JP2013025293A - Image projecting apparatus, and image projecting apparatus having projective optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像光を被投射面に投射する画像投射装置に関し、特に反射型の光変調素子を有する画像投射装置に関する。 The present invention relates to an image projection apparatus that projects image light onto a projection surface, and more particularly to an image projection apparatus having a reflective light modulation element.
従来の画像投射装置は、投射画像のコントラストを向上させる為に、偏光板を偏光ビームスプリッタの入射側や出射側に配置していた。具体的に、特許文献1に公開されている構成図の一例を用いて説明する(図11)。 In the conventional image projection apparatus, in order to improve the contrast of the projected image, the polarizing plate is disposed on the incident side or the emission side of the polarizing beam splitter. Concretely, it demonstrates using an example of the block diagram currently disclosed by patent document 1 (FIG. 11).
光源101からの光は、リフレクタ102で反射され、略平行光となって射出される。リフレクタ102によって反射された光の偏光成分のうち、偏光板103によりS偏光成分が吸収され、P偏光成分のみが透過し、P偏光となって射出される。P偏光は、偏光ビームスプリッタ104の偏光分離面を透過する。色分離素子105、106によって入射光は、波長帯域に応じて複数の光路に分離され、分離された各波長帯域の光は、それぞれに対応する反射型の画像表示素子107、108、109を照明する。そして、入射光は、画像表示素子107、108、109によりその偏光状態が変えられて(変調されて)、反射され、再び色分離素子105、106を介して、偏光ビームスプリッタ104へ入射する。偏光ビームスプリッタ104に入射した光のうち、S偏光成分は、偏光ビームスプリッタ104により反射されて、偏光板110に入射し、投射レンズ111へと導かれる。そして、投射レンズ111によって拡大され、スクリーン112に画像が投射される。
The light from the
画像表示素子107、108、109が、入射光を黒画像に対応する偏光状態に変える場合、本来S偏光で入射すべき光にも関わらず、一部、P偏光で画像表示素子に入射してしまった光は、P偏光のままで反射される。このとき、P偏光は、偏光ビームスプリッタ104の偏光分離面を透過して光源101側に戻るべき光であるが、一部の光が、偏光ビームスプリッタ104によって反射され、投射レンズ111へと導かれてしまう。これが、投射画像のコントラストを低下させる原因となる。以下、このコントラストを低下させる原因となる光を漏れ光と称する。
When the
このコントラストの低下を防ぐために特許文献1は、S偏光のみを透過させる偏光板110を偏光ビームスプリッタ104の出射側(投射レンズ側)に設置し、漏れ光であるP偏光を検光(遮断)している。
In order to prevent this decrease in contrast,
しかし、偏光板は本来透過すべき光(図11ではS偏光)も一部吸収、あるいは反射してしまうので、特許文献1のように漏れ光を検光する偏光板を偏光ビームスプリッタ出射側、あるいは入射側に配置すると、明るさが低下してしまうという課題があった。
However, since the polarizing plate partially absorbs or reflects the light that should be transmitted (S-polarized light in FIG. 11), the polarizing plate that detects leakage light as in
そこで上記課題を解決するために本発明の画像投射装置は、
赤の波長帯域の光が入射する赤用の反射型光変調素子と、
緑の波長帯域の光が入射する緑用の反射型光変調素子と、
青の波長帯域の光が入射する青用の反射型光変調素子と、
光源からの光を直線偏光に変換するための複数の偏光分離面を有する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を出射した光のうち、前記青の波長帯域の光を反射し、前記緑、及び赤の波長帯域の光を透過することにより前記青の波長帯域の光を分離する第1の色分離素子と、
前記第1の色分離素子を透過した前記緑、及び赤の波長帯域の光のうち、前記赤の波長帯域の光を反射することにより、前記赤の波長帯域の光を分離する第2の色分離素子と、
前記青、及び緑用の反射型光変調素子により反射された画像光を反射させ、前記赤用の反射型光変調素子により反射された画像光を透過することにより各波長帯域の光を合成し、投射光学系へと導く色合成素子と、
前記第1の色分離素子により分離された前記青の波長帯域の光を反射することにより前記青用の反射型光変調素子に導くとともに、前記青用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する青用の偏光分離素子と、
前記第2の色分離素子により分離された前記赤の波長帯域の光を反射することにより前記赤用の反射型光変調素子に導くとともに、前記赤用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する赤用の偏光分離素子と、
前記第2の色分離素子を透過した前記緑の波長帯域の光を反射することにより前記緑用の反射型光変調素子に導くとともに、前記緑用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する緑用の偏光分離素子を有し、
前記緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第1の偏光分離面、
前記偏光変換素子が有する偏光分離面を第2の偏光分離面、
前記第1の偏光分離面の法線と前記緑用の反射型光変調素子の法線とに平行な断面を第1断面、
前記第2の偏光分離面の法線と前記偏光変換素子の法線とに平行な断面を第2断面とするとき、
前記第1断面と前記第2断面は互いに直交する断面であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the image projection apparatus of the present invention is
A reflective light modulation element for red on which light in the red wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for green on which light in the green wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for blue on which light in a blue wavelength band is incident;
A polarization conversion element having a plurality of polarization separation surfaces for converting light from the light source into linearly polarized light;
First, the light of the blue wavelength band is separated by reflecting the light of the blue wavelength band out of the light emitted from the polarization conversion element and transmitting the light of the green and red wavelength bands. A color separation element;
A second color that separates the light in the red wavelength band by reflecting the light in the red wavelength band out of the light in the green and red wavelength bands transmitted through the first color separation element; A separation element;
The image light reflected by the blue and green reflective light modulation elements is reflected, and the image light reflected by the red reflection light modulation element is transmitted to synthesize light of each wavelength band. A color composition element that leads to the projection optical system;
Light reflected in the blue wavelength band separated by the first color separation element is guided to the blue reflection-type light modulation element and modulated by the blue reflection-type light modulation element A polarization separation element for blue having a polarization separation surface that transmits image light and guides it to the color composition element,
Light reflected in the red wavelength band separated by the second color separation element is guided to the reflection light modulation element for red and modulated by the reflection light modulation element for red A polarization separation element for red having a polarization separation surface that transmits image light and guides it to the color composition element,
The green wavelength band light transmitted through the second color separation element is reflected to be guided to the green reflection type light modulation element, and the light modulated by the green reflection type light modulation element Among them, it has a polarization separation element for green having a polarization separation surface that transmits image light and guides it to the color composition element,
The polarization separation surface of the green polarization separation element is a first polarization separation surface,
The polarization separation surface of the polarization conversion element is a second polarization separation surface,
A cross section parallel to a normal line of the first polarization separation surface and a normal line of the reflective light modulation element for green is a first cross section,
When a cross section parallel to the normal line of the second polarization separation surface and the normal line of the polarization conversion element is a second cross section,
The first cross section and the second cross section are cross sections orthogonal to each other.
