JP2010128239A - Separation/synthesis optical system and multi-plate type projector using the same - Google Patents

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和司 百村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separation/synthesis optical system which suppresses the influence of chromatic aberration generated in a lighting optical system with a simple optical constitution or to provide a projector using the separation/synthesis optical system, regarding the technology of the separation/synthesis optical system used for a multi-plate type projector. <P>SOLUTION: A synthesis surface 21b of the separation/synthesis optical system (a separation/synthesis prism 18) is constituted at a position where optical path lengths to each of optical modulation devices (an optical modulation device 24 and an optical modulation device 25) from the synthesis surface 21b are equal. Further, a separation surface 21a is constituted as a plane different from the synthesis surface 21b at a position where optical path lengths to each of the optical modulation devices (optical modulation device 24 and optical modulation device 25) from the separation surface 21a are different from each other and satisfy desired lengths. In this way, the influence of the chromatic aberration generated in a lighting optical system 12 can be suppressed with a simple optical constitution. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、多板式の投影装置の技術に関し、特に、多板式の投影装置に用いられる分離合成光学系の技術に関する。   The present invention relates to a technique for a multi-plate projection apparatus, and more particularly to a technique for a separation / synthesis optical system used in a multi-plate projection apparatus.

投影装置は、マイクロミラーデバイスなどの光変調素子の数により単板式の投影装置と多板式の投影装置に大別できる。単板式の投影装置は、ただ一つの光変調素子を用い時間的に投影光の波長を変化させてカラー画像を表示する投影装置である。一方、多板式の投影装置は、複数の光変調素子を用いて各光変調素子がそれぞれ異なる波長の照明光を変調しそれらを合成することでカラー画像を表示する投影装置である。   Projectors can be broadly classified into single-plate projectors and multi-plate projectors depending on the number of light modulation elements such as micromirror devices. A single-plate projection apparatus is a projection apparatus that displays a color image by changing the wavelength of projection light with time using only one light modulation element. On the other hand, a multi-plate projection apparatus is a projection apparatus that displays a color image by using a plurality of light modulation elements and each light modulation element modulates illumination light having a different wavelength and combines them.

多板式の投影装置では、光を色(波長、実際には一定の幅がある波長域)毎に分離した上で複数の光変調素子を照明する。この時、照明される複数の光変調素子は等しい条件で照明されることが望ましい。しかし、各々の光変調素子を照明する異なる色(波長)の光は、色収差により色毎に像位置までの光路長が変化するため、各々の光変調素子の照明条件に違いを生じさせてしまう。このため、多板式の投影装置では、光変調素子を照明する照明光学系で生じる色収差の影響を抑制する技術が求められている。   In a multi-plate projection apparatus, light is separated for each color (wavelength, actually a wavelength range having a certain width), and then a plurality of light modulation elements are illuminated. At this time, it is desirable that the plurality of light modulation elements to be illuminated are illuminated under equal conditions. However, the light of different colors (wavelengths) that illuminates each light modulation element changes the optical path length to the image position for each color due to chromatic aberration, and thus causes a difference in the illumination conditions of each light modulation element. . For this reason, a technique for suppressing the influence of chromatic aberration generated in an illumination optical system that illuminates a light modulation element is required for a multi-plate projection apparatus.

このような色収差の影響を抑制する方法としては、従来からさまざまな方法が提案されている。例えば、屈折率や色分散の異なる複数のレンズからなる接合レンズ(例えば、凸レンズと凹レンズからなるダブレットなど)等を用いて色収差を補正する方法などがある。   Various methods have been proposed as methods for suppressing the influence of such chromatic aberration. For example, there is a method of correcting chromatic aberration using a cemented lens (for example, a doublet composed of a convex lens and a concave lens) formed of a plurality of lenses having different refractive indexes and chromatic dispersions.

しかしながら、照明光学系は、光源近傍に配置され、高温にさらされることから熱的な制約が厳しい環境となっている。このような環境では、接着剤などを用いて接合される接合レンズなどの複雑な光学系は、接合面が痛んでしまうなどの課題が生じるため利用することが難しい。また、一般に照明光学系に対するコスト抑制の要求は他の光学系と比較しても高く、コスト面を考慮しても上記のような複雑な光学構成による色収差の補正は難しい。   However, the illumination optical system is disposed in the vicinity of the light source and is exposed to high temperatures, so that thermal restrictions are severe. In such an environment, it is difficult to use a complicated optical system such as a cemented lens that is cemented using an adhesive or the like because a problem such as a pain on the cemented surface occurs. In general, the demand for cost reduction for the illumination optical system is higher than that of other optical systems, and it is difficult to correct chromatic aberration with the above-described complicated optical configuration even in consideration of cost.

さらに、多板式投影装置で分離合成プリズムを用いる場合、一般にプリズム内の光路が長くなる。色収差は光路長が長いほど大きくなるため、分離合成プリズムを用いる多板式投影装置では、色収差の影響はさらに顕著となる。   Furthermore, when a separation / combination prism is used in a multi-plate projector, the optical path in the prism is generally longer. Since the chromatic aberration becomes larger as the optical path length becomes longer, the influence of the chromatic aberration becomes more conspicuous in the multi-plate projection apparatus using the separation / combination prism.

以上の実情を踏まえ、本発明では、単純な光学構成の照明光学系で生じる色収差の影響を抑制する分離合成光学系、または、それを用いた投影装置を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a separation / synthesis optical system that suppresses the influence of chromatic aberration generated in an illumination optical system having a simple optical configuration, or a projection apparatus using the same.

本発明の第1の態様は、複数の光変調素子と、照明光学系から射出された照明光を複数の光変調素子の各々に向けて分離する分離面及び複数の光変調素子の各々からの変調光を合成する合成面を含む分離合成手段と、複数の光変調素子の各々と分離合成手段との間に、それぞれ配置されるフィールドレンズと、を含み、分離面は、合成面と異なる平面である分離合成光学系を提供する。   According to a first aspect of the present invention, a plurality of light modulation elements, a separation surface that separates illumination light emitted from the illumination optical system toward each of the plurality of light modulation elements, and each of the plurality of light modulation elements A separating / synthesizing unit including a combining surface for combining the modulated light; and a field lens disposed between each of the plurality of light modulation elements and the separating / synthesizing unit. The separating surface is a plane different from the combining surface. A separation / synthesis optical system is provided.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の分離合成光学系において、複数の光変調素子の各々と合成面との間の光路長はそれぞれ等しく、複数の光変調素子の各々と分離面との間の光路長はそれぞれ異なる分離合成光学系を提供する。   According to a second aspect of the present invention, in the separation / synthesis optical system according to the first aspect, the optical path lengths between each of the plurality of light modulation elements and the combination surface are equal to each other, and The optical path lengths between the separation surfaces provide different separation / combination optical systems.

本発明の第3の態様は、第1または第2の態様に記載の分離合成光学系において、分離面は、照明光学系で生じた色収差の影響が光変調素子の各々で抑制される位置に配置される分離合成光学系を提供する。   According to a third aspect of the present invention, in the separation / synthesis optical system according to the first or second aspect, the separation surface is located at a position where the influence of chromatic aberration generated in the illumination optical system is suppressed by each of the light modulation elements. A separation / synthesis optical system is provided.

本発明の第4の態様は、第1乃至第3の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、複数の光変調素子の各々は、照明光が分離面で分離されることにより生じるそれぞれ異なる波長を有する光で照明され、分離面から光変調素子の各々までの光路長は、光変調素子に入射する光の波長が長いほど、長い分離合成光学系を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, in the separation / combination optical system according to any one of the first to third aspects, each of the plurality of light modulation elements is generated when the illumination light is separated on the separation surface. The optical path length from the separation surface to each of the light modulation elements that are illuminated with light having different wavelengths provides a longer separation / synthesis optical system as the wavelength of the light incident on the light modulation element is longer.

