JP4069694B2

JP4069694B2 - projector

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Publication number: JP4069694B2
Application number: JP2002204499A
Authority: JP
Inventors: 英揮小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004045872A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
単板方式のプロジェクタのうち、回転プリズムを用いたカラースクロールによるプロジェクタ（以下、「回転プリズムを用いたプロジェクタ」という。）は、カラーフィルタを用いたプロジェクタやカラーホイールを用いたプロジェクタなどとは異なり、光の利用効率が格段に高く、単板方式でありながら高輝度のプロジェクタを実現できるため、近年特に注目されている。
【０００３】
この回転プリズムを用いたプロジェクタは、例えば、「（ア）P. Jassen, "A Novel High Brightness Single Light Valve HD Color Projector," Proceedings IDRC '93, Society for Information Display, pp. 249-252, 1993.」や「（イ）J.A.Shimizu,"Single Panel Reflective LCD Projector," Projection Displays V, Proceedings SPIE, Vol. 3634, pp. 197- 206, 1999.」に開示されている。
【０００４】
これらの論文に開示された回転プリズムを用いたプロジェクタを図９及び図１０を用いて説明する。図９は（ア）の論文に開示された従来の回転プリズムを用いたプロジェクタを説明するための図である。図９（ａ）はその光学系を示す図であり、図９（ｂ）はその光走査の原理を説明するための図である。
【０００５】
従来のプロジェクタ８００は、図９（ａ）に示されるように、光源８１０と、この光源８１０からの光を上下方向に分離されたＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光に分離するダイクロイックミラー８３０と、このダイクロイックミラー８３０で分離された３つの色光を走査するための回転プリズム８５０と、この回転プリズム８５０で走査された３つの色光をストライプ状の帯に展開して液晶パネル８６０の画像形成領域における所定のストライプ領域に照射するための展開レンズ８２０と、この展開レンズ８２０で展開された色光を変調する電気光学変調素子としての液晶パネル８６０と、この液晶パネル８６０で変調された光をスクリーン等に投写する投写レンズ８７０とを備えている。
【０００６】
このプロジェクタ８００においては、図９（ｂ）に示されるように、ダイクロイックミラー８３０で分離されたＲ，Ｇ，Ｂの各色光は、回転プリズム８５０のプリズム作用によって、液晶パネル８６０の画像形成領域の上から下方向に順に走査されることになる。すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラースクロールが実現される。
【０００７】
このため、このプロジェクタ８００によれば、１枚の液晶パネルからなる単板方式のプロジェクタでありながら、いわゆる３枚の液晶パネルを必要とする３板方式のプロジェクタと同等の解像度のカラー表示を行うことができるという利点がある。
【０００８】
図１０は、（イ）の論文に開示された従来の他の回転プリズムを用いたプロジェクタを説明するための図である。このプロジェクタ９００は、図１０に示されるように、光源９１０と、光源９１０からの光を変調するための電気光学変調素子としての反射型の液晶パネル９６０及び偏光プリズム９８０と、この液晶パネル９６０で変調された光を投写するための投写レンズ９７０と、を備えたプロジェクタであって、光源９１０と液晶パネル９６０及び偏光プリズム９８０との間に、光源９１０からの光を液晶パネル９６０における画像形成領域内の所定領域に導光するためのインテグレータ光学系９２０と、このインテグレータ光学系９２０からの光を３つの色光に分離するための色分離光学系９３０と、この色分離光学系９３０で分離された３つの色光を液晶パネル９６０における画像形成領域内で走査するための３つの回転プリズム９５０と、この回転プリズム９５０で走査された３つの色光を所定の間隔で離隔させた状態で合成する色合成光学系９４０と、をさらに備えている。
【０００９】
このプロジェクタ９００においては、色分離光学系９３０で分離されたＲ，Ｇ，Ｂの各色光はそれぞれ回転プリズム９５０のプリズム作用によって、液晶パネル９６０の一方向（例えば、上から下方向）に順に走査されることになる。このとき３つの回転プリズム９５０のそれぞれは互いに所定のタイミングだけずれた位相で回転しているため、液晶パネル９６０の画像形成領域内において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光は互いに所定間隔ずれた状態で上から下方向に順に走査される。すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラースクロールが実現される。
【００１０】
このため、このプロジェクタ９００によれば、１枚の液晶パネルからなる単板方式のプロジェクタでありながら、いわゆる液晶パネルを３枚必要とする３板方式のプロジェクタと同等の解像度のカラー表示を行うことができるという利点がある。
【００１１】
しかしながら、上記したプロジェクタ８００においては、光源から液晶パネルまでの光路長が、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの色光において異なり、液晶パネル上での結像特性に違いが出て混色や色むらが発生しやすいという問題があった。また、上記したプロジェクタ９００においては、回転プリズムを３つ必要とするので高価になるほか、これらの３つの回転プリズムを所定の位相だけずらして回転させなければならずこの制御が容易ではないという問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、回転プリズムなどの色光走査手段を１個しか必要としない安価で制御の容易なプロジェクタであって、光源から電気光学変調素子までの光路長が各色光において略一致し、混色や色むらが発生しにくいプロジェクタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明のプロジェクタは、光源と、光源からの光を変調するための電気光学変調素子と、この電気光学変調素子で変調された光を投写するための投写レンズと、を備えたプロジェクタであって、前記光源と前記電気光学変調素子との間に、
前記光源からの光を前記電気光学変調素子における画像形成領域内の所定領域に導光するための照明光学系と、
この照明光学系からの光を複数の色光に分離するとともに、この分離された複数の色光を前記電気光学変調素子の画像形成領域に並べて照射させるための色分離光学系と、
この色分離光学系で分離された複数の色光を前記電気光学変調素子における画像形成領域内で走査するための１つの色光走査手段と、
前記光源から前記電気光学変調素子までの光路長を、前記複数の色光間で略一致させるための光路長補正光学系と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
このため、色分離光学系で分離された複数の各色光は、１つの色光走査手段によって、電気光学変調素子における画像形成領域の一方向に順に走査され、カラースクロールが実現される。その結果、本発明のプロジェクタによれば、１枚の液晶パネル等の電気光学変調素子からなる単板方式のプロジェクタでありながら、いわゆる液晶パネルなどの３枚の電気光学変調素子を必要とする３板方式のプロジェクタと同等の解像度のカラー表示を行うことができるという利点がある。
【００１５】
さらに、本発明のプロジェクタにおいては、光源から前記電気光学変調素子までの光路長を前記複数の色光間で略一致させるための光路長補正光学系を備えているので、光源から電気光学変調素子間での光路長が各色光において略一致し、混色や色むらが発生しにくい構造となっている。
【００１６】
本発明において、色分離光学系で分離される複数の色光は、赤、緑、青の３つの色光であることが好ましい。この場合、赤、緑、青の３つの色光が電気光学変調素子における画像形成領域の一方向に順に走査されるため、容易にフルカラー表示を行うことができる。
【００１７】
（２）上記（１）に記載のプロジェクタにおいては、前記色分離光学系は、互いに平行に配置された複数の色分離面を備えることが好ましい。
【００１８】
このように構成すれば、この色分離光学系で分離された各色光は互いに所定間隔だけ離隔した状態で平行に進行することになるため、後段の電気光学変調素子における画像形成領域において所定間隔だけずれて照射されることが容易になる。また、光学設計がシンプルになるという効果もある。
【００１９】
（３）上記（１）に記載のプロジェクタにおいては、前記光路長補正光学系は、前記色分離光学系における複数の色分離面のそれぞれに対応して設けられ、前記前記色分離光学系における複数の色分離面で反射した複数の色光のそれぞれについて、前記光源から前記電気光学変調素子までの光路長が略一致するような位置に配置された複数の色光選択反射面を備えることが好ましい。
【００２０】
このように構成すれば、各色光についての光源から電気光学変調素子までの光路長を効果的に略一致するように構成することができる。
【００２１】
（４）上記（３）に記載のプロジェクタにおいては、前記色分離光学系の色分離面と、前記光路長補正光学系の色光選択反射面とは９０度の角度をなして配置されていることが好ましい。
【００２２】
このように構成すれば、光路長補正光学系からの射出光は、色分離光学系への入射方向から見れば１８０度折り返されて射出することになるので、本発明のプロジェクタの光学系をコンパクトに構成することができる。また、光学設計がシンプルになるという効果もある。
