JP2015210488A - Illumination optical system and image display device having the same - Google Patents

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JP2015210488A
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勇樹 前田
Yuuki Maeda
勇樹 前田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical system capable of illuminating a target surface with uniform illuminance using a smaller polarization conversion element.SOLUTION: An illumination optical system includes a PBS 11 for directing S-polarized light of a light ray from a light source 1 to a direction different from that of P-polarized light, and a 1/2 wavelength plate 12 for aligning polarization directions of the P-polarized light and S-polarized light having different polarization directions. The system also includes a collimator lens 3 to which the light ray coming out from the PBS 11 and 1/2 wavelength plate 12 enter, a fly-eye lens 4, and a fly-eye lens 5. The light ray traveling from the light source 1 to the PBS 11 is a converging light ray, and the collimator lens 3 is located between the PBS 11 and the fly-eye lens 4.

Description

本発明は、照明光学系およびこれを用いたプロジェクターなどの画像表示装置に関する発明である。   The present invention relates to an illumination optical system and an image display apparatus such as a projector using the illumination optical system.

近年、液晶パネルを用いたプロジェクター(液晶プロジェクター)が開発されている。液晶プロジェクターでは、明るく、高いコントラストで、かつ、全体に渡ってほぼ均一な明るさを有する画像を投射できるプロジェクターが求められている。   In recent years, projectors using liquid crystal panels (liquid crystal projectors) have been developed. As a liquid crystal projector, there is a demand for a projector capable of projecting an image having a bright, high contrast, and almost uniform brightness throughout.

高いコントラストの画像を投射するために、液晶パネルに所定の方向に揃えられた偏光を入射させる照明光学系として、特許文献1がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses an illumination optical system that allows polarized light aligned in a predetermined direction to enter a liquid crystal panel in order to project a high-contrast image.

特許文献1では、プリズム型のPBS(偏光ビームスプリッター)とプリズムミラーと、1/2波長板を一体に構成した偏光変換素子に、略平行光束を入射させ、所定の偏光方向に揃った光束を出射する技術が開示されている。   In Patent Document 1, a substantially parallel light beam is made incident on a polarization conversion element in which a prism-type PBS (polarization beam splitter), a prism mirror, and a half-wave plate are integrated, and a light beam aligned in a predetermined polarization direction. A technique for emitting light is disclosed.

特開2004−053641号公報JP 2004-053641 A

一般に、液晶プロジェクターには高画質な画像を投射することができることだけではなく、より小型なことも求められている。   In general, liquid crystal projectors are required not only to project high-quality images, but also to be smaller.

しかしながら、特許文献1に記載の偏光変換素子においては、フライアイレンズに略平行光束を入射させるために、偏光変換素子をフライアイレンズと同等の大きさにする必要があり、偏光変換素子をより小型にすることが困難である。   However, in the polarization conversion element described in Patent Document 1, it is necessary to make the polarization conversion element the same size as the fly-eye lens in order to allow a substantially parallel light beam to enter the fly-eye lens. It is difficult to reduce the size.

そこで、本発明の目的は、より小さい偏光変換素子で、均一な照度で被照明面を照明することが可能な照明光学系を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an illumination optical system capable of illuminating a surface to be illuminated with uniform illuminance with a smaller polarization conversion element.

上記目的を達成するために、本発明の照明光学系は、
光源からの光束のうち、第1の偏光方向の光束と偏光方向が異なる第2の偏光方向の光束を、前記第1の偏光方向の光束と異なる方向に導く偏光素子と、
互いに偏光方向が異なる前記第1の偏光方向の光束と前記第2の偏光方向の光束の偏光方向を揃える第1の位相板と、
前記偏光素子及び前記第1の位相板から出射する光束が入射する正レンズと、
前記正レンズから出射する光束を複数の光束に分割する複数のレンズセルを有する第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイの複数のレンズセルに対応する複数のレンズセルを有する第2のレンズアレイと、を備え、
前記光源から前記偏光素子に向かう光束は収斂光束であって、
前記正レンズは、前記偏光素子と前記第1のレンズアレイとの間に設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the illumination optical system of the present invention comprises:
A polarizing element that guides a light beam having a second polarization direction different from the light beam in the first polarization direction out of the light beam from the light source in a direction different from the light beam in the first polarization direction;
A first phase plate that aligns the polarization directions of the light beams of the first polarization direction and the light beams of the second polarization direction, the polarization directions of which are different from each other;
A positive lens on which light beams emitted from the polarizing element and the first phase plate are incident;
A first lens array having a plurality of lens cells for dividing a light beam emitted from the positive lens into a plurality of light beams;
A second lens array having a plurality of lens cells corresponding to the plurality of lens cells of the first lens array,
The light flux from the light source toward the polarizing element is a convergent light flux,
The positive lens is provided between the polarizing element and the first lens array.

本発明によれば、より小さい偏光変換素子で、均一な照度で被照明面を照明することが可能な照明光学系を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the illumination optical system which can illuminate a to-be-illuminated surface with uniform illumination intensity with a smaller polarization conversion element can be provided.

本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な画像表示装置の構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of an image display device in which a light source device shown in an embodiment of the present invention can be mounted. 本発明の実施例1に係る照明光学系。1 shows an illumination optical system according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1における偏光変換素子2の構成。The structure of the polarization conversion element 2 in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る照明光学系。Illumination optical system according to Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2における偏光変換素子2の構成。The structure of the polarization conversion element 2 in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る照明光学系。Illumination optical system according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3における偏光変換素子2の構成。The structure of the polarization conversion element 2 in Example 3 of this invention.

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状それらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の形状などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。   Preferred embodiments of the present invention will be illustratively described below with reference to the drawings. However, the shapes of components described in this embodiment and their relative arrangements should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. In other words, the shape of the component parts and the like are not stipulated to limit the scope of the present invention to the following embodiments.

〔画像表示装置の説明〕
図1は、後述の本発明の実施例で示す照明光学系を搭載した画像表示装置Mの構成を説明する図である。
[Description of Image Display Device]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an image display apparatus M equipped with an illumination optical system shown in an embodiment of the present invention described later.

発光管100から全方向に射出した光束は、放物面鏡200によって略平行光束となって射出され、照明光学系Lへ入射する。もちろん、完全な平行光束である必要はなく、使用に耐える範囲で若干発散していても収束していても構わない。   The light beam emitted from the arc tube 100 in all directions is emitted as a substantially parallel light beam by the parabolic mirror 200 and enters the illumination optical system L. Of course, it does not have to be a completely parallel light beam, and it may be slightly diverging or converging as long as it can be used.

照明光学系Lは、後述の本発明の実施例で示す照明光学系である。   The illumination optical system L is an illumination optical system shown in an example of the present invention described later.

ダイクロイックミラー700はB(青)とR(赤)の色光を反射し、G(緑)の色光を透過する特性を備える。   The dichroic mirror 700 has a characteristic of reflecting B (blue) and R (red) color light and transmitting G (green) color light.

PBS(偏光ビームスプリッター)800は、Gの色光のうち、P偏光方向の光束を、P偏光方向の光束と偏光方向が異なるS偏光方向の光束と異なる方向に導く。具体的には、PBS800は、P偏光を透過し、S偏光を反射するPBSである。   The PBS (polarization beam splitter) 800 guides the light beam in the P polarization direction out of the G color light in a direction different from the light beam in the S polarization direction, which is different from the light beam in the P polarization direction. Specifically, the PBS 800 is a PBS that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light.