本発明の第5の態様は、第1乃至第4の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離合成手段は、分離面上の照明光が入射する領域に第1のダイクロイック膜を、合成面上の変調光が入射する領域に第2のダイクロイック膜を含む分離合成光学系を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, in the separation / synthesis optical system according to any one of the first to fourth aspects, the separation / synthesis unit includes the first dichroic film in a region where the illumination light is incident on the separation surface. A separation / synthesis optical system including a second dichroic film in a region where the modulated light is incident on the synthesis surface is provided.

本発明の第6の態様は、第5の態様に記載の分離合成光学系において、第1のダイクロイック膜及び第2のダイクロイック膜は、それぞれの入射光の入射角に最適化されたダイクロイック膜である分離合成光学系を提供する。   According to a sixth aspect of the present invention, in the separation / synthesis optical system according to the fifth aspect, the first dichroic film and the second dichroic film are dichroic films optimized for the incident angle of each incident light. A separation / synthesis optical system is provided.

本発明の第7の態様は、第1乃至第6の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、照明光学系の瞳位置は、分離面近傍にあり、変調光を投影する投影光学系の瞳位置は、合成面近傍にある分離合成光学系を提供する。   According to a seventh aspect of the present invention, in the separation / synthesis optical system according to any one of the first to sixth aspects, the pupil position of the illumination optical system is in the vicinity of the separation surface, and the projection optical system projects the modulated light. Provides a separation / synthesis optical system in the vicinity of the synthesis surface.

本発明の第8の態様は、第1乃至第7の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離合成光学系は、光変調素子とフィールドレンズとの間で主光線が平行な物体側テレセントリック光学系であり、分離面及び合成面は、フィールドレンズの焦点位置近傍にある分離合成光学系を提供する。   According to an eighth aspect of the present invention, in the separation / combination optical system according to any one of the first to seventh aspects, the separation / combination optical system is an object whose principal ray is parallel between the light modulation element and the field lens. This is a side telecentric optical system, and the separation surface and the synthesis surface provide a separation / synthesis optical system in the vicinity of the focal position of the field lens.

本発明の第9の態様は、第1乃至第8の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離面に入射し分離される光束と合成面に入射し合成される光束は、分離面及び合成面の近傍で互いに交わらない分離合成光学系を提供する。   According to a ninth aspect of the present invention, in the separation / synthesis optical system according to any one of the first to eighth aspects, a light beam incident on the separation surface and separated and a light beam incident on the synthesis surface and synthesized are separated. Provided is a separation / synthesis optical system that does not cross each other in the vicinity of a surface and a synthesis surface.

本発明の第10の態様は、第1乃至第9の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離面は、合成面と平行な平面である分離合成光学系を提供する。
本発明の第11の態様は、第1乃至第10の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、複数の光変調素子は、赤色の波長を有する光で照明される第1の光変調素子と、緑色及び青色の波長を有する光で照明される第2の光変調素子とからなり、第1の光変調素子と分離面との間の第1の光路長は、第2の光変調素子と分離面との間の第2の光路長より長い分離合成光学系を提供する。
A tenth aspect of the present invention provides the separation / synthesis optical system according to any one of the first to ninth aspects, wherein the separation surface is a plane parallel to the synthesis surface.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the separation / synthesis optical system according to any one of the first to tenth aspects, the plurality of light modulation elements are illuminated with light having a red wavelength. And a second light modulation element illuminated with light having green and blue wavelengths, and the first optical path length between the first light modulation element and the separation surface is the second light modulation. Provided is a separation / synthesis optical system longer than a second optical path length between an element and a separation surface.

本発明の第12の態様は、第1乃至第11の態様のいずれかに記載の分離合成光学系を含む投影装置を提供する。   A twelfth aspect of the present invention provides a projection apparatus including the separation / synthesis optical system according to any one of the first to eleventh aspects.

本発明によれば、単純な光学構成の照明光学系で生じる色収差の影響を抑制する分離合成光学系、または、それを用いた投影装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a separation / synthesis optical system that suppresses the influence of chromatic aberration generated in an illumination optical system having a simple optical configuration, or a projection apparatus using the same.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る多板式の投影装置の構成を例示する図である。投影装置100は、光源10、反射板11と、照明光学系12と、偏光変換光学系13と、波長選択偏光変換手段14と、集光レンズ15と、2つのミラー(ミラー16、ミラー17)と、分離合成プリズム18と、2つの光変調素子(光変調素子24、光変調素子25)と、2つのフィールドレンズ(フィールドレンズ26、フィールドレンズ27)と、偏光板28と、投影光学系29と、波長選択偏光変換手段14及び2つの光変調素子を制御する不図示の制御回路と、を含んで構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a multi-plate projection apparatus according to an embodiment of the invention. The projection device 100 includes a light source 10, a reflector 11, an illumination optical system 12, a polarization conversion optical system 13, a wavelength selective polarization conversion unit 14, a condenser lens 15, and two mirrors (mirror 16 and mirror 17). The separation / combination prism 18, two light modulation elements (light modulation element 24, light modulation element 25), two field lenses (field lens 26, field lens 27), polarizing plate 28, and projection optical system 29. And a wavelength selection polarization conversion means 14 and a control circuit (not shown) for controlling the two light modulation elements.

分離合成プリズム18は、形状の異なる2つのプリズム(プリズム19、プリズム20)とそれらに挟まれた平行平板21から構成されている。なお、プリズム19、プリズム20及び平行平板21は略同一の屈折率を有し、プリズム19、平行平板21、プリズム20の境界で透過光はほとんど屈折しない。   The separation / combination prism 18 includes two prisms (prisms 19 and 20) having different shapes and a parallel plate 21 sandwiched between them. The prism 19, the prism 20, and the parallel plate 21 have substantially the same refractive index, and transmitted light hardly refracts at the boundary between the prism 19, the parallel plate 21, and the prism 20.

平行平板21のプリズム20と接する面(分離面21a)には分離用のダイクロイック膜22が配置され、プリズム19と接する面(合成面21b)には合成用のダイクロイック膜23が配置されている。分離用のダイクロイック膜22及び合成用のダイクロイック膜23はいずれも赤色の波長の光(以降、R光と記す。)を反射し、青色及び緑色の波長の光(以降、それぞれ、B光、G光と記す。)を透過する特性を有している。つまり、分離合成プリズム18は、入射光のうちR光を光変調素子24へ向けて、B光及びG光を光変調素子25へ向けて分離するとともに、光変調素子24及び光変調素子25からの変調光を合成する分離合成手段として機能する。   A separation dichroic film 22 is disposed on the surface (separation surface 21 a) of the parallel plate 21 that contacts the prism 20, and a synthesis dichroic film 23 is disposed on the surface (combination surface 21 b) that contacts the prism 19. The separation dichroic film 22 and the synthesis dichroic film 23 both reflect light having a red wavelength (hereinafter referred to as R light), and light having blue and green wavelengths (hereinafter referred to as B light and G light respectively). It has a characteristic of transmitting light. That is, the separation / combination prism 18 separates the R light of the incident light toward the light modulation element 24, and separates the B light and the G light toward the light modulation element 25, and from the light modulation element 24 and the light modulation element 25. It functions as a separating and synthesizing means for synthesizing the modulated light.

なお、合成面21bは、光変調素子24及び光変調素子25の各々からダイクロイック膜23(合成面21b)までの光路長が等しくなる位置に形成されている。一方、分離面21aは、ダイクロイック膜22(分離面21a)から光変調素子24までの光路長がダイクロイック膜22(分離面21a)から光変調素子25までの光路長より長くなる位置に形成されている。より具体的には、分離面21aは合成面21bに対して照明光3の光軸の正方向に所定の距離だけずらした位置に形成されている。これにより、ダイクロイック膜22(分離面21a)から光変調素子24までの光路長は、ダイクロイック膜22が合成面21b上に形成される場合に比べて上記所定の距離だけ長くなり、反対にダイクロイック膜22(分離面21a)から光変調素子25までの光路長は、上記所定の距離だけ短くなる。   The synthesis surface 21b is formed at a position where the optical path lengths from the light modulation element 24 and the light modulation element 25 to the dichroic film 23 (synthesis surface 21b) are equal. On the other hand, the separation surface 21 a is formed at a position where the optical path length from the dichroic film 22 (separation surface 21 a) to the light modulation element 24 is longer than the optical path length from the dichroic film 22 (separation surface 21 a) to the light modulation element 25. Yes. More specifically, the separation surface 21a is formed at a position shifted by a predetermined distance in the positive direction of the optical axis of the illumination light 3 with respect to the synthesis surface 21b. As a result, the optical path length from the dichroic film 22 (separation surface 21a) to the light modulation element 24 becomes longer by the predetermined distance than the case where the dichroic film 22 is formed on the composite surface 21b. The optical path length from 22 (separation surface 21a) to the light modulation element 25 is shortened by the predetermined distance.

