JP3174812U - Optical engine for small projectors - Google Patents
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Abstract
【課題】光源からの光を十分に生かすことのできる小型プロジェクター用光学エンジンを提供する。
【解決手段】光学エンジンは、光源10G、10R、10Bと、光源からの光を分離する偏光スプリッタ50G、50R、50Bと、光を映像画面に変換する二つの光変調器60と、光変調器を通った後の光路を調整する少なくとも二枚の偏光スプリッタ80を含む。
【選択図】図1An optical engine for a small projector that can make full use of light from a light source.
An optical engine includes light sources 10G, 10R, and 10B, polarization splitters 50G, 50R, and 50B that separate light from the light sources, two light modulators 60 that convert light into an image screen, and an optical modulator. It includes at least two polarization splitters 80 that adjust the optical path after passing through.
[Selection] Figure 1
Description
本考案は、ポータブルな小型プロジェクターに関し、特に、光源からの光のもとに利用しない偏光を再利用できる光学エンジンを含む小型プロジェクターに関する。 The present invention relates to a portable small projector, and more particularly to a small projector including an optical engine that can reuse polarized light that is not used under light from a light source.
手のひらより小さいポータブル小型プロジェクター、またはノートパソコンに入れられるプロジェクターを商業化にするためには、小型、低消費電力のプロジェクターを開発する必要がある。プロジェクターの小型化を実現するためには、小型、高光度の光源を利用する必要がある。 In order to commercialize portable small projectors that are smaller than the palm or projectors that can be put into notebook computers, it is necessary to develop small, low-power projectors. In order to reduce the size of the projector, it is necessary to use a light source with a small size and high brightness.
ポータブル小型プロジェクターを携帯電話に適用するためには、バッテリーで駆動することができるべきで、そのため、消費電力が比較的低く、効率の高い光源を使用しなくてはならない。このような低消費電力式小型プロジェクターの光源は、レーザー光源或いはLED(Light Emitting Diode)光源が好ましい。レーザー光源は、低消費電力、高光度の効率高い光源と広く認められている。 In order to apply a portable small projector to a mobile phone, it should be able to be driven by a battery, so that a light source with relatively low power consumption and high efficiency must be used. The light source of such a low power consumption type small projector is preferably a laser light source or an LED (Light Emitting Diode) light source. Laser light sources are widely recognized as light sources with low power consumption and high luminous efficiency.
小型プロジェクターは、光変調器によって光源からの光を映像画面に変換する。現在、この光変調器は、普通、液晶を使った投射型/反射型LCD(Liquid Crystal Display)とLCOS(Liquid Crystal On Silicon)である。しかし、前記の光変調器は、偏光を利用して映像画面を変換するので、光源からの光を光変調器に入射する前に、普通、偏光板(Polarizer)によってP偏光とS偏光との内一つを選んで、その他は捨てられる。ここで、S偏光の光ベクトル(電界強度ベクトル)の振動方向は、入射面に垂直であり、P偏光の光ベクトルの振動方向は、入射面と平行である。入射面とは、界面法線と入射光線の波数ベクトル方向とからなっている平面である。 A small projector converts light from a light source into an image screen by an optical modulator. At present, this light modulator is usually a projection / reflection type LCD (Liquid Crystal Display) and LCOS (Liquid Crystal On Silicon) using liquid crystal. However, since the light modulator converts the image screen using polarized light, before the light from the light source is incident on the light modulator, the light is usually converted into P-polarized light and S-polarized light by a polarizer. Choose one and discard the others. Here, the vibration direction of the S-polarized light vector (electric field intensity vector) is perpendicular to the incident surface, and the vibration direction of the P-polarized light vector is parallel to the incident surface. The incident surface is a plane composed of the interface normal and the wave vector direction of the incident light.
レーザー光源は、元から位相の同じ線形偏光なので、前記の光変調器をかなり適合する。 Since the laser light source is originally linearly polarized light with the same phase, the light modulator is well suited.
映像画面を表現するには、緑/青/赤という三原色のレーザーを必要とする。目下、青及び赤の半導体レーザーが既に存在しているが、ソリッドステート(Solid state)の緑色レーザーは、まだ開発されていない。この問題を解決するためには、周波数逓倍技術(Frequency Doubling)を利用することができる。周波数逓倍とは、長波長のレーザーを短波長のレーザーに変換することである。 To display the video screen, lasers of the three primary colors of green / blue / red are required. Currently, blue and red semiconductor lasers already exist, but a solid state green laser has not yet been developed. In order to solve this problem, a frequency doubling technique (Frequency Doubling) can be used. Frequency multiplication is the conversion of a long wavelength laser to a short wavelength laser.
