JP2010026403A - Polarized light converter and image projector using the same - Google Patents

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Toshiaki Okamura
俊朗 岡村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarized light converter always projecting two color light rays without arranging an optical element on a single focusing point on an optical path, and to provide an image projector using the polarized light converter. <P>SOLUTION: The polarized light converter includes: a first polarized light conversion member (7a) on which a first wavelength selection polarized light conversion element (15a) having a predetermined width for turning the polarized direction of green light by 90 degrees and a predetermined distance equal to the width and a second wavelength selection polarized light conversion member (15b) having a predetermined width for turning the polarized direction of blue light by 90 degrees and a predetermined distance are arranged alternately in the optical axis direction; and a second polarized light conversion member (7b) arranged facing the first polarized light conversion member (7a) and on which a first wavelength selection polarized light conversion element (15c) having a predetermined width and a predetermined distance, and a second wavelength selection polarized light conversion element (15d) having a predetermined width and a predetermined distance, are arranged in the same position in the optical axis direction, wherein the first polarized light conversion member (7a) and the second polarized light conversion member (7b) are relatively and reciprocally moved to shift the relative positions by a predetermined width. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、偏光変換装置およびこれを用いて画像をスクリーンに拡大投影する画像投影装置に関するものである。   The present invention relates to a polarization conversion device and an image projection device that uses this to enlarge and project an image on a screen.

従来、画像投影装置として、例えば、光源からの赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色の光を2色ずつの色光のグループに分け、この2つのグループの色光を時分割で順次切り替えるとともに、この2つのグループの共通する色光と他の色光との偏光方向を異ならせることにより、各グループの2色の色光の光路を偏光方向の違いを利用して分離して、分離されたそれぞれの光を画像変調素子で変調して投影する画像投影装置が知られている(例えば、特許文献1−3参照)。   Conventionally, as an image projection apparatus, for example, light of three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) from a light source is divided into groups of two color lights, and the color lights of these two groups are sometimes used. In addition to sequentially switching in the division, by changing the polarization direction of the color light common to the two groups and the other color light, the optical path of the two colors of color light of each group is separated using the difference in polarization direction, There is known an image projection apparatus that modulates and projects each separated light with an image modulation element (see, for example, Patent Documents 1-3).

図10は、特許文献1に記載の反射型画像投影装置を示すものである。この反射型画像投影装置では、高圧水銀ランプ(UHP)からなる光源101からの白色光が、楕円鏡102により集光されて、カラーホイール103を経て、ガラスロッド104に入射される。カラーホイール103は、図11に示すように、シアン(B、Gの成分を含む光)の光を透過させる領域103aとマゼンダ(B、Rの成分を含む光)の光を透過させる領域103bとを有して構成されている。図10でガラスロッド104に入射した光は、照明レンズ105およびフィールドレンズ106を経由して、略平行光として偏光板107入射し、紙面に対して垂直方向の成分のみを有する偏光として、偏光制御素子108に入射する。偏光制御素子108は、図12に示すように、入射光のうちBの成分のみ偏光方向を紙面に対して平行方向に回転し、偏光ビームスプリッタ(PBS)109に入射させる。図13に示すようにBの偏光成分は、P偏光となるためPBS109を透過し、RおよびGの成分はS偏光となるためPBS109で反射される。PBS109を透過・反射した光は、それぞれ図10で示す対応する反射型液晶素子110−1、110−2で、画像信号により変調されて偏光方向が90°回転され、投影レンズ111を経由して、図示しないスクリーンに投影される。   FIG. 10 shows a reflection type image projection apparatus described in Patent Document 1. As shown in FIG. In this reflection type image projection apparatus, white light from a light source 101 composed of a high-pressure mercury lamp (UHP) is collected by an elliptical mirror 102 and enters a glass rod 104 through a color wheel 103. As shown in FIG. 11, the color wheel 103 includes a region 103a that transmits cyan (light including B and G components) light and a region 103b that transmits magenta (light including B and R components) light. It is comprised. The light incident on the glass rod 104 in FIG. 10 enters the polarizing plate 107 as substantially parallel light via the illumination lens 105 and the field lens 106, and polarization control is performed as polarized light having only a component perpendicular to the paper surface. Incident on the element 108. As shown in FIG. 12, the polarization control element 108 rotates the polarization direction of only the B component of the incident light in the direction parallel to the paper surface and makes it incident on the polarization beam splitter (PBS) 109. As shown in FIG. 13, since the B polarization component is P-polarized light, it passes through the PBS 109, and the R and G components are S-polarized light and is reflected by the PBS 109. The light transmitted / reflected through the PBS 109 is modulated by the image signal by the corresponding reflective liquid crystal elements 110-1 and 110-2 shown in FIG. , Projected onto a screen (not shown).

このような構成によって、特許文献1に記載の画像投影装置では、カラーホイール103を回転させることにより、このカラーホイール103を透過する色光が、シアンおよびマゼンダの2つの色光間を時分割で切り替わるようにしている。その結果、装置全体として、従来知られているようなR、G、Bの3色の光路をそれぞれ分離して、3つの画像変調素子でそれぞれ変調し、さらに色合成してスクリーンに投影する構成とするよりも、装置全体の構成が単純化でき安価で小型の装置を提供することができる。また、R、G、Bの各色光をそれぞれ1色づつ時分割で切り替える場合と比較すると、2色の成分を常に投影しているため、より明るい投影画像を得ることができる。
特許第3522591号公報 特許第3571582号公報 特許第3618611号公報
With such a configuration, in the image projection apparatus described in Patent Document 1, by rotating the color wheel 103, the color light transmitted through the color wheel 103 is switched in time division between the two color lights of cyan and magenta. I have to. As a result, as a whole apparatus, the conventional three-color optical paths of R, G, and B are separated, modulated by three image modulation elements, and further color-combined and projected onto a screen. Rather than this, the overall configuration of the apparatus can be simplified, and an inexpensive and small apparatus can be provided. In addition, compared with the case where each color light of R, G, and B is switched by time division for each color, since the components of two colors are always projected, a brighter projected image can be obtained.
Japanese Patent No. 3522591 Japanese Patent No. 3571582 Japanese Patent No. 3618611

しかしながら、この方式では、光源からの光の集光する位置にカラーホイールを配置しているので、光源から放出される白色光のエネルギーがカラーホイール上に集中し、カラーホイールを熱により損傷させるおそれがある。このような問題を解決する方法として、例えば図14に示すように、カラーホイール103を、フィールドレンズ106と偏光板107との間の平行光路上に配置することが考えられる。しかし、この場合には、カラーホイールが大きくなり、その結果装置全体が大きくなり価格も高くなるという問題が生じることになる。   However, in this method, since the color wheel is arranged at the position where the light from the light source is collected, the energy of the white light emitted from the light source is concentrated on the color wheel, and the color wheel may be damaged by heat. There is. As a method for solving such a problem, for example, as shown in FIG. 14, it is conceivable to arrange the color wheel 103 on a parallel optical path between the field lens 106 and the polarizing plate 107. However, in this case, the color wheel becomes large, and as a result, there arises a problem that the entire apparatus becomes large and the price becomes high.

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、光路上の単一の集光点に光学素子を配置することなく、常時2つの色光を投影して明るい画像を表示することを可能とする偏光変換装置、および、この偏光変換装置を用いた小型で安価な画像投影装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention made by paying attention to these points is to always project two colored lights and display a bright image without arranging an optical element at a single condensing point on the optical path. An object of the present invention is to provide a polarization conversion device that can be used, and a small and inexpensive image projection device using the polarization conversion device.

上記目的を達成する請求項1に記載の偏光変換装置の発明は、第1の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる所定の幅及び該所定の幅と略等しい所定の間隔を有する第1の波長選択性偏光変換素子、および、第2の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる前記所定の幅と前記所定の間隔を有する第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て交互に配置した第1の偏光変換部材と、該第1の偏光変換部材と対向して配置され、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する前記第1の波長選択性偏光変換素子、および、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する前記第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て同一位置に配置した第2の偏光変換部材とを備え、前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材との相対位置を、前記所定の幅だけずらすように、前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材とを相対的に往復移動させることにより、前記第1の波長を有する光の偏光方向および前記第2の波長を有する光の偏光方向を直交させて、順次90度回転させるように構成したことを特徴とするものである。   The invention of the polarization conversion device according to claim 1, which achieves the above object, has a predetermined width for rotating the polarization direction of light having the first wavelength by 90 degrees and a predetermined interval substantially equal to the predetermined width. 1 wavelength-selective polarization conversion element and a second wavelength-selective polarization conversion element having the predetermined width and the predetermined interval for rotating the polarization direction of light having the second wavelength by 90 degrees, First polarization conversion members arranged alternately when viewed in the direction, and the first wavelength selective polarization conversion disposed opposite to the first polarization conversion member and having the predetermined width and the predetermined interval An element, and a second polarization conversion member in which the second wavelength selective polarization conversion element having the predetermined width and the predetermined interval is disposed at the same position when viewed in the optical axis direction, Relative position of the first polarization conversion member and the second polarization conversion member The first polarization conversion member and the second polarization conversion member are relatively reciprocated so as to be shifted by the predetermined width, whereby the polarization direction of the light having the first wavelength and the first The polarization direction of the light having the wavelength of 2 is orthogonal to each other and is sequentially rotated by 90 degrees.