このように、分離面21aと合成面21bを異なる平面とする構成の主要な目的は、照明光学系によって生じた色収差の影響の抑制にある。以降、分離面21aと合成面21bを異なる平面として形成することにより、色収差の影響を抑制することができる理由について説明する。   Thus, the main purpose of the configuration in which the separating surface 21a and the combining surface 21b are different planes is to suppress the influence of chromatic aberration caused by the illumination optical system. Hereinafter, the reason why the influence of chromatic aberration can be suppressed by forming the separation surface 21a and the synthesis surface 21b as different planes will be described.

図2は、本実施形態に係る投影装置で用いられる色収差の影響を抑制する方法を説明するための図である。まず、図2を参照しながら色収差について簡単に説明する。光源30から射出された複数の色(波長)を含む光は、光学系31のレンズ作用により屈折し望ましくは1つの集光位置(像位置)に集光される。しかし、実際には光学系31を構成するレンズ部材は、色(波長)によって異なる屈折率を有しているため、色毎に集光位置(像位置)が異なってしまう。具体的には、レンズ部材の屈折率は、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)の順に大きい値(Bに対する屈折率>Gに対する屈折率>Rに対する屈折率)を示す。このため、光学系31で屈折された光のうち、R光31rが最も光学系31から離れた集光面32上に集光し、G光31gが次に光学系31から離れた集光面33上に集光し、B光31bが光学系31から最も近い集光面34上に集光する。つまり、色毎に
集光位置までの光路長が異なっている。このように、色毎に集光位置(像位置)や集光位置までの光路長が異なる現象を色収差という。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for suppressing the influence of chromatic aberration used in the projection apparatus according to the present embodiment. First, chromatic aberration will be briefly described with reference to FIG. The light including a plurality of colors (wavelengths) emitted from the light source 30 is refracted by the lens action of the optical system 31 and is preferably condensed at one condensing position (image position). However, in actuality, the lens member constituting the optical system 31 has a different refractive index depending on the color (wavelength), and therefore the condensing position (image position) differs for each color. Specifically, the refractive index of the lens member shows a larger value in the order of blue (B), green (G), and red (R) (refractive index for B> refractive index for G> refractive index for R). For this reason, among the light refracted by the optical system 31, the R light 31 r is condensed on the condensing surface 32 farthest from the optical system 31, and the G light 31 g is then condensed from the optical system 31. The B light 31 b is condensed on the condensing surface 34 closest to the optical system 31. That is, the optical path length to the condensing position is different for each color. As described above, a phenomenon in which the condensing position (image position) and the optical path length to the condensing position are different for each color is called chromatic aberration.

ところで、光変調素子を用いた投影装置では、光変調素子の変調面(例えば、光変調素子がマイクロミラーデバイスであればミラー平面)と集光位置(像位置)が一致していることが望ましい。光学系31の構成により色収差を補正する方法(つまり、各色光の集光位置を1つの変調面に近づける方法)を用いることで、各色光の集光位置と変調面とのずれを小さくすることができる。それによって色収差の影響は抑制される。しかし、投影装置における光学系31は、例えば、図1に例示される投影装置100の照明光学系12に対応するものであり、上述した理由から複雑な構成の光学系を採用できないため、光学系の構成による色収差の補正は困難である。   By the way, in a projection apparatus using a light modulation element, it is desirable that the modulation surface of the light modulation element (for example, a mirror plane if the light modulation element is a micromirror device) and the light collection position (image position) are the same. . By using a method of correcting chromatic aberration by the configuration of the optical system 31 (that is, a method of bringing the condensing position of each color light closer to one modulation surface), the deviation between the condensing position of each color light and the modulation surface is reduced. Can do. Thereby, the influence of chromatic aberration is suppressed. However, the optical system 31 in the projection apparatus corresponds to, for example, the illumination optical system 12 of the projection apparatus 100 illustrated in FIG. 1, and an optical system having a complicated configuration cannot be employed for the reason described above. It is difficult to correct chromatic aberration with the above configuration.

そこで、本実施形態では、多板式の投影装置の場合、光変調素子毎に光源から変調面までの光路長が調整可能で、それぞれ異なる光路長とすることができることに着目する。各光変調素子の変調面が当該変調面へ入射する各色(波長)の集光位置(像位置)からのずれをできる限り小さくできる位置に位置するように投影装置を構成する。例えば、図2で例示されるように、R光31rのみが入射する光変調素子35の変調面は集光面32上に、G光31g及びB光31bが入射する光変調素子36の変調面は集光面33と集光面34の間の面37上に、位置するように構成する。このように構成した場合、R光31r、G光31g、B光31bのそれぞれで集光位置と変調面とのずれは0、距離38、距離39となり、全体的に小さくすることができる。これにより、変調面の位置を1つのみとした場合に比べて色収差の影響を抑えることができる。なお、図2に例示される光路長40、光路長41は、それぞれ光源30から光変調素子35までの光路長、光源30から光変調素子36までの光路長を示し、各光変調素子までの光路長が異なることを示している。   Therefore, in the present embodiment, attention is paid to the fact that in the case of a multi-plate projection device, the optical path length from the light source to the modulation surface can be adjusted for each light modulation element, and different optical path lengths can be obtained. The projection apparatus is configured such that the modulation surface of each light modulation element is located at a position where the deviation of each color (wavelength) incident on the modulation surface from the light collection position (image position) can be minimized. For example, as illustrated in FIG. 2, the modulation surface of the light modulation element 35 on which only the R light 31r is incident is the modulation surface of the light modulation element 36 on which the G light 31g and the B light 31b are incident on the light collection surface 32. Is configured to be positioned on a surface 37 between the light collecting surface 33 and the light collecting surface 34. When configured in this way, the deviations between the condensing position and the modulation surface in each of the R light 31r, the G light 31g, and the B light 31b are 0, distance 38, and distance 39, which can be reduced as a whole. Thereby, the influence of chromatic aberration can be suppressed as compared with the case where the position of the modulation surface is only one. The optical path length 40 and the optical path length 41 illustrated in FIG. 2 indicate the optical path length from the light source 30 to the light modulation element 35 and the optical path length from the light source 30 to the light modulation element 36, respectively. It shows that the optical path length is different.

つまり、本実施形態は、色収差自体を補正するのではなく、各変調素子の変調面までの光路長を当該変調面に入射する色(波長)に合わせて互いに異ならせることにより、色収差の影響を抑制する。   That is, this embodiment does not correct the chromatic aberration itself, but makes the optical path length to the modulation surface of each modulation element different from each other according to the color (wavelength) incident on the modulation surface. Suppress.