波長λ、速度V、周波数fの間の関係: V=λ*f Relationship between wavelength λ, velocity V, frequency f: V = λ * f
光の速度は一定なので、光の周波数を二倍高めると、波長は1/2減少する。532nmの緑の光を得るには、1064nmのIR光を周波数逓倍して、半減された波長532nmの光を得ることができる。しかし、周波数逓倍中、レーザーの線形偏光の割合は元の70%〜80%に減少する。線形偏光の割合の減少に従って、廃棄光も増加するが、緑色光は、白色光量に影響する原色光なので、光効率に対して大きく影響する。 Since the speed of light is constant, increasing the light frequency by a factor of two reduces the wavelength by half. In order to obtain green light of 532 nm, IR light of 1064 nm can be frequency-multiplied to obtain light having a wavelength of 532 nm that is halved. However, during frequency multiplication, the proportion of linear polarization of the laser is reduced to the original 70% -80%. As the proportion of linearly polarized light decreases, the amount of discarded light also increases. However, since green light is a primary color light that affects the amount of white light, it greatly affects the light efficiency.
LED光源の光効率は、レーザー光源より悪い。LED光源は混合光であり、線形偏光しないから、緑/青/赤という三原色は、みな光変調器先の入射偏光板によってほぼ半分の光を濾過して、それにより、線形偏光を達成する。 The light efficiency of the LED light source is worse than that of the laser light source. Since the LED light source is mixed light and not linearly polarized, all three primary colors green / blue / red filter almost half of the light through the incident polarizer at the light modulator tip, thereby achieving linear polarization.
現有の光学エンジン構造が線形偏光を達成するためには、かなりの光を濾過しなくてはならず、濾過された光は、徐々に熱に転換され、そのため、光学エンジンの発熱を起こし、また、光効率の低下のため、消費電力が向上するという問題もある。 In order for existing optical engine structures to achieve linear polarization, a significant amount of light must be filtered, and the filtered light is gradually converted to heat, thus causing the optical engine to generate heat, and There is also a problem that power consumption is improved due to a decrease in light efficiency.
本考案は、光源からの光を十分生かすことのできる小型プロジェクター用光学エンジンを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical engine for a small projector that can make full use of light from a light source.
上述の技術問題を解決するために、本考案の実施例は、小型プロジェクター用光学エンジンを提供する。この光学エンジンは、
少なくとも一つの光源と、
光源からの光を二つの光路に分離させ、この二つの光路の偏光モードを異ならせる偏光スプリッタと、
それぞれ二つの光路の光を映像画面に変換する二つの光変調器と、
二つの光変調器を通った後の二本の光路を同じ光路に調整する少なくとも二枚の偏光スプリッタと、を含む。
In order to solve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides an optical engine for a small projector. This optical engine
At least one light source;
A polarization splitter that separates light from the light source into two optical paths and different polarization modes of the two optical paths;
Two light modulators that convert the light of two light paths into a video screen,
And at least two polarization splitters for adjusting the two optical paths after passing through the two optical modulators to the same optical path.
本考案の実施例の、現有の技術と比べた主な相違点及びその効果は、次の通りである。 The main differences and the effects of the embodiments of the present invention compared with the existing technology are as follows.
光源から発射された光を二本の偏波モードの異なった光路に分離させ、それぞれ光変調された後、一つの光路に合わせて、それにより、元に濾過された偏光を十分に生かして光源の効率を高めることができ、光学エンジンの消費電力と発熱量とを減少させる。 The light emitted from the light source is separated into two light paths with different polarization modes, and each light is modulated, and then adjusted to one light path, thereby making full use of the original filtered polarized light. The efficiency of the optical engine can be increased, and the power consumption and heat generation of the optical engine are reduced.
さらに、三原色レーザー光源に対しては、緑色レーザーのみに光路分け処理を行い、それにより、偏光スプリッタの厚さを設定し、異なった光路の光路差による位相差を完全に除去でき、特に緑色レーザーを周波数逓倍のみで得られることを可能にする。 Furthermore, for the three primary color laser light sources, the optical path separation process is performed only for the green laser, thereby setting the thickness of the polarization splitter and completely eliminating the phase difference due to the optical path difference of the different optical paths. Can be obtained only by frequency multiplication.
さらに、レーザー光源と光変調器との間にディフューザーを設けることによって、レーザースペックルの影響をかなり減少できる。 Furthermore, by providing a diffuser between the laser light source and the light modulator, the influence of laser speckle can be significantly reduced.