上記目的を達成する請求項2に記載の画像投影装置の発明は、第1の波長を有する光、第2の波長を有する光および第3の波長を有する光を含む照明光を射出する光源と、該光源からの照明光を画像信号に基づいて変調して反射させる2つの反射型表示素子と、前記光源からの照明光を分離して前記2つの反射型表示素子に入射させるとともに、前記2つの反射型表示素子で変調された変調光を合成する光分離合成手段とを有し、前記光分離合成手段で合成された変調光を投影するようにした画像投影装置において、前記光源と前記光分離合成手段との間に設けられ、前記第1の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる所定の幅及び該所定の幅と略等しい所定の間隔を有する第1の波長選択性偏光変換素子、および、前記第2の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる前記所定の幅と前記所定の間隔を有する第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て交互に配置した第1の偏光変換部材と、該第1の偏光変換部材と対向して配置され、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する前記第1の波長選択性偏光変換素子、および、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て同一位置に配置した第2の偏光変換部材とを備える偏光変換装置と、前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材との相対位置を、前記所定の幅だけずらすように、前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材とを相対的に往復移動させて、前記第1の波長を有する光の偏光方向および前記第2の波長を有する光の偏光方向を直交させて、順次90度回転させる駆動手段と、前記光分離合成手段と前記2つの反射型表示素子のいずれか一方との間に設けられた、前記第3の波長を有する光のみを透過させるフィルタとを有し、前記駆動手段による前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材との相対的往復移動に同期して、前記光分離合成手段により、前記2つの反射型表示素子の一方には、前記フィルタを介して前記第3の波長を有する光を入射させ、前記2つの反射型表示素子の他方には、前記第1の波長を有する光または前記第2の波長を有する光を選択的に入射させて、前記第1の波長を有する光の変調光と前記第3の波長を有する光の変調光、または、前記第2の波長を有する光の変調光と前記第3の波長を有する光の変調光とを合成して投影するよう構成したことを特徴とするものである。   The invention of the image projection device according to claim 2, which achieves the above object, includes a light source that emits illumination light including light having a first wavelength, light having a second wavelength, and light having a third wavelength; The two reflection type display elements that modulate and reflect the illumination light from the light source based on the image signal, and the illumination light from the light source is separated and incident on the two reflection type display elements. An image projection apparatus configured to project the modulated light synthesized by the light separating and synthesizing means, the light separating and synthesizing means for synthesizing the modulated light modulated by the two reflective display elements. A first wavelength-selective polarization conversion provided with a separation / synthesis unit and having a predetermined width for rotating the polarization direction of the light having the first wavelength by 90 degrees and a predetermined interval substantially equal to the predetermined width; An element, and the second wavelength First polarization conversion members in which the second wavelength-selective polarization conversion elements having the predetermined width and the predetermined interval for rotating the polarization direction of the light to be rotated are alternately arranged as viewed in the optical axis direction; The first wavelength-selective polarization conversion element disposed opposite to the first polarization conversion member and having the predetermined width and the predetermined interval, and the first wavelength selective polarization conversion element having the predetermined width and the predetermined interval A polarization conversion device including a second polarization conversion member in which two wavelength-selective polarization conversion elements are arranged at the same position when viewed in the optical axis direction, the first polarization conversion member, and the second polarization conversion member The first polarization conversion member and the second polarization conversion member are reciprocally moved relative to each other so as to shift the relative position with respect to the predetermined width, thereby polarizing light having the first wavelength. The direction and the polarization direction of the light having the second wavelength are orthogonalized. Drive means for sequentially rotating 90 degrees, and a filter provided between the light separating / combining means and one of the two reflective display elements and transmitting only light having the third wavelength. In synchronization with the relative reciprocation of the first polarization conversion member and the second polarization conversion member by the driving unit, the light separation / synthesis unit converts the first polarization conversion member to one of the two reflective display elements. Makes the light having the third wavelength incident through the filter, and selects the light having the first wavelength or the light having the second wavelength as the other of the two reflective display elements. The modulated light of the light having the first wavelength and the modulated light of the light having the third wavelength, or the modulated light of the light having the second wavelength and the third wavelength. It is configured to synthesize and project the modulated light of the light it has It is characterized by that.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の画像投影装置において、前記光源と前記光分離合成手段との間に、前記光源から入射した光束を内側面で反射させて出射させる角柱状のロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータを出射した光束により同一の平面上に複数の光源像を形成するように配置したレンズ系とをさらに備え、前記第1の偏光変換部材および前記第2の偏光変換部材を、前記複数の光源像を含む前記平面の近傍に配置したことを特徴とするものである。   A third aspect of the present invention is the image projection apparatus according to the second aspect, wherein the light beam incident from the light source is reflected by an inner surface and emitted between the light source and the light separating / combining means. And a lens system arranged so as to form a plurality of light source images on the same plane by a light beam emitted from the rod integrator, and the first polarization conversion member and the second polarization conversion. The member is arranged in the vicinity of the plane including the plurality of light source images.

請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の画像投影装置において、前記光源と前記光分離合成手段との間に、前記光源から入射した光束を複数の光束に分割するフライアイレンズと、前記フライアイレンズを出射した前記複数の光束の偏光方向を揃える偏光変換手段と、前記偏光変換手段で変換された前記複数の光束が、同一平面上に複数の光源像を結像するように配置したレンズ系とをさらに備え、前記第1の偏光変換部材および前記第2の偏光変換部材を、前記複数の光源像を含む前記平面の近傍に配置したことを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the image projection apparatus according to the second aspect, a fly-eye lens that divides a light beam incident from the light source into a plurality of light beams between the light source and the light separation / synthesis unit. The polarization conversion means for aligning the polarization directions of the plurality of light beams emitted from the fly-eye lens, and the plurality of light beams converted by the polarization conversion means form a plurality of light source images on the same plane. The lens system further includes an arranged lens system, and the first polarization conversion member and the second polarization conversion member are arranged in the vicinity of the plane including the plurality of light source images.

請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか1項に記載の画像投影装置において、前記光分離合成手段と前記2つの反射型表示素子のそれぞれとの間に配置した2つの四分の一波長板を備え、前記光分離合成手段は偏光ビームスプリッタであり、前記2つの反射型表示素子は、ミラーアレイにより構成され、該ミラーアレイのミラーを傾けることにより画像を表示する反射型表示素子であることを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the image projection apparatus according to any one of the second to fourth aspects, wherein two of the light separating / combining means and the two reflective display elements are arranged. A quarter-wave plate is provided, the light separating / combining means is a polarization beam splitter, and the two reflective display elements are constituted by a mirror array, and a reflection for displaying an image by tilting a mirror of the mirror array. It is a type | mold display element, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、第1の偏光変換部材と第2の偏光変換部材との相対位置を、所定の幅だけずらすように、第1の偏光変換部材と第2の偏光変換部材とを相対的に往復移動させることにより、第1の波長を有する光の偏光方向および第2の波長を有する光の偏光方向が直交して順次90度回転するので、上記の相対的往復移動に同期して、光分離合成手段により、2つの反射型表示素子の一方には、フィルタを介して第3の波長を有する光を入射させ、他方には、第1の波長を有する光または第2の波長を有する光を選択的に入射させて、第1の波長を有する光の変調光と第3の波長を有する光の変調光、または、第2の波長を有する光の変調光と第3の波長を有する光の変調光とを合成して投影することによって、光路上の単一の集光点に光学素子を配置することなく、順次、常時2つの色光を投影して明るい画像を表示することを可能とする偏光変換装置、および、この偏光変換装置を用いた小型で安価な画像投影装置を提供することができる。   According to the present invention, the first polarization conversion member and the second polarization conversion member are relatively moved so that the relative positions of the first polarization conversion member and the second polarization conversion member are shifted by a predetermined width. By reciprocating, the polarization direction of the light having the first wavelength and the polarization direction of the light having the second wavelength are rotated 90 degrees in order orthogonal to each other. By means of the light separating / combining means, light having the third wavelength is incident on one of the two reflective display elements through a filter, and the other has light having the first wavelength or second wavelength. The light is selectively incident, and the modulated light of the light having the first wavelength and the modulated light of the light having the third wavelength, or the modulated light of the light having the second wavelength and the third wavelength By combining and projecting the modulated light of the light, a single condensing point on the optical path Provided is a polarization conversion device capable of projecting two colored lights in order and displaying a bright image without arranging any scientific elements, and a small and inexpensive image projection device using this polarization conversion device can do.

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態に係る画像投影装置の模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of an image projection apparatus according to a first embodiment of the present invention.

本実施の形態では、照明光の光源のランプ1として、キセノンランプなどの白色光源を用い、その背面にランプ1からの光を反射し、光軸上に集光させる楕円型の反射面を有するリフレクタ2を配置する。さらに、このリフレクタ2からの反射光の集光点に光入射面を一致させるように、ロッドインテグレータ3を配置する。このロッドインテグレータ3は、表示画像の照度を均一にするためのものであり、光軸方向に長い四角柱の形状を有し、その内側面で光を反射させて伝達する。ロッドインテグレータ3の出射側には、出射レンズ4、重ね合わせレンズ5、偏光板6、偏光変換装置を構成する2つの偏光変換部材7a、7bが順に配置されており、ロッドインテグレータ3を出射した光は、出射レンズ4と重ね合わせレンズ5とを経て光束が広げられた後、偏光板6に入射するように構成する。さらに、この偏光板6は、紙面に対して垂直方向の光のみを透過して、偏光変換部材7aに入射させるように構成する。   In the present embodiment, a white light source such as a xenon lamp is used as the lamp 1 of the illumination light source, and an elliptical reflecting surface that reflects light from the lamp 1 on the back surface and collects the light on the optical axis is provided. A reflector 2 is arranged. Further, the rod integrator 3 is arranged so that the light incident surface coincides with the condensing point of the reflected light from the reflector 2. The rod integrator 3 is for making the illuminance of the display image uniform, has a shape of a rectangular column that is long in the direction of the optical axis, and reflects and transmits light on the inner surface thereof. On the exit side of the rod integrator 3, an exit lens 4, a superposition lens 5, a polarizing plate 6, and two polarization conversion members 7 a and 7 b constituting a polarization conversion device are arranged in order, and light emitted from the rod integrator 3. Is configured such that the light beam is expanded through the exit lens 4 and the superimposing lens 5 and then incident on the polarizing plate 6. Further, the polarizing plate 6 is configured to transmit only light in a direction perpendicular to the paper surface and to enter the polarization conversion member 7a.

図2は、偏光変換装置を構成する偏光変換部材7aおよび7bの斜視図である。偏光変換部材7aは、透明基板14aの入射側の表面に、例えば幅100μmの複数の波長選択性偏光変換素子15aを、互いに平行に100μmの間隔を置いて配置するとともに、出射側の表面には、入射側の隣接する波長選択性偏光変換素子15aの間にそれぞれ波長選択性偏光変換素子15bが位置するように複数の波長選択性偏光変換素子15bを配置して構成する。また、偏光変換部材7bは、透明基板14bの入射側の表面に、例えば幅100μmの複数の波長選択性偏光変換素子15cを互いに平行に100μmの間隔を置いて配置するとともに、出射側の表面には、入射側の波長選択性偏光変換素子15cと重なるように複数の波長選択性偏光変換素子15dを配置して構成する。   FIG. 2 is a perspective view of the polarization conversion members 7a and 7b constituting the polarization conversion device. The polarization conversion member 7a has, for example, a plurality of wavelength-selective polarization conversion elements 15a having a width of 100 μm arranged on the surface on the incident side of the transparent substrate 14a at intervals of 100 μm in parallel with each other, The plurality of wavelength selective polarization conversion elements 15b are arranged so that the wavelength selective polarization conversion elements 15b are positioned between the adjacent wavelength selective polarization conversion elements 15a on the incident side. The polarization conversion member 7b has a plurality of wavelength-selective polarization conversion elements 15c having a width of 100 μm, for example, arranged parallel to each other at an interval of 100 μm on the incident-side surface of the transparent substrate 14b, and on the emission-side surface. Is configured by arranging a plurality of wavelength selective polarization conversion elements 15d so as to overlap with the wavelength selective polarization conversion elements 15c on the incident side.