図1に例示される本実施形態の投影装置100では、これを分離合成プリズム18の分離面21aを合成面21bと異なる平面に設けることにより実現している。すでに上述したように、光変調素子24及び光変調素子25の各々から合成面21b(ダイクロイック膜23)までの光路長は等しい。これに対して、分離面21a(ダイクロイック膜22)から光変調素子24までの光路長と分離面21a(ダイクロイック膜22)から光変調素子25までの光路長は異なる。その結果、光源10から光変調素子24、光変調素子25のそれぞれまでの光路長も異なることになる。より具体的には、平行平板21の厚さに応じた量(例えば、平行平板21の厚さの2倍)だけ光源10から光変調素子24までの光路長は長くなり、光源10から光変調素子25までの光路長は短くなる。つまり、平行平板21の厚さを変更することにより各光変調素子までの光路長は調整することができ、それによって、光変調素子毎に色収差の影響を抑制できる最適な光路長を選択することができる。以上が分離面21aと合成面21bを異なる平面として形成することにより、色収差の影響を抑制することができる理由である。   In the projection apparatus 100 of this embodiment illustrated in FIG. 1, this is realized by providing the separation surface 21a of the separation / combination prism 18 on a different plane from the synthesis surface 21b. As already described above, the optical path length from each of the light modulation element 24 and the light modulation element 25 to the synthesis surface 21b (dichroic film 23) is equal. On the other hand, the optical path length from the separation surface 21a (dichroic film 22) to the light modulation element 24 and the optical path length from the separation surface 21a (dichroic film 22) to the light modulation element 25 are different. As a result, the optical path lengths from the light source 10 to each of the light modulation element 24 and the light modulation element 25 are also different. More specifically, the optical path length from the light source 10 to the light modulation element 24 is increased by an amount corresponding to the thickness of the parallel plate 21 (for example, twice the thickness of the parallel plate 21). The optical path length to the element 25 is shortened. That is, by changing the thickness of the parallel plate 21, the optical path length to each light modulation element can be adjusted, thereby selecting the optimum optical path length that can suppress the influence of chromatic aberration for each light modulation element. Can do. The above is the reason why the influence of chromatic aberration can be suppressed by forming the separation surface 21a and the synthesis surface 21b as different planes.

なお、本実施形態では、分離面21aを合成面21bに対して照明光3の光軸の正方向にずらして構成しているが、特にこれに限定されない。光軸の正方向にずらしているのは、分離面21aで反射する色(波長)がR光であり、透過するG光及びB光に対して遠方に集光されるため、R光の光路長を長くする必要があるからである。例えば、分離面21aでR光が透過され、G光及びB光が反射される場合であれば、同様の理由から分離面21aは合成面21bに対して光軸の負方向にずらす必要がある。つまり、光変調素子に入射する光の波長が長いほど、分離面21aから光変調素子の各々までの光路長が長くなる
ように分離面21aを合成面21bに対してずらす必要がある。
In the present embodiment, the separation surface 21a is configured to be shifted in the positive direction of the optical axis of the illumination light 3 with respect to the synthesis surface 21b. However, the present invention is not limited to this. The optical axis is shifted in the positive direction because the color (wavelength) reflected by the separation surface 21a is R light, and the G light and B light that are transmitted are condensed far away. This is because it is necessary to increase the length. For example, if R light is transmitted through the separation surface 21a and G light and B light are reflected, the separation surface 21a needs to be shifted in the negative direction of the optical axis with respect to the composite surface 21b for the same reason. . That is, it is necessary to shift the separation surface 21a with respect to the synthesis surface 21b so that the longer the wavelength of light incident on the light modulation element, the longer the optical path length from the separation surface 21a to each of the light modulation elements.

また、本実施形態では、平行平板21を用いて分離面21aと合成面21bを異なる平面として構成したが、特にこれに限定されない。例えば、平行平板21の代わりに楔形の部材をプリズム19とプリズム20の間に挟む構成とし、それらの境界面をそれぞれ合成面、分離面としても良い。   Moreover, in this embodiment, although the separation surface 21a and the synthetic | combination surface 21b were comprised as a different plane using the parallel plate 21, it is not limited to this in particular. For example, a wedge-shaped member may be sandwiched between the prism 19 and the prism 20 instead of the parallel plate 21, and the boundary surfaces thereof may be a composite surface and a separation surface, respectively.

図3A及び図3Bは、分離合成プリズム内に平行平板を備えた場合と楔形部材を備えた場合の光路の違いについて説明するための模式図である。図3Aは、平行平板を備えた場合の分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路が模式的に示されている。図3Bは楔形部材を備えた場合の分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路が模式的に示されている。なお、図3A及び図3Bでは、説明の都合上、光学系及び光路を簡略化して記載している。   FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams for explaining the difference in optical path between the case where a parallel flat plate is provided in the separation / combination prism and the case where a wedge-shaped member is provided. FIG. 3A schematically shows the optical paths of the illumination light and the modulated light at the separation / combination prism when a parallel plate is provided. FIG. 3B schematically shows the optical paths of illumination light and modulated light at the separation / combination prism when the wedge-shaped member is provided. 3A and 3B, the optical system and the optical path are simplified for convenience of explanation.

図3Aで例示されるように、平行平板21を用いて分離面21aと合成面21bを照明光3の光軸方向にずらした場合、分離面21aを反射して光変調素子24へ入射する照明光4aの光軸は、光変調素子24の中心から光軸に垂直な方向(高さ方向)にずれることになる。従って、この高さ方向のずれも考慮して光変調素子を照明する必要があるため、より広い照明範囲を必要とし照明効率が低下する一要因となり得る。   As illustrated in FIG. 3A, when the separating surface 21 a and the combining surface 21 b are shifted in the optical axis direction of the illumination light 3 using the parallel plate 21, the illumination that reflects the separating surface 21 a and enters the light modulation element 24. The optical axis of the light 4a is shifted from the center of the light modulation element 24 in a direction (height direction) perpendicular to the optical axis. Accordingly, since it is necessary to illuminate the light modulation element in consideration of the deviation in the height direction, a wider illumination range is required, which may be a factor in reducing the illumination efficiency.

一方、図3Bで例示されるように、楔形部材42を用いて分離面21aと合成面21bを照明光3の光軸方向にずらした場合、楔形部材42の両面(分離面21aと合成面21b)が所定の角度をなしているため、分離面21a入射時点で生じていた光変調素子24の中心からのずれは、光変調素子24入射時点では打ち消される。より具体的には、図3Bのように分離面が合成面より光軸の正方向にある場合は分離面への入射角が合成面への入射角より小さくなるように、分離面が合成面より光軸の負方向にある場合は分離面への入射角が合成面への入射角より大きくなるように構成するとよい。これにより、高さ方向に生じるずれを打ち消し、照明効率の低下を抑制することができる。なお、この際、主光線は傾くことになるが、その傾き角は非常に小さな量であるので、投影される像への影響は無視することができる。   On the other hand, as illustrated in FIG. 3B, when the separating surface 21a and the combining surface 21b are shifted in the optical axis direction of the illumination light 3 using the wedge-shaped member 42, both surfaces of the wedge-shaped member 42 (the separating surface 21a and the combining surface 21b). ) Form a predetermined angle, the deviation from the center of the light modulation element 24 that occurs when the separation surface 21a is incident is canceled when the light modulation element 24 is incident. More specifically, when the separation surface is in the positive direction of the optical axis from the synthesis surface as shown in FIG. 3B, the separation surface is the synthesis surface so that the incident angle on the separation surface is smaller than the incidence angle on the synthesis surface. In the case where the optical axis is in the negative direction, the incident angle on the separation surface may be larger than the incident angle on the composite surface. Thereby, the shift | offset | difference which arises in a height direction can be negated, and the fall of illumination efficiency can be suppressed. At this time, the chief ray is tilted, but since the tilt angle is a very small amount, the influence on the projected image can be ignored.