さらに、LED光源については、三つの光源からの光を同一路に合わせた後、一つの偏光装置によって光路分け処理をする。したがって、少ない装置によって様々な光に対して統一的に処理できて、特にLED光源からの光が混合光である場合に適する。 Further, for the LED light source, the light from the three light sources is matched to the same path, and then the optical path is divided by one polarizing device. Therefore, it can process uniformly with respect to various lights with few apparatuses, and is especially suitable when the light from an LED light source is mixed light.
さらに、LEDの場合、全波長の光は、全部偏光に分離され、そして、光度において、緑色光の影響が最も大きく、偏光スプリッタの厚さTを、緑色光の波長532nmの2nπ倍(nは整数)に調整することが最善である。 Further, in the case of an LED, the light of all wavelengths is separated into all polarized light, and the influence of green light is the largest in luminous intensity, and the thickness T of the polarization splitter is set to 2nπ times the wavelength of green light of 532 nm (n is It is best to adjust to an integer).
以下では、読者に、より良く本出願を理解させるように多くの詳細な技術を記述した。しかしながら、当該分野の技術者は、これらの詳細な技術及び下記の各実施例に基づいた様々な変更と改修がなくても、本出願の各実用新案登録請求の保護を求められる技術方案を実現できることが分かるわけである。 In the following, a number of detailed techniques have been described so that the reader can better understand the present application. However, an engineer in this field realizes a technical scheme that requires protection of each utility model registration request of the present application without various changes and modifications based on these detailed technologies and the following embodiments. It is understood that it can be done.
本考案の目的、技術方案、及び利点をより明らかにするために、以下、添付図面によって本考案の実施例についてさらに詳しく説明する。 In order to clarify the objects, technical solutions, and advantages of the present invention, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
本考案の一つの重要な新規点は、光源からの光を二本の偏光方式の異なった光路に分離させ、それぞれ、この二本の光路に対して調整を行った後、一つの光路に合わせることである。比較のために、まず、本考案の新規点を利用していない技術方案について説明する。この技術方案は、図1の通りである。 One important novelty of the present invention is that the light from the light source is separated into two light paths with different polarization schemes, adjusted for each of these two light paths, and then adjusted to one light path. That is. For comparison, first, a technical scheme that does not use the novel features of the present invention will be described. This technical solution is as shown in FIG.
この反射型の光学エンジンは、次のようなものを含む。 This reflective optical engine includes the following.
R光源(10R)、G光源(10G)、B光源(10B)、スプリッタ50R、50G、50B、ディフューザー(20)、ビームシェーパー(30)、対物レンズ(40)、光変調器(60)、投影レンズ(70)、偏光スプリッタ(80)。ここで、Rは赤を、Gは緑を、Bは青を示す。
R light source (10R), G light source (10G), B light source (10B),
R/G/B光源は、次々とR/G/B光を発射する。具体的に言えば、1フレーム照射する時間をTとすると、T/3の時間ではR光源を照射し、それからのT/3の時間ではG光源を照射し、次のT/3の時間ではB光源を照射する。光源は、その他の順によっても次々と照射できると理解でき、例えば、B/G/R等である。 The R / G / B light source emits R / G / B light one after another. More specifically, if the time for irradiating one frame is T, the R light source is irradiated for the time T / 3, the G light source is irradiated for the next T / 3, and the next T / 3 time is irradiated. B light source is irradiated. It can be understood that the light source can be irradiated one after another in other orders, for example, B / G / R.
三つの光源(10R、10G、10B)は、それぞれのスプリッタ50R、50G、50Bによってディフューザー(20)まで反射または透過照射される。
The three light sources (10R, 10G, 10B) are reflected or transmitted to the diffuser (20) by the
スプリッタ50Gは、G光源(10Gからの緑色レーザー)を反射して、そして余剰光線を透過させる役割を果たしていて、また、スプリッタ50Gは、通常の可視光を全部反射する普通鏡とすることもできる。スプリッタ50Rは、R光源(10Rからの赤色レーザー)を反射して余剰波長範囲の光線を通す役割を果たしていて、スプリッタ50Bは、R光源(10Bからの青色レーザー)を反射して余剰波長範囲の光線を通す役割を果たしている。
The splitter 50G reflects the G light source (green laser from 10G) and transmits excess light. The splitter 50G can also be an ordinary mirror that reflects all normal visible light. . The
ディフューザーは、光軸に垂直に振動しているので、ディフューザーを通すときに、光のランダム性(Randomness)は増加する。このようなディフューザーは、レーザーに特有のレーザースペックル(Speckle)を除去するために設置された装置で、レーザー光線のコヒーレンス(Coherence)という特徴を減少することに用いられ、それにより、レーザースペックル減少の目的を達成する。 Since the diffuser vibrates perpendicular to the optical axis, the light randomness increases when passing through the diffuser. Such a diffuser is a device installed to remove the laser-specific laser speckle (Speckle) and is used to reduce the characteristic of laser beam coherence, thereby reducing laser speckle. To achieve the objectives.