また、偏光変化部材7aと7bとは、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dが互いに平行になるように、隣接して対向配置する。   Further, the polarization changing members 7a and 7b are disposed adjacent to each other so that the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d are parallel to each other.

偏光変換部材7a,7bの入射側に設けられた波長選択性偏光変換素子15a、15cは、第1の波長を有する光である緑色光のみの偏光方向を90度回転させる。また、出射側に設けられた波長選択性偏光変換素子15b、15dは第2の波長を有する光である青色光のみの偏光方向を90度回転させる。本実施の形態では、図1において波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの方向は紙面に垂直方向となっている。   The wavelength selective polarization conversion elements 15a and 15c provided on the incident sides of the polarization conversion members 7a and 7b rotate the polarization direction of only green light, which is light having the first wavelength, by 90 degrees. Further, the wavelength selective polarization conversion elements 15b and 15d provided on the emission side rotate the polarization direction of only blue light which is light having the second wavelength by 90 degrees. In the present embodiment, the direction of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d in FIG. 1 is perpendicular to the paper surface.

さらに、図1において偏光変換部材7bの出射側には、S偏光を反射しP偏光を透過させる特性を有し光分離合成手段を構成するPBS8を設ける。また、PBS8を透過した照明光の光路上には、フィールドレンズ9a、λ/4板11aを順に設け、ランプ1からの照明光が反射型表示素子であるデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)12aを照射するように構成する。   Further, in FIG. 1, a PBS 8 that has a characteristic of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light and constituting a light separating / combining means is provided on the exit side of the polarization conversion member 7b. In addition, a field lens 9a and a λ / 4 plate 11a are provided in this order on the optical path of the illumination light transmitted through the PBS 8, and the illumination light from the lamp 1 is a reflection type display element such as a digital micromirror device (DMD) 12a. It is comprised so that it may irradiate.

また、PBS8で反射された照明光の光路上には、フィールドレンズ9b、赤色光のみを選択的に透過させるバンドパスフィルタ(BPF)10およびλ/4板11bを順に設け、ランプ1からの照明光がDMD12bを照射するように構成する。   Further, on the optical path of the illumination light reflected by the PBS 8, a field lens 9b, a band pass filter (BPF) 10 that selectively transmits only red light, and a λ / 4 plate 11b are provided in order, and illumination from the lamp 1 is performed. The light is configured to irradiate DMD 12b.

さらに、λ/4板11aおよびフィールドレンズ9aは、DMD12aで反射された変調光の光路にも位置し、これらλ/4板11aおよびフィールドレンズ9aを透過した変調光は、PBS8に再び入射するように構成される。また、λ/4板11b、BPF10、およびフィールドレンズ9bは、DMD12bで反射された変調光の光路にも位置し、これらλ/4板11b、BPF10およびフィールドレンズ9bを透過した変調光も、PBS8に再び入射するように構成される。ただし、照明光がBPF10を透過しているため、変調光は赤色光であるから、BPF10は変調光に対しては特に作用しない。   Further, the λ / 4 plate 11a and the field lens 9a are also located in the optical path of the modulated light reflected by the DMD 12a, and the modulated light transmitted through the λ / 4 plate 11a and the field lens 9a is incident on the PBS 8 again. Configured. The λ / 4 plate 11b, the BPF 10, and the field lens 9b are also positioned in the optical path of the modulated light reflected by the DMD 12b. The modulated light transmitted through the λ / 4 plate 11b, the BPF 10, and the field lens 9b is also PBS8. It is comprised so that it may inject into again. However, since the illumination light is transmitted through the BPF 10, the modulated light is red light. Therefore, the BPF 10 does not particularly act on the modulated light.

また、PBS8に対して入射するDMD12aからの変調光のPBS8による反射側であり、かつ、DMD12bからの変調光のPBS8による透過側には、投影レンズ13が設けられ、上記2つの変調光を図示しないスクリーン上で結像させるようにしている。   Further, a projection lens 13 is provided on the reflection side of the modulated light from the DMD 12a incident on the PBS 8 by the PBS 8 and on the transmission side of the modulated light from the DMD 12b by the PBS 8, and the two modulated lights are illustrated in the figure. Do not focus on the screen.

本実施の形態では、DMD12a、12bから反射された変調光を、PBS8に略垂直に入射させるため、ランプ1からの照明光をPBS8に斜めから入射させている。以下の図では、図8を除き、簡単のために、上記の照明光の光路の傾斜は無いものとして図示している。   In the present embodiment, the illumination light from the lamp 1 is obliquely incident on the PBS 8 so that the modulated light reflected from the DMDs 12a and 12b is incident on the PBS 8 substantially perpendicularly. In the following drawings, except for FIG. 8, for the sake of simplicity, the optical path of the illumination light is not assumed to be inclined.

図3は、この光学系において緑色(G)光、青色(B)光、第3の波長を有する光である赤色(R)光の各色光の光路を示す説明図である。なお、添字のs、pは偏光方向が、S偏光、P偏光であることを示す。偏光板6により紙面に垂直方向に偏光された白色光Wsは、前述の偏光変換部材7a、7bに入射する。前述のように、偏光変換部材7a,7bの入射側には、緑色の波長成分の光のみ偏光方向を90度回転させる波長選択性偏光変換素子15a、15cが設けられ、出射側には青色の波長成分の光のみ偏光方向を90度回転させる波長選択性偏光変換素子15b、15dが設けられている。光軸方向に見ると、上述したように、偏光変換部材7aでは、これら2つの波長選択性偏光変換素子15a、15bが互い違いに配置され、偏光変換部材7bでは、これら2つの波長選択性偏光変換素子15c、15dが同じ位置に重なって配置されている。なお、本図では、簡単のために、フィールドレンズ9a、9bを省略している。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing optical paths of light of each color of green (G) light, blue (B) light, and red (R) light that is light having a third wavelength in this optical system. The subscripts s and p indicate that the polarization directions are S-polarized light and P-polarized light. The white light Ws polarized in the direction perpendicular to the paper surface by the polarizing plate 6 is incident on the polarization conversion members 7a and 7b. As described above, on the incident side of the polarization conversion members 7a and 7b, the wavelength selective polarization conversion elements 15a and 15c that rotate the polarization direction of only the light of the green wavelength component by 90 degrees are provided, and the blue side is provided on the emission side. Wavelength selective polarization conversion elements 15b and 15d that rotate the polarization direction by 90 degrees only for the light of the wavelength component are provided. When viewed in the optical axis direction, as described above, in the polarization conversion member 7a, these two wavelength-selective polarization conversion elements 15a and 15b are alternately arranged, and in the polarization conversion member 7b, these two wavelength-selective polarization conversions. Elements 15c and 15d are arranged to overlap at the same position. In this figure, the field lenses 9a and 9b are omitted for the sake of simplicity.

そこで、図3(a)に示したように、波長選択性偏光変換素子15a、15c、15dが同じ高さ位置となるように、偏光変換部材7a、7bが対向配置されている場合は、白色光Wsの青色成分Bsは、偏光変換部材7aおよび7bを透過する際、それぞれ異なる位置に配列された波長選択性偏光変換素子15bおよび15dを透過するので、90度偏光方向が回転されてBpとなる。一方、緑色成分Gsは、偏光変換部材7aおよび7bの波長選択性偏光変換素子15aおよび15cを順次透過して偏光方向が元に戻るとともに、偏光変換部材7aの波長選択性偏光変換素子15bを透過する際は偏光方向の回転は受けないので、偏光方向は変化しない。また、偏光変換部材7a、7bは赤色成分Rsには作用しないので、偏光方向はS偏光のまま変化しない。   Therefore, as shown in FIG. 3A, when the polarization conversion members 7a and 7b are arranged to face each other so that the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15c, and 15d are at the same height, When the blue component Bs of the light Ws is transmitted through the polarization conversion members 7a and 7b, the blue component Bs is transmitted through the wavelength selective polarization conversion elements 15b and 15d arranged at different positions, so that the polarization direction is rotated by 90 degrees and Bp Become. On the other hand, the green component Gs is sequentially transmitted through the wavelength selective polarization conversion elements 15a and 15c of the polarization conversion members 7a and 7b to return to the original polarization direction, and is transmitted through the wavelength selective polarization conversion element 15b of the polarization conversion member 7a. In doing so, the polarization direction is not changed because the polarization direction is not rotated. Moreover, since the polarization conversion members 7a and 7b do not act on the red component Rs, the polarization direction remains S-polarized light.

2つの偏光変換部材7a、7bを透過した各色光Bp、Rs、Gsは、PBS8に入射する。P偏光成分より成る青色光Bpは、PBS8を透過し、λ/4板11aを経てDMD12aに入射する。DMD12aは、画像信号に基づいて反射方向を変調して、具体的には画素のON/OFFに従い微小なミラーの傾きを変化させ、この入射光を反射する。この反射光は再びλ/4板11aを透過する。λ/4板11aを往復で2度透過することによって、青色光の偏光方向は90度回転され、S偏光となってPBS8で図1で示した投影レンズ13方向に反射される。一方、S偏光成分より成る赤色光Rsおよび緑色光Gsは、PBS8で反射されBPF10に入射する。ここで、BPF10は、赤色光を透過し、青色光および緑色光を透過させない波長特性を有する。このため赤色光RsのみがBPF10を透過し、λ/4波長板11bを経てDMD12bで画像信号に基づき変調を受け反射され、再度λ/4波長板11bを透過する。λ/4板11bを往復で2度透過することによって、赤色光の偏光方向は90度回転され、P偏光となってPBS8を透過して投影レンズ13方向に出射する。   Each color light Bp, Rs, Gs transmitted through the two polarization conversion members 7a, 7b is incident on the PBS 8. The blue light Bp composed of the P-polarized component passes through the PBS 8 and enters the DMD 12a through the λ / 4 plate 11a. The DMD 12a modulates the reflection direction based on the image signal, specifically, changes the tilt of the minute mirror according to ON / OFF of the pixel, and reflects this incident light. This reflected light is again transmitted through the λ / 4 plate 11a. By reciprocating twice through the λ / 4 plate 11a, the polarization direction of the blue light is rotated by 90 degrees and becomes S-polarized light and reflected by the PBS 8 toward the projection lens 13 shown in FIG. On the other hand, red light Rs and green light Gs composed of S-polarized components are reflected by the PBS 8 and enter the BPF 10. Here, the BPF 10 has a wavelength characteristic that transmits red light and does not transmit blue light and green light. Therefore, only the red light Rs passes through the BPF 10, passes through the λ / 4 wavelength plate 11b, is modulated and reflected by the DMD 12b based on the image signal, and passes through the λ / 4 wavelength plate 11b again. By reciprocating twice through the λ / 4 plate 11b, the polarization direction of the red light is rotated by 90 degrees, becomes P-polarized light, passes through the PBS 8, and exits toward the projection lens 13.