本発明の他の一側面としての画像投射装置は、
赤の波長帯域の光が入射する赤用の反射型光変調素子と、
緑の波長帯域の光が入射する緑用の反射型光変調素子と、
青の波長帯域の光が入射する青用の反射型光変調素子と、
光源からの光を直線偏光に変換するための複数の偏光分離面を有する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を出射した光のうち、前記青と赤の波長帯域の光を反射し、前記緑の波長帯域の光を透過することにより前記緑の波長帯域の光を分離する色分離素子と、
前記赤、及び青用の反射型光変調素子により反射された画像光を透過させ、前記緑用の反射型光変調素子により反射された画像光を反射することにより各波長帯域の光を合成し、投射光学系へと導く色合成素子と、
前記色分離素子により分離された前記緑の波長帯域の光を反射することにより前記緑用の反射型光変調素子に導くとともに、前記緑用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する緑用の偏光分離素子と、
前記色分離素子により反射された前記赤、及び青の波長帯域の光のうちいずれか一方を反射、他方を透過させることにより、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子それぞれに導くとともに、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子により変調された画像光を合成して、前記色合成素子に導く偏光分離面を有する赤、及び青用の偏光分離素子と、
前記色分離素子と前記緑用の偏光分離素子との間にλ/2板を有し、
前記緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第1の偏光分離面、
前記偏光変換素子が有する偏光分離面を第2の偏光分離面、
前記第1の偏光分離面の法線と前記緑用の反射型光変調素子の法線とに平行な断面を第1断面、
前記第2の偏光分離面の法線と前記偏光変換素子の法線とに平行な断面を第2断面とするとき、
前記第1断面と前記第2断面は互いに直交する断面であることを特徴とする。
An image projection apparatus according to another aspect of the present invention,
A reflective light modulation element for red on which light in the red wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for green on which light in the green wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for blue on which light in a blue wavelength band is incident;
A polarization conversion element having a plurality of polarization separation surfaces for converting light from the light source into linearly polarized light;
A color separation element that reflects light in the blue and red wavelength bands out of the light emitted from the polarization conversion element and separates the light in the green wavelength band by transmitting the light in the green wavelength band; ,
Light of each wavelength band is synthesized by transmitting the image light reflected by the red and blue reflective light modulators and reflecting the image light reflected by the green reflective light modulator. A color composition element that leads to the projection optical system;
The light of the green wavelength band separated by the color separation element is reflected to be guided to the green reflection type light modulation element, and an image out of the light modulated by the green reflection type light modulation element A polarization separation element for green having a polarization separation surface that transmits light to the color composition element;
By reflecting one of the red and blue wavelength bands of light reflected by the color separation element and transmitting the other, the red reflective light modulation element and the blue reflective light are reflected. Red having a polarization separation surface that guides to each of the modulation elements, combines the image light modulated by the reflection light modulation element for red and the reflection light modulation element for blue, and guides the light to the color synthesis element, And a polarization separation element for blue,
A λ / 2 plate between the color separation element and the green polarization separation element;
The polarization separation surface of the green polarization separation element is a first polarization separation surface,
The polarization separation surface of the polarization conversion element is a second polarization separation surface,
A cross section parallel to a normal line of the first polarization separation surface and a normal line of the reflective light modulation element for green is a first cross section,
When a cross section parallel to the normal line of the second polarization separation surface and the normal line of the polarization conversion element is a second cross section,
The first cross section and the second cross section are cross sections orthogonal to each other.
なお、光源からの光を変調する光変調素子を含み、投射光学系が設けられた又は取り外し可能に装着される画像投射装置も本発明の他の一側面を構成する。 An image projection apparatus including a light modulation element that modulates light from the light source and provided with a projection optical system or detachably mounted also constitutes another aspect of the present invention.
本発明によれば、所定のコントラストを得つつ、明るい画像を投射することが可能な画像投射装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image projection apparatus capable of projecting a bright image while obtaining a predetermined contrast.
