JP3893872B2 - Polarization conversion element and projector - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から射出された光束を2種類の偏光光に分離した後、偏光方向の揃った1種類の偏光光に変換する偏光変換素子、およびこの偏光変換素子を含んで構成される照明光学系を備えたプロジェクタに関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、光源と、この光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する液晶パネル等の電気光学装置と、この電気光学装置で変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたプロジェクタが利用されている。
このようなプロジェクタには、光源から電気光学装置に至る光路上に光束分割光学素子および偏光変換素子等を含む照明光学系が採用され、これにより光源光を無駄なく利用し、かつ明るさや色ムラのない投写画像を形成できるような工夫が施されている。
【0003】
ここで用いられる偏光変換素子は、偏光方向がランダムな入射光束を2種類の偏光光に分離し、どちらか一方の偏光光の偏光方向を回転させることにより、偏光方向が揃った光束を射出する光学素子である。その具体的な構造を図6の(A),(B)に示す。
【0004】
図6において、偏光変換素子90は、光入射側に配置された図示しないレンズアレイ(光束分割光学素子)で形成される複数の光源像に対応した複数の偏光変換部91を備えている。
この偏光変換部91は、偏光方向の異なる2種類の偏光光S、Pのうち、一方(図6では偏光光P)を透過し、他方(図6では偏光光S)を反射する偏光分離膜92と、分離された他方の偏光光Sを反射する反射膜93と、透過した偏光光Pを回転させる位相差板94と、反射膜93に対応した位置へ偏光光S,Pが入射するのを防ぐ遮光板95とを含んで構成される。
【0005】
このような偏光変換素子90を採用することにより、光源から射出される光束の偏光光S、Pを一方向の偏光光Sのみに揃えることができるため、液晶パネルへの光路中に配置された偏光板で遮られる偏光光を少なくして、光源光の利用効率を向上させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、偏光変換素子90では、一対の断面平行四辺形または三角形のガラス体96,97(図6(B)でのハッチングを省略)を貼り合わせて一つの偏光変換部91を構成するうえ、各偏光変換部91を複数段積層した構造になっているため、ガラス体96,97間相互の位置決めに手間がかかるなど、容易に製作することができないという問題がある。
さらに、各偏光変換部91を複数段積層した構造では、偏光変換部91毎に遮光板95を設ける必要があるため、この遮光板95が偏光変換素子90の小型化を阻害するという問題がある。
【0007】
本発明の目的は、容易に製作でき、かつ確実に小型化できる偏光変換素子、およびこの偏光変換素子を用いたプロジェクタを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏光変換素子は、略錐体状の中央部と、この中央部の錐面を囲うように設けられた外形略錐台状の外周部とからなる素子本体を備え、この外周部および中央部はそれぞれの錐面の拡がり方向が同じとされているとともに、外周部は、中央部の頂点側に設けられた光の入射面と、当該中央部の光出射側の中央出射面周囲に位置して環状に連続して設けられ、かつ当該中央出射面と同じ方向に面した外側出射面とを備え、中央部は、外周部の錐体状の凹状部分に嵌め込まれており、中央部および外周部との境界には偏光分離部が形成され、中央部の中央出射面には当該中央出射面の全域にわたって位相差部が直に形成され、外周部の錐面には当該錐面の全域にわたって反射部が直に形成されていることを特徴とする。
【0009】
このような構成では、その製作にあたって、例えば、それぞれ別体とされた中央部と外周部とを組み合わせるが、この際には、外周部の凹状部分に中央部を嵌め込むだけでよいから、互いの位置決めが容易に行え、作業性が向上する。
また、素子本体(外周部)の光入射側の面状部の全域に偏光光を入射させることが可能になるので、従来の遮光板が不要になり、小型化が促進される。
以上により、本発明の目的が達成される。
【0010】
本発明の偏光変換素子では、前記素子本体が面内方向に複数配置されていてもよい。
このような構成では、光源から射出された光束をレンズアレイ等の光束分割光学素子を用いて複数の部分光束に分割し、これらの部分光束を各素子本体に入射させることにより、電気光学装置などの画像形成領域等の照明領域に対し、輝度分布の揃った照明光束が照射される。
【0011】
本発明の偏光変換素子では、前記中央部の頂点部は、素子本体の光入射側の面状部表面よりも光出射側の内部にずれて位置していることが望ましい。
このような構成では、素子本体の入射側の面状部での反射が防止されるから、当該面状部に照射された光源光が漏れなく素子本体内に入射し、光源光の利用効率が向上する。
【0012】
本発明の偏光変換素子では、前記素子本体は円錐台状であり、前記中央部は円錐状であってもよい。
光源から出射される光源光は通常、照射形状が円形であるから、素子本体を円錐台にして光入射側の面状部を円形にすれば、この面状部に対して光源光が無駄なく入射するようになり、特に、一つの素子本体で偏光変換素子を構成する場合での光源光の利用効率が向上する。
また、一つの素子本体で偏光変換素子を構成した場合には、従来の光束分割光学素子が不要になるので、この偏光変換素子を含む照明光学系全体の小型化が促進されるうえ、コストも削減される。
【0013】
これに対し、本発明の偏光変換素子では、前記素子本体は角錐台状であり、前記中央部は角錐状であってもよい。
このような構成では、素子本体の光出射側の面状部は多角形面となるから、素子本体の面状部の辺同士を近接させることで、複数の素子本体が隙間なく効率よく配置されるようになり、それら複数の素子本体で偏光変換素子を構成する場合での配置効率、ひいては光源光の利用効率が向上する。
【0014】
一方、本発明のプロジェクタは、前述したいずれかの偏光変換素子と、この偏光変換素子の光入射側に配置された光源装置とを含んで構成された照明光学系を備えていることを特徴とする。