一方、偏光変換部材7bを下方向に移動させて図3(b)に示したように、波長選択性偏光変換素子15b、15c、15dが同じ高さ位置となるように、偏光変換部材7a、7bが対向配置されている場合は、白色光Wsの緑色成分Gsは、偏光変換部材7aおよび7bを透過する際、それぞれ異なる位置に配列された波長選択性偏光変換素子15aおよび15cを透過するので、90度偏光方向が回転されてGpとなる。一方、青色成分Bsは、偏光変換部材7aおよび7bの波長選択性偏光変換素子15bおよび15dを順次透過して偏光方向が元に戻るとともに、偏光変化部材7aの波長選択性偏光変換素子15aを透過する際は偏光方向の回転は受けないので、偏光方向は変化しない。また、偏光変換部材7a、7bは赤色成分Rsには作用しないので、偏光方向はRsのまま変化しない。   On the other hand, the polarization conversion member 7b is moved downward so that the wavelength selective polarization conversion elements 15b, 15c and 15d are at the same height as shown in FIG. When 7b is opposed, the green component Gs of the white light Ws passes through the wavelength selective polarization conversion elements 15a and 15c arranged at different positions when passing through the polarization conversion members 7a and 7b. , The polarization direction of 90 degrees is rotated to Gp. On the other hand, the blue component Bs sequentially passes through the wavelength selective polarization conversion elements 15b and 15d of the polarization conversion members 7a and 7b to return to the original polarization direction, and transmits through the wavelength selective polarization conversion element 15a of the polarization change member 7a. In doing so, the polarization direction is not changed because the polarization direction is not rotated. Further, since the polarization conversion members 7a and 7b do not act on the red component Rs, the polarization direction remains Rs.

このため、偏光変換部材7a、7bを透過した各色光Gp、Rs、Bsについては、上記の図3(a)の場合において、青色光と緑色光が入れ替わり、DMD12aで画像信号により変調を受けた緑色光Gsと、DMD12bで画像信号により変調を受けた赤色光Rpが、図1で示した投影レンズ13方向に出射し、青色光BsはBPF10によって透過を阻止される。   For this reason, for each color light Gp, Rs, and Bs transmitted through the polarization conversion members 7a and 7b, in the case of FIG. 3A, the blue light and the green light are switched, and the DMD 12a is modulated by the image signal. The green light Gs and the red light Rp modulated by the image signal by the DMD 12 b are emitted in the direction of the projection lens 13 shown in FIG. 1, and the blue light Bs is blocked from being transmitted by the BPF 10.

図4は、図1で示した画像投影装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。この制御系は偏光変換部材7bおよびDMD12a、12bを制御するためのコントローラ16を含んで構成される。コントローラ16は、各色成分ごとの画像信号を処理する赤画像処理回路17r、青画像処理回路17bおよび緑画像処理回路17g、ならびに、青画像処理回路17bからの信号と緑画像処理回路17gからの信号とを切り替えるための画像切り替え回路18を備える。   FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the image projection apparatus shown in FIG. This control system includes a polarization conversion member 7b and a controller 16 for controlling the DMDs 12a and 12b. The controller 16 processes a red image processing circuit 17r, a blue image processing circuit 17b and a green image processing circuit 17g for processing an image signal for each color component, and a signal from the blue image processing circuit 17b and a signal from the green image processing circuit 17g. And an image switching circuit 18 for switching between.

さらに、上記制御系は、偏光変換部材7bを駆動する駆動手段として、コントローラ16により制御される駆動用ドライバ19と、この駆動用ドライバ19により駆動されるアクチュエータ20とを備える。また、DMD12aを駆動するための表示素子ドライバ21aと、DMD12bを駆動するための表示素子ドライバ21bとを有する。表示素子ドライバ21aは、画像切り替え回路18で切り替えられた青画素処理回路17bまたは緑画素処理回路17gの出力信号を受けて、DMD12aを駆動する。また、表示素子ドライバ21bは、赤画素処理回路17rの出力信号を受けてDMD12bを駆動する。   Further, the control system includes a driving driver 19 controlled by the controller 16 and an actuator 20 driven by the driving driver 19 as driving means for driving the polarization conversion member 7b. The display device driver 21a for driving the DMD 12a and the display device driver 21b for driving the DMD 12b are provided. The display element driver 21a receives the output signal of the blue pixel processing circuit 17b or the green pixel processing circuit 17g switched by the image switching circuit 18 and drives the DMD 12a. The display element driver 21b receives the output signal of the red pixel processing circuit 17r and drives the DMD 12b.

本実施の形態では、アクチュエータ20としてピエゾ素子を使用して、偏光変換部材7bを上下に駆動する。このようにピエゾ素子を使用することで、高速に、かつ、精度高く上下移動させることができる。ピエゾ素子のストロークは通常、百数十μm程度なので、波長選択性偏光変換素子の間隔が100μm程度の場合に適している。また、ピエゾ素子は応答速度が速いので、図3(a)と図3(b)との間の切り替えの移動時間を短くして、図3(a)および図3(b)の静止時間を長くすることができ、これにより、青色光および緑色光の中で、偏光方向が回転している部分と回転していない部分とが混在する時間を短くでき、偽色の発生を有効に防止できる。   In the present embodiment, a piezo element is used as the actuator 20 to drive the polarization conversion member 7b up and down. By using the piezo element in this way, it can be moved up and down at high speed and with high accuracy. Since the stroke of the piezo element is usually about a few tens of μm, it is suitable when the interval between the wavelength selective polarization conversion elements is about 100 μm. Also, since the piezo element has a fast response speed, the moving time for switching between FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b) is shortened, and the stationary time of FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b) is reduced. This makes it possible to shorten the time in which blue light and green light are mixed with a portion whose polarization direction is rotated and a portion that is not rotated, and can effectively prevent the occurrence of false colors. .

以上のような構成によって、図1のランプ1を出射した白色光は、リフレクタ2で反射され、ロッドインテグレータ3、出射レンズ4、重ね合わせレンズ5、偏光板6および偏光変換部材7a、7bを経てPBS8に入射する。   With the configuration as described above, the white light emitted from the lamp 1 in FIG. 1 is reflected by the reflector 2, and passes through the rod integrator 3, the exit lens 4, the superposition lens 5, the polarizing plate 6, and the polarization conversion members 7a and 7b. Incident on PBS8.

このとき、偏光変換部材7a、7bが図3(a)で示した相対位置にあれば、PBS8を透過した青色光が、フィールドレンズ9a、λ/4板11aを経てDMD12aを照射し、このDMD12aで、図4の青画素処理回路17bの出力信号によって変調されて反射され、λ/4板11a、フィールドレンズ9aを経てPBS8で反射されて投影レンズ13を経て、図示しないスクリーン上に所望の画像の青色成分を投影する。また、同時にPBS8で反射された赤色光が、フィールドレンズ9b、BPF10、λ/4板11bを経てDMD12bを照射し、このDMD12bで、図4の赤画素処理回路17rの出力信号によって変調されて反射され、λ/4板11b、BPF10、フィールドレンズ9bを経てPBS8を透過して、投影レンズ13を経て、図示しないスクリーン上に所望の画像の赤色成分を投影する。   At this time, if the polarization conversion members 7a and 7b are at the relative positions shown in FIG. 3A, the blue light transmitted through the PBS 8 irradiates the DMD 12a through the field lens 9a and the λ / 4 plate 11a, and this DMD 12a. 4 is modulated and reflected by the output signal of the blue pixel processing circuit 17b of FIG. 4, and is reflected by the PBS 8 through the λ / 4 plate 11a and the field lens 9a, and then through the projection lens 13, and a desired image on a screen (not shown). Projects the blue component of. At the same time, the red light reflected by the PBS 8 irradiates the DMD 12b through the field lens 9b, the BPF 10, and the λ / 4 plate 11b, and is modulated and reflected by the DMD 12b by the output signal of the red pixel processing circuit 17r in FIG. Then, the PBS 8 is transmitted through the λ / 4 plate 11b, the BPF 10, and the field lens 9b, and the red component of the desired image is projected on the screen (not shown) through the projection lens 13.

また、偏光変換部材7a、7bが図3(b)で示した相対位置にあれば、PBS8を透過した緑色光が、フィールドレンズ9a、λ/4板11aを経てDMD12aを照射し、このDMD12aで、図4の緑画素処理回路17bの出力信号によって変調されて反射され、λ/4板11a、フィールドレンズ9aを経てPBS8で反射されて投影レンズ13を経て、図示しないスクリーン上に所望の画像の緑色成分を投影する。また、同時にPBS8で反射された赤色光が、フィールドレンズ9b、BPF10、λ/4板11bを経てDMD12bを照射し、このDMD12bで、図4の赤画素処理回路17rの出力信号によって変調されて反射され、λ/4板11b、BPF10、フィールドレンズ9bを経てPBS8を透過して、投影レンズ13を経て、図示しないスクリーン上に所望の画像の赤色成分を投影する。   If the polarization conversion members 7a and 7b are at the relative positions shown in FIG. 3B, the green light transmitted through the PBS 8 irradiates the DMD 12a through the field lens 9a and the λ / 4 plate 11a, and the DMD 12a 4 is modulated and reflected by the output signal of the green pixel processing circuit 17b of FIG. 4, reflected by the PBS 8 through the λ / 4 plate 11a and the field lens 9a, and through the projection lens 13, and a desired image is reflected on the screen (not shown). Projects the green component. At the same time, the red light reflected by the PBS 8 irradiates the DMD 12b through the field lens 9b, the BPF 10, and the λ / 4 plate 11b, and is modulated and reflected by the DMD 12b by the output signal of the red pixel processing circuit 17r in FIG. Then, the PBS 8 is transmitted through the λ / 4 plate 11b, the BPF 10, and the field lens 9b, and the red component of the desired image is projected on the screen (not shown) through the projection lens 13.

そして、偏光変換部材7a、7bの図3(a)の配置と図3(b)の配置は、図4におけるコントローラ16により制御される。コントローラ16は、駆動用ドライバ19によりアクチュエータ20を駆動させ、波長選択性偏光変換素子7bを上下方向に繰り返し往復移動させ、図3(a)に示した状態と図3(b)に示した状態とを高速に切り替える。さらに、この切り替えと同期させて、画像切り替え回路18により、図3(a)の状態では青画像処理回路17bの出力信号を、また、図3(b)の状態では緑画像処理回路17gの出力信号を、DMD12aを駆動する表示素子ドライバ21aに送信する。一方、赤画像処理回路17rからの出力信号は、DMD12bを駆動する表示素子ドライバ21bに常時送信される。   Then, the arrangement of the polarization conversion members 7a and 7b in FIG. 3A and the arrangement in FIG. 3B are controlled by the controller 16 in FIG. The controller 16 drives the actuator 20 by the driving driver 19 to repeatedly reciprocate the wavelength selective polarization conversion element 7b in the vertical direction, and the state shown in FIG. 3A and the state shown in FIG. And switch at high speed. Further, in synchronization with this switching, the image switching circuit 18 outputs the output signal of the blue image processing circuit 17b in the state of FIG. 3A, and the output of the green image processing circuit 17g in the state of FIG. 3B. The signal is transmitted to the display element driver 21a that drives the DMD 12a. On the other hand, the output signal from the red image processing circuit 17r is constantly transmitted to the display element driver 21b that drives the DMD 12b.