900(900R、900G、900B)はそれぞれ、Rの色光用の液晶パネル、Gの色光用の液晶パネル、Bの色光用の液晶パネルである。液晶パネル900は、色光を変調し、変調光を出射する光変調素子である。本実施例において、液晶パネル900は、反射型液晶素子である。   900 (900R, 900G, 900B) are a liquid crystal panel for R color light, a liquid crystal panel for G color light, and a liquid crystal panel for B color light, respectively. The liquid crystal panel 900 is a light modulation element that modulates color light and emits modulated light. In this embodiment, the liquid crystal panel 900 is a reflective liquid crystal element.

1/4波長板1000(1000R、1000G、1000B)はそれぞれ、Rの色光用の1/4波長板、Gの色光用の1/4波長板、Bの色光用の1/4波長板である。   The quarter-wave plates 1000 (1000R, 1000G, and 1000B) are a quarter-wave plate for R color light, a quarter-wave plate for G color light, and a quarter-wave plate for B color light, respectively. .

1100はP偏光を透過する入射側偏光板であり、1200はRの色光の偏光方向を90度変換し、Bの色光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板である。   Reference numeral 1100 denotes an incident-side polarizing plate that transmits P-polarized light, and 1200 denotes a color-selective phase difference plate that converts the polarization direction of R color light by 90 degrees and does not convert the polarization direction of B color light.

PBS1300はP偏光を透過し、S偏光を反射するPBS(第1の偏光素子)であり、偏光分離面1300aを有する。   The PBS 1300 is a PBS (first polarizing element) that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light, and has a polarization separation surface 1300a.

1400はS偏光を透過するGの色光用の出側偏光板である。   Reference numeral 1400 denotes an exit side polarizing plate for G color light that transmits S-polarized light.

合成プリズム1700(光合成素子)は、B、Gの色光に対してはBの色光を透過し、Gの色光を反射するダイクロイックミラーとして作用する。一方、Rの色光に対しては、P偏光を透過し、S偏光を反射するPBSとして作用する。すなわち、合成プリズム1700は、Bの変調光と、Rの変調光と、Gの変調光とを合成する。   The combining prism 1700 (light combining element) functions as a dichroic mirror that transmits B color light and reflects G color light with respect to B and G color light. On the other hand, for R color light, it acts as PBS that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. That is, the combining prism 1700 combines the B modulated light, the R modulated light, and the G modulated light.

以上のダイクロイックミラー700から合成プリズム1700により、色分離合成系Cが構成される。   A color separation / synthesis system C is configured by the synthesis prism 1700 from the dichroic mirror 700 described above.

1800は投射レンズ光学系であり、上記の照明光学系L、色分解合成光学系Cおよび投射レンズ光学系1800により画像表示光学系が構成される。   Reference numeral 1800 denotes a projection lens optical system, and the illumination optical system L, the color separation / synthesis optical system C, and the projection lens optical system 1800 constitute an image display optical system.

以上が、画像表示装置Mの構成である。次に、照明光学系Lを通過した後の光学的な作用を説明する。まず、Gの光路について説明する。   The above is the configuration of the image display apparatus M. Next, the optical action after passing through the illumination optical system L will be described. First, the G optical path will be described.

ダイクロイックミラー700を透過したGの色光はPBS800に入射して偏光分離面でP偏光の光が透過し、液晶パネル900Gへと至る。液晶パネル900Gにおいては、Gの色光が画像変調されて反射される。画像変調されたGの反射光のうちP偏光成分は、再びPBS800の偏光分離面を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。   The G color light transmitted through the dichroic mirror 700 enters the PBS 800, and P-polarized light is transmitted through the polarization splitting surface to reach the liquid crystal panel 900G. In the liquid crystal panel 900G, the G color light is image-modulated and reflected. The P-polarized component of the image-modulated G reflected light is again transmitted through the polarization separation surface of the PBS 800, returned to the light source side, and removed from the projection light.

一方、画像変調されたGの反射光のうちS偏光成分は、PBS800の偏光分離面で反射され、S偏光を透過する出側偏光板1400を透過し、投射光として合成プリズム1700に向かう。   On the other hand, the S-polarized light component of the G-modulated reflected light that has undergone image modulation is reflected by the polarization separation surface of the PBS 800, passes through the exit-side polarizing plate 1400 that transmits S-polarized light, and travels toward the synthesis prism 1700 as projection light.

このとき、すべての偏光成分をP偏光に変換した状態である黒表示状態においては、1/4波長板1000Gの進相軸または遅相軸を、PBS800への入射光の光軸と反射光の光軸を含む平面に略垂直な方向に調整する。なお、1/4波長板1000は、PBS800と液晶パネル900Gとの間に設けられている。これにより、PBS800と液晶パネル900Gで発生する偏光状態の乱れの影響を抑制することができる。すなわち、1/4波長板1000Gは、PBS800から出射するGの色光の偏光方向を変換する位相板である。   At this time, in the black display state in which all polarization components are converted to P-polarized light, the fast axis or slow axis of the quarter wave plate 1000G is set so that the optical axis of the incident light to the PBS 800 and the reflected light Adjustment is performed in a direction substantially perpendicular to the plane including the optical axis. The quarter wavelength plate 1000 is provided between the PBS 800 and the liquid crystal panel 900G. Thereby, the influence of the disorder of the polarization state which generate | occur | produces in PBS800 and the liquid crystal panel 900G can be suppressed. That is, the quarter wavelength plate 1000G is a phase plate that converts the polarization direction of the G color light emitted from the PBS 800.

一方、ダイクロイックミラー700を反射したRとBの色光は、P偏光を透過する入射側偏光板1100に入射する。そしてRとBの色光は、入射側偏光板1100から出射した後、色選択性位相差板1200に入射する。色選択性位相差板1200は、Rの色光のみ偏光方向を90度回転させる作用を持っており、これによりRの色光はS偏光として、Bの色光はP偏光としてPBS13に入射する。   On the other hand, the R and B color lights reflected by the dichroic mirror 700 are incident on the incident-side polarizing plate 1100 that transmits the P-polarized light. The R and B color lights are emitted from the incident-side polarizing plate 1100 and then enter the color-selective retardation plate 1200. The color-selective phase difference plate 1200 has an effect of rotating the polarization direction of only the R color light by 90 degrees, so that the R color light is incident on the PBS 13 as S-polarized light and the B color light as P-polarized light.

S偏光としてPBS1300に入射したRの色光は、PBS1300の偏光分離面で反射され、液晶パネル900Rへと至る。また、P偏光としてPBS1300に入射したBの色光は、PBS1300の偏光分離面を透過して液晶パネル9Bへと至る。   The R color light incident on the PBS 1300 as S-polarized light is reflected by the polarization separation surface of the PBS 1300 and reaches the liquid crystal panel 900R. The B color light incident on the PBS 1300 as P-polarized light passes through the polarization separation surface of the PBS 1300 and reaches the liquid crystal panel 9B.