また、本実施形態では、各光変調素子から合成面21bまでの光路長は等しくなるように構成される。その結果、各光変調素子から不図示のスクリーン(投影面)までの光路長は等しい構成となる。しかし、各変調素子から投影面までの投影系でも、光源10から各変調素子までの照明系と同様に、色収差は生じうる。このため、各光変調素子から合成面21bまでの光路長をそれぞれ異ならせて色収差の影響を抑制する方法も考えられる。しかし、投影系では投影倍率が異なると投影面上で各色の各画素の像が一致せず、画質に大きな影響を与えてしまう。このため、投影倍率を厳密に一致させる必要があり、本実施形態では各光変調素子からの投影面までの光路長を等しくしている。   In the present embodiment, the optical path lengths from the respective light modulation elements to the synthesis surface 21b are configured to be equal. As a result, the optical path length from each light modulation element to a screen (projection surface) (not shown) is equal. However, chromatic aberration can also occur in the projection system from each modulation element to the projection surface, as in the illumination system from the light source 10 to each modulation element. For this reason, a method of suppressing the influence of chromatic aberration by varying the optical path length from each light modulation element to the synthesis surface 21b is also conceivable. However, if the projection magnification is different in the projection system, the image of each pixel of each color does not match on the projection plane, which greatly affects the image quality. For this reason, it is necessary to make the projection magnifications exactly the same, and in this embodiment, the optical path lengths from the respective light modulation elements to the projection surface are made equal.

図1で例示される光変調素子24及び光変調素子25は、例えば、マイクロミラーデバイスである。マイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーを含み、各々のマイクロミラーの傾斜を制御することにより入射光を変調する。本実施形態では、光変調素子24及び光変調素子25はマイクロミラーデバイスとして説明するが、特にこれに限定されない。反射型の光変調素子であればよく、例えば反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)などを用いて構成してもよい。   The light modulation element 24 and the light modulation element 25 illustrated in FIG. 1 are, for example, micromirror devices. The micromirror device includes a plurality of micromirrors, and modulates incident light by controlling the inclination of each micromirror. In the present embodiment, the light modulation element 24 and the light modulation element 25 are described as micromirror devices, but are not particularly limited thereto. Any reflective light modulation element may be used. For example, a reflective liquid crystal (LCOS: Liquid Crystal on Silicon) may be used.

図4は、本実施形態に係る投影装置に含まれるホイール型の波長選択偏光変換手段の構成を例示する図である。ホイール型の波長選択偏光変換手段14は、全体を2つの領域に分割し、B光の偏光方向のみをS偏光からP偏光へ波長選択的に変換する特定波長偏光変
換素子14aとG光の偏光方向のみをS偏光からP偏光へ波長選択的に変換する特定波長偏光変換素子14bを組み合わせることにより構成されている。各特定波長偏光変換素子は、入射光の光軸と垂直をなすように配置されている。このように構成することにより、各特定波長偏光変換素子は、高精度に、つまり所望の色(波長)のみ、偏光方向を変換することができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of a wheel-type wavelength selective polarization conversion unit included in the projection apparatus according to this embodiment. The wheel-type wavelength selective polarization conversion means 14 divides the whole into two regions, and converts the polarization direction of the B light only in a wavelength selective manner from the S polarization to the P polarization, and the polarization of the G light. It is configured by combining a specific wavelength polarization conversion element 14b that wavelength-selectively converts only the direction from S-polarized light to P-polarized light. Each specific wavelength polarization conversion element is disposed so as to be perpendicular to the optical axis of the incident light. By configuring in this way, each specific wavelength polarization conversion element can convert the polarization direction with high accuracy, that is, only a desired color (wavelength).

また、ホイール型の波長選択偏光変換手段14は、図4に例示される構成に限定されるものではなく、特定の波長の偏光方向を波長選択的に変換する少なくとも1種類の特定波長偏光変換素子を含んで構成されていればよい。また、波長選択偏光変換手段14は図4に例示するホイール型に限定されるものではない。ホイール型の波長選択偏光変換手段14の代わりに、円筒表面に複数の特定波長偏光変換素子を有し円筒の回転により作用する特定波長偏光変換素子を切り替えるいわゆるドラム型の波長選択偏光変換手段や、複数の特定波長偏光変換素子を一定方向の並べそれらをスライドさせることにより作用する特定波長偏光変換素子を切り替えるいわゆるスライド式の波長選択偏光変換手段を使用してもよい。この他、例えば、カラーリンク社のカラースイッチやスイス国アルシュビルのRolic Technologies Ltd.のelectronic colour switchなどの偏光方向を変換する波長成分を電気的な制御により切り替えることができる電子的色別偏光制御手段を使用してもよい。   Further, the wheel-type wavelength selective polarization conversion means 14 is not limited to the configuration illustrated in FIG. 4, and at least one specific wavelength polarization conversion element that wavelength-selectively converts the polarization direction of a specific wavelength. As long as it is configured. Further, the wavelength selective polarization conversion means 14 is not limited to the wheel type illustrated in FIG. Instead of the wheel-type wavelength selective polarization conversion means 14, a so-called drum-type wavelength selective polarization conversion means for switching a specific wavelength polarization conversion element that has a plurality of specific wavelength polarization conversion elements on the cylinder surface and acts by rotation of the cylinder, A so-called slide-type wavelength selective polarization conversion means for switching a specific wavelength polarization conversion element that operates by arranging a plurality of specific wavelength polarization conversion elements in a certain direction and sliding them may be used. In addition, electronic color-specific polarization control that can switch the wavelength component that changes the polarization direction by electrical control, such as color switch of Colorlink and electronic color switch of Rolic Technologies Ltd. in Arschville, Switzerland. Means may be used.

以下、図1及び図4を参照しながら、光源10から射出された照明光1が不図示のスクリーンへ投影されるまでの流れについて、投影装置100の各構成要素の作用と合わせて説明する。   Hereinafter, the flow until the illumination light 1 emitted from the light source 10 is projected onto a screen (not shown) will be described together with the operation of each component of the projection device 100 with reference to FIGS. 1 and 4.

まず、水銀ランプなどの光源10から射出された複数の波長および複数の偏光方向を含む照明光1は、反射板11を用いて集光され、照明光学系12へ入射する。
図5は、本実施形態に係る投影装置に用いられる照明光学系の構成を例示した図である。照明光学系12は、図5に例示されるように、接合レンズを含まない単レンズ群からなる簡易な構成を有している。このため、照明光学系12では十分な色収差の補正は行われない。
First, illumination light 1 including a plurality of wavelengths and a plurality of polarization directions emitted from a light source 10 such as a mercury lamp is collected using a reflector 11 and enters an illumination optical system 12.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an illumination optical system used in the projection apparatus according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 5, the illumination optical system 12 has a simple configuration including a single lens group that does not include a cemented lens. For this reason, the illumination optical system 12 does not sufficiently correct chromatic aberration.

照明光学系12から射出された照明光1は、さらに入射光の偏光方向を一定方向に変換するための偏光変換光学系13に入射する。偏光変換光学系13は、照明光1をS偏光に変換するように作用し、より具体的には、例えば、P偏光のみを透過する偏光素子を用いて照明光1をP偏光とS偏光に一旦分離し、P偏光のみ1/2λ板を透過させることで、入射した照明光1をすべてS偏光に変換した後、出力するように作用する。なお、ここでは、光源10として水銀ランプを想定したが、複数のサブ光源からなるレーザー光源を用いてもよい。その場合、この偏光変換光学系13は省略することができる。   The illumination light 1 emitted from the illumination optical system 12 is further incident on a polarization conversion optical system 13 for converting the polarization direction of the incident light into a certain direction. The polarization conversion optical system 13 acts to convert the illumination light 1 into S-polarized light. More specifically, for example, using a polarization element that transmits only P-polarized light, the illumination light 1 is converted into P-polarized light and S-polarized light. By separating the light once and transmitting only the P-polarized light through the 1 / 2λ plate, the incident illumination light 1 is converted to S-polarized light and then output. Although a mercury lamp is assumed here as the light source 10, a laser light source including a plurality of sub light sources may be used. In this case, the polarization conversion optical system 13 can be omitted.