このようなプロジェクタでも、前記偏光変換素子を有することにより、前述した作用効果が同様に得られるから、本発明の目的が達成される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態に係るフロントタイプのプロジェクタに用いられる光学ユニット4を示す平面図である。
【0016】
〔1.光学ユニットの全体説明〕
光学ユニット4は、光源から出射された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成するユニットであり、インテグレータ照明光学系41、色分離光学系42、リレー光学系43、電気光学装置44、クロスダイクロイックプリズム45、および投写レンズ46を備えている。
【0017】
インテグレータ照明光学系41は、電気光学装置44を構成する3枚の液晶パネル441(色光毎に液晶パネル441R,441G,441Bと示す)の画像形成領域に光束を供給するための光学系であり、光源装置413と、UVフィルタ414と、平行化レンズ415と、偏光変換素子416と、凸レンズ417とを備えている。
【0018】
このうちの光源装置413は、放射状の光線を出射する放射光源としての光源ランプ411と、この光源ランプ411から出射された放射光を反射するリフレクタ412とを有する。光源ランプ411としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、または高圧水銀ランプが用いられることが多い。リフレクタ412としては、楕円面鏡を用いることが好ましい。
【0019】
偏光変換素子416は、UVフィルタ414を通して照射される光源装置413の光源光を1種類の偏光光に変換するものであり、これにより、電気光学装置44での光の利用効率が高められている。偏光変換素子416によって1種類に変換された偏光光は、凸レンズ417および色分離光学系42を通って集光レンズ418に集光し、最終的に電気光学装置44の液晶パネル441R,441G,441B上にほぼ重畳される。
【0020】
偏光光を変調するタイプの液晶パネル441を用いた本実施形態のプロジェクタ1(電気光学装置44)では、1種類の偏光光しか利用できないため、他種類のランダムな偏光光を発する光源ランプ411からの光のほぼ半分が利用されない。そこで、偏光変換素子416を用いることにより、光源ランプ411からの出射光を全て1種類の偏光光に変換し、電気光学装置44での光の利用効率を高めている。
なお、偏光変換素子416の具体的な構造については後述する。
【0021】
色分離光学系42は、2枚のダイクロイックミラー421,422と、反射ミラー423とを備え、ダイクロイックミラー421、422によりインテグレータ照明光学系41から射出された偏光光を赤、緑、青の3色の色光に分離する機能を有している。
【0022】
リレー光学系43は、入射側レンズ431、リレーレンズ433、および反射ミラー432、434を備え、色分離光学系42で分離された色光、例えば青色光を液晶パネル441Bまで導く機能を有している。
【0023】
電気光学装置44は、3枚の光変調装置となる液晶パネル441R,441G,441Bを備え、これらは、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いたものであり、色分離光学系42で分離された各色光は、これら3枚の液晶パネル441R,441G,441Bによって、画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。
【0024】
クロスダイクロイックプリズム45は、3枚の液晶パネル441R,441G,441Bから射出された各色光ごとに変調された画像を合成してカラー画像を形成するものである。
なお、プリズム45には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、4つの直角プリズムの界面に沿って略X字状に形成され、これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成される。そして、プリズム45で合成されたカラー画像は、投写レンズ46から射出され、スクリーン上に拡大投写される。
【0025】
〔2.偏光変換素子の説明〕
以下には、図2,3をも参照し、本実施形態での最も特徴的な偏光変換素子416について詳説する。
偏光変換素子416は円錐台状の素子本体10を備え、素子本体10は円錐状の中央部11と、この中央部11の錐面12を囲むように設けられた外周部13とを含んで構成されている。これらの中央部11および外周部13は共にガラス製である。素子本体10(外周部13)の錐面14と中央部11の錐面12とは同じ拡がり方向、すなわち光出射側に向かうに従って拡がるように形成されている。
なお、図3の断面図では、図面の見易さを考慮して、中央部11および外周部13のガラス部分(充実部分)のハッチングを省略してある。
【0026】
中央部11の錐面12と外周部13に設けられた凹状部分の内面15との間には、偏光光P,Sのうちの偏光光Sを反射し、偏光光Pのみを透過する偏光分離部としての偏光分離膜16が形成されている。中央部11の光出射側の面状部である中央出射面17には、偏光光Pを偏光光Sに変換する位相差部としての(1/2λ)位相差板18が設けられている。
【0027】
一方、素子本体10の錐面14には反射部としての反射膜19が形成されている。この反射膜19は、偏光分離膜16で反射した偏光光Sをさらに反射させて外周部13の円環状の外側出射面20から出射させるものである。ただし、このような反射膜19の外表面は逆に、偏光光P,Sの反射が抑えられるような黒色等の色合いを有していることが好ましい。
【0028】
また、中央部11の偏光分離膜16を含む頂点部21は、素子本体10の光入射側の面状部である入射面22表面よりも光出射側の内部に位置している。偏光分離膜16分の厚みを含めた中央部11の中央出射面17の径寸法R1は、素子本体10の入射面22の径寸法R2よりも若干大きく設定されており、入射した偏光光P,Sが外側出射面20からそのまま出射するのを防いで偏光分離膜16に確実に照射されるようになっている。
【0029】
このような構成では、先ず、中央部11と外周部13とを予め別体に製作しておき、中央部11の錐面12または外周部13の内面15に偏光分離膜16を形成し、中央部11の中央出射面17に位相差板18を取り付け、外周部13(素子本体10)の錐面14に反射膜19を形成し、この後に中央部11を外周部13の円錐形の凹状部分に嵌め込んで偏光変換素子416を完成させる。