ディフューザーを通した光はビームシェーパー(Beam Shaper)によってビームの形を変える。ビームの形を変える理由は、そのビームの形を整形して、光変調器(60)の入射面の形に適応させ、それにより、光効率を高くするためである。ビームシェーパー(30)の代表的な実例は、複眼レンズ(Fly Eye Lens)、ライトパイプ(Light Pipe)などである。図1で表示されているのは、ビームシェーパー(30)の代表的な実例であり、基板上に何枚もの球面または非球面の小さいレンズからなる複眼レンズである。 The light that has passed through the diffuser changes the shape of the beam by a beam shaper. The reason for changing the shape of the beam is to shape the beam and adapt it to the shape of the entrance surface of the light modulator (60), thereby increasing the light efficiency. Typical examples of the beam shaper (30) are a compound eye lens (Fly Eye Lens), a light pipe (Light Pipe), and the like. Shown in FIG. 1 is a typical example of a beam shaper (30), which is a compound eye lens composed of a number of spherical or aspherical small lenses on a substrate.
複眼レンズ(30)は、透明基板の上の何枚もの小型レンズからなるもので、これらの小型レンズが様々な形をして、例えば、四角形凸レンズ、六角形凸レンズ及び円形などである。しかし、光変調器の形(より正確に言えば、光変調器の有効的な画面の形画)と一致する方が良い。例えば、光変調器の有効的な画面が大略四角形であるならば、小型レンズの形も四角形である方が良い。そうすることで光損失が最小化される。 The compound eye lens (30) is composed of a number of small lenses on a transparent substrate, and these small lenses have various shapes, for example, a quadrangular convex lens, a hexagonal convex lens, and a circular shape. However, it is better to match the shape of the light modulator (more precisely, the effective screen picture of the light modulator). For example, if the effective screen of the light modulator is approximately square, the shape of the small lens should also be square. By doing so, optical loss is minimized.
図1の実施例では、両面に小さいレンズがある両面複眼レンズを使用するが、片面型複眼レンズを使うこともできる。 In the embodiment of FIG. 1, a double-sided compound eye lens having small lenses on both sides is used, but a single-sided compound eye lens can also be used.
対物レンズ(40)は、ビームシェーパーによってシェーピングされた光線を集束するレンズで、通常、二つのレンズから構成されて、二つのレンズ間の距離を調節することによって、より正確な整列を達成することができる。 The objective lens (40) is a lens that focuses the light beam shaped by the beam shaper, and usually consists of two lenses, and achieves a more accurate alignment by adjusting the distance between the two lenses. Can do.
光変調器(60)は、入射した光線を選択的に通過させ、ブロッキングし、或いは光路を変えて映像ピクチャーを形成する装置である。光変調器(60)の代表的な実例は、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device、「DMD」と略称)、液晶表示(Liquid Crystal Display、「LCD」と略称)装置、LCOS(Liquid Crystal On Silicon、「LCOS」と略称)などがある。 The light modulator (60) is an apparatus that forms an image picture by selectively passing incident light, blocking, or changing an optical path. Typical examples of the optical modulator (60) include a digital micromirror device (abbreviated as “DMD”), a liquid crystal display (abbreviated as “LCD”) device, an LCOS (Liquid Crystal On Silicon). , Abbreviated as “LCOS”).
DMDは、デジタルライトプロセッシング(Digital Light Processing、「DLP」と略称)プロジェクターに用いられる装置で、それは、フィールドシーケンシャル(field sequential)というドライブ方式を利用して、ピクセル数が同じでマトリクス式で配列するデジタルミラー(digital mirror)に用いられる。DLPは、デジタルミラーによって光源からの光の光路を調節して、そして、反射板の反射によって漸進的変化(Gradation)を達成して、或いは映像を形成するプロジェクターである。 The DMD is a device used for a digital light processing (abbreviated as “DLP”) projector, which uses a field sequential drive method and arranges in a matrix system with the same number of pixels. Used for digital mirrors. The DLP is a projector that adjusts an optical path of light from a light source by a digital mirror and achieves a gradual change by reflection of a reflector or forms an image.