(実施形態1)
実施形態1の画像投射装置の構成の断面図を図1と図2に示す。図1は、画像表示素子(光変調素子)の短辺方向に沿う断面における構成図である。図2は、画像表示素子の長辺方向に沿う断面における構成図である。
(Embodiment 1)
1 and 2 are sectional views of the configuration of the image projection apparatus according to the first embodiment. FIG. 1 is a configuration diagram of a cross section along the short side direction of an image display element (light modulation element). FIG. 2 is a configuration diagram of a cross section along the long side direction of the image display element.
光源1から発せられた白色光は、放物リフレクタ2で反射され、その反射光は、複数のレンズが2次元に配列された第1のレンズアレイ3で複数の光束に分割される。第1のレンズアレイ3により分割された光束(分割光束)は、第2のレンズアレイ4を通過し、偏光変換素子5の近傍に複数の光源像を作る。
White light emitted from the
複数の光源像からの光束は、偏光変換素子5により非偏光光から直線偏光光へとその偏光方向が揃えられる。偏光方向が揃えられた複数の分割光束は、コンデンサレンズ6により画像表示素子9、14、18上において重ね合わせられ、画像表示素子を照明する。実施形態1においては、偏光変換素子5は、偏光ビームスプリッタ8、13、17の偏光分離面8a、13a、17aに対してS偏光となるように、入射光束の偏光方向を揃える。
The polarization directions of the light beams from the plurality of light source images are aligned by the
画像表示素子9、14、18は、それぞれ緑、赤、青の波長帯域の光に対応する画像表示素子である。光源1からコンデンサレンズ6までを、照明光学系とする。
The
照明光学系を出射した光束は、波長帯域に応じて光路を分離する機能を有するダイクロイックミラー7(第1の色分離素子)に入射する。ダイクロイックミラー7の波長に対する透過特性を図3に示す。ダイクロイックミラー7は、緑および赤の波長帯域の光を透過し、青の波長帯域の光を反射させる。
The light beam emitted from the illumination optical system is incident on a dichroic mirror 7 (first color separation element) having a function of separating an optical path according to a wavelength band. The transmission characteristics with respect to the wavelength of the
次にダイクロイックミラー12の特性を図4に示す。ダイクロイックミラー12(第2の色分離素子)は、青および緑の波長帯域の光を透過し、赤の波長帯域の光を反射させる。尚、ダイクロイックミラー12は、青の波長帯域の光を反射させる特性のものであってもよい。
Next, the characteristics of the
図3、図4に示したダイクロイックミラー7、12の特性から、緑の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー7とダイクロイックミラー12を透過する。そして、偏光分離面8aに対してS偏光で入射するので、偏光分離面8aにより反射されて画像表示素子9(緑用の反射型光変調素子)を照明する。画像表示素子9は、入射した光の偏光状態を変えて(変調して)、反射させる機能を有する(画像表示素子14、18も同じ)。画像表示素子9で変調された画像光(P偏光成分)は、偏光分離面8aを透過して、合成プリズム10(色合成素子、光路合成素子)の色分離面(ダイクロイック面)により反射されて、投射レンズ11(投射光学系)へと導かれる。
From the characteristics of the
そして、合成プリズム10により反射された緑の波長帯域の画像光は、投射レンズ11により拡大され、スクリーン上(被投射面)に投射される。ここで画像光とは、画像表示素子により、偏光状態が変えられることにより投射レンズへと導かれる光のことである。一方、画像光とはならない偏光状態の光は、光源側へと戻される。
And the image light of the green wavelength band reflected by the synthetic |
ダイクロイックミラー7により反射された青の波長帯域の光は、さらに反射ミラー15により反射され、リレーレンズ16を介して偏光分離面17aへ至る。そして、偏光分離面17aにより反射され、画像表示素子18(青用の反射型光変調素子)を照明する。画像表示素子18で、その偏光状態が変えられた光のうち画像光は、偏光分離面17aを透過し、合成プリズム10の色分離面により反射されて、投射レンズ11により拡大され、スクリーン上に投射される。
The light in the blue wavelength band reflected by the
ダイクロイックミラー7を透過した赤の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー12により反射される。さらに、偏光分離面13aにより反射され画像表示素子14(赤用の反射型光変調素子)を照明する。画像表示素子14でその偏光状態が変えられた光のうち画像光は、偏光分離面13a、合成プリズム10の色分離面を透過して、投射レンズ11により拡大され、スクリーン上に投射される。
The light in the red wavelength band that has passed through the
偏光変換素子5の拡大図を図5に示す。偏光変換素子は、一般的に図5に示すように、偏光分離面21と反射面22が交互に配置されており、射出側の面にはλ/2板23が貼着されている。図5の矢印は光の進行方向を示す。偏光変換素子5の法線とは、図5のz軸方向のことである。
An enlarged view of the
偏光変換素子5は、図5のように、偏光分離面21と反射面22との間にλ/2板23を1つおきに配した構造を有する。偏光変換素子5に入射した非偏光光(太い実線)は、偏光分離面21でP偏光光(破線)とS偏光光(実線)に分離され、S偏光光は隣接する反射面22で、射出面の方向に反射され、λ/2板23を通り、P偏光光に変換されて射出される。偏光分離面21に入射する光のうち、偏光分離面21を透過したP偏光光は、λ/2板23とλ/2板23との間を通って射出される。以上により、偏光変換素子5に入射する非偏光光はP偏光光に揃えられる。ここでの説明においては、偏光変換素子5の偏光分離面を基準にP偏光とS偏光を規定している。
As shown in FIG. 5, the
図6に、偏光変換素子5の偏光分離面(偏光分離膜)の波長に対する偏光分離特性を示す。横軸は波長[nm]、縦軸は偏光分離特性[%]であり、グラフの実線、破線、一点鎖線は、それぞれ偏光分離面への入射角度が45度、42度、39度の場合の偏光変換効率を表している。図6に示すように、偏光分離面への入射角度が、45度から離れるにしたがって、偏光分離特性が低下している。これは、偏光分離面に対する入射角が、45度から離れるほど、言い換えれば、偏光分離面に対する光束の入射角度の広がりが大きいほど、漏れ光が多くなることを示している。
FIG. 6 shows the polarization separation characteristics with respect to the wavelength of the polarization separation surface (polarization separation film) of the
図1の偏光ビームスプリッタ8、13、17の偏光分離面8a、13a、17aの偏光分離特性も図6に示した特性とほぼ同じである。