【００２３】
（５）上記（３）に記載のプロジェクタにおいては、前記色分離光学系の色分離面と、前記光路長補正光学系の色合成面とは互いに平行になるように配置されていることが好ましい。
【００２４】
このように構成すれば、光路長補正光学系からの射出光は、色分離光学系への入射方向と平行の関係をもって射出することになるので、光学設計がシンプルになる。さらに、光路長補正光学系において各色光における光源から電気光学変調素子までの光路長を略一致させるのが特に容易になるという効果もある。
【００２５】
（６）上記（４）又は（５）に記載のプロジェクタにおいては、前記色分離光学系の各色分離面の光軸方向における間隔及び前記光路長補正光学系の色光選択反射面の光軸方向における間隔は、前記色分離光学系で分離された色光の数をｎとしたとき、前記電気光学変調素子の画像形成領域の色分離方向における幅の約（１／（２×ｎ））に設定されていることが好ましい。
【００２６】
従って、前記色分離光学系の各色分離面の光軸方向における間隔及び前記光路長補正光学系の色光選択反射面の光軸方向における間隔は、例えば前記色分離光学系で分離される色光の数が３であるときには、前記電気光学変調素子の画像形成領域の色分離方向における幅の約１／６に設定されていることが好ましく、前記色分離光学系で分離される色光の数が２であるときには、前記電気光学変調素子の画像形成領域の色分離方向における幅の約１／４に設定されていることが好ましい。
【００２７】
このように構成すれば、光路長補正光学系を通過した各色光は、全体として、電気光学変調素子の画像形成領域の色分離方向における幅をちょうどカバーしつつカラースクロールを行うことができる。
【００２８】
（７）上記（３）に記載のプロジェクタにおいては、前記色光走査手段は回転プリズムであって、前記照明光学系と前記回転プリズムとの間に、アフォーカル光学系をさらに備えることが好ましい。
【００２９】
このように構成すれば、各色光の光束を小さくすることができ、後段の電気光学変調素子及び回転プリズムを小さくすることができるため、プロジェクタの小型化、軽量化、低価格化を図るのが容易になる。また、回転プリズムを小型化することによって、回転プリズムの高速応答性を向上することができる。
【００３０】
（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のプロジェクタにおいては、前記色光走査手段は回転プリズムであって、前記色分離光学系に入射する偏光が前記色分離面に対してｓ偏光となるように構成されているとともに、λ／２板が前記色分離光学系と前記回転プリズムとの間に配置されていることが好ましい。
【００３１】
光屈折を利用する光透過タイプの回転プリズムでは、プリズムの回転の中心軸に対して平行に振動する偏光光（ｓ偏光光）よりも、プリズムの回転の中心軸に対して垂直に振動する偏光光（ｐ偏光光）の方が光透過率が高い。上記構成によれば、色分離光学系に入射する偏光光を色分離特性の良いｓ偏光光とし、回転プリズムの光入射面に入射する色光を、回転プリズムの回転の中心軸に対して垂直に振動する偏光光（ｐ偏光光）とすることができるので、回転プリズムの光入射面における反射損失を抑えることができる。
【００３２】
（９）本発明のプロジェクタは、光源と、光源からの光を変調するための電気光学変調素子と、この電気光学変調素子で変調された光を投写するための投写レンズと、を備えたプロジェクタであって、前記光源と前記電気光学変調素子との間に、
前記光源からの光を前記電気光学変調素子における画像形成領域内の所定領域に導光するための照明光学系と、
この照明光学系からの光を複数の色光に分離するとともに、この分離された複数の色光を後段の回転プリズムの回転の中心軸に向けて入射させるための複数の色分離面を有する色分離光学系と、
この色分離光学系で分離された複数の色光を前記電気光学変調素子における画像形成領域内で走査するための１つの回転プリズムと
この回転プリズムを通過した複数の色光のそれぞれを前記電気光学変調素子に向けて反射するとともに、前記光源から前記電気光学変調素子までの光路長を前記複数の色光間で略一致させるための複数の色光選択反射面を有する光路長補正光学系と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００３３】
このため、色分離光学系で分離された複数の各色光は、１つの色光走査手段によって、電気光学変調素子における画像形成領域の一方向に順に走査され、カラースクロールが実現される。その結果、本発明のプロジェクタによれば、１枚の液晶パネル等の電気光学変調素子からなる単板方式のプロジェクタでありながら、いわゆる液晶パネルなどの３枚の電気光学変調素子を必要とする３板方式のプロジェクタと同等の解像度のカラー表示を行うことができるという利点がある。
【００３４】
さらに、本発明のプロジェクタにおいては、光源から前記電気光学変調素子までの光路長を前記複数の色光間で略一致させるための光路長補正光学系を備えているので、光源から電気光学変調素子間での光路長が各色光において略一致し、混色や色むらが発生しにくい構造となっている。
【００３５】
また、各色光がそれぞれ平行な状態で回転プリズムに入射される場合、回転プリズムの屈折率や大きさ、回転プリズムに対する各色光の入射位置により以下の（１）から（３）のような問題が起きやすくなる。
１）各色光が画像形成領域の一方向に走査された後再び帰還して次の走査を始める始点位置や、走査時の各色光の移動速度、各色光の間隔が各色光によって一様でなくなり、これらを原因として混色や色むらが発生する場合がある。
２）色光の光束が略９０度までの大きな入射角で回転プリズムに入射するので、分散により、画像形成領域上の走査開始または終了位置において色ずれが大きくなる場合がある。
３）上記１）、２）の課題を回避しようとすると、明るい投写画像を得ることが困難となる。
本発明のプロジェクタにおいては、色分離光学系で分離された複数の色光を、回転プリズムの回転の中心軸方向に向けて入射させる構成としたので、各色光の帰還する始点位置や、各色光の移動速度、各色光の間隔をほぼ一定に保つことができるとともに、色光光束の回転プリズムへの入射角度を小さくして分散の影響を抑えながら、明るく色むらの少ない投写画像を得ることができる。
【００３６】
（１０）上記（９）に記載のプロジェクタにおいては、前記色分離光学系に入射する偏光が前記色分離面に対してｓ偏光となるように構成されているとともに、λ／２板が前記色分離光学系と前記回転プリズムとの間に配置されていることが好ましい。
【００３７】
このように構成すれば、色分離光学系に入射する偏光光を色分離特性の良いｓ偏光光とし、回転プリズムの光入射面に入射する色光を、回転プリズムの回転の中心軸に対して垂直に振動する偏光光（ｐ偏光光）とすることができるので、回転プリズムの光入射面における反射損失を抑えることができ、プロジェクタの高輝度化を図るさいに有利になる。
【００３８】
（１１）上記（１０）に記載のプロジェクタにおいては、λ／２板が前記回転プリズムと前記光路長補正光学系との間にさらに配置されていることが好ましい。
【００３９】
このように構成すれば、光路長補正光学系の複数の色光選択反射面に入射する色光をｓ偏光光とすることができるので、光路長補正光学系における色光選択反射特性を向上させることができる。
【００４０】
（１２）上記（９）乃至（１１）のいずれかに記載のプロジェクタにおいては、前記照明光学系と前記回転プリズムとの間に、アフォーカル光学系をさらに備えることが好ましい。
【００４１】
このように構成すれば、各色光の光束を小さくすることができ、後段の回転プリズム及び電気光学変調素子を小さくすることができるため、プロジェクタの小型化、軽量化、低価格化を図るのが容易になる。また、回転プリズムを小型化することによって、回転プリズムの高速応答性を向上することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
【００４３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図１に示されるように、このプロジェクタ１００は、光源１１０と、光源１１０からの光を変調するための、例えば透過型液晶パネルからなる電気光学変調素子１６０と、この電気光学変調素子１６０で変調された光を投写するための投写レンズ１７０と、を備えたプロジェクタである。そして、実施形態１に係るプロジェクタは、光源１１０と電気光学変調素子１６０との間に、
光源１１０からの光を電気光学変調素子１６０における画像形成領域内の所定領域に導光するための照明光学系１２０と、
この照明光学系１２０からの光を複数の色光に分離するとともに、この分離された複数の色光を電気光学変調素子１６０の画像形成領域に並べて照射させるための色分離光学系１３０と、
この色分離光学系１３０で分離された複数の色光を電気光学変調素子１６０における画像形成領域内で走査するための１つの色光走査手段１５０と、
光源１１０から電気光学変調素子１６０までの光路長を、複数の色光間で略一致させるための光路長補正光学系１４０と、をさらに備えている。
【００４４】
照明光学系１２０は、インテグレータ光学系からなっていて、第１のレンズアレイ１２２と、第２のレンズアレイ１２４と、偏光変換素子１２６と重畳レンズ１２８と、を備えている。
第１のレンズアレイ１２２は、複数の第１の小レンズを備え、この複数の第１の小レンズによって光源１１０から射出された光束を複数の部分光束に分割する機能を有している。第１のレンズアレイ１２２は、電気光学変調素子１６０における画像形成領域の所定領域（色光が３色であれば、そのうちの一の色光が照射される領域であって、画像形成領域の走査方向に対応する辺が他の辺に対して約１／３に圧縮された形状を有する領域）と相似の矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、光源１１０から入射された平行な光束を複数の部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１２４の近傍で収束させる。各小レンズを光軸に沿って見た外形形状は、電気光学変調素子１６０における画像形成領域内の所定領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。