液晶表示装置(LCD)は、選択的に液晶をON/OFFして、映像を形成する装置である。LCD装置を用いたプロジェクターには、直視型(direct-view)、投射型、及び反射型がある。直視型投影は、液晶表示装置の裏面の背景光がLCDパネルを通して映像を形成し、そして直接に観察できる方式である。投射型投影は、液晶表示装置によって形成された映像を投射レンズで拡大した後、スクリーンに投射して、スクリーンからの反射された映像を観察する方式である。反射型と投射型との構造は、ほぼ同じで、その区別は、反射型がLCDの下の基板上に反射膜を設置していて、反射された光線が拡大されてスクリーンに投射されることにある。 A liquid crystal display (LCD) is a device that selectively turns on / off liquid crystal to form an image. Projectors using an LCD device include a direct-view type, a projection type, and a reflection type. Direct-view projection is a method in which the background light on the back surface of the liquid crystal display device forms an image through the LCD panel and can be observed directly. Projection-type projection is a method in which an image formed by a liquid crystal display device is magnified by a projection lens, then projected onto a screen, and the image reflected from the screen is observed. The structure of the reflection type and the projection type is almost the same, and the distinction is that the reflection type has a reflection film on the substrate under the LCD, and the reflected light is magnified and projected onto the screen. It is in.
LCOSは、反射型液晶表示で、従来の液晶表示端の両面基板の下基板を透明ガラスからシリコン基板に変更して、反射型方式で作動する。 LCOS is a reflective liquid crystal display, which operates in a reflective mode by changing the lower substrate of a conventional double-sided substrate at the liquid crystal display end from transparent glass to a silicon substrate.
投射レンズ(70)は、何枚ものレンズからなって、光変調器(60)によって形成された映像をスクリーン(不図示)に拡大して投射する。 The projection lens (70) is composed of a number of lenses, and magnifies and projects the image formed by the light modulator (60) onto a screen (not shown).
反射型光変調器なので、光変調器と投射レンズとの間に、偏光ビームスプリッタ(Polarizing Beam Splitter、「PBS」と略称)(80)がある。 Since it is a reflection type light modulator, there is a polarizing beam splitter (abbreviated as “PBS”) (80) between the light modulator and the projection lens.
PBSと対物レンズとの間に、入射偏光板(l10)もあって、光変調器へ入射する光に対して線形偏光濾過をする役割を果たしている。このような濾過によって、レーザー光源の場合で、緑色レーザー光源は、光を20%〜30%減少して、LEDの場合では、光を約半分に減少する。 There is also an incident polarizing plate (l10) between the PBS and the objective lens, and plays a role of performing linear polarization filtration on the light incident on the optical modulator. Such filtration reduces the light by 20% to 30% in the case of a laser light source, and reduces the light by approximately half in the case of an LED.
本考案の第一実施例は、あるポータブル小型プロジェクターに関し、その構造は、ほぼ図2に表示されるように構成されている。 The first embodiment of the present invention relates to a portable small projector, the structure of which is configured as shown in FIG.
緑色の光源(10G)からの光は、偏光膜(90)を通して、P偏光とS偏光とに分離される。P偏光を反射してS偏光を通過させ、或いはP偏光を通過させてS偏光を反射して、どちらも、同じ結果を得ることができる。ここでは、P偏光を反射することを例にして説明する。 Light from the green light source (10G) is separated into P-polarized light and S-polarized light through the polarizing film (90). The same result can be obtained by reflecting P-polarized light and passing S-polarized light, or passing P-polarized light and reflecting S-polarized light. Here, a description will be given by taking an example of reflecting P-polarized light.
偏光膜(90)を通して反射されたP偏光は、スプリッタ(50R、50B)、ディフューザー(20)、ビームシェーパー(30)、対物レンズ(40)を経て、PBS(200)に入射する。スプリッタ(50R)は、赤色光を反射して他の光を通過させる特性があり、スプリッタ(50B)は、青色光を反射して他の光を通過させる特性があって、どちらも緑/赤/青という三原色を同一の光軸に統一する役割を果たしている。 The P-polarized light reflected through the polarizing film (90) enters the PBS (200) through the splitter (50R, 50B), the diffuser (20), the beam shaper (30), and the objective lens (40). The splitter (50R) has a characteristic of reflecting red light and allows other light to pass therethrough, and the splitter (50B) has a characteristic of reflecting blue light and allowing other light to pass through, both of which are green / red. / Plays the role of unifying the three primary colors blue into the same optical axis.
PBS(200)の偏光膜(201)は、緑色の光源(10G)の前に位置する偏光膜(90)と相反して、P偏光を通過させて、そしてS偏光を反射する。よって、対物レンズを通した前記のP偏光は、PBS(200)を通して光変調器(601)に入射する。反射型光変調器(601)から反射された光は、位相変換によって、S偏光に変換される。変換後の光は、PBS(200)の偏光膜の反射によって、投射レンズに入射する。 The polarizing film (201) of the PBS (200), contrary to the polarizing film (90) located in front of the green light source (10G), transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. Therefore, the P-polarized light that has passed through the objective lens enters the optical modulator (601) through the PBS (200). The light reflected from the reflective light modulator (601) is converted into S-polarized light by phase conversion. The converted light is incident on the projection lens by reflection of the polarizing film of PBS (200).