The polarization separation characteristics of the
図6の45度、42度、39度は、入射面(偏光分離面の法線と入射光線を含む平面)内で偏光分離面の法線と成す角度を表わしているが、実際は、偏光分離面の同一点には、上下左右斜め方向から様々な角度をもった光が入射する。例えば、偏光分離面の同一点に入射する光線が理想的な偏光分離特性が得られる入射角(例えば45°)の光線に対して等方的な角度の分布(所定の立体角)を持っている場合を考える。この場合、入射面内での入射光線の角度の分布は、入射角(入射光線と偏光分離面の法線とのなす角)の分布に合致する。一方、偏光分離面の法線を含み、入射面と垂直な面(以下、面Xと称する)においては、入射光線の角度の分布の広がりが入射面内と同じであっても、偏光分離面の法線に対する角度のずれが少ない。すなわち面Xにおいては、入射角の変化が少なく、理想的な偏光変換効率が得られる角度からほとんどずれない。 In FIG. 6, 45 degrees, 42 degrees, and 39 degrees represent angles formed with the normal line of the polarization separation plane in the incident plane (a plane including the normal line of the polarization separation plane and the incident light beam). Light having various angles is incident on the same point on the surface from oblique directions in the vertical and horizontal directions. For example, a light beam incident on the same point on the polarization separation surface has an isotropic angle distribution (predetermined solid angle) with respect to a light beam having an incident angle (for example, 45 °) at which an ideal polarization separation characteristic is obtained. Think if you are. In this case, the distribution of the incident light angle in the incident surface matches the distribution of the incident angle (the angle formed between the incident light beam and the normal of the polarization separation surface). On the other hand, in a plane that includes the normal line of the polarization separation plane and is perpendicular to the incident plane (hereinafter referred to as plane X), even if the spread of the angle distribution of incident rays is the same as that in the incidence plane, the polarization separation plane There is little deviation of the angle with respect to the normal. That is, on the surface X, the change in the incident angle is small, and there is almost no deviation from the angle at which an ideal polarization conversion efficiency is obtained.
本発明は、図1、図2に示したように偏光変換素子5の偏光分離面21(第2の偏光分離面)と、偏光ビームスプリッタ8の偏光分離面8a(第1の偏光分離面)が同じ断面内に無いように配置している。言い換えれば、偏光分離面8aの法線と画像表示素子9の法線とに平行な断面を第1断面とする。投射レンズ11の光軸11Aを含み、前記第1断面に直交する断面を第2断面とする。このとき、偏光変換素子5の複数の偏光分離面21の配列方向が、第2断面に沿う方向になるように構成している。さらに言い換えれば、緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第1の偏光分離面、偏光変換素子が有する偏光分離面を第2の偏光分離面とする。そして、前記第1の偏光分離面の法線と緑用の反射型光変調素子の法線とに平行な断面を第1断面、前記第2の偏光分離面の法線と前記偏光変換素子の法線とに平行な断面を第2断面とする。このとき、前記第1断面と前記第2断面は互いに直交する断面である。
In the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the polarization separation surface 21 (second polarization separation surface) of the
先に述べたように、偏光分離面21の法線と入射光線を含む入射面内での入射角度の変化に対して、その法線を含み入射面に垂直な平面内での入射角度の変化は小さい。よって、偏光変換素子5の偏光分離面21に対して入射面内で大きな広がり角をもった光が入射しても、偏光ビームスプリッタ8の偏光分離面8aにおいては、法線を含み入射面に垂直な面内(面X内)で入射することになる。つまり、偏光ビームスプリッタ8の偏光分離面8aの入射面に垂直な面内では、ほぼ所望の入射角(例えば45°)で光が入射することになる。
As described above, with respect to the change of the incident angle in the incident plane including the normal line of the
これにより偏光分離面8aは、図6に実線で示した特性で、入射光を検光することができ、漏れ光を低減することができる。つまり、漏れ光をカット(吸収または反射)するための偏光板を必要としないので、偏光板を挿入した場合に比べ、明るい画像を投射することができる。また、本発明の他の効果は、漏れ光を低減できるので、高いコントラストをもった投射画像を投射することできる点にある。
Thereby, the
一般的に、第1のレンズアレイ3は、複数のレンズセルにより構成されており、画像表示素子の照明効率を高めるために、レンズセルと画像表示素子の有効領域(実際に画像を表示する領域として使用する領域)を相似形にしている。また、複数の偏光分離面21を配列する間隔(ピッチ)は、レンズセルのy軸方向の幅に比例する。 In general, the first lens array 3 is composed of a plurality of lens cells, and in order to increase the illumination efficiency of the image display element, an effective area (area where an image is actually displayed) of the lens cell and the image display element. The area to be used as is similar. The interval (pitch) at which the plurality of polarization separation surfaces 21 are arranged is proportional to the width of the lens cell in the y-axis direction.