なお、位相差板18や反射膜19を、中央部11と外周部13とを組み合わせた後に設けてもよい。
【0030】
〔3.実施形態の効果〕
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)偏光変換素子416を製作するにあたっては、それぞれ別体とされた中央部11と外周部13とを組み合わせるが、この際には、外周部13に設けられた凹状部分に中央部11を嵌め込むだけでよく、手間のかかる互いの位置決め作業をなくすことができ、製作を容易に行える。
【0031】
(2)また、中央部11と外周部13とは一対用意すればよいから、互いを嵌め込む手間も一回ですみ、偏光変換部91(図6)を複数段積層する従来に比し、製作時の作業性を格段に向上させることができる。
【0032】
(3)偏光変換素子416では、その構造上から反射膜19の外表面が従来の遮光板としても機能するため、従来の遮光板95(図6)を別途設ける必要がなく、偏光変換素子416をコンパクトにできる。
【0033】
(4)偏光変換素子416は、一つの素子本体10を備えていることで入射面22も一つであるから、従来のようなレンズアレイ等の厚手で高価な光束分割光学素子を設ける代わりに、集光する光源光を平衡化するための平行化レンズ415を設けるだけでよい。従って、偏光変換素子416を含むインテグレータ照明光学系41全体を小型化できるとともに、コストを大幅に削減できる。
【0034】
(5)偏光変換素子416では、中央部11の頂点部21が入射面22表面よりも光出射側の内部に位置しているので、入射面22を完全に平面化でき、この入射面22に照射される光源光を反射させることなく内部に入射させることができ、光源光の利用効率を向上させることができる。
【0035】
(6)さらに、円錐台状の素子本体10等によって入射面22も円形となるから、もともと照射形状が円形である光源光を無駄なく入射させることができ、この点からも、光源光の利用効率を向上させることができる。
【0036】
〔4.変形例〕
図4、5には本発明の変形例としての偏光変換素子516が示されている。ここで、前記実施形態と同じ機能部材には同一符号を付し、それらの詳細な説明を省略または簡略化する。
偏光変換素子516は、同一平面上に配置された複数の素子本体10を含んで構成され、これらの素子本体10は、図4中に2点鎖線で示すような外形六角形状の取付部材30に取り付けられている。
【0037】
素子本体10は六角錐台状であり、中央部11は六角錐状とされている。この素子本体10の一つの大きさは前記実施形態に比較すると非常に小さいが、素子本体10を複数配置することで形成される偏光変換素子516全体の大きさは、前記実施形態の偏光変換素子416とほぼ同じになっている。
その他、素子本体10の断面形状や素子本体10の製作手順などは、前記実施形態と同じである。
【0038】
また、このような偏光変換素子516では、外側出射面20の一辺同士を互いに近接させることにより、これらの素子本体10を隙間なく配置している。ただし、光入射側では各素子本体10の入射面22間が離間するので、入射面22に光源光を効率よく入射させるために、個々のレンズ形状が六角形をしたレンズアレイ等の光束分割光学素子が用いられる。
【0039】
このような変形例では、前記実施形態と同様な構成により、前述の(1)、(3)、(5)の効果を同様に得ることができ、また、その特有な構成により、以下の効果がある。
(7)光束分割光学素子からの分割光束の輝度を等しくすることにより、各素子本体10から出射される偏光光の輝度も均等にできるから、電気光学装置44の画像形成領域等の照明領域に対し、輝度分布の揃った照明光束を照射でき、ムラのない投写画像を実現できる。
【0040】
(8)外側出射面20は六角形となるから、この外側出射面20の辺同士を近接させることで、それぞれの素子本体10を隙間なく効率よく配置でき、例えば、円錐台状の素子本体を用いる場合よりも、取付部材30内での素子本体10の配置効率、ひいては光源光の利用効率を向上させることができる。
また、素子本体10間に隙間が生じないことで、このような隙間を遮蔽する遮蔽部材も不要である。
【0041】
その他、変形例としては、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような形態も本発明に含まれる。
例えば、前述の偏光変換素子416,516では、中央部11の中央出射面17と外周部13の外側出射面20とは面一(図3)であったが、中央部11の中央出射面17を位相差板18の厚さ分だけへこませてもよい。このような場合には、中央部11と外周部13とを組み合わせた後に当該へこみ部分が形成されるが、このへこみ部分を利用することで位相差板18の位置決めを容易にでき、その取付作業を迅速に行える。
【0042】
前記実施形態のように、一つの素子本体10で偏光変換素子416を構成する場合などには、中央部11の中央出射面17と外周部13の外側出射面20とを平面状(フラット)に形成するのではなく、連続した球面状(凸レンズ状)に形成してもよい。このような場合には、出射する偏光光が集光するので、実施形態で用いた凸レンズ417を不要にでき、より小型化およびコスト削減を促進できる。
【0043】
さらに、前記実施形態の偏光分離膜16は、偏光光Sが反射し、偏光光Pが透過したが、偏光光Pが反射し、偏光光Sが透過する偏光分離膜を用いてもよく、偏光光Pを偏光光Sに回転させる位相差板18の代わりに、偏光光Sを偏光光Pに回転させる位相差板を用いてもよい。
【0044】
また、本発明に係る素子本体の形状は円錐台や六角錐台に限定されるものではなく、その他の多角錐台状であってよい。そして、その内部に配置される中央部の形状も、素子本体の形状に応じて適宜変更してよい。
さらに、本発明に係る偏光分離部、位相差部、および反射部は、フィルム状や板状の部材で形成されてもよく、塗布された材料によって形成されてもよい。
【0045】
さらに、前記実施形態では、3つの光変調装置を用いたプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、1つの光変調装置のみを用いたプロジェクタ、2つの光変調装置を用いたプロジェクタ、あるいは、4つ以上の光変調装置を用いたプロジェクタにも適用可能である。
【0046】
また、前記実施形態では、光変調装置として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