このようにして、赤と青および赤と緑の2つの色光による図示しないスクリーンへの画像投影が、高速で切り替えられ、視覚的には赤、緑、青の3原色を合成した所望の投影画像が得られる。   In this way, image projection onto a screen (not shown) using two color lights of red and blue and red and green can be switched at high speed, and a desired projection image that is visually synthesized from the three primary colors red, green, and blue. Is obtained.

以上のように、本実施の形態では、集光点でない照明光路中に、偏光変換部材7a、7bを配置して、赤色光については偏光を変換することなく、緑色光および青色光については、選択的に偏光を変換して、常時2つの色光により画像を投影するようにしている。したがって、偏光変換部材7a、7bは、熱損傷を受けることが無いとともに、偏光変換部材7a、7bは、配置位置における照明光束の断面の大きさがあれば十分なので、小型で安価な画像投影装置を提供することができる。また、偏光変換部材7a、7bは、照明光路中で光束が絞り込まれない位置であれば、ランプ1とPBS8との間の任意の場所に配置することが可能であり、画像投影装置の設計上の自由度も大きい。   As described above, in the present embodiment, the polarization conversion members 7a and 7b are arranged in the illumination light path that is not the condensing point, and the green light and the blue light are converted without changing the polarization of the red light. Polarized light is selectively converted so that an image is always projected with two colored lights. Therefore, the polarization conversion members 7a and 7b are not damaged by heat, and the polarization conversion members 7a and 7b need only have a cross-sectional size of the illumination light beam at the arrangement position. Can be provided. Further, the polarization conversion members 7a and 7b can be arranged at any position between the lamp 1 and the PBS 8 as long as the light beam is not narrowed down in the illumination optical path. The degree of freedom is great.

(第2実施の形態)
図5は、本発明の第2実施の形態における光学系を説明するための図である。本実施の形態は、第1実施の形態において、偏光変換部材7a、7bの配置を以下で述べる所定の位置とし、また、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔を以下で述べる所定の大きさとし、さらに、アクチュエータをピエゾ素子ではなくモータとしたものである。図5は、ランプ1からDMD12a、12bに至る照明光学系の概略構成を示し、PBS8、BPF10、λ/4板11a、11bは、簡単のために省略している。以下において特に記載しない構成要素については、第1実施の形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram for explaining an optical system according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, in the first embodiment, the arrangement of the polarization conversion members 7a and 7b is set to a predetermined position described below, and the widths and intervals of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d are set as follows. The actuator has a predetermined size described below, and the actuator is not a piezo element but a motor. FIG. 5 shows a schematic configuration of an illumination optical system from the lamp 1 to the DMDs 12a and 12b, and the PBS 8, the BPF 10, and the λ / 4 plates 11a and 11b are omitted for simplicity. Components not particularly described below are the same as those in the first embodiment.

図5において、1次光源像22は、同一平面23上に形成されるロッドインテグレータ3によるランプ1の複数の1次光源像(虚像)であり、2次光源像24は、出射レンズ4および重ね合わせレンズ5より構成されるレンズ系によって同一平面25上に形成されるランプ1の2次光源像(実像)である。ランプ1からの光がロッドインテグレータ3を通過する際に、このロッドインテグレータの内側面で反射されることによって、ランプ1の1次光源像および2次光源像は、縦横に略等間隔に並んだ格子点状となる。本実施の形態では、偏光板6を重ね合わせレンズ5と2次光源像24との間に配置し、また、偏光変換部材7a、7bは2次光源像24が形成される平面25に略一致するように配置する。なお、図5では偏光変換部材7a、7bは平面25を挟むように配置されているが、両者が近接していれば、偏光変換部材7a、7bを共に平面25の入射側あるいは出射側に配置しても良い。このように、偏光変換部材7a、7bを2次光源像24の近傍に配置しても、集光点が複数、例えば、5×5の格子状で25個となるため、1点当たりの光量が減り、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dが損傷を受けることが避けられる。   In FIG. 5, a primary light source image 22 is a plurality of primary light source images (virtual images) of the lamp 1 formed by the rod integrator 3 formed on the same plane 23. 2 is a secondary light source image (real image) of the lamp 1 formed on the same plane 25 by a lens system constituted by the combining lens 5. When the light from the lamp 1 passes through the rod integrator 3, it is reflected by the inner surface of the rod integrator, so that the primary light source image and the secondary light source image of the lamp 1 are arranged at substantially equal intervals vertically and horizontally. It is a lattice point. In the present embodiment, the polarizing plate 6 is disposed between the overlapping lens 5 and the secondary light source image 24, and the polarization conversion members 7a and 7b substantially coincide with the plane 25 on which the secondary light source image 24 is formed. Arrange to do. In FIG. 5, the polarization conversion members 7a and 7b are arranged so as to sandwich the plane 25. However, if the two are close to each other, the polarization conversion members 7a and 7b are both arranged on the incident side or the emission side of the plane 25. You may do it. Thus, even if the polarization conversion members 7a and 7b are arranged in the vicinity of the secondary light source image 24, there are a plurality of condensing points, for example, 25 in a 5 × 5 grid, so the light amount per point. And the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d are prevented from being damaged.

ロッドインテグレータ3の光出射面は、出射レンズ4、重ね合わせレンズ5、フィールドレンズ9a、9bを用いて、DMD12a、DMD12bの反射面と共役の関係となるようにする。本実施例では、DMD12a、12bの反射面を例えば1辺の長さ10mmの正方形とし、ロッドインテグレータ3の開口幅を例えば3mmとする。   The light exit surface of the rod integrator 3 has a conjugate relationship with the reflection surfaces of the DMD 12a and DMD 12b by using the exit lens 4, the overlapping lens 5, and the field lenses 9a and 9b. In the present embodiment, the reflecting surfaces of the DMDs 12a and 12b are, for example, a square with a side length of 10 mm, and the opening width of the rod integrator 3 is, for example, 3 mm.

この構成において、ロッドインテグレータ3の光入射面を含む平面23上に形成される1次光源像22の格子間隔は、ロッドインテグレータ3の開口幅と等しくなる。また、出射レンズ4と重ね合わせレンズ5とによって定まる1次光源像22に対する2次光源像24の倍率を1倍とし、2次光源像24の間隔を1次光源像22の間隔と等しくすることによって、2次光源像(実像)の格子間隔も、ロッドインテグレータ3の開口幅と等しくさせる。   In this configuration, the lattice spacing of the primary light source image 22 formed on the plane 23 including the light incident surface of the rod integrator 3 is equal to the opening width of the rod integrator 3. Further, the magnification of the secondary light source image 24 with respect to the primary light source image 22 determined by the exit lens 4 and the overlapping lens 5 is set to 1 so that the interval between the secondary light source images 24 is equal to the interval between the primary light source images 22. Thus, the lattice spacing of the secondary light source image (real image) is also made equal to the opening width of the rod integrator 3.

図6は、偏光変換部材7a、7bの配置と波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔とを説明する図である。図6(a)は2次光源像24と偏光変換部材7aとを照明光の光路に沿う方向に見た平面図である。また、図6(b)は、図6(a)と同じ高さ位置から見た偏光変換部材7a、7bの側面図である。前述のようにランプ1の2次光源像24は2次元の格子点状である。そこで、偏光変換部材7a、7bの波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔を、2次光源像24の各光源像の間隔と等しくし、偏光変換部材7bの移動量(図6における上下方向の移動量)もこれと同じ大きさとする。また、偏光変換部材7a、7bは、図3(a)および図3(b)の状態で、各光源像24が、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの素子の幅の中央付近に位置するようにする。   FIG. 6 is a diagram for explaining the arrangement of the polarization conversion members 7a and 7b and the widths and intervals of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d. FIG. 6A is a plan view of the secondary light source image 24 and the polarization conversion member 7a viewed in the direction along the optical path of the illumination light. FIG. 6B is a side view of the polarization conversion members 7a and 7b viewed from the same height position as FIG. 6A. As described above, the secondary light source image 24 of the lamp 1 has a two-dimensional lattice point shape. Therefore, the widths and intervals of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d of the polarization conversion members 7a and 7b are made equal to the intervals of the respective light source images of the secondary light source image 24, and the amount of movement of the polarization conversion member 7b. The amount of movement in the vertical direction in FIG. 6 is also set to the same size. The polarization conversion members 7a and 7b are in the state shown in FIGS. 3A and 3B, and each light source image 24 is in the center of the width of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d. Try to be in the vicinity.

以上のことから、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔を、本実施の形態では3mmとする。このため、移動量が大きくピエゾ素子では対応できないため、図4のアクチュエータ20はピエゾ素子ではなくモータを使用する。   From the above, the width and interval of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d are 3 mm in the present embodiment. For this reason, since the amount of movement is large and cannot be handled by a piezo element, the actuator 20 in FIG. 4 uses a motor instead of a piezo element.

以上のような構成によって、本実施の形態では、第1実施の形態と同様に、偏光変換部材7bを駆動することにより、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dを設けた偏光変換部材7a、7bを相対移動させて、ランプ1から出射された照明光の青色光と緑色光の偏光方向を順次切り替える。このとき、本実施の形態ではランプ1からの2次光源像24が点像となっているので、偏光変換部材7bの移動に伴い波長選択性偏光変換素子15c、15dがこの光源の点像を横切るのに要する時間が短く、すなわち、短時間に偏光方向が回転する。これにより、青色光および緑色光について、偏光方向が回転している部分と回転していない部分とが混在する時間を短くでき、偽色の発生を有効に防止できる。その他の動作は第1実施の形態と同様である。   With the configuration as described above, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the polarization conversion member 7b is driven to provide the polarization conversion provided with the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d. The members 7a and 7b are relatively moved to sequentially switch the polarization directions of the blue light and the green light of the illumination light emitted from the lamp 1. At this time, since the secondary light source image 24 from the lamp 1 is a point image in the present embodiment, the wavelength selective polarization conversion elements 15c and 15d convert the point image of this light source with the movement of the polarization conversion member 7b. The time required to cross is short, that is, the polarization direction rotates in a short time. Thereby, about blue light and green light, the time when the part with which the polarization direction is rotating and the part which is not rotating can be shortened, and generation | occurrence | production of a false color can be prevented effectively. Other operations are the same as those in the first embodiment.