実施形態1においては、画像表示素子の長辺方向に沿う断面と、偏光変換素子5の偏光分離面21が配列される方向に沿う断面を同じ断面(図2)にしている。これにより、画像表示素子の長辺方向に沿う断面と、偏光変換素子5の偏光分離面21が配列される方向に沿う断面を直交させた場合に比べ、先に述べた比例の関係から、偏光変換素子5の偏光分離面21のピッチを大きくとることができる。ピッチが大きくとれると、偏光変換素子5でケラレてしまう光が少なくなるので、偏光変換素子5における偏光変換効率を高められる、より明るい画像を投射することができる。
In the first embodiment, the cross section along the long side direction of the image display element and the cross section along the direction in which the
実施形態1において、偏光分離面に8aに入射する光の偏光方向はP偏光であっても、上記効果を得ることができる。ただし、より好ましくは、偏光分離面8aに対して入射する光の偏光方向が、S偏光であるのが良い。一般的に偏光分離面は、S偏光に対しての消光比がP偏光に比べて高いので、S偏光入射であれば、偏光ビームスプリッタ8の入射側に偏光板を配置するのが一般的である。よって、S偏光入射であれば、偏光ビームスプリッタ8の出射側には偏光板を配置する必要がない。さらに、本発明の構成では、前述したように、偏光ビームスプリッタ8は、検光性能が高い入射角度で検光することができるので、偏光ビームスプリッタ8の入射側にも偏光板を配置する必要がない。つまり、漏れ光を検光するという目的の偏光板を、偏光ビームスプリッタ8の入射側、出射側に配置する必要がないので、偏光板の吸収あるいは反射による明るさの低下抑えるという効果をより得ることができる。尚、上記説明において用いている偏光ビームスプリッタ8は、画像表示素子の変調光を検光する素子であるとも言える。あるいは、画像表示素子と色合成素子との間に配置された偏光分離面を有する素子であるとも言える。
In the first embodiment, the above effect can be obtained even if the polarization direction of the light incident on the
以上の説明は、実施形態1において3つある偏光ビームスプリッタのうち、偏光ビームスプリッタ8の偏光分離面8aを代表例として説明した。偏光ビームスプリッタ8を偏光ビームスプリッタ13、17に置き換えても、つまり、他の波長帯域の光路についても同様の説明ができる。
In the above description, the
また、実施形態1では、画像表示素子9を緑の波長帯域の光に対応する画像表示素子、14を赤の波長帯域の光に対応する画像表示素子、18を青の波長帯域の光に対応する画像表示素子としたが、組合せが異なっていても良い。 In the first embodiment, the image display element 9 corresponds to an image display element corresponding to light in the green wavelength band, the image display element corresponding to light in the red wavelength band, and 18 corresponding to light in the blue wavelength band. However, the combinations may be different.
また、偏光分離面のP偏光に対する透過率は、1%以下であるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the transmittance | permeability with respect to P polarized light of a polarization separation surface is 1% or less.
また、実施形態1で用いた偏光変換素子5は、偏光分離膜と反射膜が交互に並べられたものであったが、入射側に偏光分離面のピッチ1つおきに遮光板を設け、複数の偏光分離膜のみで構成された偏光変換素子であっても本発明の効果を得ることができる。
In the
また、実施形態1において、偏光変換素子5に又は偏光変換素子5の近傍に遮光部を設けることにより、更なるコントラスト向上が可能である。遮光部は、偏光変換素子5の入射側に簾状に貼着されたものであってもよいし、偏光変換素子5への入射光束径を制限する絞りであってもよい。
In the first embodiment, the contrast can be further improved by providing a light shielding portion in the
また、実施形態1の画像表示素子は反射型であるが、透過型の画像表示素子でも良いし、デジタルミラーデバイス(DMD)などの画像表示素子を用いても良い。透過型の画像表示素子を用いる場合は、波長選択性位相差板と偏光ビームスプリッタを用いて、入射光を色分離する。この形態においては、色分離を行う偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線と画像表示素子の法線とに平行な断面を第1断面とする。投射レンズの光軸を含み、前記第1断面に垂直な断面を第2断面とする。このとき、偏光変換素子が有する複数の偏光分離面の配列方向が、前記第2断面に沿う方向になるよう構成すればよい。光源が、レーザ等の偏光方向が揃った光を射出するものであれば、波長選択性位相差板はなくてもよい。
The image display element of
また、実施形態1のレンズアレイは2次元に配列されたものであるが、シリンドリカルレンズやトーリックレンズが1次元方向にのみ配列されたレンズアレイであってもよい。
Although the lens array of
また図1は、画像表示素子の短辺方向に沿う断面図であると説明したが、図1は、画像表示素子によりその偏光状態が変えられた光を検光する偏光分離面の法線と画像表示素子の法線とに平行な断面Aにおける構成図であるとも言える。また図2は、照明光学系の光軸を含み、断面Aに垂直な断面である断面Bにおける構成図であると言える。 FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the short side direction of the image display element, but FIG. 1 shows the normal line of the polarization separation surface for detecting the light whose polarization state has been changed by the image display element. It can also be said that it is a configuration diagram in a section A parallel to the normal line of the image display element. Further, FIG. 2 can be said to be a configuration diagram in a section B including the optical axis of the illumination optical system and being a section perpendicular to the section A.