液晶パネル900Rに入射したRの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたRの反射光のうちS偏光成分は、再びPBS1300の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたRの反射光のうちP偏光成分はPBS1300の偏光分離面を透過して投射光として合成プリズム1700に向かう。   The R color light incident on the liquid crystal panel 900R is image-modulated and reflected. The S-polarized light component of the image-modulated R reflected light is reflected again by the polarization separation surface of the PBS 1300, returned to the light source side, and removed from the projection light. On the other hand, the P-polarized component of the image-modulated R reflected light passes through the polarization separation surface of the PBS 1300 and travels to the combining prism 1700 as projection light.

すなわち、PBS1300は、Bの色光及びRの色光のうち、一方の色光を他方の色光と異なる方向に導く偏光素子である。   That is, the PBS 1300 is a polarizing element that guides one of the B color light and the R color light in a direction different from that of the other color light.

また、PBS1300を透過したBの色光は、液晶パネル9Bに入射し、画像変調されて反射される。画像変調されたBの反射光のうちP偏光成分は、再びPBS1300の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたBの反射光のうちS偏光成分はPBS1300の偏光分離面で反射して投射光として合成プリズム1700に向かう。   Further, the B color light transmitted through the PBS 1300 enters the liquid crystal panel 9B, and is image-modulated and reflected. The P-polarized component of the image-modulated B reflected light is again transmitted through the polarization separation surface of the PBS 1300 and returned to the light source side, and is removed from the projection light. On the other hand, the S-polarized component of the image-modulated B reflected light is reflected by the polarization separation surface of the PBS 1300 and travels to the combining prism 1700 as projection light.

このとき、1/4波長板1000Rおよび1000Bの進相軸または遅相軸をGの色光の場合と同じように調整することにより、RおよびBの色光それぞれの黒の表示の調整を行うことができる。なお、1/4波長板1000Rおよび1000Bは、PBS1300と液晶パネル900Rおよび900Bの間に設けられている。   At this time, by adjusting the fast axis or slow axis of the quarter-wave plates 1000R and 1000B in the same manner as in the case of G color light, the black display of each of the R and B color lights can be adjusted. it can. The quarter-wave plates 1000R and 1000B are provided between the PBS 1300 and the liquid crystal panels 900R and 900B.

すなわち、1/4波長板1000Bは、PBS1300から出射するBの色光の偏光方向を変換し、1/4波長板1000Rは、PBS1300から出射するRの色光の偏光方向を変換する位相板である。   That is, the quarter wavelength plate 1000B converts the polarization direction of the B color light emitted from the PBS 1300, and the quarter wavelength plate 1000R is a phase plate that converts the polarization direction of the R color light emitted from the PBS 1300.

こうして1つの光束に合成され、PBS1300から出射したRとBの色光は、合成プリズム1700に入射する、合成プリズム1700に入射したRとBの色光は合成プリズム1700を透過し、Gの色光と合成されて投射レンズ光学系1800に至る。   The R and B color lights that are combined into one light flux and emitted from the PBS 1300 enter the synthesis prism 1700. The R and B color lights that enter the synthesis prism 1700 pass through the synthesis prism 1700 and are combined with the G color light. Then, the projection lens optical system 1800 is reached.

そして、合成されたR、G、Bの投射光は、投射レンズ光学系1800によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。   The combined R, G, and B projection light is enlarged and projected onto a projection surface such as a screen by the projection lens optical system 1800.

以上説明した光路は液晶パネル9が白表示を行う場合である。以下に液晶パネル900が黒表示を行う場合での光路を説明する。   The optical path described above is when the liquid crystal panel 9 performs white display. An optical path when the liquid crystal panel 900 performs black display will be described below.

ダイクロイックミラー700を透過したGの色光のP偏光はPBS800に入射して偏光分離面を透過し、G用の反射型液晶表示素子900Gへと至る。液晶パネル900Gが黒表示を行う場合、Gの色光は画像変調されないまま反射される。したがって、液晶パネル900Gで反射された後もGの色光はP偏光のままである為、再びPBS800の偏光分離面を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。   The P-polarized light of the G color light transmitted through the dichroic mirror 700 enters the PBS 800, passes through the polarization separation surface, and reaches the G reflective liquid crystal display element 900G. When the liquid crystal panel 900G performs black display, the G color light is reflected without being image-modulated. Therefore, since the G color light remains P-polarized light even after being reflected by the liquid crystal panel 900G, it passes through the polarization separation surface of the PBS 800 again, returns to the light source side, and is removed from the projection light.

次に、RとBの色光の光路について説明する。   Next, the optical paths of the R and B color lights will be described.

ダイクロイックミラー700で反射されたRとBの色光は、P偏光を透過する入射側偏光板1100に入射する。そしてRとBの色光は、入射側偏光板1100から出射した後、色選択性位相差板1200に入射する。色選択性位相差板1200は、Rの色光のみ偏光方向を90度回転する作用を持っており、これによりRの色光はS偏光として、Bの色光はS偏光としてPBS1300に入射する。S偏光としてPBS1300に入射したRの色光は、PBS1300の偏光分離面で反射され、液晶パネル900Rへと至る。   The R and B color lights reflected by the dichroic mirror 700 are incident on the incident-side polarizing plate 1100 that transmits the P-polarized light. The R and B color lights are emitted from the incident-side polarizing plate 1100 and then enter the color-selective retardation plate 1200. The color-selective phase difference plate 1200 has an action of rotating only the R color light by 90 degrees in the polarization direction, whereby the R color light is incident on the PBS 1300 as S-polarized light and the B color light is incident on the PBS 1300 as S-polarized light. The R color light incident on the PBS 1300 as S-polarized light is reflected by the polarization separation surface of the PBS 1300 and reaches the liquid crystal panel 900R.

P偏光としてPBS1300に入射したBの色光は、PBS1300の偏光分離面を透過して、液晶パネル900Bへと至る。液晶パネル900Rは黒表示の為、液晶パネル900Rに入射したRの色光は画像変調されないまま反射される。したがって、液晶パネル900Rで反射された後もRの色光はS偏光のままである為、再びPBS1300の偏光分離面で反射され、色選択性位相差板1200により、P偏光に変換される。P偏光に変換されたRの色光は、再び入射側偏光板1100を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。   The B color light incident on the PBS 1300 as P-polarized light passes through the polarization separation surface of the PBS 1300 and reaches the liquid crystal panel 900B. Since the liquid crystal panel 900R displays black, the R color light incident on the liquid crystal panel 900R is reflected without image modulation. Therefore, even after being reflected by the liquid crystal panel 900R, the R color light remains S-polarized light, and is reflected again by the polarization separation surface of the PBS 1300, and is converted to P-polarized light by the color selective phase difference plate 1200. The R color light converted to P-polarized light again passes through the incident-side polarizing plate 1100 and returns to the light source side, and is removed from the projection light, resulting in black display.

一方、液晶パネル900Bに入射したBの色光は液晶パネル900Bが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。したがって、液晶パネル900Bで反射された後もBの色光はP偏光のままである為、再びPBS1300の偏光分離面を透過し、入射側偏光板1100を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。   On the other hand, the B color light incident on the liquid crystal panel 900B is reflected without being image-modulated because the liquid crystal panel 900B displays black. Therefore, even after being reflected by the liquid crystal panel 900B, the B color light remains P-polarized light, so that it again passes through the polarization separation surface of the PBS 1300, passes through the incident-side polarizing plate 1100, and returns to the light source side to be projected light. Removed from.

このように、RGBの色光が投射光から除去されるために、黒表示を行うことができる。   In this way, since the RGB color light is removed from the projection light, black display can be performed.