以上説明したように、本実施の形態によれば、偏光変換部材7a、7bを2次光源像24が形成される平面25に略一致するように配置したので、第1実施の形態と比べ、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔を広くしながら、第1実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔が広いので、偏光変換部材7a、7bの製作が容易であり、アクチュエータとして高価なピエゾ素子に代えてより安価なモータを使用でき、かつ、第1実施の形態のように100μm程度の微細な精度を要求されないので、より容易に装置を製作することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, since the polarization conversion members 7a and 7b are arranged so as to substantially coincide with the plane 25 on which the secondary light source image 24 is formed, compared with the first embodiment, The effect similar to 1st Embodiment can be acquired, making the width | variety and space | interval of the wavelength selective polarization conversion element 15a, 15b, 15c, 15d wide. In addition, since the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d have a wide width and interval, it is easy to manufacture the polarization conversion members 7a and 7b, and an inexpensive motor is used instead of an expensive piezo element as an actuator. Since it can be used and fine accuracy of about 100 μm is not required as in the first embodiment, it is possible to manufacture the device more easily.

(第3実施の形態)
図7は、本発明の第3実施の形態における光学系を説明するための図である。本実施の形態は、第2の実施の形態において、偏光変換部材7a、7bの入射側の構成を、フライアイレンズを用いた構成に変更したものである。図7は、ランプ1からDMD12a、12bに至る照明光学系の概略構成を示し、以下において特に記載しない構成要素については、第2実施の形態と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram for explaining an optical system according to the third embodiment of the present invention. In the second embodiment, the configuration on the incident side of the polarization conversion members 7a and 7b is changed to a configuration using a fly-eye lens in the second embodiment. FIG. 7 shows a schematic configuration of an illumination optical system from the lamp 1 to the DMDs 12a and 12b, and components not particularly described below are the same as those in the second embodiment.

本実施の形態は、第2実施の形態のリフレクタ2、ロッドインテグレータ3、出射レンズ4、重ねあわせレンズ5、偏光板6に代えて、ランプ1からの光をほぼ平行光となるように反射するリフレクタ2、フライアイレンズ31、このフライアイレンズ31で屈折された各光束が1次光源像32を同一平面33上に形成するように集光した後に入射するフライアイレンズ34、このフライアイレンズ34を出射した光をP偏光とS偏光の2つの光に分離するPS偏光分離変換素子35、PS偏光分離変換素子35から出射されたP偏光をS偏光に変換するためのλ/2板36、λ/2板を出射した光を2次光源像39へ集光させるレンズ系であるフライアイレンズ37とを含んで構成される。この構成は、図1のロッドインテグレータ3と同様に、表示画像の照度を均一にするため用いられる。また、PS偏光分離変換素子35およびλ/2板36は、偏光変換手段を構成している。本実施の形態においても、第2実施の形態と同様に、2次光源像38が形成される平面39に略一致させて、偏光変換部材7a、7bを配置する。なお、図7では偏光変換部材7a、7bは平面39を挟むように配置されているが、両者が近接していれば、偏光変換部材7a、7bを共に平面39の入射側あるいは出射側に配置しても良い。   In this embodiment, instead of the reflector 2, the rod integrator 3, the exit lens 4, the overlapping lens 5, and the polarizing plate 6 of the second embodiment, the light from the lamp 1 is reflected so as to be substantially parallel light. Reflector 2, fly-eye lens 31, fly-eye lens 34 that is incident after each light beam refracted by fly-eye lens 31 is condensed so as to form primary light source image 32 on the same plane 33, and this fly-eye lens PS polarized light separating / converting element 35 for separating light emitted from 34 into two light of P polarized light and S polarized light, and a λ / 2 plate 36 for converting P polarized light emitted from PS polarized light separating / converting element 35 into S polarized light , And a fly-eye lens 37 that is a lens system for condensing the light emitted from the λ / 2 plate onto the secondary light source image 39. This configuration is used to make the illuminance of the display image uniform, similar to the rod integrator 3 of FIG. Further, the PS polarization separation conversion element 35 and the λ / 2 plate 36 constitute a polarization conversion means. Also in the present embodiment, similarly to the second embodiment, the polarization conversion members 7a and 7b are arranged so as to substantially coincide with the plane 39 on which the secondary light source image 38 is formed. In FIG. 7, the polarization conversion members 7a and 7b are arranged so as to sandwich the plane 39. However, if the two are close to each other, the polarization conversion members 7a and 7b are both arranged on the incident side or the emission side of the plane 39. You may do it.

また、ランプ1から出射した光が、2次光源像38に形成する各光源像の間隔は、フライアイレンズのレンズ配列によって定まる。第2実施の形態と同様に、偏光変換部材7a、7bの波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔を、2次光源像38の各光源像の間隔と同じ値となるようにする。したがって、本実施の形態では、フライアイレンズの配列によって、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅と間隔が決定される。   Further, the interval between the light source images formed by the light emitted from the lamp 1 in the secondary light source image 38 is determined by the lens arrangement of the fly-eye lens. Similar to the second embodiment, the widths and intervals of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, 15d of the polarization conversion members 7a, 7b are set to the same values as the intervals of the respective light source images of the secondary light source image 38. To be. Therefore, in the present embodiment, the widths and intervals of the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d are determined by the arrangement of the fly-eye lenses.

次に本実施の形態の作用を説明する。図1のランプ1を出射した白色光は、リフレクタ2で反射され略平行光となり、1組のフライアイレンズ31、34により光路が分割される。この分割された白色光は、PS偏光分離素子により、P偏光とS偏光とに分離され、さらに、P偏光はλ/2板36を通過してS偏光となって、上記PS偏光分離素子を出射したS偏光と並列にフライアイレンズ37を通過し、2次光源像38の近傍で、偏光変換部材7a、7bに入射する。このとき、前述したように、PS偏光分離変換素子35とλ/2板36とによって、この入射光はS偏光のみとなっている。従って、本実施の形態では偏光板6を必要としない。照明光が、偏光変換部材7a、7bに入射した後の作用は、第2実施の形態と同様である。   Next, the operation of this embodiment will be described. The white light emitted from the lamp 1 in FIG. 1 is reflected by the reflector 2 to become substantially parallel light, and the optical path is divided by a pair of fly-eye lenses 31 and 34. The divided white light is separated into P-polarized light and S-polarized light by the PS polarized light separating element, and further, the P polarized light passes through the λ / 2 plate 36 and becomes S-polarized light. The light passes through the fly-eye lens 37 in parallel with the emitted S-polarized light, and enters the polarization conversion members 7 a and 7 b in the vicinity of the secondary light source image 38. At this time, as described above, the incident light is only S-polarized light by the PS polarization separation / conversion element 35 and the λ / 2 plate 36. Therefore, the polarizing plate 6 is not required in this embodiment. The operation after the illumination light is incident on the polarization conversion members 7a and 7b is the same as that of the second embodiment.

本実施の形態では、第2実施の形態と同様に、ランプ1からの2次光源像38が点像となっているので、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dがこの光源の点像を横切るのに要する時間が短く、すなわち、短時間に偏光方向が回転する。これにより、青色光および緑色光において、偏光方向が回転している部分と回転していない部分とが混在する時間を短くでき、偽色の発生を有効に防止できる。   In the present embodiment, since the secondary light source image 38 from the lamp 1 is a point image as in the second embodiment, the wavelength selective polarization conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d are the light source of this light source. The time required to cross the point image is short, that is, the polarization direction rotates in a short time. Thereby, in blue light and green light, it is possible to shorten the time in which the portion where the polarization direction is rotated and the portion where the polarization direction is not rotated, and to effectively prevent generation of false colors.

以上説明したように、本実施の形態によれば、2次光源像38が形成される平面39に略一致させて、偏光変換部材7a、7bを配置したので、波長選択性偏光変換素子15a、15b、15c、15dの幅および間隔を広くしつつ偽色の発生を防止することができ、第2実施の形態と同様の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, since the polarization conversion members 7a and 7b are arranged so as to substantially coincide with the plane 39 on which the secondary light source image 38 is formed, the wavelength selective polarization conversion element 15a, Generation of false colors can be prevented while increasing the widths and intervals of 15b, 15c, and 15d, and the same effect as in the second embodiment can be obtained.

(第4実施の形態)
図8は、本発明の第4実施の形態に係る画像投影装置の模式図である。第1実施の形態において偏光板6が、S偏光のみ透過する偏光板であったのに対し、本実施の形態の偏光板6は、P偏光のみ透過する偏光板である。また、第1実施の形態のPBS8に代えて、色分離合成プリズム41を配置し、さらに、BPF10、λ/4板11a、11bを設けていない。他の構成は第1実施の形態と同様であり、以下に特に記載しない限り第1実施の形態と同様の作用をする。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram of an image projection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the first embodiment, the polarizing plate 6 is a polarizing plate that transmits only S-polarized light, whereas the polarizing plate 6 of the present embodiment is a polarizing plate that transmits only P-polarized light. Further, in place of the PBS 8 of the first embodiment, the color separation / combination prism 41 is disposed, and the BPF 10 and the λ / 4 plates 11a and 11b are not provided. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same operations as those of the first embodiment are performed unless otherwise specified.

ここで、色分離合成プリズム41は、2つの直角プリズムの斜面を接合し、その接合面にダイクロイック膜42と偏光合成膜43とを、重なり合わないようにそれぞれ設けたものである。図8に示すように、照明光の光軸の色分離合成プリズム41に対する傾きを利用して、色分離合成プリズム41内で、DMD12a、12bへの照明光はダイクロイック膜42を透過または反射し、DMD12a、12bで反射された変調光は偏光合成膜43を透過または反射するように、ダイクロイック膜42と偏光合成膜43とを配置する。ここで、ダイクロイック膜42は、赤色光を反射し、青色光と緑色光を透過する特性を有する。また。偏光合成膜43は、S偏光を反射し、P偏光を透過させる特性を有する。   Here, the color separation / combination prism 41 is formed by joining inclined surfaces of two right-angle prisms, and providing a dichroic film 42 and a polarization composition film 43 on the joint surfaces so as not to overlap each other. As shown in FIG. 8, using the inclination of the optical axis of the illumination light with respect to the color separation / combination prism 41, the illumination light to the DMDs 12a and 12b is transmitted or reflected through the dichroic film 42 in the color separation / combination prism 41, The dichroic film 42 and the polarization composition film 43 are arranged so that the modulated light reflected by the DMDs 12 a and 12 b is transmitted or reflected by the polarization composition film 43. Here, the dichroic film 42 has characteristics of reflecting red light and transmitting blue light and green light. Also. The polarization combining film 43 has a characteristic of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light.