赤色の光源(10R)から発した光は、スプリッタ(50R、50B)を経て、前記の緑色光のP偏光と同一の通路で、投射レンズに入射する。 The light emitted from the red light source (10R) passes through the splitter (50R, 50B) and enters the projection lens through the same path as the P-polarized light of the green light.
青色の光源(10B)から発した光は、スプリッタ(50B)を経て、前記の赤色光と同一の通路で、投射レンズに入射する。前記の赤色の光源(10R)と青色の光源(10B)とは、前記の緑色光のP偏光と同じP偏光に調整しなくてはならない。 The light emitted from the blue light source (10B) passes through the splitter (50B) and enters the projection lens through the same path as the red light. The red light source (10R) and the blue light source (10B) must be adjusted to the same P polarization as that of the green light.
緑色の光源(10G)から発した光は、偏光膜(90)を経て反射膜(80)にて反射され、それからディフューザー(20)、ビームシェーパー(30)、対物レンズ(40)を経て、PBS(100)に入射する。 The light emitted from the green light source (10G) is reflected by the reflective film (80) through the polarizing film (90), and then passes through the diffuser (20), the beam shaper (30), and the objective lens (40), Incident at (100).
PBS(100)の偏光膜(101)と偏光膜(201)は、同様にS偏光を反射してP偏光を通行させる。よってPBS(100)に入射した光は、偏光膜(101)を経て反射されて光変調器(602)に入射する。それから、光変調器(602)を経て反射された光はP偏光に変換されて、偏光膜(101)を経て投射レンズに入射する。 Similarly, the polarizing film (101) and the polarizing film (201) of the PBS (100) reflect S-polarized light and allow P-polarized light to pass through. Therefore, the light incident on the PBS (100) is reflected through the polarizing film (101) and enters the light modulator (602). Then, the light reflected through the light modulator (602) is converted into P-polarized light, and enters the projection lens through the polarizing film (101).
偏光に分離された光は、緑色光のみであり、光変調器(602)は、当該緑色光の映像画面だけ変換する。したがって、緑色光の発光時間によって光変調するだけで良い。 The light separated into polarized light is only green light, and the light modulator (602) converts only the image screen of the green light. Therefore, it is only necessary to perform light modulation according to the emission time of green light.
図5は、偏光スプリッタをさらに詳しく説明する図面である。図5のように、偏光膜(90)を経て反射された光は、直接、通過した光より、より長い光路を進行して、その光路差は、反射面(80)を通った長さ(300)に等しい。 FIG. 5 is a diagram for explaining the polarization splitter in more detail. As shown in FIG. 5, the light reflected through the polarizing film (90) travels a longer optical path than the light that has directly passed through, and the optical path difference is the length through the reflecting surface (80) ( 300).
長さ(300)は、偏光スプリッタの厚さTである。この光路差は、分離光の位相に影響するわけがない。レーザー光源の場合では、偏光の分離した光は緑色光なので、厚さTは緑色レーザーの波長532nmの2nπ倍(nは整数)でなくてはならない。 The length (300) is the thickness T of the polarization splitter. This optical path difference does not affect the phase of the separated light. In the case of a laser light source, since the polarized light is green light, the thickness T must be 2nπ times the wavelength 532 nm of the green laser (n is an integer).
重要なことに、二本の光路の光路差が光波長の2nπ倍である。偏光スプリッタの厚さが532nmの2nπ倍であるという方法以外に、その他の方法でもいい。例えば、ある一本の光路に一つの光路差調整部品を追加しても良く、この部品は、独立的なものでもよく、また、この光路のある光学素子表面上の透明フィルムでもいい。 Importantly, the optical path difference between the two optical paths is 2nπ times the optical wavelength. Other than the method in which the thickness of the polarization splitter is 2nπ times 532 nm, other methods may be used. For example, one optical path difference adjusting component may be added to one optical path, and this component may be independent or a transparent film on the surface of the optical element having the optical path.