第２のレンズアレイ１２４は、複数の第２の小レンズを備え、これら複数の部分光束が集光される位置近傍に配置されている。第２のレンズアレイ１２４も、第１のレンズアレイ１２２の小レンズに対応するように、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。第２のレンズアレイ１２４は、第１のレンズアレイ１２２から射出された各部分光束の中心軸（主光線）が重畳レンズ１２８の入射面に垂直に入射するように構成されている。
偏光変換素子１２６は、第２のレンズアレイ１２４から射出された光束をほぼ一種類の偏光光束に変換する機能を有している。
【００４５】
色分離光学系１３０は、照明光学系１２０からの光を赤、緑、青の３つの色光に分離する。そして、この分離された３つの色光を電気光学変調素子１６０の画像形成領域に並べて照射させる機能を有する。この色分離光学系１３０は、互いに平行に配置された３つの色分離面１３２、１３４、１３６を備えている。色分離面１３２、１３４、１３６はダイクロイックミラーで構成されている。但し、色分離面１３６は全反射面で構成されてもよい。
【００４６】
この色分離光学系１３０で分離された赤、緑、青の各色光は互いに所定間隔だけ離隔した状態で平行に進行する。そして、後段の電気光学変調素子１６０における画像形成領域において所定間隔だけずれて照射される。
【００４７】
色分離光学系１３０の色分離面１３２、１３４、１３６の光軸方向における間隔Ｄ及び前記光路長補正光学系の色光選択反射面の光軸方向における間隔Ｄは、電気光学変調素子１６０の画像形成領域の色分離方向における幅Ｌの約１／６に設定されている。このため、光路長補正光学系１４０を通過した各色光は、全体として、電気光学変調素子１６０の画像形成領域の色分離方向における幅をちょうどカバーしつつカラースクロールを行うことができるようになっている。
【００４８】
光路長補正光学系１４０は、光源１１０から前記電気光学変調素子１６０までの光路長を、前記複数の色光間で略一致させる機能を有している。光路長補正光学系１４０は、色分離光学系１３０における３つの色分離面１３２、１３４、１３６のそれぞれに対応して設けられ、色分離光学系１３０における３つの色分離面で反射した３つの色光のそれぞれについて、光源１１０から電気光学変調素子１６０までの光路長が略一致するような位置に配置された複数の色光選択反射面１４２、１４４、１４６を備えている。この光路長補正光学系１４０の作用によって、３つの色分離面１３２，１３４，１３６がそれぞれ異なる位置に配置されていることによって生じる光路差を、色光選択分離面１４２，１４４，１４６をそれぞれ平行に間隔Ｄだけ離して配置することによって、補償する構成となっている。この色光選択反射面１４２、１４４、１４６はダイクロイックミラーで構成されている。但し、色光選択反射面１４２は全反射面で構成されてもよい。
【００４９】
光路長補正光学系１４０の各色光選択反射面１４２、１４４、１４６は、色分離光学系１３０の各色分離面１３２、１３４、１３６と９０度の角度をなして配置されている。そのため、光路長補正光学系１４０からの射出光は、色分離光学系１３０への入射方向から見れば１８０度折り返されており、コンパクトな光学系が構成されている。
【００５０】
色光走査手段１５０は、回転プリズムからなり、この回転プリズムが回転することにより、色分離光学系１３０で分離された３つの色光を電気光学変調素子１６０における画像形成領域内で走査する機能を有する。
【００５１】
色分離光学系１３０で分離された３つの色光は、この色光走査手段１５０によって、電気光学変調素子１６０における画像形成領域の一方向に順に走査され、カラースクロールが実現される。その結果、単板方式のプロジェクタでありながら、いわゆる液晶パネルなどの３枚の電気光学変調素子を必要とする３板方式のプロジェクタと同等の解像度のカラー表示を行うことができる。
【００５２】
また、各色光についての光源１１０から電気光学変調素子１６０までの光路長を略一致するように構成することができる。このため、光源１１０から電気光学変調素子１６０との間の距離が各色光において略一致し、混色や色むらが発生しにくい構造となっている。
【００５３】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図２に示されるように、実施形態２に係るプロジェクタ２００は、実施形態１に係るプロジェクタ１００における透過型液晶パネルを用いた電気光学変調素子１６０を反射型液晶パネルを用いた電気光学変調素子２６０に変更したものである。そして、それに伴って、偏光プリズム２８０を追加したものである。
【００５４】
実施形態２に係るプロジェクタ２００も、実施形態１に係るプロジェクタの場合と同様に、単板方式のプロジェクタでありながら、いわゆる液晶パネルなどの３枚の電気光学変調素子を必要とする３板方式のプロジェクタと同等の解像度のカラー表示を行うことができ、混色や色むらを発生しにくいという効果を有している。
【００５５】
（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図３に示されるように、実施形態３に係るプロジェクタ３００は、基本的には、実施形態１に係るプロジェクタ１００と同じ構造を有している。実施形態３に係るプロジェクタ３００が実施形態１に係るプロジェクタ１００と異なるのは、アフォーカル光学系３２０を有している点である。
【００５６】
このため、実施形態３に係るプロジェクタ３００は、実施形態１に係るプロジェクタ１００の有する効果に加えて、各色光の光束を小さくすることができるため後段の電気光学変調素子及び色光走査手段である回転プリズムを小さくして、プロジェクタの小型化、軽量化、低価格化を図るのが容易になるという効果がある。また、回転プリズムを小型化することによって、回転プリズムの高速応答性を向上することができる。
【００５７】
（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態４に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図４に示されるように、実施形態４に係るプロジェクタ４００は、基本的には、実施形態１に係るプロジェクタ１００と同じ構造を有している。実施形態４に係るプロジェクタ４００が実施形態１に係るプロジェクタ１００と異なるのは、色分離光学系１３０の色分離面と、前記光路長補正光学系の色光選択反射面４４０とが平行に配置されていることである。
【００５８】
このため、実施形態４に係るプロジェクタ４００は、実施形態１に係るプロジェクタ１００の有する効果に加えて、光路長補正光学系からの射出光は、色分離光学系への入射方向と平行の関係をもって射出することになるので、光学設計がシンプルになるという効果があり、さらに、光路長補正光学系において各色光における光源から電気光学変調素子までの光路長を略一致させるのが特に容易になるという効果がある。
【００５９】
（実施形態５）
図５は、本発明の実施形態５に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図５に示されるように、実施形態５に係るプロジェクタ５００は、基本的には、実施形態１に係るプロジェクタ１００と同じ構造を有している。実施形態５に係るプロジェクタ５００が実施形態１に係るプロジェクタ１００と異なるのは、光路長補正光学系１４０と回転プリズムからなる色光走査手段１５０との間にλ／２板が配置されている点である。
【００６０】
このため、実施形態５に係るプロジェクタ５００は、実施形態１に係るプロジェクタ１００の有する効果に加えて、以下の効果を有する。すなわち、光屈折を利用する光透過タイプの回転プリズム１５０では、プリズムの回転の中心軸に対して平行に振動する偏光光（ｓ偏光光）よりも、プリズムの回転の中心軸に対して垂直に振動する偏光光（ｐ偏光光）の方が光透過率が高い。このため、本発明によれば、色分離光学系１３０に入射する偏光光を色分離特性の良いｓ偏光光とし、回転プリズム１５０の光入射面に入射する色光を、回転プリズムの回転の中心軸に対して垂直に振動する偏光光（ｐ偏光光）とすることができるので、回転プリズムの光入射面における反射損失を抑えることができる。
【００６１】
（実施形態６）
図６は、本発明の実施形態６に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図６に示されるように、実施形態６に係るプロジェクタ６００は、光源１１０と、光源１１０からの光を変調するための電気光学変調素子２６０と、この電気光学変調素子２６０で変調された光を投写するための投写レンズ１７０と、を備えたプロジェクタである。そして、光源１１０と電気光学変調素子２６０との間には、アフォーカル光学系６２０と、照明光学系１２０と、色分離光学系６３０と、回転プリズム６５０と、光路長補正光学系６４０と、をさらに備えている。
【００６２】
照明光学系１２０は、光源１１０からの光を電気光学変調素子２６０における画像形成領域内の所定領域に導光する。色分離光学系６３０は、照明光学系１２０からの光を複数の色光に分離するとともに、この分離された３つの色光を回転プリズム６５０の回転の中心軸に向けて入射させるための３つの色分離面６３２、６３４、６３６を有している。回転プリズム６５０は、色分離光学系６３０で分離された３つの色光を電気光学変調素子２６０における画像形成領域内で走査する。光路長補正光学系６４０は、回転プリズム６５０を通過した３つの色光のそれぞれを電気光学変調素子２６０に向けて反射するとともに、光源１１０から電気光学変調素子２６０までの光路長を３つの色光間で略一致させるための３つの色光選択反射面６４２、６４４、６４６を有している。
【００６３】
このため、色分離光学系６３０で分離された３つの各色光は、１つの回転プリズム６５０によって、電気光学変調素子２６０における画像形成領域の一方向に順に走査され、カラースクロールが実現される。その結果、１枚の液晶パネル等の電気光学変調素子２６０からなる単板方式のプロジェクタでありながら、いわゆる液晶パネルなどの３枚の電気光学変調素子を必要とする３板方式のプロジェクタと同等の解像度のカラー表示を行うことができるという利点がある。