次に本実施の形態の作用を説明する。ランプ1を出射した光は、第1実施の形態と同様にリフレクタ2で反射され、ロッドインテグレータ3、出射レンズ4、重ね合わせレンズ5を経て偏光板6に入射し、この偏光板6を透過した光はP偏光となり、偏光変換部材7aに入射する。   Next, the operation of this embodiment will be described. The light emitted from the lamp 1 is reflected by the reflector 2 in the same manner as in the first embodiment, enters the polarizing plate 6 through the rod integrator 3, the outgoing lens 4, and the overlapping lens 5, and passes through the polarizing plate 6. The light becomes P-polarized light and enters the polarization conversion member 7a.

図9は偏光変換部材7a、7bの配置と赤(R)、緑(G)、青(B)の各色光の偏光方向との関係を示す説明図である。この図9において、偏光変換部材7a、7bが図9(a)の状態の場合には、P偏光の入射白色光は、図3(a)の場合と同様に青色光のみが偏光方向を90度回転されて、この場合はS偏光となって出射し、赤色光と緑色光の出射光の偏光方向はP偏光のまま変化しない。一方、偏光変換部材7a、7bが図9(b)の状態の場合には、P偏光の入射白色光は、図3(b)の場合と同様に緑色光のみが偏光方向を90度回転されて、この場合はS偏光となって出射し、赤色光と青色光の出射光の偏光方向はP偏光のまま変化しない。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the arrangement of the polarization conversion members 7a and 7b and the polarization direction of each color light of red (R), green (G), and blue (B). In FIG. 9, when the polarization conversion members 7a and 7b are in the state shown in FIG. 9 (a), the incident white light of P-polarized light has a polarization direction of 90 as in the case of FIG. 3 (a). In this case, it is emitted as S-polarized light, and the polarization directions of the emitted light of red light and green light remain P-polarized light. On the other hand, when the polarization conversion members 7a and 7b are in the state shown in FIG. 9B, only the green light is rotated by 90 degrees in the polarization direction as in the case of FIG. In this case, the light is emitted as S-polarized light, and the polarization direction of the emitted light of red light and blue light remains P-polarized.

また、図4における画像切り替え回路18は、図9(a)の構成では青画素処理回路17bの出力信号を表示素子ドライバ21aに送信し、図9(b)の構成では緑画素処理回路17gの出力信号を表示素子ドライバ21bに送信するように制御される。   The image switching circuit 18 in FIG. 4 transmits the output signal of the blue pixel processing circuit 17b to the display element driver 21a in the configuration of FIG. 9A, and the green pixel processing circuit 17g in the configuration of FIG. 9B. The output signal is controlled to be transmitted to the display element driver 21b.

上記の偏光変換部材7a、7bが図9(a)の状態の場合、偏光変換部材7bを出射した照明光は、図8の色分離合成プリズム41に入射する。この照明光のうち、青色光と緑色光はダイクロイック膜42を透過して、フィールドレンズ9aを経てDMD12aを照明し、このDMD12aで、図4の青画素処理回路17bの出力信号によって変調されて反射されフィールドレンズ9aを経て、色分離合成プリズム41の偏光合成膜43に入射する。この偏光合成膜43において、P偏光の緑色光は透過され、S偏光の青色光のみが反射されて投影レンズ13を経て、図示しないスクリーン上に所望の画像の青色成分を投影する。また、色分離合成プリズム41に入射した照明光のうち赤色光は、ダイクロイック膜42で反射され、フィールドレンズ9bを経てDMD12bを照射し、このDMD12bで、図4の赤画素処理回路17rの出力信号によって変調されて反射され、フィールドレンズ9bを経て、色分離合成プリズム41の偏光合成膜43に入射する。この偏光合成膜43において、P偏光の赤色光は透過されて、投影レンズ13を経て図示しないスクリーン上に所望の画像の赤色成分を投影する。   When the polarization conversion members 7a and 7b are in the state shown in FIG. 9A, the illumination light emitted from the polarization conversion member 7b enters the color separation / combination prism 41 shown in FIG. Of this illumination light, blue light and green light are transmitted through the dichroic film 42 and illuminate the DMD 12a through the field lens 9a. The DMD 12a is modulated and reflected by the output signal of the blue pixel processing circuit 17b in FIG. Then, the light enters the polarization combining film 43 of the color separation / combination prism 41 through the field lens 9a. In this polarization composition film 43, the P-polarized green light is transmitted, and only the S-polarized blue light is reflected, and the blue component of the desired image is projected on the screen (not shown) through the projection lens 13. Also, red light out of the illumination light incident on the color separation / combination prism 41 is reflected by the dichroic film 42, irradiates the DMD 12b through the field lens 9b, and the output signal of the red pixel processing circuit 17r in FIG. And is incident on the polarization combining film 43 of the color separation / combination prism 41 through the field lens 9b. In this polarization composition film 43, the P-polarized red light is transmitted, and the red component of the desired image is projected on the screen (not shown) through the projection lens 13.

次に、偏光変換部材7a、7bが、図9(b)の状態の場合には、偏光変換部材7bを出射した照明光は、青色光がP偏光となり、緑色光がS偏光となる。この場合は、上述の図9(a)の状態の場合において、青色光と緑色光とが入れ替わったものと同様の動作をする。したがって、この場合は図示しないスクリーン上に所望の画像の緑色成分と赤い色成分とを投影する。   Next, when the polarization conversion members 7a and 7b are in the state shown in FIG. 9B, in the illumination light emitted from the polarization conversion member 7b, blue light becomes P-polarized light and green light becomes S-polarized light. In this case, in the state of FIG. 9A described above, the same operation as that in which the blue light and the green light are switched is performed. Therefore, in this case, a green component and a red color component of a desired image are projected on a screen (not shown).

そして、偏光変換部材7a、7bのこの図9(a)の配置と図9(b)の配置は、第1実施の形態と同様に、図4におけるコントローラ16の制御の元で、高速に切り替えられるので、赤と青および赤と緑の2つの色光による図示しないスクリーンへの画像投影が、高速で切り替えられ、視覚的には赤、緑、青の3原色を合成した所望の投影画像が得られる。   9A and 9B of the polarization conversion members 7a and 7b are switched at high speed under the control of the controller 16 in FIG. 4 as in the first embodiment. Therefore, the image projection onto a screen (not shown) using two color lights of red and blue and red and green can be switched at high speed, and a desired projection image obtained by visually combining the three primary colors of red, green and blue is obtained. It is done.

以上説明したように、本実施の形態では、色分離合成プリズム41を設けて照明光の色分離および変調光の色合成を行うようにしたので、BPF10、λ/4板11a、11bを使用しないより単純な構成で、第1実施の形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, since the color separation / combination prism 41 is provided to perform color separation of illumination light and color synthesis of modulated light, the BPF 10 and the λ / 4 plates 11a and 11b are not used. With a simpler configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、反射型画像表示素子としては、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)を用いたが、他の反射型画像表示素子、例えば反射型の液晶素子を使用しても良い。   In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, a digital micromirror device (DMD) is used as the reflective image display element, but other reflective image display elements, such as a reflective liquid crystal element, may be used.

また、上述の各実施例では、偏光変換部材7a、7bのうち、出射側に位置する偏光変換部材7bのみを駆動させるようにしたが、入射側の偏光変換部材7aのみを駆動させても良い。あるいは、偏光変換部材7a、7bの双方を駆動させて、相対的に所望の平行移動量が得られるようにしても良い。   Further, in each of the above-described embodiments, only the polarization conversion member 7b positioned on the output side among the polarization conversion members 7a and 7b is driven. However, only the polarization conversion member 7a on the incident side may be driven. . Alternatively, both of the polarization conversion members 7a and 7b may be driven to obtain a relatively desired amount of parallel movement.

さらに、偏光変換部材は、青色光と緑色光の偏光方向を回転させるものとしたが、青色光と赤色光または緑色光と赤色光の偏光方向を回転させるものとしても良い。この場合、使用される色光の組み合わせに応じて、例えば第1実施の形態では、バンドパスフィルタ10の特性や、コントローラ16の画像切り替え回路18の接続を変更することが必要である。   Further, although the polarization conversion member rotates the polarization direction of blue light and green light, the polarization conversion member may rotate the polarization direction of blue light and red light or green light and red light. In this case, in the first embodiment, for example, in the first embodiment, it is necessary to change the characteristics of the bandpass filter 10 and the connection of the image switching circuit 18 of the controller 16 according to the combination of the color lights used.

光源は、キセノンランプなどの白色光源としたが、高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの他の白色ランプでも良く、また、白色LEDや白色レーザーを使用しても良い。   The light source is a white light source such as a xenon lamp, but another white lamp such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp may be used, and a white LED or white laser may be used.

本発明の第1実施の形態に係る画像投影装置の模式図である。1 is a schematic diagram of an image projection apparatus according to a first embodiment of the present invention. 偏光変換部材の斜視図である。It is a perspective view of a polarization conversion member. 偏光変換部材の配置とR、G、Bの各色光の偏光方向との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between arrangement | positioning of a polarization conversion member, and the polarization direction of each color light of R, G, B. 画像投影装置の制御系の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the control system of an image projector. 本発明の第2実施の形態に係る光学系の説明図である。It is explanatory drawing of the optical system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 偏光変換部材の配置と波長選択性偏光変換素子の幅および間隔を説明ずる図である。It is a figure explaining arrangement | positioning of a polarization conversion member, and the width | variety and space | interval of a wavelength selective polarization conversion element. 本発明の第3実施の形態に係る光学系の説明図である。It is explanatory drawing of the optical system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施の形態に係る画像投影装置の模式図である。It is a schematic diagram of the image projector which concerns on 4th Embodiment of this invention. 偏光変換部材の配置とR、G、Bの各色光の偏光方向との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between arrangement | positioning of a polarization conversion member, and the polarization direction of each color light of R, G, B. 従来の画像投影装置の模式図である。It is a schematic diagram of the conventional image projector. 従来の画像投影装置に用いられるカラーホイールの説明図である。It is explanatory drawing of the color wheel used for the conventional image projector. 従来の画像投影装置に用いられる偏向制御素子の機能の説明図である。It is explanatory drawing of the function of the deflection | deviation control element used for the conventional image projector. 従来の画像投影装置に用いられる偏向制御素子を透過した各色光の光路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical path of each color light which permeate | transmitted the deflection | deviation control element used for the conventional image projector. 平行光路上にカラーホイールを配置した画像投影装置の模式図である。It is a schematic diagram of the image projector which has arrange | positioned the color wheel on a parallel optical path.