三原色レーザー光源については、緑色レーザーの異なる偏光だけに対して光路分け処理をして、それにより、偏光スプリッタの厚さの設定によって、異なる光路の光路差によった位相差度を完全に除去することができて、特に現在緑色レーザーが周波数逓倍のみによって得ないで、線形偏光の割合がわりに低いことに適合する。 For the three-primary-color laser light source, the optical path splitting process is performed only for the different polarized light of the green laser, thereby completely removing the phase difference due to the optical path difference of the different optical paths by setting the thickness of the polarization splitter. In particular, the current green laser is not obtained by frequency multiplication alone, and is adapted to the low proportion of linear polarization instead.
本考案の第二実施例は、小型プロジェクター用光学エンジンに関する。第二実施例は、第一実施例とほぼ同じで、その差異は主に次のことにある。 The second embodiment of the present invention relates to an optical engine for a small projector. The second embodiment is almost the same as the first embodiment, and the difference is mainly as follows.
第一実施例では、光源は赤、緑、青という三原色のレーザー光源で、偏光スプリッタは緑色のレーザーだけを二本の光路に分離させて、赤色及び青色のレーザーは、ただ一本の光路にある。 In the first embodiment, the light source is a laser light source of three primary colors of red, green, and blue, and the polarization splitter separates only the green laser into two optical paths, and the red and blue lasers are in only one optical path. is there.
しかし、第二実施例では、光源は赤、緑、青という三原色のLED光源で、この三つの光源の光は、まず一本の光路を合成して、それから偏光スプリッタによって二本の偏光方式の異なる光路に分離させる。三つのLED光源からの光が混合光なので、偏光方式の異なる光をそれぞれ変調した後、一つの光路に合わせて、それにより、光源効率を一倍ぐらい高めることができる。 However, in the second embodiment, the light source is an LED light source of three primary colors of red, green, and blue, and the light of these three light sources first combines one optical path, and then the two polarization methods by the polarization splitter. Separate into different light paths. Since the light from the three LED light sources is mixed light, the light of different polarization methods is modulated, and then adjusted to one optical path, thereby improving the light source efficiency by about one time.
第二実施例における一つのLED光源を利用した光学エンジンの実例が図3に示される。説明を簡単にするために、偏光膜(90)は、P偏光を反射してS偏光を通過させると設定する。偏光膜(90)を通過したS偏光は、ビームシェーパー(30)と対物レンズ(40)を経てPBS(200)に入射する。PBS(200)の偏光膜(201)は、S偏光を通過させてP偏光を反射する。同時にPBS(200)に入射したS偏光は、光変調器に入射する。それから、光変調器(601)を通して反射された光は、P偏光に変換されて、偏光膜(201)を通して投射レンズ(70)入射する。 An actual example of an optical engine using one LED light source in the second embodiment is shown in FIG. In order to simplify the explanation, the polarizing film (90) is set to reflect the P-polarized light and pass the S-polarized light. The S-polarized light having passed through the polarizing film (90) enters the PBS (200) through the beam shaper (30) and the objective lens (40). The polarizing film (201) of the PBS (200) transmits S-polarized light and reflects P-polarized light. At the same time, the S-polarized light incident on the PBS (200) enters the optical modulator. Then, the light reflected through the light modulator (601) is converted into P-polarized light and enters the projection lens (70) through the polarizing film (201).
この他に、偏光膜(90)を通して反射されたP偏光は、反射膜(80)を通してビームシェーパー(30)、対物レンズ(40)とPBS(100)に入る。 In addition, the P-polarized light reflected through the polarizing film (90) enters the beam shaper (30), the objective lens (40) and the PBS (100) through the reflecting film (80).
PBS(100)の偏光膜(101)と偏光膜(201)は、同様にP偏光を反射してS偏光を通過させる。と同時に入射したP偏光は、偏光膜(101)を経て反射された後、光変調器(602)に入射する。それから、光変調器(602)によってS偏光に変換された反射光は、PBS(100)とPBS(200)を経て投射レンズ(70)入射する。 Similarly, the polarizing film (101) and the polarizing film (201) of the PBS (100) reflect P-polarized light and pass S-polarized light. The P-polarized light incident at the same time is reflected through the polarizing film (101) and then enters the optical modulator (602). Then, the reflected light converted into S-polarized light by the light modulator (602) enters the projection lens (70) through the PBS (100) and the PBS (200).
LEDの場合では、全波長の光が全部偏光に分離され、しかも、光度においては、緑の光の影響が最も大きいので、偏光スプリッタの厚さTは、緑の光の波長532nmの2nπ倍(nは整数)に調整するほうがいい。光源が多くのLEDである場合では、偏光スプリッタがちょうど532nmの2nπ倍でなくてもいい。可視光の中央波長付近のある波長の2nπ倍でさえあれば、一定の有益的な効果を得ることができる。 In the case of an LED, all light of all wavelengths is separated into polarized light, and the influence of green light is the largest in luminous intensity, so the thickness T of the polarization splitter is 2nπ times the wavelength of green light of 532 nm ( It is better to adjust n to an integer). If the light source is many LEDs, the polarization splitter need not be exactly 2nπ times 532 nm. A certain beneficial effect can be obtained as long as it is 2nπ times a certain wavelength near the center wavelength of visible light.