【００６４】
さらに、光源１１０から電気光学変調素子２６０までの光路長を３つの色光間で略一致させるための光路長補正光学系６４０を備えているので、光源１１０から電気光学変調素子２６０との間の距離が各色光において略一致し、混色や色むらが発生しにくい構造となっている。
【００６５】
図７は、実施形態６に係るプロジェクタにおける色分離光学系６３０、回転プリズム６５０及び光路長補正光学系６４０の作用を説明するための図である。図７に示されるように、実施形態６に係るプロジェクタにおいては、色分離光学系６３０によって回転プリズム６５０の回転の中心軸に向けて入射させた３つの色光は、光路長補正光学系６４０の色光選択反射面で合成され、ほぼ平行光になって電気光学変調素子２６０に向かう。このとき、光源１１０と電気光学変調素子２６０との間の光路長はほぼ一致している。
【００６６】
さらに、実施形態６の構成によれば、色分離光学系６３０と回転プリズム６５０との間及び回転プリズム６５０と光路長補正光学系６４０との間に、それぞれλ／２板６５２，６５４が配置されている。このため、色分離光学系６３０及び光路長補正光学系６４０においては、その色分離特性及び色光選択反射特性の優れたｓ偏光が入射され、回転プリズム６５０においてはその反射損の少ないｐ偏光が入射されるように構成できる。このため、プロジェクタの色合いが向上し、輝度も向上する。
【００６７】
（実施形態７）
図８は、本発明の実施形態７に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図８に示されるように、実施形態７に係るプロジェクタ７００は、基本的には、実施形態６に係るプロジェクタ６００と同じ構造を有している。実施形態７に係るプロジェクタ７００が実施形態６に係るプロジェクタ６００と異なるのは、照明光学系と電気光学変調素子である。実施形態７に係るプロジェクタ７００における照明光学系７２０には実施形態６に係るプロジェクタ６００に含まれていた偏光変換素子が含まれていない。このため、照明光学系７２０を出射した光はランダム偏光となる。
【００６８】
しかしながら、このランダム偏光は、後段の偏光プリズム２８０によって分離され、それぞれの偏光成分の光が電気光学変調素子２６０及び電気光学変調素子２６２に到達し、そこで変調を受けた後、同じ偏光プリズムで合成され投写レンズ１７０で投写される。このため、光源１１０から出射されたランダム偏光のうちいずれの偏光成分についても利用することができ、高輝度な画像表示が可能となっている。
【００６９】
このため、実施形態７に係るプロジェクタ７００は、実施形態６に係るプロジェクタ６００の有する効果に加えて、高価な偏光変換素子を用いなくとも、高輝度のフルカラー画像を表示できる、という効果がある。また、実施形態７に係るプロジェクタ７００は、両方の偏光光を用いているため、実施形態６におけるように回転プリズムの前後にλ／２板を配置する必要がなくなるという効果もある。
なお、本発明の上記実施形態においては、照明光学系として、複数の小レンズを用いたインテグレータ照明光学系を用いたが、これに限られず、例えば、壁面で光を反射して導光するロッドを用いた承継光学系などを本発明の照明光学系として採用することもでき、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図４】本発明の実施形態４に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図５】本発明の実施形態５に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図６】本発明の実施形態６に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図７】本発明の実施形態６に係るプロジェクタにおける回転プリズムの作用を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態７に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図９】従来のプロジェクタを説明するための図である。
【図１０】従来のプロジェクタの光学系を示す図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００・・プロジェクタ
１１０・・・光源
１２０，７２０・・・照明光学系
１３０・・・色分離光学系
１４０，４４０、５４０、６４０・・・光路長補正光学系
１５０・・・色光走査手段
１６０，２６０，２６２・・・電気光学変調素子
１７０・・・投写レンズ
２８０・・・偏光プリズム
３２０，６２０・・・アフォーカル光学系
６５０・・・回転プリズム
６５２，６５４・・・λ／２板[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a projector.
[0002]
[Prior art]
Among single-plate projectors, color scroll projectors using rotating prisms (hereinafter referred to as “projectors using rotating prisms”) are different from projectors using color filters or projectors using color wheels. In recent years, the light utilization efficiency is remarkably high, and a projector with high brightness can be realized while being a single-plate system.
[0003]
Projectors using this rotating prism are, for example, “(A) P. Jassen,“ A Novel High Brightness Single Light Valve HD Color Projector, ”Proceedings IDRC '93, Society for Information Display, pp. 249-252, 1993. And “(A) JAShimizu,“ Single Panel Reflective LCD Projector, ”Projection Displays V, Proceedings SPIE, Vol. 3634, pp. 197-206, 1999.”.
[0004]
A projector using the rotating prism disclosed in these papers will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram for explaining a projector using a conventional rotating prism disclosed in the paper (a). FIG. 9A is a diagram showing the optical system, and FIG. 9B is a diagram for explaining the principle of the optical scanning.
[0005]
As shown in FIG. 9A, a conventional projector 800 includes a light source 810, a dichroic mirror 830 that separates light from the light source 810 into three color lights of R, G, and B separated in the vertical direction. The rotating prism 850 for scanning the three color lights separated by the dichroic mirror 830, and the three color lights scanned by the rotating prism 850 are developed in a strip-like band, in the image forming area of the liquid crystal panel 860. A developing lens 820 for irradiating a predetermined stripe region, a liquid crystal panel 860 as an electro-optic modulation element for modulating color light developed by the developing lens 820, and light modulated by the liquid crystal panel 860 on a screen or the like A projection lens 870 for projecting.
[0006]
In this projector 800, as shown in FIG. 9B, the R, G, and B color lights separated by the dichroic mirror 830 are reflected in the image forming area of the liquid crystal panel 860 by the prism action of the rotating prism 850. Scanning is performed sequentially from top to bottom. That is, R, G, B color scrolling is realized.
[0007]