さらに、前記実施形態では、光入射面と光出射面とが異なる透過型の光変調装置を用いていたが、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の光変調装置を用いてもよい。
【0047】
さらにまた、前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、偏光変換素子を容易に製作でき、かつ確実に小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図2】前記実施形態の偏光変換素子を拡大して示す全体斜視図である。
【図3】前記偏光変換素子の断面図である。
【図4】本発明の変形例に係る偏光変換素子を光出射側から見た図である。
【図5】前記変形例の構成部品を拡大して示す全体斜視図である。
【図6】従来技術を示す斜視図(A)および断面図(B)である。
【符号の説明】
1 プロジェクタ
10 素子本体
11 中央部
12,14 錐面
13 外周部
16 偏光分離部である偏光分離膜
17 中央出射面
18 位相差部である(1/2λ)位相差板
19 反射部である反射膜
21 頂点部
22 入射面
41 インテグレータ照明光学系
416,516 偏光変換素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization conversion element that separates a light beam emitted from a light source into two types of polarized light, and then converts the light into one type of polarized light having a uniform polarization direction, and an illumination that includes the polarization conversion element. The present invention relates to a projector provided with an optical system.
[0002]
[Background]
Conventionally, a light source, an electro-optical device such as a liquid crystal panel that modulates a light beam emitted from the light source according to image information, and a projection optical system that enlarges and projects the light beam modulated by the electro-optical device are provided. A projector is being used.
Such a projector employs an illumination optical system including a light beam splitting optical element and a polarization conversion element on the optical path from the light source to the electro-optical device, thereby making it possible to use the light source light without waste and to obtain brightness and color unevenness. Ingenuity is provided so that a projected image can be formed.
[0003]
The polarization conversion element used here separates an incident light beam with a random polarization direction into two types of polarized light, and emits a light beam with a uniform polarization direction by rotating the polarization direction of one of the polarized light. It is an optical element. The specific structure is shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B).
[0004]
In FIG. 6, the polarization conversion element 90 includes a plurality of polarization conversion units 91 corresponding to a plurality of light source images formed by a lens array (light beam splitting optical element) (not shown) arranged on the light incident side.
The polarization converter 91 transmits one of the two types of polarized light S and P having different polarization directions (polarized light P in FIG. 6) and reflects the other (polarized light S in FIG. 6). 92, the reflecting film 93 that reflects the other separated polarized light S, the retardation plate 94 that rotates the transmitted polarized light P, and the polarized lights S and P are incident on the position corresponding to the reflecting film 93. And a light shielding plate 95 for preventing the above.