以下、照明光学系Lに適用可能な構成について説明する。   Hereinafter, a configuration applicable to the illumination optical system L will be described.

本発明の実施例で示す照明光学系は、PBS11と、1/2波長板12と、コリメータレンズ3と、フライアイレンズ群45と、を備える。さらに、本発明の実施例で示す照明光学系は、ミラー13をさらに備えても良い。   The illumination optical system shown in the embodiment of the present invention includes a PBS 11, a half-wave plate 12, a collimator lens 3, and a fly-eye lens group 45. Furthermore, the illumination optical system shown in the embodiment of the present invention may further include a mirror 13.

PBS11は、光源1からの光束のうち、P偏光の光束と偏光方向が異なるS偏光の光束を、P偏光の光束と異なる方向に導く偏光素子である。   The PBS 11 is a polarizing element that guides an S-polarized light beam having a polarization direction different from that of the P-polarized light beam in a direction different from that of the P-polarized light beam.

1/2波長板12は、第1の位相板である。   The half-wave plate 12 is a first phase plate.

コリメータレンズ3は、PBS11および1/2波長板12から出射する光束が入射する正レンズである。   The collimator lens 3 is a positive lens on which light beams emitted from the PBS 11 and the half-wave plate 12 enter.

フライアイレンズ4は、コリメータレンズ3から出射する光束を複数の光束に分割する複数のレンズセルを有する第1のレンズアレイである。   The fly-eye lens 4 is a first lens array having a plurality of lens cells that divide the light beam emitted from the collimator lens 3 into a plurality of light beams.

フライアイレンズ5は、フライアイレンズ4の複数のレンズセルに対応する複数のレンズセルを有する第2のレンズアレイである。   The fly-eye lens 5 is a second lens array having a plurality of lens cells corresponding to the plurality of lens cells of the fly-eye lens 4.

フライアイレンズ45は、コリメータレンズ3から出射する光束を複数の光束に分割するレンズアレイユニットである。   The fly-eye lens 45 is a lens array unit that divides the light beam emitted from the collimator lens 3 into a plurality of light beams.

光源1からの光束は、収斂光束であって、光源1からの光束に含まれる複数の光線が、PBS13に近づくにつれて、互いの距離を縮めるように進む。   The light flux from the light source 1 is a convergent light flux, and the plurality of light rays included in the light flux from the light source 1 proceed so as to reduce the distance to each other as they approach the PBS 13.

コリメータレンズ3は、PBS11とフライアイレンズ4との間に設けられる。   The collimator lens 3 is provided between the PBS 11 and the fly eye lens 4.

さらに、本発明の一部の実施例で示す照明光学系は、1/2波長板12から出射する光束の進行方向を変換するミラー13をさらに備えている。   Furthermore, the illumination optical system shown in some embodiments of the present invention further includes a mirror 13 that converts the traveling direction of the light beam emitted from the half-wave plate 12.

なお、本発明の実施例で示す照明光学系の具体的な構成は、以下の実施例で述べる。   The specific configuration of the illumination optical system shown in the embodiments of the present invention will be described in the following embodiments.

〔第1実施例〕
図2は、本発明の第1実施例で示す照明光学系の構成を説明する図である。図2を用いて、光源1からの光束が液晶パネル7を照明するための構成を説明する。
[First embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the illumination optical system shown in the first embodiment of the present invention. A configuration for illuminating the liquid crystal panel 7 with the light flux from the light source 1 will be described with reference to FIG.

本実施で示す照明光学系は、光源1からの光束で液晶パネル7を照明するための照明光学系である。液晶パネル7によって画像変調された光である画像光は、不図示の偏光ビームスプリッターまたは偏光板を介して不図示の投射レンズに導かれ、スクリーン等の被投射面に投射される。   The illumination optical system shown in the present embodiment is an illumination optical system for illuminating the liquid crystal panel 7 with a light beam from the light source 1. Image light, which is light modulated by the liquid crystal panel 7, is guided to a projection lens (not shown) via a polarization beam splitter or polarizing plate (not shown) and projected onto a projection surface such as a screen.

本実施例において、光源1からの光束の光軸をX軸、X軸と直交するコリメータレンズ3の光軸をZ軸、X軸およびZ軸と直交する軸をY軸とする。さらに、Z軸に平行な方向を光軸方向および光束の進行方向とする。   In this embodiment, the optical axis of the light beam from the light source 1 is the X axis, the optical axis of the collimator lens 3 orthogonal to the X axis is the Z axis, and the X axis and the axis orthogonal to the Z axis are the Y axis. Furthermore, the direction parallel to the Z axis is defined as the optical axis direction and the traveling direction of the light flux.

光源1は高圧水銀放電管である発光管11と楕円鏡12からなるランプであり、ランプは、S偏光とP偏光を含む光束を出射する。楕円鏡12は、発光管11から放射状に発せられる光束を、偏光変換素子2へ近づくについて互いの距離を縮める光束に変換し、1/2波長板12の近傍に集光させる。   The light source 1 is a lamp composed of an arc tube 11 which is a high-pressure mercury discharge tube and an elliptical mirror 12, and the lamp emits a light beam including S-polarized light and P-polarized light. The elliptical mirror 12 converts the light beam emitted radially from the arc tube 11 into a light beam that shortens the distance to the polarization conversion element 2 and condenses it in the vicinity of the half-wave plate 12.

偏光変換素子2の構成について、図3を用いて説明する。偏光変換素子2は、プリズム型PBSであるPBS11と、1/2波長板12と、プリズムミラーであるミラー13からなる。   The configuration of the polarization conversion element 2 will be described with reference to FIG. The polarization conversion element 2 includes a PBS 11 that is a prism type PBS, a half-wave plate 12, and a mirror 13 that is a prism mirror.

PBS11に入射した光源1からの光束のうち、S偏光は、PBS11の偏光分離面11aで反射され、コリメータレンズ3に入射する。一方、PBS11に入射した光源1からの光束のうち、P偏光は、偏光分離面11aを透過し、1/2波長板12に入射する。ここで、P偏光とは、図2において偏光分離面11aの法線と光軸のなす平面を主平面としたとき、主平面内で振動する直線偏光である。さらに、S偏光とは、主平面に垂直に振動する直線偏光である。   Of the luminous flux from the light source 1 that has entered the PBS 11, S-polarized light is reflected by the polarization separation surface 11 a of the PBS 11 and enters the collimator lens 3. On the other hand, of the light flux from the light source 1 that has entered the PBS 11, P-polarized light passes through the polarization separation surface 11 a and enters the half-wave plate 12. Here, the P-polarized light is linearly polarized light that vibrates in the main plane when the plane formed by the normal line of the polarization separation surface 11a and the optical axis in FIG. 2 is the main plane. Furthermore, S-polarized light is linearly polarized light that vibrates perpendicularly to the main plane.

1/2波長板12に入射したP偏光は、1/2波長板12によってS偏光へ変換され、プリズムミラー13の反射面13aで反射され、コリメータレンズ3に入射する。   The P-polarized light incident on the half-wave plate 12 is converted to S-polarized light by the half-wave plate 12, reflected by the reflecting surface 13 a of the prism mirror 13, and incident on the collimator lens 3.