S偏光に変換されて偏光変換光学系13から射出される照明光2は、ホイール型の波長選択偏光変換手段14へ入射する。図4で例示されるホイール型の波長選択偏光変換手段14に入射した照明光2は、不図示の制御装置に制御されたホイール型の波長選択偏光変換手段14の回転により、B光のみP偏光に変換する特定波長偏光変換素子14aとG光のみP偏光に変換する特定波長偏光変換素子14bのいずれか一方を交互に透過する。これにより、ホイール型の波長選択偏光変換手段14を透過した照明光3は、特定波長偏光変換素子14aを透過しB光のみP偏光(それ以外はS偏光)である状態と特定波長偏光変換素子14bを透過しG光のみP偏光(それ以外はS偏光)である状態の2つの状態を経時的に交互に有することになる。なお、後に詳述するが、ここで変換された波長の光は偏光板28により遮断され、投影光路から排除されることになる。   The illumination light 2 converted to S-polarized light and emitted from the polarization conversion optical system 13 enters the wheel-type wavelength selective polarization conversion means 14. The illumination light 2 incident on the wheel-type wavelength selective polarization conversion unit 14 illustrated in FIG. 4 is only B-polarized by the rotation of the wheel-type wavelength selection polarization conversion unit 14 controlled by a control device (not shown). One of the specific wavelength polarization conversion element 14a for converting to P and the specific wavelength polarization conversion element 14b for converting only the G light into P polarization are alternately transmitted. As a result, the illumination light 3 transmitted through the wheel-type wavelength selective polarization conversion means 14 is transmitted through the specific wavelength polarization conversion element 14a, and only the B light is P polarized (otherwise S polarized), and the specific wavelength polarization conversion element. 14b, and only G light is P-polarized light (otherwise it is S-polarized light), and alternately has two states over time. As will be described in detail later, the light of the wavelength converted here is blocked by the polarizing plate 28 and excluded from the projection optical path.

ホイール型の波長選択偏光変換手段14を透過した照明光3は、集光レンズ15、反射ミラー16、反射ミラー17を介してB光またはG光のみP偏光の状態で分離合成プリズ
ム18へ入射する。以降では、ホイール型の波長選択偏光変換手段14内の特定波長偏光変換素子14aを透過しB光のみP偏光の状態にある場合を例に説明する。
The illumination light 3 that has passed through the wheel-type wavelength selective polarization conversion means 14 enters the separation / combination prism 18 through the condenser lens 15, the reflection mirror 16, and the reflection mirror 17 in a state where only the B light or the G light is P-polarized. . Hereinafter, a case where only the B light is in the P-polarized state through the specific wavelength polarization conversion element 14a in the wheel type wavelength selective polarization conversion means 14 will be described as an example.

分離合成プリズム18に入射したB光のみP偏光の照明光3は、プリズム19及び合成面21bを透過し分離面21aに入射する。照明光3の光束が入射する分離面21aの領域には分離用のダイクロイック膜22が配置されている。ダイクロイック膜22はR光を反射しB光及びG光を透過する特性を有しているため、照明光3のR光はダイクロイック膜22を反射し、照明光3のB光及びG光はダイクロイック膜22を透過する。これにより照明光3は、R光の照明光4aとB光及びG光の照明光4bに分離される。   Only the B light incident on the separating / combining prism 18 is P-polarized illumination light 3 is transmitted through the prism 19 and the combining surface 21b and is incident on the separating surface 21a. A separation dichroic film 22 is disposed in the region of the separation surface 21a on which the luminous flux 3 is incident. Since the dichroic film 22 has characteristics of reflecting R light and transmitting B light and G light, the R light of the illumination light 3 reflects the dichroic film 22, and the B light and G light of the illumination light 3 are dichroic. Permeates through the membrane 22. Thereby, the illumination light 3 is separated into the illumination light 4a of R light and the illumination light 4b of B light and G light.

ダイクロイック膜22を反射したR光の照明光4aは、プリズム19の入射面で全反射した後にフィールドレンズ26に入射する。フィールドレンズ26は照明光4aの主光線がすべて平行光となるように作用する。その結果、照明光4aは所定の角度で光変調素子24へ入射することになる。一方、ダイクロイック膜22を透過したB光及びG光の照明光4bは、プリズム20を透過しフィールドレンズ27に入射する。フィールドレンズ27は照明光4bの主光線がすべて平行光となるように作用する。その結果、照明光4bは所定の角度で光変調素子25へ入射することになる。つまり、分離合成プリズム18及びフィールドレンズ26及びフィールドレンズ27を含む光学系は、フィールドレンズ26と光変調素子24の間(フィールドレンズ27と光変調素子25の間)で主光線が平行な物体側テレセントリックな光学系である。   The R illumination light 4 a reflected from the dichroic film 22 is totally reflected by the incident surface of the prism 19 and then enters the field lens 26. The field lens 26 acts so that the chief rays of the illumination light 4a are all parallel light. As a result, the illumination light 4a enters the light modulation element 24 at a predetermined angle. On the other hand, the B and G illumination lights 4 b that have passed through the dichroic film 22 pass through the prism 20 and enter the field lens 27. The field lens 27 acts so that the chief rays of the illumination light 4b are all parallel light. As a result, the illumination light 4b enters the light modulation element 25 at a predetermined angle. In other words, the optical system including the separation / combination prism 18, the field lens 26, and the field lens 27 has a principal ray parallel between the field lens 26 and the light modulation element 24 (between the field lens 27 and the light modulation element 25). This is a telecentric optical system.

なお、光源10から各変調素子までの光路長は、分離面21aを合成面21bに対して光軸の正方向に所定の距離だけずらして配置することにより、それぞれ色収差の影響が抑制される最適な光路長に調整されている。   In addition, the optical path length from the light source 10 to each modulation element is optimal so that the influence of chromatic aberration is suppressed by disposing the separation surface 21a by a predetermined distance in the positive direction of the optical axis with respect to the synthesis surface 21b. The optical path length is adjusted.

光変調素子24へ入射したR光の照明光4aは、不図示の制御回路から受信した赤色(R)に関する制御信号に基づいて、光変調素子24のマイクロミラーで変調され、マイクロミラーに対応する投影画像の画素毎に必要な光量だけ変調光5aとして法線方向に反射される。光変調素子24で変調されたR光の変調光5aは、フィールドレンズ26を透過し、再度プリズム19の入射面で全反射した後に合成面21bに入射する。変調光5aの光束が入射する合成面21bの領域には合成用のダイクロイック膜23が配置されている。ダイクロイック膜23は、ダイクロイック膜22と同様にR光を反射する特性を有している。このため、R光の変調光5aはダイクロイック膜23で反射され、後述する光変調素子25で変調された変調光5bと合成された合成光6の一部として分離合成プリズム18から射出される。   The R illumination light 4a incident on the light modulation element 24 is modulated by the micromirror of the light modulation element 24 based on a control signal related to red (R) received from a control circuit (not shown), and corresponds to the micromirror. Only the amount of light required for each pixel of the projected image is reflected in the normal direction as modulated light 5a. The modulated light 5a of the R light modulated by the light modulation element 24 passes through the field lens 26, is totally reflected again by the incident surface of the prism 19, and then enters the composite surface 21b. A synthesizing dichroic film 23 is disposed in the area of the synthesizing surface 21b on which the modulated light beam 5a is incident. The dichroic film 23 has a characteristic of reflecting R light, like the dichroic film 22. For this reason, the modulated light 5a of the R light is reflected by the dichroic film 23 and emitted from the separation / combination prism 18 as a part of the combined light 6 combined with the modulated light 5b modulated by the light modulation element 25 described later.

一方、光変調素子25へ入射したB光及びG光の照明光4bは、不図示の制御回路から受信した緑色(G)に関する制御信号に基づいて、光変調素子25の各マイクロミラーで変調され、マイクロミラーに対応する画素毎に必要な光量だけ変調光5bとして法線方向に反射される。   On the other hand, the illumination light 4b of B light and G light incident on the light modulation element 25 is modulated by each micromirror of the light modulation element 25 based on a control signal related to green (G) received from a control circuit (not shown). Only a necessary amount of light for each pixel corresponding to the micromirror is reflected in the normal direction as modulated light 5b.