For this reason, according to this projector 800, although it is a single-plate projector composed of one liquid crystal panel, it performs color display with a resolution equivalent to that of a three-plate projector that requires three liquid crystal panels. There is an advantage that you can.
[0008]
FIG. 10 is a diagram for explaining a projector using another conventional rotating prism disclosed in the paper (A). As shown in FIG. 10, the projector 900 includes a light source 910, a reflective liquid crystal panel 960 and a polarizing prism 980 as electro-optic modulation elements for modulating light from the light source 910, and the liquid crystal panel 960. A projection lens 970 for projecting modulated light, and an image forming area in the liquid crystal panel 960 between the light source 910, the liquid crystal panel 960 and the polarizing prism 980. An optical system 920 for guiding light to a predetermined area of the optical system 920, a color separation optical system 930 for separating light from the integrator optical system 920 into three color lights, and the color separation optical system 930. Three rotating prisms 950 for scanning the three color lights in the image forming area of the liquid crystal panel 960, and A color synthesizing optical system 940 to synthesize a rolling three color lights scanned by the prism 950 while being spaced at predetermined intervals, further comprising a.
[0009]
In the projector 900, the R, G, and B color lights separated by the color separation optical system 930 are sequentially scanned in one direction (for example, from the top to the bottom) of the liquid crystal panel 960 by the prism action of the rotating prism 950. Will be. At this time, since each of the three rotating prisms 950 is rotated at a phase shifted from each other by a predetermined timing, the R, G, B color lights are shifted from each other by a predetermined interval in the image forming area of the liquid crystal panel 960. Scan in order from top to bottom. That is, R, G, B color scrolling is realized.
[0010]
For this reason, according to this projector 900, although it is a single-plate projector composed of a single liquid crystal panel, it performs color display with a resolution equivalent to that of a three-plate projector that requires three so-called liquid crystal panels. There is an advantage that can be.
[0011]
However, in the projector 800 described above, the optical path length from the light source to the liquid crystal panel is different in the three color lights of R, G, and B, and the image formation characteristics on the liquid crystal panel are different, resulting in color mixing and color unevenness. There was a problem that it was easy to do. In addition, the projector 900 described above requires three rotating prisms and thus becomes expensive, and the three rotating prisms must be rotated by shifting by a predetermined phase, and this control is not easy. was there.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention is an inexpensive and easy-to-control projector that requires only one color light scanning unit such as a rotating prism, and the optical path length from the light source to the electro-optic modulation element is substantially the same for each color light, and color mixing Another object of the present invention is to provide a projector that is less likely to cause color unevenness.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
(1) A projector of the present invention includes a light source, an electro-optic modulation element for modulating light from the light source, and a projection lens for projecting light modulated by the electro-optic modulation element. Between the light source and the electro-optic modulation element,
An illumination optical system for guiding light from the light source to a predetermined area in an image forming area of the electro-optic modulation element;
A color separation optical system for separating the light from the illumination optical system into a plurality of color lights and irradiating the separated plurality of color lights in an image forming region of the electro-optic modulation element;
One color light scanning means for scanning a plurality of color lights separated by the color separation optical system within an image forming region in the electro-optic modulation element;
The optical path length correction optical system for making the optical path length from the said light source to the said electro-optic modulation element substantially correspond between these color lights is further provided.