コリメータレンズ3に入射した光束は、コリメータレンズ3によって平行光化され、フライアイレンズ4に入射する。フライアイレンズ4に入射した光束は複数の分割光束に分割され、フライアイレンズ5のレンズセル近傍に集光し、コンデンサーレンズ6に入射する。ここで、もちろん、集光とは完全に1点に光束が集まる必要はなく、実用に耐えうる範囲でほぼ集光していれば良い。同様に、レンズセル近傍とは、完全にレンズセル上である必要はなく、実用に耐えるうる範囲をレンズセル近傍としても良い。   The light beam incident on the collimator lens 3 is collimated by the collimator lens 3 and enters the fly-eye lens 4. The light beam incident on the fly-eye lens 4 is divided into a plurality of divided light beams, condensed near the lens cell of the fly-eye lens 5, and incident on the condenser lens 6. Here, as a matter of course, it is not necessary that the light beam is completely collected at one point, and it is sufficient that the light beam is almost collected within a practical range. Similarly, the lens cell vicinity does not have to be completely on the lens cell, and a range that can be practically used may be the lens cell vicinity.

コンデンサーレンズ6から出射した複数の分割光束は、液晶パネル7上で重ね合わされる。これにより、液晶パネル7は均一な分布を有する照明光束によって照明される。   A plurality of split light beams emitted from the condenser lens 6 are superimposed on the liquid crystal panel 7. Thereby, the liquid crystal panel 7 is illuminated by the illumination light beam having a uniform distribution.

以上が、光源1からの光束が液晶パネル7を照明するための構成である。照明光学系を本実施例で示す構成にすることで、より小さい偏光変換素子で、均一な照度で被照明面を照明することが可能な照明光学系を提供することができる。   The above is the configuration for the light flux from the light source 1 to illuminate the liquid crystal panel 7. By configuring the illumination optical system as shown in this embodiment, it is possible to provide an illumination optical system capable of illuminating the illuminated surface with uniform illuminance with a smaller polarization conversion element.

なお、前述のように、液晶パネル7において画像変調および反射された光は、不図示の偏光ビームスプリッターを介して投射レンズに導かれる。本実施例では、液晶パネル7を1枚のみ示しているが、実際の一般的なプロジェクターでは、R、G、Bに対応した3つの液晶パネルが設けられる。このような偏光ビームスプリッターは、これら3つの液晶パネルに対してR、G、Bの各色照明光を導き、3つの液晶パネルからの各色画像光を合成する、いわゆる色分解合成光学系の一部を構成する。   As described above, the light modulated and reflected by the liquid crystal panel 7 is guided to the projection lens via the polarization beam splitter (not shown). In the present embodiment, only one liquid crystal panel 7 is shown, but in an actual general projector, three liquid crystal panels corresponding to R, G, and B are provided. Such a polarization beam splitter is a part of a so-called color separation / synthesis optical system that guides R, G, and B color illumination light to these three liquid crystal panels and synthesizes each color image light from the three liquid crystal panels. Configure.

本発明の実施例では、上述の効果をより強くするため、あるいは、その他の効果を得るために、次に述べる構成も持つ。ただし、本発明は、次に述べる構成の全てを持つ照明光学系に限定されるものではない。   The embodiment of the present invention has the following configuration in order to make the above-described effect stronger or obtain other effects. However, the present invention is not limited to an illumination optical system having all the configurations described below.

液晶パネル7の長手方向を図2のx軸方向に配置することで、更に照明効率を高めることが可能である。第1のフライアイレンズ4のレンズセルは、液晶パネルと共役関係にある。このため、液晶パネル7の長手方向をx軸方向に配置すると、第1のフライアイレンズ4のレンズセルのx軸方向の寸法を大きくする必要がある。同様に、第2のフライアイレンズ5のレンズセルの大きさも大きくなるため、第2のフライアイレンズ5のレンズセルで取り込める光束が増大して照明効率が向上させることが可能となる。   By arranging the longitudinal direction of the liquid crystal panel 7 in the x-axis direction of FIG. 2, it is possible to further increase the illumination efficiency. The lens cell of the first fly-eye lens 4 is conjugated with the liquid crystal panel. For this reason, when the longitudinal direction of the liquid crystal panel 7 is arranged in the x-axis direction, it is necessary to increase the size of the lens cell of the first fly-eye lens 4 in the x-axis direction. Similarly, since the size of the lens cell of the second fly-eye lens 5 is also increased, the luminous flux that can be captured by the lens cell of the second fly-eye lens 5 is increased, and the illumination efficiency can be improved.

更に好ましい条件について説明する。   Further preferable conditions will be described.

本実施例に示す構成では、PBS11の偏光分離面への入射角度が45±20°の光線を含む光束がPBS11へ入射する。それに対して、PBS11の偏光分離面が最も効率良く偏光分離を行うことができる入射角度は45°である。このため、高い偏光分離性能を得るためには高屈折率の硝材を使うことで、偏光分離面へ入射する光線を45±10°程度とすることが望ましい。   In the configuration shown in this embodiment, a light beam including a light beam having an incident angle of 45 ± 20 ° with respect to the polarization separation surface of the PBS 11 enters the PBS 11. On the other hand, the incident angle at which the polarization separation surface of the PBS 11 can perform polarization separation most efficiently is 45 °. For this reason, in order to obtain high polarization separation performance, it is desirable that the light incident on the polarization separation surface be about 45 ± 10 ° by using a glass material having a high refractive index.

このとき、望ましい屈折率nは、
n>1.8
であり、更に望ましくは、
n>2.0
である。
At this time, the desirable refractive index n is
n> 1.8
And more preferably
n> 2.0
It is.

更に好ましい条件について説明する。本発明の実施例において、ランプ1からの光束が1/2波長板に集光するため、1/2波長板12には、水晶やサファイヤなどの耐久性の高い無機材料を使用することが望ましい。   Further preferable conditions will be described. In the embodiment of the present invention, since the light flux from the lamp 1 is condensed on the half-wave plate, it is desirable to use a highly durable inorganic material such as quartz or sapphire for the half-wave plate 12. .

また、1/2波長板12に集光するためにPBS11内の光密度が高く、PBS11が高温になり、熱応力によって光弾性が発生して偏光変換効率が低下するおそれがある。このため、可視光領域で吸収率が低く光弾性定数が低いことが望ましい。   In addition, since the light density in the PBS 11 is high because the light is condensed on the half-wave plate 12, the PBS 11 becomes high in temperature, and photoelasticity is generated due to thermal stress, which may reduce the polarization conversion efficiency. For this reason, it is desirable that the absorption coefficient is low and the photoelastic constant is low in the visible light region.

そこで、1/2波長板12の光弾性定数をβとし、1/2波長板12が厚さ10mmのときの、波長が460nmの入射光に対する内部透過率をTとする。   Therefore, the photoelastic constant of the half-wave plate 12 is β, and the internal transmittance for incident light with a wavelength of 460 nm when the half-wave plate 12 is 10 mm thick is T.

このとき、
β<1.0
T>0.95
となる条件を満たすことが望ましい。
At this time,
β <1.0
T> 0.95
It is desirable to satisfy the following conditions.

この条件を満たすことで、上述の熱応力によって光弾性が発生して偏光変換効率が低下することを抑制することができる。   By satisfying this condition, it is possible to suppress the occurrence of photoelasticity due to the above-described thermal stress and decrease in polarization conversion efficiency.

