。
実施形態と同じ青色選択透過部16を実施形態と同じ位置に配置し、緑色選択透過部17と同じ位置に青色および緑色選択透過部40を配置する。そして、赤色選択透過部18の設けられていた場所には、何も配置しない。このような構成であっても、青色および緑色選択透過部40に入射光が到達する時には、青色は透過して青色の成分はなくなっており、緑色のみが透過し、赤色が反射される。赤色は、反射部19によって反射され、そのまま出射面30を通して透過する。このような構成では、選択透過部の数が少ないのでその加工を容易にできる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
[Modification 1]
For example, in the above embodiment, color separation is performed using three types of filters, but in the present invention, color separation may be performed using two types of filters.
6A and 6B show two types of spectral characteristics. (A) shows the same spectral characteristics of the blue selective transmission section 16 as in the embodiment, and (B) shows the spectral characteristics of the blue and green selective transmission sections 40.
The same blue selective transmission part 16 as in the embodiment is arranged at the same position as in the embodiment, and the blue and green selective transmission parts 40 are arranged at the same position as the green selection transmission part 17. And nothing is arranged in the place where the red selective transmission portion 18 was provided. Even in such a configuration, when incident light reaches the blue and green selective transmission section 40, blue is transmitted and the blue component is eliminated, only green is transmitted and red is reflected. The red color is reflected by the reflecting portion 19 and passes through the exit surface 30 as it is. In such a configuration, since the number of selective transmission portions is small, the processing can be facilitated.

また、選択透過部は、青色、緑色、赤色を透過するものに限らず用途によって選択できる。
加えて、前記実施形態では、スクリーンSCを観察する方向から投写を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンSCを観察する方向とは反対側から投写を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
The selective transmission part is not limited to one that transmits blue, green, and red, but can be selected depending on the application.
In addition, in the above-described embodiment, only an example of a front type projector that performs projection from the direction in which the screen SC is observed has been described. It can also be applied to other projectors.

さらに、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Further, the best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.

本発明は、プロジェクタに利用できる他、直視型の液晶装置等カラーフィルタを使用する表示装置に利用できる。   The present invention can be used not only for a projector but also for a display device using a color filter such as a direct-view liquid crystal device.

本発明の実施形態にかかるプロジェクタを示す概略平面図。1 is a schematic plan view showing a projector according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態にかかる光学素子を示す概略斜視図。1 is a schematic perspective view showing an optical element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる光学素子を示す概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an optical element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる光学素子を示す概略平面図。1 is a schematic plan view showing an optical element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる分光特性を示すグラフ。The graph which shows the spectral characteristic concerning embodiment of this invention. 本発明の変形例にかかる分光特性を示すグラフ。The graph which shows the spectral characteristic concerning the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…プロジェクタ、10…光学素子、11…マイクロレンズアレイ、12…透明板としての石英ガラス板、13…マイクロレンズ、14…微小レンズ、15…透光部、16…青色選択透過部、17…緑色選択透過部、18…赤色選択透過部、19…反射部、20…光学変調装置としての液晶ライトバルブ、30…出射面、50…カラーフィルタ、OA…光軸。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 10 ... Optical element, 11 ... Micro lens array, 12 ... Quartz glass plate as a transparent plate, 13 ... Micro lens, 14 ... Micro lens, 15 ... Translucent part, 16 ... Blue selective transmission part, 17 ... Green selective transmission part, 18 ... Red selective transmission part, 19 ... Reflection part, 20 ... Liquid crystal light valve as an optical modulator, 30 ... Emission surface, 50 ... Color filter, OA ... Optical axis.

Claims (7)

マイクロレンズアレイのマイクロレンズで集光された光を色分離する光学素子であって、
前記マイクロレンズの光軸に対して斜めに入射し、集光された光を色分離する選択透過部を有するカラーフィルタを光の出射面に配置し、
前記カラーフィルタと前記マイクロレンズアレイとの間に、前記選択透過部で反射された光を再度前記選択透過部に向けて反射させる反射部を設けた
ことを特徴とする光学素子。
An optical element for color-separating light collected by a microlens of a microlens array,
A color filter having a selective transmission portion that is incident obliquely with respect to the optical axis of the micro lens and separates the collected light is disposed on the light exit surface,
An optical element, characterized in that a reflection unit is provided between the color filter and the microlens array to reflect light reflected by the selective transmission unit again toward the selective transmission unit.
請求項1に記載の光学素子において、
前記カラーフィルタは、前記マイクロレンズアレイに貼り合わせられた透明板の前記マイクロレンズアレイへの貼り合わせ面の他面側に形成されている
ことを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 1,
The optical element, wherein the color filter is formed on the other surface side of the bonding surface of the transparent plate bonded to the microlens array to the microlens array.
請求項1または請求項2に記載の光学素子において、
前記反射部には、前記マイクロレンズで集光された光を前記カラーフィルタに透過させるための透光部が形成されている
ことを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 1 or 2,
The optical element, wherein the reflection part is formed with a light transmission part for allowing the light collected by the microlens to pass through the color filter.
請求項3に記載の光学素子において、
前記透光部には、微小レンズが形成されている
ことを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 3.
An optical element, wherein a microlens is formed in the light transmitting part.
請求項4に記載の光学素子において、
前記微小レンズの口径は、前記マイクロレンズの口径の1/3以下である
ことを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 4,
The aperture of the micro lens is 1/3 or less of the aperture of the micro lens.
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の光学素子を備えている
ことを特徴とする光学変調装置。
An optical modulation device comprising the optical element according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の光学変調装置を備えている
ことを特徴とするプロジェクタ。
A projector comprising the optical modulation device according to claim 6.
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