[0005]
By adopting such a polarization conversion element 90, it is possible to align the polarized light S and P of the light beam emitted from the light source with only the polarized light S in one direction, so that it is arranged in the optical path to the liquid crystal panel. The polarized light blocked by the polarizing plate can be reduced, and the utilization efficiency of the light source light can be improved.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the polarization conversion element 90, a pair of parallelogram or triangular glass bodies 96, 97 (hatching in FIG. 6B is omitted) are bonded to form one polarization conversion unit 91. Since the polarization conversion unit 91 has a structure in which a plurality of stages are laminated, there is a problem in that it cannot be easily manufactured because it takes time to position the glass bodies 96 and 97 between each other.
Further, in the structure in which each polarization conversion unit 91 is stacked in a plurality of stages, it is necessary to provide a light shielding plate 95 for each polarization conversion unit 91, so that the light shielding plate 95 hinders the downsizing of the polarization conversion element 90. .
[0007]
An object of the present invention is to provide a polarization conversion element that can be easily manufactured and reliably reduced in size, and a projector using the polarization conversion element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The polarization conversion element of the present invention includes an element body composed of a substantially pyramid-shaped central portion and an outer shape of a substantially frustum-shaped outer periphery provided so as to surround the conical surface of the central portion. The central part has the same direction of spreading of the respective conical surfaces, and the outer peripheral part is provided on the light incident surface provided on the apex side of the central part and around the central outgoing surface on the light output side of the central part. And an outer emission surface that is provided continuously in an annular shape and faces in the same direction as the central emission surface, and the central portion is fitted into a conical concave portion of the outer peripheral portion, A polarization separation portion is formed at the boundary with the outer peripheral portion, a phase difference portion is formed directly on the central output surface of the central portion over the entire area of the central output surface, and the conical surface of the outer peripheral portion is The reflection portion is formed directly over the entire area.
[0009]
In such a configuration, for example, the center portion and the outer peripheral portion, which are separated from each other, are combined, but in this case, it is only necessary to fit the central portion into the concave portion of the outer peripheral portion. Can be easily positioned and workability is improved.
Further, since it becomes possible to make polarized light incident on the entire area of the light incident side of the element main body (outer peripheral portion), a conventional light-shielding plate becomes unnecessary, and miniaturization is promoted.
Thus, the object of the present invention is achieved.
[0010]
In the polarization conversion element of the present invention, a plurality of the element main bodies may be arranged in the in-plane direction.
In such a configuration, the light beam emitted from the light source is divided into a plurality of partial light beams using a light beam splitting optical element such as a lens array, and these partial light beams are made incident on each element body, thereby causing an electro-optical device or the like. An illumination light beam having a uniform luminance distribution is irradiated onto an illumination area such as the image forming area.
[0011]
In the polarization conversion element of the present invention, it is preferable that the apex portion of the central portion is located in the light emission side with a shift from the surface of the light incident side of the element main body.
In such a configuration, since the reflection at the planar portion on the incident side of the element body is prevented, the light source light irradiated on the planar portion enters the element body without leakage, and the use efficiency of the light source light is improved. improves.
[0012]
In the polarization conversion element of the present invention, the element body may have a truncated cone shape, and the central portion may have a cone shape.
Since the light source light emitted from the light source is usually circular, if the element body is a truncated cone and the surface portion on the light incident side is circular, the light source light is not wasted on the surface portion. In particular, the light source light utilization efficiency is improved in the case where the polarization conversion element is constituted by one element body.
In addition, when a polarization conversion element is configured with a single element body, a conventional beam splitting optical element is not required, so that the entire illumination optical system including the polarization conversion element can be reduced in size and cost can be increased. Reduced.
[0013]
On the other hand, in the polarization conversion element of the present invention, the element body may have a truncated pyramid shape, and the central portion may have a pyramidal shape.
In such a configuration, since the planar portion of the light emitting side of the element body is a polygonal surface, a plurality of element bodies can be efficiently arranged without gaps by bringing the sides of the planar portion of the element body close to each other. As a result, the arrangement efficiency in the case where the polarization conversion element is constituted by the plurality of element bodies, and the utilization efficiency of the light source light is improved.
[0014]
On the other hand, a projector according to the present invention includes an illumination optical system including any one of the polarization conversion elements described above and a light source device disposed on the light incident side of the polarization conversion element. To do.
Even in such a projector, the above-described effects can be obtained in the same manner by having the polarization conversion element, so that the object of the present invention is achieved.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing an optical unit 4 used in a front type projector according to the present embodiment.
[0016]
[1. Overall description of the optical unit)
The optical unit 4 is a unit that optically processes a light beam emitted from a light source to form an optical image corresponding to image information, and includes an integrator illumination optical system 41, a color separation optical system 42, a relay optical system 43, An electro-optical device 44, a cross dichroic prism 45, and a projection lens 46 are provided.
[0017]
The integrator illumination optical system 41 is an optical system for supplying a light beam to an image forming area of three liquid crystal panels 441 (shown as liquid crystal panels 441R, 441G, 441B for each color light) constituting the electro-optical device 44, A light source device 413, a UV filter 414, a collimating lens 415, a polarization conversion element 416, and a convex lens 417 are provided.