更に好ましい条件について説明する。本実施例において、フライアイレンズ5のレンズセル上に結像する2つの光源像を互いにレンズセルの中心方向へ近づけることで、より照明効率を向上させることができる。   Further preferable conditions will be described. In the present embodiment, the illumination efficiency can be further improved by bringing the two light source images formed on the lens cell of the fly-eye lens 5 closer to each other toward the center of the lens cell.

そこで、コリメータレンズ3の光軸O2と平行な方向O2//と、PBS11の偏光分離面11aとのなす角度をθ1とする。さらに、コリメータレンズ3の光軸O2と平行な方向O2//と、プリズムミラー13の反射面13aとのなす角度をθ2とするとき、
46°<θ1<50° 40°<θ2<44°・・・(1)
となる条件を満たすことが望ましい。
Therefore, an angle formed between a direction O2 // parallel to the optical axis O2 of the collimator lens 3 and the polarization separation surface 11a of the PBS 11 is defined as θ1. Furthermore, when the angle between the direction O2 // parallel to the optical axis O2 of the collimator lens 3 and the reflecting surface 13a of the prism mirror 13 is θ2,
46 ° <θ1 <50 ° 40 ° <θ2 <44 ° (1)
It is desirable to satisfy the following conditions.

θ1およびθ2ともに45°の場合、偏光分離面11aおよび反射面13aから出射する光束は光軸O2に平行であるため、前述のように、フライアイレンズ5のレンズセル上に2つの光源像が結像する。   When both θ1 and θ2 are 45 °, the light beams emitted from the polarization separation surface 11a and the reflection surface 13a are parallel to the optical axis O2, so that two light source images are formed on the lens cell of the fly-eye lens 5 as described above. Form an image.

一方、式(1)を満たすと、偏光分離面11aおよび反射面13aから出射する光束は、光軸O2に近づくように進む。このため、フライアイレンズ5のレンズセル上に結像する2つの光源像を互いにレンズセルの中心方向へ近づけることで、より照明効率を向上させることができる。   On the other hand, when Expression (1) is satisfied, the light beams emitted from the polarization separation surface 11a and the reflection surface 13a proceed so as to approach the optical axis O2. For this reason, the illumination efficiency can be further improved by bringing the two light source images formed on the lens cell of the fly-eye lens 5 closer to each other toward the center of the lens cell.

以上の理由から、式(1)を満足すると好ましい。   For the above reasons, it is preferable that the expression (1) is satisfied.

なお、本実施例においては、一例として、θ1=47°、θ2=43°となっており、上述の条件式を満たしている。もちろん、本発明の実施例は、θ1=47°、θ2=43°の場合に限定されるものではない。   In this embodiment, as an example, θ1 = 47 ° and θ2 = 43 °, which satisfy the above-described conditional expression. Of course, the embodiment of the present invention is not limited to the case of θ1 = 47 ° and θ2 = 43 °.

更に好ましい条件について説明する。   Further preferable conditions will be described.

コリメータレンズ3の光軸と平行な方向をz軸方向、z軸方向と直交し、PBS11の偏光分離面11aとミラー13の反射面13aとが対向する方向をx軸方向(鉛直方向)とし、z軸方向およびx軸方向と直交する方向をy軸方向とする。   The direction parallel to the optical axis of the collimator lens 3 is the z-axis direction, orthogonal to the z-axis direction, and the direction in which the polarization separation surface 11a of the PBS 11 and the reflection surface 13a of the mirror 13 face each other is the x-axis direction (vertical direction). A direction orthogonal to the z-axis direction and the x-axis direction is taken as a y-axis direction.

偏光分離面11aと反射面13aとの間のx軸方向の寸法をaとし、第2のフライアイレンズ5のレンズセルのx軸方向の寸法をbとし、コリメートレンズ3の焦点距離をf1、第1のフライアイレンズ4のレンズセルの焦点距離をf2とする。   The dimension in the x-axis direction between the polarization separation surface 11a and the reflecting surface 13a is a, the dimension in the x-axis direction of the lens cell of the second fly-eye lens 5 is b, and the focal length of the collimating lens 3 is f1, The focal length of the lens cell of the first fly-eye lens 4 is assumed to be f2.

このとき、
0.6<(2・a/b)×(f2/f1)<0.95・・・(2)
となる条件式を満足することが望ましい。
At this time,
0.6 <(2 · a / b) × (f2 / f1) <0.95 (2)
It is desirable to satisfy the following conditional expression.

式(2)の上限を超えると、f2とf1を固定した場合、bに対してaが相対的に大きくなることを意味している。   Exceeding the upper limit of equation (2) means that a is relatively larger than b when f2 and f1 are fixed.

言い換えれば、第2のフライアイレンズ5の各レンズセルに形成される2つの分割光束の光源像が離れることを意味している。その結果、対応するレンズセルではなく、隣のレンズセルに入射してしまう光束が増えるため、照明効率が低下するおそれがある。   In other words, it means that the light source images of the two split light beams formed in each lens cell of the second fly's eye lens 5 are separated. As a result, the luminous flux that enters the adjacent lens cell instead of the corresponding lens cell increases, which may reduce the illumination efficiency.

一方、式(2)の下限を下回ると、f2とf1を固定した場合、bに対してaが相対的に小さくなることを意味している。この場合、隣のレンズセルに入射してしまう光束の量は低減するものの、第1の偏光ビームスプリッター2へ入射できる光束が減少するため、照明効率が低下するおそれがある。   On the other hand, below the lower limit of equation (2), when f2 and f1 are fixed, it means that a is relatively smaller than b. In this case, although the amount of the light beam that enters the adjacent lens cell is reduced, the light beam that can enter the first polarization beam splitter 2 is reduced, which may reduce the illumination efficiency.

すなわち、式(2)を満足すると、対応するレンズセルではなく、隣のレンズセルに入射してしまう光束の量の増加を抑制しつつ、第1の偏光ビームスプリッター2へ入射できる光束の量の減少を抑制することができる。その結果、照明効率の低下を抑制することができる。   That is, when the expression (2) is satisfied, the amount of the light beam that can be incident on the first polarization beam splitter 2 is suppressed while suppressing an increase in the amount of the light beam that is incident on the adjacent lens cell instead of the corresponding lens cell. Reduction can be suppressed. As a result, a decrease in illumination efficiency can be suppressed.

以上の理由から、式(2)を満足すると好ましい。   For the above reason, it is preferable that the expression (2) is satisfied.

なお、本実施例においては、a=4.0mm、b=6.3mm、f2=30mm、f1=50mm、(2・a/b)×(f2/f1)=0.76となっており、式(2)を満足している。しかし、本発明の実施例は、式(2)を満足すれば、a=4.0mm、b=6.3mm、f2=30mm、f1=50mmの場合に限定されるものではない。   In this embodiment, a = 4.0 mm, b = 6.3 mm, f2 = 30 mm, f1 = 50 mm, (2 · a / b) × (f2 / f1) = 0.76, Expression (2) is satisfied. However, the embodiment of the present invention is not limited to the case of a = 4.0 mm, b = 6.3 mm, f2 = 30 mm, and f1 = 50 mm as long as the expression (2) is satisfied.