符号の説明Explanation of symbols

1 ランプ
2 リフレクタ
3 ロッドインテグレータ
4 出射レンズ
5 重ね合わせレンズ
6 偏光板
7a、7b 偏光変換部材
8 偏光ビームスプリッタ(PBS)
9a フィールドレンズ
9b フィールドレンズ
10 バンドパスフィルタ(BPF)
11a、11b λ/4板
12a、12b デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)
13 投影レンズ
14a、14b 透明基板
15a、15b、15c、15d 波長選択性偏光変換素子
16 コントローラ
17r 赤画素処理回路
17g 青画素処理回路
17b 緑画素処理回路
18 画像切り替え回路
19 駆動用ドライバ
20 アクチュエータ
21a、21b 表示素子ドライバ
22 1次光源像
23 平面
24 2次光源像
25 平面
31 フライアイレンズ
32 1次光源像
33 平面
34 フライアイレンズ
35 PS偏光分離変換素子
36 λ/2板
37 フライアイレンズ
38 2次光源像
39 平面
41 色分離合成プリズム
42 ダイクロイック膜
43 偏光合成膜
101 光源
102 楕円鏡
103 カラーホイール
103a シアンの光を透過させる領域
103b マゼンダの光を透過させる領域
104 ガラスロッド
105 照明レンズ
106 フィールドレンズ
107 偏光板
108 偏光制御素子
109 偏光ビームスプリッタ(PBS)
110−1、110−2、110−3 反射型液晶表示素子
112 偏光制御素子
113 偏光板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lamp 2 Reflector 3 Rod integrator 4 Outgoing lens 5 Superposition lens 6 Polarizing plate 7a, 7b Polarization conversion member 8 Polarizing beam splitter (PBS)
9a Field lens 9b Field lens 10 Band pass filter (BPF)
11a, 11b λ / 4 plate 12a, 12b Digital micromirror device (DMD)
13 Projection lens 14a, 14b Transparent substrate 15a, 15b, 15c, 15d Wavelength selective polarization conversion element 16 Controller 17r Red pixel processing circuit 17g Blue pixel processing circuit 17b Green pixel processing circuit 18 Image switching circuit 19 Drive driver 20 Actuator 21a, 21b Display element driver 22 Primary light source image 23 Plane 24 Secondary light source image 25 Plane 31 Fly eye lens 32 Primary light source image 33 Plane 34 Fly eye lens 35 PS polarization separation conversion element 36 λ / 2 plate 37 Fly eye lens 38 2 Next light source image 39 Plane 41 Color separation / combination prism 42 Dichroic film 43 Polarization composition film 101 Light source 102 Ellipsoidal mirror 103 Color wheel 103a Area for transmitting cyan light 103b Area for transmitting magenta light 104 Glass rod 1 5 the illumination lens 106 field lens 107 polarizing plate 108 polarization control element 109 a polarization beam splitter (PBS)
110-1, 110-2, 110-3 Reflective liquid crystal display element 112 Polarization control element 113 Polarizing plate

Claims (5)

第1の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる所定の幅及び該所定の幅と略等しい所定の間隔を有する第1の波長選択性偏光変換素子、および、第2の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる前記所定の幅と前記所定の間隔を有する第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て交互に配置した第1の偏光変換部材と、
該第1の偏光変換部材と対向して配置され、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する前記第1の波長選択性偏光変換素子、および、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する前記第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て同一位置に配置した第2の偏光変換部材とを備え、
前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材との相対位置を、前記所定の幅だけずらすように、前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材とを相対的に往復移動させることにより、前記第1の波長を有する光の偏光方向および前記第2の波長を有する光の偏光方向を直交させて、順次90度回転させるように構成したことを特徴とする偏光変換装置。
A first wavelength-selective polarization conversion element having a predetermined width for rotating the polarization direction of light having the first wavelength by 90 degrees, a predetermined interval substantially equal to the predetermined width, and light having the second wavelength First polarization conversion members in which the second wavelength-selective polarization conversion elements having the predetermined width and the predetermined interval for rotating the polarization direction are alternately arranged as viewed in the optical axis direction;
The first wavelength-selective polarization conversion element that is disposed to face the first polarization conversion member and has the predetermined width and the predetermined interval, and the predetermined width and the predetermined interval A second polarization conversion member disposed at the same position when viewed in the optical axis direction, the second wavelength selective polarization conversion element,
The first polarization conversion member and the second polarization conversion member are relatively moved such that the relative position between the first polarization conversion member and the second polarization conversion member is shifted by the predetermined width. Polarization conversion characterized in that the polarization direction of light having the first wavelength and the polarization direction of light having the second wavelength are orthogonally crossed and rotated sequentially by 90 degrees by reciprocating. apparatus.
第1の波長を有する光、第2の波長を有する光および第3の波長を有する光を含む照明光を射出する光源と、該光源からの照明光を画像信号に基づいて変調して反射させる2つの反射型表示素子と、前記光源からの照明光を分離して前記2つの反射型表示素子に入射させるとともに、前記2つの反射型表示素子で変調された変調光を合成する光分離合成手段とを有し、前記光分離合成手段で合成された変調光を投影するようにした画像投影装置において、
前記光源と前記光分離合成手段との間に設けられ、前記第1の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる所定の幅及び該所定の幅と略等しい所定の間隔を有する第1の波長選択性偏光変換素子、および、前記第2の波長を有する光の偏光方向を90度回転させる前記所定の幅と前記所定の間隔を有する第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て交互に配置した第1の偏光変換部材と、該第1の偏光変換部材と対向して配置され、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する前記第1の波長選択性偏光変換素子、および、前記所定の幅と前記所定の間隔を有する第2の波長選択性偏光変換素子を、光軸方向に見て同一位置に配置した第2の偏光変換部材とを備える偏光変換装置と、
前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材との相対位置を、前記所定の幅だけずらすように、前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材とを相対的に往復移動させて、前記第1の波長を有する光の偏光方向および前記第2の波長を有する光の偏光方向を直交させて、順次90度回転させる駆動手段と、
前記光分離合成手段と前記2つの反射型表示素子のいずれか一方との間に設けられた、前記第3の波長を有する光のみを透過させるフィルタとを有し、
前記駆動手段による前記第1の偏光変換部材と前記第2の偏光変換部材との相対的往復移動に同期して、前記光分離合成手段により、前記2つの反射型表示素子の一方には、前記フィルタを介して前記第3の波長を有する光を入射させ、前記2つの反射型表示素子の他方には、前記第1の波長を有する光または前記第2の波長を有する光を選択的に入射させて、前記第1の波長を有する光の変調光と前記第3の波長を有する光の変調光、または、前記第2の波長を有する光の変調光と前記第3の波長を有する光の変調光とを合成して投影するよう構成したこと
を特徴とする画像投影装置。
A light source that emits illumination light including light having a first wavelength, light having a second wavelength, and light having a third wavelength, and the illumination light from the light source is modulated and reflected based on an image signal Two reflective display elements and light separating / synthesizing means for separating the illumination light from the light source and making it incident on the two reflective display elements and combining the modulated light modulated by the two reflective display elements And projecting the modulated light synthesized by the light separating and synthesizing means,
A first width is provided between the light source and the light separating and combining unit, and has a predetermined width for rotating the polarization direction of the light having the first wavelength by 90 degrees and a predetermined interval substantially equal to the predetermined width. A wavelength-selective polarization conversion element, and a second wavelength-selective polarization conversion element having the predetermined width and the predetermined interval for rotating the polarization direction of the light having the second wavelength by 90 degrees. And the first wavelength-selective polarization conversion element disposed opposite to the first polarization conversion member and having the predetermined width and the predetermined interval. And a polarization conversion device comprising: a second polarization conversion member having the second wavelength-selective polarization conversion element having the predetermined width and the predetermined interval arranged at the same position when viewed in the optical axis direction;
The first polarization conversion member and the second polarization conversion member are relatively moved such that the relative position between the first polarization conversion member and the second polarization conversion member is shifted by the predetermined width. Driving means for reciprocally moving the optical axis so that the polarization direction of the light having the first wavelength and the polarization direction of the light having the second wavelength are orthogonal to each other, and sequentially rotating by 90 degrees;
A filter provided between the light separating / combining means and one of the two reflective display elements and transmitting only light having the third wavelength;
In synchronism with the relative reciprocation of the first polarization conversion member and the second polarization conversion member by the driving unit, the light separation / combination unit causes the one of the two reflective display elements to Light having the third wavelength is incident through a filter, and light having the first wavelength or light having the second wavelength is selectively incident on the other of the two reflective display elements. The modulated light of the light having the first wavelength and the modulated light of the light having the third wavelength, or the modulated light of the light having the second wavelength and the light having the third wavelength. An image projecting apparatus configured to synthesize and project modulated light.
前記光源と前記光分離合成手段との間に、前記光源から入射した光束を内側面で反射させて出射させる角柱状のロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータを出射した光束により同一の平面上に複数の光源像を形成するように配置したレンズ系とをさらに備え、前記第1の偏光変換部材および前記第2の偏光変換部材を、前記複数の光源像を含む前記平面の近傍に配置したことを特徴とする請求項2に記載の画像投影装置。   Between the light source and the light separating and synthesizing means, a prismatic rod integrator that reflects and emits a light beam incident from the light source on an inner surface, and a plurality of light beams emitted from the rod integrator on the same plane. And a lens system arranged so as to form a light source image, wherein the first polarization conversion member and the second polarization conversion member are arranged in the vicinity of the plane including the plurality of light source images. The image projection apparatus according to claim 2. 前記光源と前記光分離合成手段との間に、前記光源から入射した光束を複数の光束に分割するフライアイレンズと、前記フライアイレンズを出射した前記複数の光束の偏光方向を揃える偏光変換手段と、前記偏光変換手段で変換された前記複数の光束が、同一平面上に複数の光源像を結像するように配置したレンズ系とをさらに備え、前記第1の偏光変換部材および前記第2の偏光変換部材を、前記複数の光源像を含む前記平面の近傍に配置したことを特徴とする請求項2に記載の画像投影装置。   A fly-eye lens that divides a light beam incident from the light source into a plurality of light beams between the light source and the light separation / combination unit, and a polarization conversion unit that aligns the polarization directions of the plurality of light beams emitted from the fly-eye lens. And a lens system arranged such that the plurality of light beams converted by the polarization conversion means form a plurality of light source images on the same plane, and the first polarization conversion member and the second The image projection apparatus according to claim 2, wherein the polarization conversion member is arranged in the vicinity of the plane including the plurality of light source images. 前記光分離合成手段と前記2つの反射型表示素子のそれぞれとの間に配置した2つの四分の一波長板を備え、前記光分離合成手段は偏光ビームスプリッタであり、前記2つの反射型表示素子は、ミラーアレイにより構成され、該ミラーアレイのミラーを傾けることにより画像を表示する反射型表示素子であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の画像投影装置。   Two quarter-wave plates disposed between the light separating / combining means and each of the two reflective display elements, wherein the light separating / combining means is a polarization beam splitter, and the two reflective displays 5. The image projection apparatus according to claim 2, wherein the element is a mirror array, and is a reflective display element that displays an image by tilting a mirror of the mirror array.
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