なお、不図示の制御回路は、光変調素子25をホイール型の波長選択偏光変換手段14の回転に同期して制御している。より具体的には、不図示の制御回路は、波長選択偏光変換手段14内の特定波長偏光変換手段の切り替えの際、照明光2がB光のみP偏光に変換する特定波長偏光変換素子14aを透過する場合には、緑色(G)に関する制御信号を、G光のみP偏光に変換する特定波長偏光変換素子14bを透過する場合には、青色(B)に関する制御信号を光変調素子25へ送信する。これにより、光変調素子25では、B光及びG光からなる入射光は、波長選択偏光変換手段14により偏光方向を変換されなかった色(波長)に関する制御信号に基づいて変調されることになる。   A control circuit (not shown) controls the light modulation element 25 in synchronization with the rotation of the wheel-type wavelength selective polarization conversion means 14. More specifically, the control circuit (not shown) includes a specific wavelength polarization conversion element 14a that converts only the B light into P polarization when the illumination light 2 is switched when the specific wavelength polarization conversion means in the wavelength selective polarization conversion means 14 is switched. When transmitting, the control signal regarding green (G) is transmitted to the light modulation element 25 when transmitting the control signal regarding blue (B) to the specific wavelength polarization conversion element 14b that converts only G light into P polarization. To do. Thereby, in the light modulation element 25, the incident light composed of the B light and the G light is modulated based on the control signal relating to the color (wavelength) whose polarization direction has not been converted by the wavelength selective polarization conversion means 14. .

光変調素子25で変調されたB光及びG光の変調光5bは、フィールドレンズ27を透過し、合成面21bに入射する。変調光5bの光束が入射する合成面21bの領域は変調光5aの光束が入射する領域と一致している。そのため、変調光5bの光束が入射する領域には合成用のダイクロイック膜23が配置されている。これにより、B光及びG光の変調光5bはダイクロイック膜23を透過し、前述した光変調素子24で変調された変調光5aと合成された合成光6の一部として分離合成プリズム18から射出される。   The modulated light 5b of B light and G light modulated by the light modulation element 25 passes through the field lens 27 and enters the combining surface 21b. The area of the composite surface 21b where the light beam of the modulated light 5b enters coincides with the area where the light beam of the modulated light 5a enters. Therefore, a synthesizing dichroic film 23 is disposed in a region where the modulated light beam 5b is incident. As a result, the modulated light 5b of B light and G light is transmitted through the dichroic film 23 and emitted from the separating / combining prism 18 as a part of the combined light 6 combined with the modulated light 5a modulated by the light modulation element 24 described above. Is done.

ところで、本実施形態では、分離合成プリズム18の分離面21aと合成面21bを異なる平面として構成し、分離用のダイクロイック膜22と合成用のダイクロイック膜23を別々に設けている。この構成は上述したように色収差の影響抑制するために採用されている。このような構成においてダイクロイック膜22による光の分離とダイクロイック膜23による光の合成がそれぞれ適切に行われるためには、ダイクロイック膜22で分離される照明光3の光束とダイクロイック膜23で合成される変調光5a及び変調光5bの光束とが平行平板21上で重ならないことが必要となる。光束の重なりを防止するためには、それぞれの光束の光束径が平行平板21付近で小さくなるように光学系を構成すればよい。より具体的には、照明光学系(照明光3)の瞳位置を分離面21a上のダイクロイック膜22近傍に構成し、投影光学系(変調光5a及び変調光5b)の瞳位置を合成面21b上のダイクロイック膜23近傍に構成する。このような瞳位置の調整は、フィールドレンズ26及びフィールドレンズ27を用いることにより実現される。なお、この場合、フィールドレンズと光変調素子の間の主光線が平行な物体側テレセントリックな光学系であることを考慮すると、フィールドレンズ26及びフィールドレンズ27の焦点位置は、分離面及び合成面の近傍にあることになる。   By the way, in this embodiment, the separation surface 21a and the synthesis surface 21b of the separation / combination prism 18 are configured as different planes, and the separation dichroic film 22 and the synthesis dichroic film 23 are provided separately. This configuration is adopted to suppress the influence of chromatic aberration as described above. In such a configuration, in order for light separation by the dichroic film 22 and light synthesis by the dichroic film 23 to be appropriately performed, the light beam of the illumination light 3 separated by the dichroic film 22 is synthesized by the dichroic film 23. It is necessary that the light beams of the modulated light 5 a and the modulated light 5 b do not overlap on the parallel plate 21. In order to prevent the overlapping of the light beams, the optical system may be configured so that the light beam diameters of the respective light beams become smaller in the vicinity of the parallel plate 21. More specifically, the pupil position of the illumination optical system (illumination light 3) is configured in the vicinity of the dichroic film 22 on the separation surface 21a, and the pupil position of the projection optical system (modulated light 5a and modulated light 5b) is combined with the combined surface 21b. It is constructed in the vicinity of the upper dichroic film 23. Such adjustment of the pupil position is realized by using the field lens 26 and the field lens 27. In this case, considering that the principal ray between the field lens and the light modulation element is a parallel object-side telecentric optical system, the focal positions of the field lens 26 and the field lens 27 are the separation plane and the synthesis plane. It will be in the vicinity.

分離合成プリズム18から射出される合成光6は偏光板28に入射する。偏光板28はS偏光のみを透過する特性を有しているため、合成光6のうち波長選択偏光変換手段14でP偏光に変換されたB光は偏光板28を透過できない。このため、各光変調素子で該当する色の制御データで変調されたR光及びG光のみ偏光板28を透過し投影光7として投影光学系29へ入射する。投影光7は投影光学系29で拡大されて不図示のスクリーン上に画像を投影する。なお、波長選択偏光変換手段14でG光のみP偏光に変換された場合は、R光及びB光のみが偏光板28を透過し投影されることになる。このため、波長選択偏光変換手段14で透過する特定波長偏光変換素子を経時的に切り替えることにより、R光及びB光からなる投影光とR光及びG光からなる投影光が交互にスクリーンに投影され、カラー画像が表示されることになる。   The combined light 6 emitted from the separation / combination prism 18 enters the polarizing plate 28. Since the polarizing plate 28 has a characteristic of transmitting only the S-polarized light, the B light converted into the P-polarized light by the wavelength selective polarization converting means 14 in the combined light 6 cannot pass through the polarizing plate 28. Therefore, only the R light and G light modulated by the corresponding color control data in each light modulation element are transmitted through the polarizing plate 28 and are incident on the projection optical system 29 as projection light 7. The projection light 7 is magnified by the projection optical system 29 and projects an image on a screen (not shown). When only the G light is converted into P polarized light by the wavelength selective polarization conversion means 14, only the R light and the B light are transmitted through the polarizing plate 28 and projected. Therefore, by switching the specific wavelength polarization conversion element transmitted by the wavelength selective polarization conversion means 14 with time, the projection light composed of R light and B light and the projection light composed of R light and G light are alternately projected on the screen. As a result, a color image is displayed.

以上、本実施形態では、分離面21aを合成面21bに対して光軸方向にずらした分離合成光学系を用いることにより、光学構成を複雑化することなく、照明光学系で生じる色収差の影響を抑制することができる。また、分離面21aと合成面21bを異なる平面とし分離用と合成用のダイクロイック膜を用いることにより、それぞれ入射光の入射角に合わせてダイクロイック膜の特性を最適化することが可能となる。これにより、投影画像の色再現性が向上する。さらに、分離面21aと合成面21bが異なる平面であるため、これらの特性の異なるダイクロイック膜の重なりは必然的に防止される。これにより、ダイクロイック膜を形成する領域の高度な管理は不要となり、分離合成光学系の製造時にかかる負担も少なくすむ。   As described above, in the present embodiment, by using the separation / synthesis optical system in which the separation surface 21a is shifted in the optical axis direction with respect to the synthesis surface 21b, the influence of chromatic aberration generated in the illumination optical system can be reduced without complicating the optical configuration. Can be suppressed. Further, by using the separating surface 21a and the combining surface 21b as different planes and using the separating and combining dichroic films, it is possible to optimize the characteristics of the dichroic film according to the incident angle of incident light. Thereby, the color reproducibility of the projected image is improved. Furthermore, since the separation surface 21a and the synthesis surface 21b are different planes, overlapping of these dichroic films having different characteristics is inevitably prevented. This eliminates the need for advanced management of the region where the dichroic film is formed, and reduces the burden on manufacturing the separation / synthesis optical system.