〔第2実施例〕
図4および図5は、本発明の第2実施例で示す照明光学系の構成を説明する図である。本実施例と前述の第1実施例との違いは、プリズム型PBS11ではなく、ワイヤーグリッド型PBS31を用い、プリズムミラー13ではなく、プレート型のミラー33を用いる点である。
[Second Embodiment]
4 and 5 are diagrams illustrating the configuration of the illumination optical system shown in the second embodiment of the present invention. The difference between this embodiment and the first embodiment described above is that a wire grid type PBS 31 is used instead of the prism type PBS 11 and a plate type mirror 33 is used instead of the prism mirror 13.

また、前述の第1実施例においては、PBS11を透過した光束が、1/2波長板12近傍に集光する。一方、本実施例においては、PBS31で反射された光束が、1/2波長板12近傍に集光する。   In the first embodiment described above, the light beam that has passed through the PBS 11 is condensed near the half-wave plate 12. On the other hand, in this embodiment, the light beam reflected by the PBS 31 is condensed near the half-wave plate 12.

ここで、ワイヤーグリッド型PBS31は、入射光の波長よりも狭い間隔で金属ワイヤーが並べられた構造(サブ波長格子構造)をもつ。ワイヤーグリッド型PBS31は、金属ワイヤーの長手方向に平行に振動する直線偏光を反射し、金属ワイヤーの長手方向と直交する方向に振動する直線偏光を透過する性質を持つ。   Here, the wire grid type PBS 31 has a structure (sub-wavelength grating structure) in which metal wires are arranged at an interval narrower than the wavelength of incident light. The wire grid type PBS 31 has a property of reflecting linearly polarized light that oscillates in parallel with the longitudinal direction of the metal wire and transmits linearly polarized light that oscillates in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the metal wire.

光源1からの光束のうち、PBS31でP偏光は透過し、S偏光は反射される。ワイヤーグリッド面31aを反射したS偏光は、1/2波長板12でP偏光に偏光変換され、プレート型のミラー33の反射面33aで液晶パネル側に反射される。以後は、前述の第1実施例と同様の原理で、光源1からの光束が、液晶パネル7へ導かれる。   Of the luminous flux from the light source 1, PBS 31 transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. The S-polarized light reflected from the wire grid surface 31 a is converted into P-polarized light by the half-wave plate 12 and reflected to the liquid crystal panel side by the reflecting surface 33 a of the plate-type mirror 33. Thereafter, the light beam from the light source 1 is guided to the liquid crystal panel 7 on the same principle as in the first embodiment.

なお、本実施例においてより望ましい条件については、前述の第1実施例と同じである。   The more desirable conditions in this embodiment are the same as those in the first embodiment.

〔第3実施例〕
図6および図7は、本発明の第3実施例で示す照明光学系の構成を説明する図である。本実施例と前述の第1実施例との違いは、プリズム型PBS11の形状と、ミラー12を用いない点である。なお、不図示ではあるが、前述の第1及び第2実施例と同様に、フライアイレンズ5の後ろにコンデンサーレンズ6および液晶パネル7が設けられている。
[Third embodiment]
6 and 7 are views for explaining the configuration of the illumination optical system shown in the third embodiment of the present invention. The difference between this embodiment and the first embodiment described above is that the shape of the prism type PBS 11 and the mirror 12 are not used. Although not shown, a condenser lens 6 and a liquid crystal panel 7 are provided behind the fly-eye lens 5 as in the first and second embodiments.

図7に偏光変換素子2の構成を示す。図7に示すように、本実施例における偏光変換素子2は、PBS11と、1/2波長板12のみで構成されている。   FIG. 7 shows the configuration of the polarization conversion element 2. As shown in FIG. 7, the polarization conversion element 2 in this embodiment is composed of only the PBS 11 and the half-wave plate 12.

光源1からの光束は、楕円鏡12の作用によって、PBS11の偏光分離面11a近傍に集光するように、PBS11へ導かれる。偏光分離面11aは、P偏光を透過し、S偏光を反射する特性を有するために、偏光分離面11aを透過したP偏光は、PBS11の出射面11bへ導かれる。偏光分離面11aで反射されたS偏光は、1/2波長板12でP偏光に変換され、出射面11bへ導かれる。出射面11bへ導かれた光束は、出射面11bで屈折されることで、コリメータレンズ3の光軸と平行になる。   The light beam from the light source 1 is guided to the PBS 11 by the action of the elliptical mirror 12 so as to be condensed near the polarization separation surface 11a of the PBS 11. Since the polarization separation surface 11a has a characteristic of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light, the P-polarized light transmitted through the polarization separation surface 11a is guided to the exit surface 11b of the PBS 11. The S-polarized light reflected by the polarization separation surface 11a is converted to P-polarized light by the half-wave plate 12 and guided to the output surface 11b. The light beam guided to the exit surface 11b is refracted by the exit surface 11b, and becomes parallel to the optical axis of the collimator lens 3.

言い換えれば、PBS11は、光源1からの光束の主光線のうち、偏光分離面11aで反射した光線R11および偏光分離面11aを透過した光線R12が、コリメータレンズ3の光軸に平行な光線として射出される形状のプリズム型PBSである。   In other words, the PBS 11 emits, as the light rays parallel to the optical axis of the collimator lens 3, the light ray R11 reflected by the polarization separation surface 11a and the light beam R12 transmitted through the polarization separation surface 11a among the principal rays of the light flux from the light source 1. It is a prism type PBS of the shape to be formed.

このような構成にすることで、偏光分離面11aで反射された光線と、偏光分離面11aを透過した光線の光路長が等しくなるようにすることが可能となる。従って、第2のフライアイレンズ45に形成される光源像位置の光軸方向のズレが少なくなるため、高い効率で液晶パネルを照明することが可能である。   With such a configuration, it is possible to make the optical path lengths of the light beam reflected by the polarization separation surface 11a and the light beam transmitted through the polarization separation surface 11a equal. Accordingly, the displacement of the light source image position formed on the second fly-eye lens 45 in the optical axis direction is reduced, so that the liquid crystal panel can be illuminated with high efficiency.

〔他の実施形態〕
前述した実施例では、本発明の実施例で示す照明光学系を搭載可能な投射型表示装置の構成として、投射レンズを備える構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。投射型表示装置であれば、例えば、着脱可能な投射レンズを用いる構成などでも良い。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiments, the configuration including the projection lens is exemplified as the configuration of the projection type display device in which the illumination optical system shown in the embodiments of the present invention can be mounted. However, the present invention is not limited to this. If it is a projection type display apparatus, the structure using a detachable projection lens may be used, for example.

また、前述した実施例を示す図においては、不図示ではあるが、光源からの光路を折り曲げるミラーや、熱線カットフィルタおよび偏光板等の各種光学素子を適宜配置する構成などでも良い。   Moreover, in the figure which shows the Example mentioned above, although not shown in figure, the structure etc. which arrange | position suitably various optical elements, such as a mirror which bends the optical path from a light source, a heat ray cut filter, and a polarizing plate, may be sufficient.

また、前述した実施例では、1枚のコンデンサーレンズを備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。第2のレンズアレイの複数のレンズセルからの光束を被照明面に重ね合わせるためのコンデンサーレンズユニットであれば、例えば、2枚以上のレンズを備えるなどの構成であっても良い。なお、2枚以上のレンズを備えるコンデンサーレンズユニットは、2枚以上のレンズが一体的に照明光学系に取り付けられるものであっても、1枚1枚取り付けられるものであっても良い。   In the above-described embodiment, the configuration including one condenser lens is illustrated, but the present invention is not limited to this. As long as it is a condenser lens unit for superimposing the light beams from the plurality of lens cells of the second lens array on the surface to be illuminated, it may be configured to include, for example, two or more lenses. Note that the condenser lens unit including two or more lenses may be one in which two or more lenses are integrally attached to the illumination optical system, or one that is attached one by one.