[0014]
For this reason, each of the plurality of color lights separated by the color separation optical system is sequentially scanned in one direction of the image forming area in the electro-optic modulation element by one color light scanning unit, thereby realizing color scrolling. As a result, according to the projector of the present invention, although it is a single-plate projector composed of a single electro-optic modulation element such as a liquid crystal panel, it requires three electro-optic modulation elements such as so-called liquid crystal panels. There is an advantage that color display with a resolution equivalent to that of a plate type projector can be performed.
[0015]
Further, the projector according to the present invention includes an optical path length correction optical system for making the optical path length from the light source to the electro-optic modulation element approximately equal between the plurality of color lights. The optical path lengths in FIG. 4 are substantially the same for each color light, and the color mixture and color unevenness are unlikely to occur.
[0016]
In the present invention, the plurality of color lights separated by the color separation optical system are preferably three color lights of red, green, and blue. In this case, since the three color lights of red, green, and blue are sequentially scanned in one direction of the image forming area in the electro-optic modulation element, full color display can be easily performed.
[0017]
(2) In the projector according to (1), it is preferable that the color separation optical system includes a plurality of color separation surfaces arranged in parallel to each other.
[0018]
With this configuration, each color light separated by the color separation optical system travels in parallel in a state of being separated from each other by a predetermined interval. Therefore, in the image forming region in the subsequent electro-optic modulation element, the color light is separated by a predetermined interval. It becomes easy to irradiate by shifting. In addition, the optical design is simplified.
[0019]
(3) In the projector according to (1), the optical path length correction optical system is provided corresponding to each of a plurality of color separation surfaces in the color separation optical system, and a plurality of optical path length correction optical systems are provided in the color separation optical system. For each of the plurality of color lights reflected by the color separation surface, it is preferable to include a plurality of color light selective reflection surfaces arranged at positions where the optical path lengths from the light source to the electro-optic modulation element substantially coincide.
[0020]
If comprised in this way, it can comprise so that the optical path length from the light source about each color light to an electro-optic modulation element may correspond substantially effectively.
[0021]
(4) In the projector according to (3), the color separation surface of the color separation optical system and the color light selective reflection surface of the optical path length correction optical system are arranged at an angle of 90 degrees. Is preferred.
[0022]
With this configuration, the light emitted from the optical path length correction optical system is folded back by 180 degrees when viewed from the direction of incidence on the color separation optical system, so that the optical system of the projector of the present invention is compact. Can be configured. In addition, the optical design is simplified.
[0023]
(5) In the projector described in (3) above, it is preferable that the color separation surface of the color separation optical system and the color synthesis surface of the optical path length correction optical system are arranged in parallel to each other. .
[0024]
With this configuration, the light emitted from the optical path length correction optical system is emitted in a relationship parallel to the incident direction to the color separation optical system, so that the optical design is simplified. Furthermore, in the optical path length correction optical system, it is particularly easy to make the optical path lengths from the light source to the electro-optic modulation element substantially equal in each color light.
[0025]
(6) In the projector described in (4) or (5) above, the distance between the color separation surfaces of the color separation optical system in the optical axis direction and the color light selective reflection surface of the optical path length correction optical system in the optical axis direction. The interval is set to about (1 / (2 × n)) of the width in the color separation direction of the image forming region of the electro-optic modulation element, where n is the number of color lights separated by the color separation optical system. It is preferable.
[0026]
Accordingly, the distance in the optical axis direction of each color separation surface of the color separation optical system and the distance in the optical axis direction of the color light selective reflection surface of the optical path length correction optical system are, for example, the number of color lights separated by the color separation optical system. Is set to about 1/6 of the width in the color separation direction of the image forming region of the electro-optic modulation element, and the number of color lights separated by the color separation optical system is two. In some cases, it is preferable that the width is set to about ¼ of the width in the color separation direction of the image forming area of the electro-optic modulation element.
[0027]
With this configuration, each color light that has passed through the optical path length correction optical system can perform color scrolling as a whole while just covering the width in the color separation direction of the image forming region of the electro-optic modulation element.
[0028]
(7) In the projector according to (3), it is preferable that the color light scanning unit is a rotating prism, and further includes an afocal optical system between the illumination optical system and the rotating prism.
[0029]
With this configuration, the light flux of each color light can be reduced, and the electro-optic modulation element and the rotating prism in the subsequent stage can be reduced. Therefore, the projector can be reduced in size, weight, and cost. It becomes easy. Further, by reducing the size of the rotating prism, the high-speed response of the rotating prism can be improved.
[0030]
(8) In the projector according to any one of (1) to (7), the color light scanning unit is a rotating prism, and polarized light incident on the color separation optical system is s with respect to the color separation surface. It is preferable that the λ / 2 plate is disposed between the color separation optical system and the rotating prism while being configured to be polarized light.
[0031]
In a light transmission type rotating prism using light refraction, polarized light oscillates perpendicularly to the central axis of rotation of the prism rather than polarized light (s-polarized light) oscillating in parallel to the central axis of rotation of the prism. Light (p-polarized light) has a higher light transmittance. According to the above configuration, the polarized light incident on the color separation optical system is s-polarized light with good color separation characteristics, and the color light incident on the light incident surface of the rotating prism is perpendicular to the central axis of rotation of the rotating prism. Since the oscillating polarized light (p-polarized light) can be used, reflection loss on the light incident surface of the rotating prism can be suppressed.
[0032]
(9) A projector according to the present invention includes a light source, an electro-optic modulation element for modulating light from the light source, and a projection lens for projecting light modulated by the electro-optic modulation element. Between the light source and the electro-optic modulation element,
An illumination optical system for guiding light from the light source to a predetermined area in an image forming area of the electro-optic modulation element;
Color separation optics having a plurality of color separation surfaces for separating the light from the illumination optical system into a plurality of color lights and causing the separated plurality of color lights to enter the central axis of rotation of the subsequent rotating prism The system,
A rotating prism for scanning a plurality of color lights separated by the color separation optical system in an image forming area of the electro-optic modulation element;
Reflecting each of the plurality of color lights that have passed through the rotating prism toward the electro-optic modulation element, and a plurality of color paths for substantially matching the optical path length from the light source to the electro-optic modulation element between the plurality of color lights And an optical path length correcting optical system having a color light selective reflection surface.
[0033]
For this reason, each of the plurality of color lights separated by the color separation optical system is sequentially scanned in one direction of the image forming area in the electro-optic modulation element by one color light scanning unit, thereby realizing color scrolling. As a result, according to the projector of the present invention, although it is a single-plate projector composed of a single electro-optic modulation element such as a liquid crystal panel, it requires three electro-optic modulation elements such as so-called liquid crystal panels. There is an advantage that color display with a resolution equivalent to that of a plate type projector can be performed.