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the configuration exemplified in the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一実施形態に係る多板式の投影装置の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the multi-plate type projector which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る投影装置で用いられる色収差の影響を抑制する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to suppress the influence of the chromatic aberration used with the projector which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る投影装置で用いられる平行平板を備えた分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the optical path of the illumination light and modulation | alteration light in the isolation | separation synthetic | combination prism provided with the parallel plate used with the projector which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る投影装置で用いられる楔形部材を備えた分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the optical path of the illumination light and the modulation | alteration light in the isolation | separation synthetic | combination prism provided with the wedge-shaped member used with the projector which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る投影装置に含まれるホイール型の波長選択偏光変換手段の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the wheel-type wavelength selective polarization conversion means contained in the projection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る投影装置に用いられる照明光学系の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the structure of the illumination optical system used for the projector which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 投影装置
1,2、3、4a、4b 照明光
5a、5b 変調光
6 合成光
7 投影光
10、30 光源
11 反射板
12、31 照明光学系
13 偏光変換光学系
14 波長選択偏光変換手段
14a、14b 特定波長偏光変換素子
15 集光レンズ
16、17 ミラー
18 分離合成プリズム
19、20 プリズム
21 平行平板
21a 分離面
21b 合成面
22、23 ダイクロイック膜
24、25、35、36 光変調素子
26、27 フィールドレンズ
28 偏光板
29 投影光学系
31r R光
31g G光
31b B光
32、33、34 集光面
37 面
38、39 距離
40、41 光路長
42 楔形部材
100 Projectors 1, 2, 3, 4a, 4b Illumination light 5a, 5b Modulated light 6 Combined light 7 Projected light 10, 30 Light source 11 Reflector 12, 31 Illumination optical system 13 Polarization conversion optical system 14 Wavelength selective polarization conversion means 14a , 14b Specific wavelength polarization conversion element 15 Condensing lens 16, 17 Mirror 18 Separating / combining prism 19, 20 Prism 21 Parallel plate 21a Separating surface 21b Combining surface 22, 23 Dichroic films 24, 25, 35, 36 Light modulation elements 26, 27 Field lens 28 Polarizing plate 29 Projection optical system 31r R light 31g G light 31b B light 32, 33, 34 Condensing surface 37 Surface 38, 39 Distance 40, 41 Optical path length 42 Wedge shaped member

Claims (12)

複数の光変調素子と、
照明光学系から射出された照明光を前記複数の光変調素子の各々に向けて分離する分離面及び前記複数の光変調素子の各々からの変調光を合成する合成面を含む分離合成手段と、
前記複数の光変調素子の各々と前記分離合成手段との間に、それぞれ配置されるフィールドレンズと、を含み、
前記分離面は、前記合成面と異なる平面であることを特徴とする分離合成光学系。
A plurality of light modulation elements;
A separating / combining means including a separating surface for separating the illumination light emitted from the illumination optical system toward each of the plurality of light modulation elements and a combining surface for combining the modulated light from each of the plurality of light modulation elements;
A field lens disposed between each of the plurality of light modulation elements and the separating and synthesizing unit,
The separation / synthesis optical system according to claim 1, wherein the separation surface is a plane different from the synthesis surface.
請求項1に記載の分離合成光学系において、
前記複数の光変調素子の各々と前記合成面との間の光路長はそれぞれ等しく、
前記複数の光変調素子の各々と前記分離面との間の光路長はそれぞれ異なることを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to claim 1,
The optical path length between each of the plurality of light modulation elements and the composite surface is equal,
A separation / synthesis optical system characterized in that optical path lengths between each of the plurality of light modulation elements and the separation surface are different from each other.
請求項1または請求項2に記載の分離合成光学系において、
前記分離面は、前記照明光学系で生じた色収差の影響が前記光変調素子の各々で抑制される位置に配置されることを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to claim 1 or 2,
The separation / synthesis optical system, wherein the separation surface is disposed at a position where an influence of chromatic aberration generated in the illumination optical system is suppressed by each of the light modulation elements.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の分離合成光学系において、
前記複数の光変調素子の各々は、前記照明光が前記分離面で分離されることにより生じるそれぞれ異なる波長を有する光で照明され、
前記分離面から前記光変調素子の各々までの光路長は、当該光変調素子に入射する光の波長が長いほど、長いことを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 3,
Each of the plurality of light modulation elements is illuminated with light having different wavelengths generated by the illumination light being separated by the separation surface,
The separation / synthesis optical system characterized in that an optical path length from the separation surface to each of the light modulation elements is longer as a wavelength of light incident on the light modulation element is longer.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の分離合成光学系において、
前記分離合成手段は、
前記分離面上の前記照明光が入射する領域に第1のダイクロイック膜を、
前記合成面上の前記変調光が入射する領域に第2のダイクロイック膜を含むことを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 4,
The separation and synthesis means includes
A first dichroic film on a region where the illumination light is incident on the separation surface;
A separation / synthesis optical system comprising a second dichroic film in a region where the modulated light is incident on the synthesis surface.
請求項5に記載の分離合成光学系において、
前記第1のダイクロイック膜及び前記第2のダイクロイック膜は、それぞれの入射光の入射角に最適化されたダイクロイック膜であることを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to claim 5,
The separation / synthesis optical system characterized in that the first dichroic film and the second dichroic film are dichroic films optimized for the incident angle of each incident light.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分離合成光学系において、
前記照明光学系の瞳位置は、前記分離面近傍にあり、
前記変調光を投影する投影光学系の瞳位置は、前記合成面近傍にあることを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 6,
The pupil position of the illumination optical system is in the vicinity of the separation surface,
A separation / synthesis optical system characterized in that a pupil position of the projection optical system for projecting the modulated light is in the vicinity of the synthesis surface.
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の分離合成光学系において、
前記分離合成光学系は、前記光変調素子と前記フィールドレンズとの間で主光線が平行な物体側テレセントリック光学系であり、
前記分離面及び前記合成面は、前記フィールドレンズの焦点位置近傍にあることを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 7,
The separation / synthesis optical system is an object side telecentric optical system in which chief rays are parallel between the light modulation element and the field lens,
The separation / synthesis optical system, wherein the separation surface and the synthesis surface are in the vicinity of a focal position of the field lens.
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の分離合成光学系において、
前記分離面に入射し分離される光束と前記合成面に入射し合成される光束は、前記分離面及び前記合成面の近傍で互いに交わらないことを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 8,
The separation / synthesis optical system characterized in that the light beam incident on the separation surface and separated and the light beam incident on the synthesis surface and synthesized do not intersect each other in the vicinity of the separation surface and the synthesis surface.
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の分離合成光学系において、
前記分離面は、前記合成面と平行な平面であることを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 9,
The separation / synthesis optical system characterized in that the separation surface is a plane parallel to the synthesis surface.
請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の分離合成光学系において、
前記複数の光変調素子は、赤色の波長を有する光で照明される第1の光変調素子と、緑色及び青色の波長を有する光で照明される第2の光変調素子とからなり、
前記第1の光変調素子と前記分離面との間の第1の光路長は、前記第2の光変調素子と前記分離面との間の第2の光路長より長いことを特徴とする分離合成光学系。
The separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 10,
The plurality of light modulation elements include a first light modulation element illuminated with light having a red wavelength and a second light modulation element illuminated with light having green and blue wavelengths,
Separation characterized in that a first optical path length between the first light modulation element and the separation surface is longer than a second optical path length between the second light modulation element and the separation surface. Synthetic optical system.
請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の分離合成光学系を含むことを特徴とする投影装置。   A projection apparatus comprising the separation / synthesis optical system according to any one of claims 1 to 11.
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