また、前述した実施例の一部では、1/2波長板を1枚設ける構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。より小さい偏光変換素子で、均一な照度で被照明面を照明することが可能な照明光学系であれば、例えば、1/2波長板を1枚設ける代わりに、1/4波長板を2枚設けるような構成などでも良い。   In addition, in some of the above-described embodiments, the configuration in which one half-wave plate is provided is illustrated, but the present invention is not limited to this. If the illumination optical system can illuminate the surface to be illuminated with uniform illuminance with a smaller polarization conversion element, for example, instead of providing one half-wave plate, two quarter-wave plates are provided. It may be configured to be provided.

また、前述した実施例の一部では、光源からの光束が1/2波長板の近傍に集光する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。より小さい偏光変換素子で、均一な照度で被照明面を照明することが可能な照明光学系であれば、例えば、偏光分離面と1/2波長板との間や、ミラーと1/2波長板との間に、光源からの光束が集光する構成などであっても良い。さらに、例えば、偏光変換素子の外側に、光源からの光束が集光する構成などであっても良い。   In addition, in some of the above-described embodiments, the configuration in which the light beam from the light source is condensed in the vicinity of the half-wave plate is illustrated, but the present invention is not limited to this. If the illumination optical system can illuminate the surface to be illuminated with uniform illumination with a smaller polarization conversion element, for example, between the polarization separation surface and the half-wave plate, or between the mirror and the half-wave A configuration in which the light beam from the light source is condensed between the plate and the like may be used. Further, for example, a configuration in which the light beam from the light source is condensed outside the polarization conversion element may be used.

3 コリメータレンズ(正レンズ)
11、31 PBS(偏光素子)
12 1/2波長板(第1の位相板)
4 フライアイレンズ(第1のレンズアレイ)
5 フライアイレンズ(第2のレンズアレイ)
3 Collimator lens (positive lens)
11, 31 PBS (polarizing element)
12 1/2 wavelength plate (first phase plate)
4 Fly eye lens (first lens array)
5 Fly eye lens (second lens array)

Claims (8)

光源からの光束のうち、第1の偏光方向の光束と偏光方向が異なる第2の偏光方向の光束を、前記第1の偏光方向の光束と異なる方向に導く偏光素子と、
互いに偏光方向が異なる前記第1の偏光方向の光束と前記第2の偏光方向の光束の偏光方向を揃える第1の位相板と、
前記偏光素子及び前記第1の位相板から出射する光束が入射する正レンズと、
前記正レンズから出射する光束を複数の光束に分割する複数のレンズセルを有する第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイの複数のレンズセルに対応する複数のレンズセルを有する第2のレンズアレイと、を備え、
前記光源から前記偏光素子に向かう光束は収斂光束であって、
前記正レンズは、前記偏光素子と前記第1のレンズアレイとの間に設けられていることを特徴とする照明光学系。
A polarizing element that guides a light beam having a second polarization direction different from the light beam in the first polarization direction out of the light beam from the light source in a direction different from the light beam in the first polarization direction;
A first phase plate that aligns the polarization directions of the light beams of the first polarization direction and the light beams of the second polarization direction, the polarization directions of which are different from each other;
A positive lens on which light beams emitted from the polarizing element and the first phase plate are incident;
A first lens array having a plurality of lens cells for dividing a light beam emitted from the positive lens into a plurality of light beams;
A second lens array having a plurality of lens cells corresponding to the plurality of lens cells of the first lens array,
The light flux from the light source toward the polarizing element is a convergent light flux,
The illumination optical system, wherein the positive lens is provided between the polarizing element and the first lens array.
前記第2の偏光方向の光束の進行方向を変換するミラーをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。   The illumination optical system according to claim 1, further comprising a mirror that converts a traveling direction of the light beam having the second polarization direction. 前記正レンズの光軸と平行な方向と、前記偏光素子の偏光分離面とのなす角度をθ1とし、
前記正レンズの光軸と平行な方向と、前記ミラーの反射面とのなす角度をθ2とするとき、
46°<θ1<50°
40°<θ2<44°
となる条件を満足することを特徴とする請求項2に記載の照明光学系。
An angle between a direction parallel to the optical axis of the positive lens and a polarization separation surface of the polarizing element is θ1,
When the angle formed between the direction parallel to the optical axis of the positive lens and the reflecting surface of the mirror is θ2,
46 ° <θ1 <50 °
40 ° <θ2 <44 °
The illumination optical system according to claim 2, wherein the following condition is satisfied.
前記偏光素子は、プリズム型の偏光ビームスプリッターであり、
前記プリズム型の偏光ビームスプリッターの屈折率をnとするとき、
n>1.8
となる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明光学系。
The polarizing element is a prism-type polarizing beam splitter,
When the refractive index of the prism type polarizing beam splitter is n,
n> 1.8
The illumination optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記偏光素子と、前記ミラーと、前記第1の位相板とは一体に構成される偏光変換素子であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の照明光学系。   The illumination optical system according to any one of claims 2 to 4, wherein the polarizing element, the mirror, and the first phase plate are a polarization conversion element configured integrally. 前記正レンズの光軸に直交し、前記偏光素子の偏光分離面と前記ミラーの反射面とが対向する方向を鉛直方向とし、
前記偏光素子の偏光分離面と前記ミラーの反射面との間の前記鉛直方向の距離をaとし、
前記第2のレンズアレイが有する前記複数のレンズセルの各々の前記鉛直方向の寸法をbとし、
前記正レンズの焦点距離をf1とし、
前記第1のレンズアレイの複数のレンズセルの各々の焦点距離をf2とするとき、
0.6<(2・a/b)×(f2/f1)<0.95
となる条件を満足することを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の照明光学系。
The direction perpendicular to the optical axis of the positive lens, and the direction in which the polarization separation surface of the polarizing element and the reflection surface of the mirror face each other is defined as a vertical direction,
The vertical distance between the polarization separation surface of the polarization element and the reflection surface of the mirror is a,
The vertical dimension of each of the plurality of lens cells included in the second lens array is b,
The focal length of the positive lens is f1,
When the focal length of each of the plurality of lens cells of the first lens array is f2,
0.6 <(2 · a / b) × (f2 / f1) <0.95
The illumination optical system according to claim 2, wherein the following condition is satisfied.
光源装置と、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の照明光学系と、
を備えることを特徴とする照明装置。
A light source device;
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 6,
A lighting device comprising:
光変調素子と、
請求項7に記載の照明装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
A light modulation element;
A lighting device according to claim 7;
An image display device comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106918921A (en) * 2017-04-26 2017-07-04 北京镭创高科光电科技有限公司 A kind of laser display based on fly's-eye lens is polarized shimming apparatus for shaping
JP7402543B2 (en) 2018-11-08 2023-12-21 ルーマス リミテッド Optical devices and systems with dichroic beam splitters and color combiners
CN117590678A (en) * 2024-01-19 2024-02-23 宜宾市极米光电有限公司 Light combining system and projection device

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