また図2は、図1の偏光ビームスプリッタ8と合成プリズム10を一方向に展開した図として記載したが、偏光ビームスプリッタ8を偏光ビームスプリッタ13あるいは17と置き換えてもよい。
FIG. 2 is a diagram in which the
(実施形態2)
図7、図8に実施形態2の画像投射装置の構成図を示す。図7は図1と同様に、画像表示素子の短辺方向に沿う断面の構成図であり、図8は図2と同様に、画像表示素子の長辺方向に沿う断面の構成図である。
(Embodiment 2)
7 and 8 are configuration diagrams of the image projection apparatus according to the second embodiment. 7 is a configuration diagram of a cross section along the short side direction of the image display element, similarly to FIG. 1, and FIG. 8 is a configuration diagram of a cross section along the long side direction of the image display element, similarly to FIG.
実施形態2において、実施形態1と異なる点は、放物リフレクタを楕円リフレクタとしている点、第1断面(図7)において、第2のレンズアレイに負の屈折力を持たせている点である。さらに、第2断面(図8)において、第1のレンズアレイに負の屈折力を持たせている点、1つの偏光ビームスプリッタ(赤青用の偏光分離素子)に対して2枚の画像表示素子を配置させている点である。これにより、更なるコントラストの向上を図った。 The second embodiment differs from the first embodiment in that the parabolic reflector is an elliptical reflector, and in the first cross section (FIG. 7), the second lens array has a negative refractive power. . Furthermore, in the second cross section (FIG. 8), the first lens array has a negative refractive power, and two image displays for one polarization beam splitter (a polarization separation element for red and blue). The element is arranged. As a result, the contrast was further improved.
光源31から発した白色光は、楕円リフレクタ32で反射され収斂光束となる。収斂光束は、レンズセルが図8の断面において偏心している第1のレンズアレイ33で複数の光束に分割される。分割された光束は、レンズセルが図7の断面において偏心している第2のレンズアレイ34のレンズセルによって集光され、偏光変換素子35の近傍に複数の光源像を作る。偏光変換素子35を通過した光束は、所定の偏光方向に偏光状態が揃えられたのち、コンデンサレンズ36を介して画像表示素子39、46、47を照明する。
White light emitted from the
画像表示素子39、46、47は、それぞれ緑、赤、青の波長帯域の光に対応する画像表示素子である。光源31側から画像表示素子に向かって順に、光源31と偏光変換素子35との間に、第1断面および第2断面において、正の屈折力を有する楕円リフレクタ32(光学素子)を有する。さらに、第2断面(図8)において負の屈折力を有する第1のレンズアレイ33(光学素子)と、第1断面(図7)において負の屈折力を有する第2のレンズアレイ34(光学素子)を有する。第1断面、第2断面の定義は、実施形態1と同じである。
The
このように構成することで、第2断面においては、第1のレンズアレイ33によって、収斂光束が平行化され、射出される。第1断面においては、第2のレンズアレイ34によって収斂光束が平行化され、射出される。平行化された光束の幅は、第1断面の方が第2断面より小さい。
With this configuration, the convergent light beam is collimated and emitted by the
図9にダイクロイックミラー37(色分離素子)の波長に対する透過率の特性を示す。ダイクロイックミラー37の特性は、緑の波長帯域の光を透過させ、赤および青の波長帯域の光を反射させる。ダイクロイックミラー37に入射した緑の波長帯域の光(P偏光)は、λ/2板40により偏光方向が90度変換され(S偏光となり)、偏光分離面38a(第1の偏光分離面)により反射され、画像表示素子39を照明する。その後、画像表示素子39で変換された画像光は、偏光分離面38aを透過し、色分離作用と偏光分離作用両方をもつ光学面41aをもつダイクロイック偏光プリズム41に入射する。
FIG. 9 shows the transmittance characteristics with respect to the wavelength of the dichroic mirror 37 (color separation element). The characteristic of the dichroic mirror 37 is that light in the green wavelength band is transmitted and light in the red and blue wavelength bands is reflected. The light in the green wavelength band (P-polarized light) incident on the dichroic mirror 37 is converted by the λ / 2
光学面41aは、図10に示す特性を有し、青の波長帯域の光に関してはP偏光、S偏光ともに透過させる。赤の波長帯域の光に関しては、S偏光を反射し、P偏光を透過する。そして、緑の波長帯域の光に関しては、P偏光、S偏光をともに反射させる。 The optical surface 41a has the characteristics shown in FIG. 10 and transmits both P-polarized light and S-polarized light with respect to light in the blue wavelength band. For light in the red wavelength band, it reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. For light in the green wavelength band, both P-polarized light and S-polarized light are reflected.
よって、緑の波長帯域の光は、ダイクロイック偏光プリズム41の光学面41aにより反射されて、投射レンズ42を介して、拡大されスクリーン上に投射される。
Therefore, the light in the green wavelength band is reflected by the optical surface 41a of the dichroic
赤の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー37により反射され、偏光板43、赤の波長帯域の光のみ偏光方向を90度回転させる波長選択性位相板44を通りS偏光となる。
The light in the red wavelength band is reflected by the dichroic mirror 37 and passes through the
そして、赤の波長帯域の光は、偏光分離面45aにより反射され、画像表示素子46を照明する。その後、画像表示素子46でその偏光方向が変えられた光のうち画像光は、偏光分離面45aを透過する。そして、青の波長帯域についてのみ偏光板として作用する青用の偏光板48、ダイクロイック偏光プリズム41の光学面41aを透過し、投射レンズ42で拡大されスクリーン上に投射される。
The light in the red wavelength band is reflected by the
青の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー37により反射され、偏光板43を透過し、波長選択性位相板44を通過する。そして、青の波長帯域の光は、偏光分離面45aを透過し、画像表示素子47を照明する。その後、画像表示素子47で偏光状態が変えられた光のうち、画像光は、偏光分離面45aにより反射される。青用の偏光板48で不要な偏光光は、吸収あるいは反射され(検光され)、ダイクロイック偏光プリズム41の光学面41aを透過し、投射レンズ42で拡大されスクリーン上に投射される。
The light in the blue wavelength band is reflected by the dichroic mirror 37, passes through the
尚、波長選択性位相差板は青の波長帯域の光のみ偏光方向を90度回転させる素子であってもよい。このとき、青の波長帯域の光はS偏光へと変換されるので、偏光分離面45aにより反射され、他方の赤の波長帯域の光はP偏光のままなので、偏光分離面45aを透過する。
The wavelength-selective retardation plate may be an element that rotates the polarization direction by 90 degrees only for light in the blue wavelength band. At this time, since the light in the blue wavelength band is converted to S-polarized light, it is reflected by the
実施形態2の画像投射装置は、実施形態1の画像投射装置と同じ効果を得ることができる。 The image projection apparatus according to the second embodiment can obtain the same effects as the image projection apparatus according to the first embodiment.