[0034]
Further, the projector according to the present invention includes an optical path length correction optical system for making the optical path length from the light source to the electro-optic modulation element approximately equal between the plurality of color lights. The optical path lengths in FIG. 4 are substantially the same for each color light, and the color mixture and color unevenness are unlikely to occur.
[0035]
Further, when each color light is incident on the rotating prism in a parallel state, the following problems (1) to (3) may occur depending on the refractive index and size of the rotating prism and the incident position of each color light on the rotating prism. It becomes easy to get up.
1) The starting point position where each color light is scanned again in one direction after image light is scanned again and the next scanning is started, the moving speed of each color light during scanning, and the interval between each color light are not uniform depending on each color light. For these reasons, color mixing and color unevenness may occur.
2) Since the color light beams are incident on the rotating prism at a large incident angle of up to about 90 degrees, the color shift may increase at the scanning start or end position on the image forming area due to dispersion.
3) If the above problems 1) and 2) are to be avoided, it is difficult to obtain a bright projected image.
In the projector of the present invention, since the plurality of color lights separated by the color separation optical system are incident toward the central axis direction of rotation of the rotating prism, the starting point position where each color light returns, The moving speed and the interval between the color lights can be kept substantially constant, and the projection angle of the color light beam can be obtained brightly and with little color unevenness while suppressing the influence of dispersion by reducing the incident angle of the color light beam to the rotating prism.
[0036]
(10) In the projector according to (9), the polarized light incident on the color separation optical system is configured to be s-polarized light with respect to the color separation surface, and the λ / 2 plate is the color. It is preferable that it is disposed between the separation optical system and the rotating prism.
[0037]
With this configuration, the polarized light incident on the color separation optical system is s-polarized light with good color separation characteristics, and the colored light incident on the light incident surface of the rotating prism is perpendicular to the rotation central axis of the rotating prism. Accordingly, the polarized light (p-polarized light) oscillating rapidly can be used, so that the reflection loss on the light incident surface of the rotating prism can be suppressed, which is advantageous for increasing the brightness of the projector.
[0038]
(11) In the projector according to (10), it is preferable that a λ / 2 plate is further disposed between the rotating prism and the optical path length correcting optical system.
[0039]
With this configuration, the color light incident on the plurality of color light selective reflection surfaces of the optical path length correction optical system can be s-polarized light, so that the color light selective reflection characteristics in the optical path length correction optical system can be improved. .
[0040]
(12) In the projector according to any one of (9) to (11), it is preferable that an afocal optical system is further provided between the illumination optical system and the rotating prism.
[0041]
With this configuration, the luminous flux of each color light can be reduced, and the subsequent rotation prism and the electro-optic modulation element can be reduced. Therefore, the projector can be reduced in size, weight, and cost. It becomes easy. Further, by reducing the size of the rotating prism, the high-speed response of the rotating prism can be improved.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0043]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical system of the projector according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the projector 100 includes a light source 110, an electro-optic modulation element 160 made of, for example, a transmissive liquid crystal panel for modulating light from the light source 110, and modulation by the electro-optic modulation element 160. And a projection lens 170 for projecting the emitted light. In the projector according to the first embodiment, between the light source 110 and the electro-optic modulation element 160,
An illumination optical system 120 for guiding light from the light source 110 to a predetermined area in the image forming area of the electro-optic modulation element 160;
A color separation optical system 130 for separating the light from the illumination optical system 120 into a plurality of color lights and irradiating the separated plurality of color lights in an image forming region of the electro-optic modulation element 160;
One color light scanning means 150 for scanning a plurality of color lights separated by the color separation optical system 130 within an image forming region in the electro-optic modulation element 160;
An optical path length correcting optical system 140 for making the optical path length from the light source 110 to the electro-optic modulation element 160 substantially coincide among a plurality of color lights is further provided.
[0044]
The illumination optical system 120 includes an integrator optical system, and includes a first lens array 122, a second lens array 124, a polarization conversion element 126, and a superimposing lens 128.
The first lens array 122 includes a plurality of first small lenses, and has a function of dividing a light beam emitted from the light source 110 by the plurality of first small lenses into a plurality of partial light beams. The first lens array 122 is a predetermined region of the image forming region in the electro-optic modulation element 160 (if the color light has three colors, one of the color light is irradiated in the scanning direction of the image forming region. A small lens having a rectangular outline similar to a region whose corresponding side is compressed to about 1/3 of the other side is arranged in a matrix. Each small lens splits a parallel light beam incident from the light source 110 into a plurality of partial light beams, and converges each partial light beam in the vicinity of the second lens array 124. The outer shape of each small lens viewed along the optical axis is set so as to be substantially similar to the shape of a predetermined area in the image forming area of the electro-optic modulation element 160.
The second lens array 124 includes a plurality of second small lenses and is disposed in the vicinity of a position where the plurality of partial light beams are condensed. The second lens array 124 also has a configuration in which small lenses are arranged in a matrix so as to correspond to the small lenses of the first lens array 122. The second lens array 124 is configured such that the central axis (principal ray) of each partial light beam emitted from the first lens array 122 is perpendicularly incident on the incident surface of the superimposing lens 128.
The polarization conversion element 126 has a function of converting the light beam emitted from the second lens array 124 into almost one type of polarized light beam.
[0045]
The color separation optical system 130 separates the light from the illumination optical system 120 into three color lights of red, green, and blue. The separated three color lights have a function of irradiating them in the image forming area of the electro-optic modulation element 160. The color separation optical system 130 includes three color separation surfaces 132, 134, and 136 arranged in parallel to each other. The color separation surfaces 132, 134, and 136 are configured by dichroic mirrors. However, the color separation surface 136 may be a total reflection surface.
[0046]
The red, green, and blue color lights separated by the color separation optical system 130 travel in parallel while being separated from each other by a predetermined distance. Then, irradiation is performed at a predetermined interval in the image forming region of the electro-optic modulation element 160 at the subsequent stage.
[0047]
The distance D in the optical axis direction of the color separation surfaces 132, 134, and 136 of the color separation optical system 130 and the distance D in the optical axis direction of the color light selective reflection surface of the optical path length correction optical system are the image formation of the electro-optic modulation element 160. It is set to about 1/6 of the width L in the color separation direction of the area. For this reason, each color light that has passed through the optical path length correction optical system 140 can perform color scrolling as a whole while just covering the width in the color separation direction of the image forming region of the electro-optic modulation element 160. Yes.
[0048]
The optical path length correction optical system 140 has a function of causing the optical path length from the light source 110 to the electro-optic modulation element 160 to substantially match between the plurality of color lights. The optical path length correction optical system 140 is provided corresponding to each of the three color separation surfaces 132, 134, and 136 in the color separation optical system 130, and the three color lights reflected by the three color separation surfaces in the color separation optical system 130. Are provided with a plurality of color light selective reflection surfaces 142, 144, and 146 arranged at positions where the optical path lengths from the light source 110 to the electro-optic modulation element 160 substantially match. By the action of the optical path length correction optical system 140, the optical path differences caused by the three color separation surfaces 132, 134, and 136 being arranged at different positions can be converted into the color light selective separation surfaces 142, 144, and 146 in parallel. The arrangement is such that it is compensated by being arranged at a distance D apart. The color light selective reflection surfaces 142, 144, and 146 are formed of dichroic mirrors. However, the color light selective reflection surface 142 may be a total reflection surface.