[0018]
Of these, the light source device 413 includes a light source lamp 411 as a radiation light source that emits a radial light beam, and a reflector 412 that reflects the radiation light emitted from the light source lamp 411. As the light source lamp 411, a halogen lamp, a metal halide lamp, or a high-pressure mercury lamp is often used. As the reflector 412, an ellipsoidal mirror is preferably used.
[0019]
The polarization conversion element 416 converts the light source light of the light source device 413 irradiated through the UV filter 414 into one type of polarized light, and thereby the light use efficiency in the electro-optical device 44 is enhanced. . The polarized light converted into one type by the polarization conversion element 416 is condensed on the condenser lens 418 through the convex lens 417 and the color separation optical system 42, and finally the liquid crystal panels 441R, 441G, 441B of the electro-optical device 44. It is almost superimposed on the top.
[0020]
Since only one type of polarized light can be used in the projector 1 (electro-optical device 44) of this embodiment using the liquid crystal panel 441 of the type that modulates polarized light, the light source lamp 411 that emits other types of randomly polarized light is used. Almost half of the light is not used. Therefore, by using the polarization conversion element 416, all the emitted light from the light source lamp 411 is converted into one kind of polarized light, and the use efficiency of light in the electro-optical device 44 is enhanced.
A specific structure of the polarization conversion element 416 will be described later.
[0021]
The color separation optical system 42 includes two dichroic mirrors 421 and 422, and a reflection mirror 423, and the polarized light emitted from the integrator illumination optical system 41 by the dichroic mirrors 421 and 422 is red, green, and blue. It has a function of separating into colored light.
[0022]
The relay optical system 43 includes an incident side lens 431, a relay lens 433, and reflection mirrors 432 and 434, and has a function of guiding the color light separated by the color separation optical system 42, for example, blue light to the liquid crystal panel 441B. .
[0023]
The electro-optical device 44 includes liquid crystal panels 441R, 441G, and 441B serving as three light modulation devices, which use, for example, polysilicon TFTs as switching elements and are separated by the color separation optical system 42. Each color light is modulated by these three liquid crystal panels 441R, 441G, and 441B in accordance with image information to form an optical image.
[0024]
The cross dichroic prism 45 forms a color image by combining images modulated for each color light emitted from the three liquid crystal panels 441R, 441G, and 441B.
In the prism 45, a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in a substantially X shape along the interfaces of four right-angle prisms. Three color lights are synthesized by the multilayer film. The color image synthesized by the prism 45 is emitted from the projection lens 46 and enlarged and projected on the screen.
[0025]
[2. Explanation of polarization conversion element)
Hereinafter, the most characteristic polarization conversion element 416 in the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
The polarization conversion element 416 includes a truncated cone-shaped element body 10, and the element body 10 includes a conical central portion 11 and an outer peripheral portion 13 provided so as to surround the conical surface 12 of the central portion 11. Has been. Both the central portion 11 and the outer peripheral portion 13 are made of glass. The conical surface 14 of the element body 10 (outer peripheral portion 13) and the conical surface 12 of the central portion 11 are formed so as to expand toward the same expansion direction, that is, toward the light emitting side.
In the cross-sectional view of FIG. 3, hatching of the glass portions (solid portions) of the central portion 11 and the outer peripheral portion 13 is omitted for easy viewing.
[0026]
Between the conical surface 12 of the central portion 11 and the inner surface 15 of the concave portion provided on the outer peripheral portion 13, the polarized light separation that reflects the polarized light S of the polarized light P, S and transmits only the polarized light P. A polarization separation film 16 as a part is formed. A (1 / 2λ) phase difference plate 18 as a phase difference portion that converts the polarized light P into the polarized light S is provided on the central emission surface 17 that is a planar portion on the light emission side of the central portion 11.
[0027]
On the other hand, a reflective film 19 as a reflective portion is formed on the conical surface 14 of the element body 10. The reflection film 19 further reflects the polarized light S reflected by the polarization separation film 16 so as to be emitted from the annular outer emission surface 20 of the outer peripheral portion 13. However, on the contrary, it is preferable that the outer surface of the reflection film 19 has a hue such as black so that the reflection of the polarized lights P and S can be suppressed.
[0028]
Further, the apex portion 21 including the polarization separation film 16 in the central portion 11 is located on the light emission side inside the surface of the incident surface 22 which is a planar portion on the light incident side of the element body 10. The diameter R1 of the central exit surface 17 of the central portion 11 including the thickness of the polarization separation film 16 is set slightly larger than the diameter R2 of the incident surface 22 of the element body 10, and the incident polarized light P, The polarization separation film 16 is reliably irradiated by preventing S from being emitted as it is from the outer emission surface 20.