また実施形態2の他の効果として、第1断面における光束幅を、第2断面における光束幅よりも小さくすることで、偏光ビームスプリッタ38の入射角度特性が敏感な第1断面に入射する光束の幅が小さくすることができるので、より漏れ光を低減することができる。
Another effect of the second embodiment is that the light beam width in the first cross section is made smaller than the light beam width in the second cross section, so that the light beam incident on the first cross section where the incident angle characteristic of the
実施形態2では、ダイクロイックミラー37で波長帯域を分離する際、赤と青の光路と、緑の光路を分離しているが、他の組み合わせであっても可能である。 In the second embodiment, when the wavelength bands are separated by the dichroic mirror 37, the red and blue optical paths and the green optical path are separated, but other combinations are possible.
また、偏光ビームスプリッタはワイヤーグリッドであってもよい。 The polarization beam splitter may be a wire grid.
実施形態1、2においてより好ましくは、全ての波長帯域の光の光路において、色分離素子と画像表示素子との間に偏光板を配置しないのが明るさ向上効果は高いが、いずれか1つの光路のみ偏光板を配置せずとも、明るさ向上効果は得ることができる。特に、比視感度の高い緑の波長帯域の光路の偏光板を除くことにより、より明るい投射画像を投射することができる。 In the first and second embodiments, it is more preferable that a polarizing plate is not disposed between the color separation element and the image display element in the optical path of light in all wavelength bands. Even if the polarizing plate is not disposed only in the optical path, the effect of improving the brightness can be obtained. In particular, a brighter projected image can be projected by removing the polarizing plate in the optical path of the green wavelength band with high specific visibility.
5 偏光変換素子
7 色分離素子
8、13、17 偏光分離素子
8a、13a、17a 偏光分離面
9、14、18 画像表示素子
10 合成プリズム
DESCRIPTION OF
Claims (6)
緑の波長帯域の光が入射する緑用の反射型光変調素子と、
青の波長帯域の光が入射する青用の反射型光変調素子と、
光源からの光を直線偏光に変換するための複数の偏光分離面を有する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を出射した光のうち、前記青の波長帯域の光を反射し、前記緑、及び赤の波長帯域の光を透過することにより前記青の波長帯域の光を分離する第1の色分離素子と、
前記第1の色分離素子を透過した前記緑、及び赤の波長帯域の光のうち、前記赤の波長帯域の光を反射することにより、前記赤の波長帯域の光を分離する第2の色分離素子と、
前記青、及び緑用の反射型光変調素子により反射された画像光を反射させ、前記赤用の反射型光変調素子により反射された画像光を透過することにより各波長帯域の光を合成し、投射光学系へと導く色合成素子と、
前記第1の色分離素子により分離された前記青の波長帯域の光を反射することにより前記青用の反射型光変調素子に導くとともに、前記青用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する青用の偏光分離素子と、
前記第2の色分離素子により分離された前記赤の波長帯域の光を反射することにより前記赤用の反射型光変調素子に導くとともに、前記赤用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する赤用の偏光分離素子と、
前記第2の色分離素子を透過した前記緑の波長帯域の光を反射することにより前記緑用の反射型光変調素子に導くとともに、前記緑用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する緑用の偏光分離素子を有し、
前記緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第1の偏光分離面、
前記偏光変換素子が有する偏光分離面を第2の偏光分離面、
前記第1の偏光分離面の法線と前記緑用の反射型光変調素子の法線とに平行な断面を第1断面、
前記第2の偏光分離面の法線と前記偏光変換素子の法線とに平行な断面を第2断面とするとき、
前記第1断面と前記第2断面は互いに直交する断面であることを特徴とする画像投射装置。 A reflective light modulation element for red on which light in the red wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for green on which light in the green wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for blue on which light in a blue wavelength band is incident;
A polarization conversion element having a plurality of polarization separation surfaces for converting light from the light source into linearly polarized light;
First, the light of the blue wavelength band is separated by reflecting the light of the blue wavelength band out of the light emitted from the polarization conversion element and transmitting the light of the green and red wavelength bands. A color separation element;
A second color that separates the light in the red wavelength band by reflecting the light in the red wavelength band out of the light in the green and red wavelength bands transmitted through the first color separation element; A separation element;
The image light reflected by the blue and green reflective light modulation elements is reflected, and the image light reflected by the red reflection light modulation element is transmitted to synthesize light of each wavelength band. A color composition element that leads to the projection optical system;
Light reflected in the blue wavelength band separated by the first color separation element is guided to the blue reflection-type light modulation element and modulated by the blue reflection-type light modulation element A polarization separation element for blue having a polarization separation surface that transmits image light and guides it to the color composition element,
Light reflected in the red wavelength band separated by the second color separation element is guided to the reflection light modulation element for red and modulated by the reflection light modulation element for red A polarization separation element for red having a polarization separation surface that transmits image light and guides it to the color composition element,
The green wavelength band light transmitted through the second color separation element is reflected to be guided to the green reflection type light modulation element, and the light modulated by the green reflection type light modulation element Among them, it has a polarization separation element for green having a polarization separation surface that transmits image light and guides it to the color composition element,
The polarization separation surface of the green polarization separation element is a first polarization separation surface,
The polarization separation surface of the polarization conversion element is a second polarization separation surface,
A cross section parallel to a normal line of the first polarization separation surface and a normal line of the reflective light modulation element for green is a first cross section,
When a cross section parallel to the normal line of the second polarization separation surface and the normal line of the polarization conversion element is a second cross section,
The image projection apparatus according to claim 1, wherein the first cross section and the second cross section are cross sections orthogonal to each other.