図3のような実例は、他の変化形態でもいいが、図4は一つの変化形態を示している。図4の変化形態は、図3に対して、反射ミラー50Gが一つ多くあり、50Gは緑色光のみ反射するものであれば、いかなる光を反射するものでもいい。 The example shown in FIG. 3 may have other variations, but FIG. 4 shows one variation. 4 is different from FIG. 3 in that one reflection mirror 50G is provided, and 50G may reflect any light as long as it reflects only green light.
本考案の第三実施例は、小型プロジェクター用光学エンジンに関する。第三実施例は、第二実施例とほぼ同じであり、その差異は主に、第二実施例では光源を三つ使っているが、第三実施例では、光源をただ一つのみ使っていることにある。第三実施例における光学エンジンの構造は、図6のようである。第三実施例の典型的な実施例は、黒白映像を表示するミニプロジェクターで、このミニプロジェクターは、白光光源10を一つ、反射ミラー50を一つ使っている。白光光源を使わなくても良いが、モノクロレーザーを光源として使うのである。この時の画像は、モノクロ「グレースケール画像」で、カラー画像を必要としない場合に応用されることもできる。
The third embodiment of the present invention relates to an optical engine for a small projector. The third embodiment is almost the same as the second embodiment, and the difference is mainly that the second embodiment uses three light sources, but the third embodiment uses only one light source. There is to be. The structure of the optical engine in the third embodiment is as shown in FIG. A typical embodiment of the third embodiment is a mini projector that displays a black and white image. This mini projector uses one
本考案の第四実施例は、小型プロジェクター用光学エンジンに関する。第四実施例は、第一実施例とほぼ同じで、その差異は主に次のようである。 The fourth embodiment of the present invention relates to an optical engine for a small projector. The fourth embodiment is almost the same as the first embodiment, and the difference is mainly as follows.
第一実施例では、光源を三つ使用しているが、第四実施例では混合光源を使用しており、すなわち、光源は、レーザー光源を少なくとも一つ、及びLED光源を少なくとも一つ含むものである。光路の設置については、第一と第二実施例とを参考にでき、すなわち、線形偏光の割合が比較的低い光源(例えば、LED光源、及び周波数逓倍によったレーザー光源)を二つの偏光方式の異なる光路に分離させてそれぞれ調整した後、一つの光路に合成する。線形偏光の割合が比較的高い光源、例えば、周波数逓倍されていないレーザー光源は、ただ一本の光路に出てもよいし、同時に二本の光路に出てもいい。 In the first embodiment, three light sources are used, but in the fourth embodiment, a mixed light source is used, that is, the light source includes at least one laser light source and at least one LED light source. . Regarding the installation of the optical path, the first and second embodiments can be referred to, that is, a light source having a relatively low proportion of linearly polarized light (for example, an LED light source and a laser light source by frequency multiplication) is divided into two polarization methods. Are divided into different optical paths, adjusted respectively, and then combined into one optical path. A light source with a relatively high proportion of linearly polarized light, for example, a laser light source that is not frequency-multiplied, may appear in only one optical path, or may exit in two optical paths simultaneously.
本考案のいくつかの最適化された実施例を参照することによって、本考案について図示と説明を行ったが、この分野における一般的な技術者なら承知のように、本考案の精神と範囲を外れない前提で、形式と詳細ではこれに対して種々な変化を与えることが出来る。 Although the invention has been illustrated and described with reference to several optimized embodiments of the invention, it will be appreciated by those skilled in the art that the spirit and scope of the invention has been described. It is possible to give various changes to this in terms of form and details, without prejudice.
Claims (10)
前記光源からの光を二つの光路に分離させ、この二つの光路の偏光モードを異ならせる偏光スプリッタと、
それぞれ前記二つの光路の光を映像画面に変換することに用いられる二つの光変調器と、
前記二つの光変調器を通った前記二つの光路を同じ光路に調整することに用いられる少なくとも二枚の偏光スプリッタと、
を備えることを特徴とする小型プロジェクター用光学エンジン。 At least one light source;
A polarization splitter that separates the light from the light source into two optical paths and different polarization modes of the two optical paths;
Two optical modulators each used to convert the light of the two optical paths into a video screen;
At least two polarization splitters used to adjust the two optical paths through the two optical modulators to the same optical path;
An optical engine for a small projector.
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