[0029]
In such a configuration, first, the central portion 11 and the outer peripheral portion 13 are manufactured separately in advance, and the polarization separation film 16 is formed on the conical surface 12 of the central portion 11 or the inner surface 15 of the outer peripheral portion 13. A phase difference plate 18 is attached to the central emission surface 17 of the part 11, a reflective film 19 is formed on the conical surface 14 of the outer peripheral part 13 (element body 10), and then the central part 11 is formed into a conical concave part of the outer peripheral part 13. And the polarization conversion element 416 is completed.
The phase difference plate 18 and the reflective film 19 may be provided after combining the central portion 11 and the outer peripheral portion 13.
[0030]
[3. Effects of the embodiment
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) In manufacturing the polarization conversion element 416, the central portion 11 and the outer peripheral portion 13 which are separated from each other are combined. In this case, the central portion 11 is attached to the concave portion provided in the outer peripheral portion 13. It only needs to be fitted, so that it is possible to eliminate the time-consuming positioning operation, and the manufacturing can be easily performed.
[0031]
(2) Moreover, since the center part 11 and the outer peripheral part 13 should just prepare one pair, the effort which engages each other is only one time, and compared with the former which laminates | stacks the polarization conversion part 91 (FIG. 6) in multiple steps, Workability at the time of production can be greatly improved.
[0032]
(3) In the polarization conversion element 416, the outer surface of the reflective film 19 also functions as a conventional light shielding plate because of its structure. Therefore, it is not necessary to separately provide the conventional light shielding plate 95 (FIG. 6), and the polarization conversion element 416 Can be made compact.
[0033]
(4) Since the polarization conversion element 416 includes the single element main body 10 and has one incident surface 22, instead of providing a thick and expensive beam splitting optical element such as a conventional lens array. It is only necessary to provide a collimating lens 415 for balancing the condensed light source light. Therefore, the entire integrator illumination optical system 41 including the polarization conversion element 416 can be reduced in size and the cost can be greatly reduced.
[0034]
(5) In the polarization conversion element 416, since the apex portion 21 of the central portion 11 is located inside the light exit side with respect to the surface of the incident surface 22, the incident surface 22 can be completely planarized. Irradiated light source light can be incident inside without being reflected, and the utilization efficiency of the light source light can be improved.
[0035]
(6) Further, since the incident surface 22 is also circular due to the truncated cone-shaped element body 10 or the like, the light source light having an originally irradiated shape can be incident without any waste. Efficiency can be improved.
[0036]
[4. (Modification)
4 and 5 show a polarization conversion element 516 as a modification of the present invention. Here, the same reference numerals are given to the same functional members as in the above-described embodiment, and detailed description thereof is omitted or simplified.
The polarization conversion element 516 includes a plurality of element main bodies 10 arranged on the same plane, and these element main bodies 10 are attached to a mounting member 30 having an outer hexagonal shape as indicated by a two-dot chain line in FIG. It is attached.
[0037]
The element body 10 has a hexagonal frustum shape, and the central portion 11 has a hexagonal pyramid shape. One size of the element body 10 is very small as compared with the above embodiment, but the entire size of the polarization conversion element 516 formed by arranging a plurality of element bodies 10 is the polarization conversion element of the embodiment. It is almost the same as 416.
In addition, the cross-sectional shape of the element body 10 and the manufacturing procedure of the element body 10 are the same as those in the above embodiment.
[0038]
Further, in such a polarization conversion element 516, the element main bodies 10 are arranged without gaps by bringing one side of the outer emission surface 20 close to each other. However, since the incident surfaces 22 of the element bodies 10 are separated from each other on the light incident side, in order to make the light source light incident on the incident surfaces 22 efficiently, light beam splitting optics such as a lens array in which each lens shape is a hexagon. An element is used.
[0039]
In such a modified example, the effects (1), (3), and (5) described above can be obtained in the same manner by the same configuration as in the above embodiment, and the following effects can be obtained by the unique configuration. There is.
(7) Since the luminance of the polarized light emitted from each element body 10 can be made uniform by equalizing the luminance of the divided light beams from the light beam dividing optical element, it can be used as an illumination region such as an image forming region of the electro-optical device 44. On the other hand, it is possible to irradiate an illumination light beam having a uniform luminance distribution, and to realize a projection image without unevenness.
[0040]
(8) Since the outer emission surface 20 has a hexagonal shape, by placing the sides of the outer emission surface 20 close to each other, the respective element bodies 10 can be efficiently arranged without gaps. It is possible to improve the arrangement efficiency of the element main body 10 in the mounting member 30 and the utilization efficiency of the light source light, compared with the case where it is used.
Further, since no gap is generated between the element bodies 10, a shielding member that shields such a gap is also unnecessary.
[0041]
Other modifications include other configurations that can achieve the object of the present invention, and the following forms are also included in the present invention.
For example, in the above-described polarization conversion elements 416 and 516, the central emission surface 17 of the central portion 11 and the outer emission surface 20 of the outer peripheral portion 13 are flush with each other (FIG. 3). May be recessed by the thickness of the phase difference plate 18. In such a case, the indented portion is formed after combining the central portion 11 and the outer peripheral portion 13. By using this indented portion, the phase difference plate 18 can be easily positioned, and its mounting operation is performed. Can be done quickly.