緑の波長帯域の光が入射する緑用の反射型光変調素子と、
青の波長帯域の光が入射する青用の反射型光変調素子と、
光源からの光を直線偏光に変換するための複数の偏光分離面を有する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を出射した光のうち、前記青と赤の波長帯域の光を反射し、前記緑の波長帯域の光を透過することにより前記緑の波長帯域の光を分離する色分離素子と、
前記赤、及び青用の反射型光変調素子により反射された画像光を透過させ、前記緑用の反射型光変調素子により反射された画像光を反射することにより各波長帯域の光を合成し、投射光学系へと導く色合成素子と、
前記色分離素子により分離された前記緑の波長帯域の光を反射することにより前記緑用の反射型光変調素子に導くとともに、前記緑用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する緑用の偏光分離素子と、
前記色分離素子により反射された前記赤、及び青の波長帯域の光のうちいずれか一方を反射、他方を透過させることにより、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子それぞれに導くとともに、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子により変調された画像光を合成して、前記色合成素子に導く偏光分離面を有する赤、及び青用の偏光分離素子と、
前記色分離素子と前記緑用の偏光分離素子との間にλ/2板を有し、
前記緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第1の偏光分離面、
前記偏光変換素子が有する偏光分離面を第2の偏光分離面、
前記第1の偏光分離面の法線と前記緑用の反射型光変調素子の法線とに平行な断面を第1断面、
前記第2の偏光分離面の法線と前記偏光変換素子の法線とに平行な断面を第2断面とするとき、
前記第1断面と前記第2断面は互いに直交する断面であることを特徴とする画像投射装置。 A reflective light modulation element for red on which light in the red wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for green on which light in the green wavelength band is incident;
A reflective light modulation element for blue on which light in a blue wavelength band is incident;
A polarization conversion element having a plurality of polarization separation surfaces for converting light from the light source into linearly polarized light;
A color separation element that reflects light in the blue and red wavelength bands out of the light emitted from the polarization conversion element and separates the light in the green wavelength band by transmitting the light in the green wavelength band; ,
Light of each wavelength band is synthesized by transmitting the image light reflected by the red and blue reflective light modulators and reflecting the image light reflected by the green reflective light modulator. A color composition element that leads to the projection optical system;
The light of the green wavelength band separated by the color separation element is reflected to be guided to the green reflection type light modulation element, and an image out of the light modulated by the green reflection type light modulation element A polarization separation element for green having a polarization separation surface that transmits light to the color composition element;
By reflecting one of the red and blue wavelength bands of light reflected by the color separation element and transmitting the other, the red reflective light modulation element and the blue reflective light are reflected. Red having a polarization separation surface that guides to each of the modulation elements, combines the image light modulated by the reflection light modulation element for red and the reflection light modulation element for blue, and guides the light to the color synthesis element, And a polarization separation element for blue,
A λ / 2 plate between the color separation element and the green polarization separation element;
The polarization separation surface of the green polarization separation element is a first polarization separation surface,
The polarization separation surface of the polarization conversion element is a second polarization separation surface,
A cross section parallel to a normal line of the first polarization separation surface and a normal line of the reflective light modulation element for green is a first cross section,
When a cross section parallel to the normal line of the second polarization separation surface and the normal line of the polarization conversion element is a second cross section,
The image projection apparatus according to claim 1, wherein the first cross section and the second cross section are cross sections orthogonal to each other.
前記第1断面および前記第2断面において正の屈折力を有する光学素子と、
前記第1断面において負の屈折力を有する光学素子と、
前記第2断面において負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする請求項1または3に記載の画像投射装置。 Between the light source and the first color separation element, in order from the light source side,
An optical element having positive refractive power in the first cross section and the second cross section;
An optical element having negative refractive power in the first cross section;
The image projection apparatus according to claim 1, further comprising an optical element having negative refractive power in the second section.
前記第1断面および前記第2断面において正の屈折力を有する光学素子と、
前記第1断面において負の屈折力を有する光学素子と、
前記第2断面において負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする請求項2または3に記載の画像投射装置。 Between the light source and the color separation element, in order from the light source side,
An optical element having positive refractive power in the first cross section and the second cross section;
An optical element having negative refractive power in the first cross section;
The image projection apparatus according to claim 2, further comprising an optical element having negative refractive power in the second cross section.
前記色合成素子により合成された光を被投射面に投射する投射光学系を有することを特徴とする画像投射装置。 An image projection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
An image projection apparatus comprising: a projection optical system that projects light synthesized by the color synthesis element onto a projection surface.
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