[0042]
When the polarization conversion element 416 is configured by one element body 10 as in the above-described embodiment, the central emission surface 17 of the central portion 11 and the outer emission surface 20 of the outer peripheral portion 13 are made flat (flat). Instead of forming, it may be formed in a continuous spherical shape (convex lens shape). In such a case, since the emitted polarized light is condensed, the convex lens 417 used in the embodiment can be made unnecessary, and further miniaturization and cost reduction can be promoted.
[0043]
Further, the polarization separation film 16 of the above embodiment reflects the polarized light S and transmits the polarized light P, but may use a polarization separation film that reflects the polarized light P and transmits the polarized light S. Instead of the phase difference plate 18 that rotates the light P into the polarized light S, a phase difference plate that rotates the polarized light S into the polarized light P may be used.
[0044]
The shape of the element body according to the present invention is not limited to a truncated cone or a hexagonal truncated cone, and may be other polygonal truncated cone shapes. And the shape of the center part arrange | positioned in the inside may be changed suitably according to the shape of an element main body.
Furthermore, the polarization separation part, the phase difference part, and the reflection part according to the present invention may be formed of a film-like or plate-like member, or may be formed of a coated material.
[0045]
Furthermore, in the above-described embodiment, only an example of a projector using three light modulation devices has been described. However, the present invention is a projector using only one light modulation device, a projector using two light modulation devices, or The present invention can also be applied to a projector using four or more light modulation devices.
[0046]
In the embodiment, the liquid crystal panel is used as the light modulation device. However, a light modulation device other than the liquid crystal, such as a device using a micromirror, may be used.
Furthermore, in the above-described embodiment, the transmission type light modulation device having a different light incident surface and light emission surface is used. However, a reflection type light modulation device having the same light incident surface and light emission surface is used. Also good.
[0047]
Furthermore, in the above-described embodiment, only an example of a front type projector that performs projection from the direction of observing the screen has been described. However, the present invention provides a rear type projector that performs projection from the side opposite to the direction of observing the screen. It is also applicable to.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an effect that the polarization conversion element can be easily manufactured and can be reliably reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall perspective view showing an enlargement of the polarization conversion element of the embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the polarization conversion element.
FIG. 4 is a view of a polarization conversion element according to a modification of the present invention as seen from the light exit side.
FIG. 5 is an overall perspective view showing the components of the modified example in an enlarged manner.
FIG. 6 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projector 10 Element main body 11 Center part 12, 14 Conical surface 13 Outer peripheral part 16 Polarization separation film 17 which is a polarization separation part Central output surface 18 (1/2 (lambda)) phase difference plate 19 which is a phase difference part Reflection film which is a reflection part 21 Vertex 22 Incident surface 41 Integrator illumination optical system 416, 516 Polarization conversion element

Claims (3)

略錐体状の中央部と、この中央部の錐面を囲うように設けられた外形略錐台状の外周部とからなる素子本体を備え、
この外周部および中央部はそれぞれの錐面の拡がり方向が同じとされているとともに、 外周部は、中央部の頂点側に設けられた光の入射面と、当該中央部の光出射側の中央出射面周囲に位置して環状に連続して設けられ、かつ当該中央出射面と同じ方向に面した外側出射面とを備え、
中央部は、外周部に設けられた錐体状の凹状部分に嵌め込まれており、
中央部および外周部との境界には偏光分離部が形成され、
中央部の中央出射面上には当該中央出射面の全域にわたって位相差部が直に形成され、 外周部の錐面には当該錐面の全域にわたって反射部が直に形成されている
ことを特徴とする偏光変換素子。
A device body comprising a substantially pyramid-shaped central portion and an outer shape of a substantially frustum-shaped outer periphery provided so as to surround the conical surface of the central portion,
The outer peripheral part and the central part have the same spreading direction of the respective conical surfaces. An outer emission surface provided around the emission surface and continuously provided in an annular shape and facing in the same direction as the central emission surface;
The central part is fitted into a conical concave part provided on the outer peripheral part,
A polarized light separation part is formed at the boundary between the central part and the outer peripheral part,
The phase difference portion is formed directly on the central emission surface of the central portion over the entire area of the central emission surface, and the reflection portion is formed directly on the entire cone surface of the outer peripheral portion. A polarization conversion element.
請求項1に記載の偏光変換素子において、前記素子本体が面内方向に複数配置されていることを特徴とする偏光変換素子。  2. The polarization conversion element according to claim 1, wherein a plurality of the element bodies are arranged in an in-plane direction. 請求項1または請求項2に記載の偏光変換素子と、この偏光変換素子の光入射側に配置された光源装置とを含んで構成される照明光学系を備えていることを特徴とするプロジェクタ。  A projector comprising an illumination optical system configured to include the polarization conversion element according to claim 1 or 2 and a light source device disposed on a light incident side of the polarization conversion element.
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