[0049]
The color light selective reflection surfaces 142, 144, and 146 of the optical path length correction optical system 140 are arranged at an angle of 90 degrees with the color separation surfaces 132, 134, and 136 of the color separation optical system 130, respectively. Therefore, the light emitted from the optical path length correction optical system 140 is folded 180 degrees when viewed from the direction of incidence on the color separation optical system 130, and a compact optical system is configured.
[0050]
The color light scanning unit 150 includes a rotating prism, and has a function of scanning the three color lights separated by the color separation optical system 130 within the image forming area of the electro-optic modulation element 160 by rotating the rotating prism.
[0051]
The three color lights separated by the color separation optical system 130 are sequentially scanned in one direction of the image forming area in the electro-optic modulation element 160 by the color light scanning unit 150 to realize color scrolling. As a result, although it is a single-plate projector, color display with a resolution equivalent to that of a three-plate projector that requires three electro-optic modulation elements such as a so-called liquid crystal panel can be performed.
[0052]
In addition, the optical path length from the light source 110 to the electro-optic modulation element 160 for each color light can be configured to substantially match. For this reason, the distance between the light source 110 and the electro-optic modulation element 160 is substantially the same for each color light, so that color mixing and color unevenness are unlikely to occur.
[0053]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a diagram showing an optical system of the projector according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the projector 200 according to the second embodiment includes an electro-optic modulation element 160 that uses a transmissive liquid crystal panel in the projector 100 according to the first embodiment and an electro-optic modulation element 260 that uses a reflective liquid crystal panel. It has been changed to. Along with this, a polarizing prism 280 is added.
[0054]
Similarly to the projector according to the first embodiment, the projector 200 according to the second embodiment is a single-plate projector, but has a three-plate system that requires three electro-optic modulation elements such as a so-called liquid crystal panel. Color display with a resolution equivalent to that of a projector can be performed, and there is an effect that color mixing and color unevenness hardly occur.
[0055]
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a diagram showing an optical system of the projector according to the third embodiment of the invention. As shown in FIG. 3, the projector 300 according to the third embodiment basically has the same structure as the projector 100 according to the first embodiment. The projector 300 according to the third embodiment is different from the projector 100 according to the first embodiment in that an afocal optical system 320 is provided.
[0056]
For this reason, in addition to the effects of the projector 100 according to the first embodiment, the projector 300 according to the third embodiment can reduce the luminous flux of each color light, so that the rotation that is the electro-optic modulation element and the color light scanning unit in the subsequent stage. There is an effect that it is easy to reduce the size of the projector, to reduce the weight, and to reduce the price of the projector. Further, by reducing the size of the rotating prism, the high-speed response of the rotating prism can be improved.
[0057]
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a diagram showing an optical system of a projector according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 4, the projector 400 according to the fourth embodiment basically has the same structure as the projector 100 according to the first embodiment. The projector 400 according to the fourth embodiment is different from the projector 100 according to the first embodiment in that the color separation surface of the color separation optical system 130 and the color light selective reflection surface 440 of the optical path length correction optical system are arranged in parallel. It is that you are.
[0058]
Therefore, in the projector 400 according to the fourth embodiment, in addition to the effects of the projector 100 according to the first embodiment, the light emitted from the optical path length correction optical system has a parallel relationship with the incident direction to the color separation optical system. Since the light is emitted, there is an effect that the optical design is simplified, and furthermore, in the optical path length correction optical system, it is particularly easy to make the optical path length from the light source to the electro-optic modulation element substantially equal in each color light. effective.
[0059]
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a diagram showing an optical system of a projector according to Embodiment 5 of the present invention. As shown in FIG. 5, the projector 500 according to the fifth embodiment basically has the same structure as the projector 100 according to the first embodiment. The projector 500 according to the fifth embodiment is different from the projector 100 according to the first embodiment in that a λ / 2 plate is disposed between the optical path length correcting optical system 140 and the color light scanning unit 150 including a rotating prism. is there.
[0060]
For this reason, the projector 500 according to the fifth embodiment has the following effects in addition to the effects of the projector 100 according to the first embodiment. In other words, in the light transmission type rotating prism 150 using light refraction, it is perpendicular to the central axis of rotation of the prism rather than polarized light (s-polarized light) oscillating in parallel to the central axis of rotation of the prism. Oscillating polarized light (p-polarized light) has a higher light transmittance. Therefore, according to the present invention, the polarized light incident on the color separation optical system 130 is s-polarized light with good color separation characteristics, and the color light incident on the light incident surface of the rotating prism 150 is the central axis of rotation of the rotating prism. Therefore, the polarization loss (p-polarized light) that oscillates perpendicularly to the light can be reduced, so that reflection loss on the light incident surface of the rotating prism can be suppressed.
[0061]
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a diagram showing an optical system of a projector according to Embodiment 6 of the present invention. As shown in FIG. 6, the projector 600 according to the sixth embodiment includes a light source 110, an electro-optic modulation element 260 for modulating light from the light source 110, and light modulated by the electro-optic modulation element 260. And a projection lens 170 for projecting. Between the light source 110 and the electro-optic modulation element 260, an afocal optical system 620, an illumination optical system 120, a color separation optical system 630, a rotating prism 650, and an optical path length correction optical system 640 are provided. It has more.
[0062]
The illumination optical system 120 guides light from the light source 110 to a predetermined area in the image forming area of the electro-optic modulation element 260. The color separation optical system 630 separates the light from the illumination optical system 120 into a plurality of color lights, and three color separations for causing the separated three color lights to enter the central axis of rotation of the rotating prism 650. It has surfaces 632, 634, 636. The rotating prism 650 scans the three color lights separated by the color separation optical system 630 within the image forming area of the electro-optic modulation element 260. The optical path length correction optical system 640 reflects each of the three color lights that have passed through the rotating prism 650 toward the electro-optic modulation element 260, and changes the optical path length from the light source 110 to the electro-optic modulation element 260 between the three color lights. Three color light selective reflection surfaces 642, 644, and 646 for substantially matching are provided.
[0063]
Therefore, the three color lights separated by the color separation optical system 630 are sequentially scanned in one direction of the image forming area in the electro-optic modulation element 260 by one rotating prism 650, thereby realizing color scrolling. As a result, it is equivalent to a three-plate projector that requires three electro-optic modulation elements such as a so-called liquid crystal panel, although it is a single-plate projector composed of one electro-optic modulation element 260 such as a liquid crystal panel. There is an advantage that color display of resolution can be performed.
[0064]
Further, since the optical path length correction optical system 640 for making the optical path length from the light source 110 to the electro-optic modulation element 260 substantially coincide among the three color lights, the distance between the light source 110 and the electro-optic modulation element 260 is provided. Are substantially the same in each color light, and it has a structure in which color mixing and color unevenness hardly occur.
[0065]
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the color separation optical system 630, the rotating prism 650, and the optical path length correction optical system 640 in the projector according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 7, in the projector according to the sixth embodiment, the three color lights incident toward the rotation central axis of the rotating prism 650 by the color separation optical system 630 are the color lights of the optical path length correction optical system 640. The light is combined at the selective reflection surface, becomes almost parallel light, and travels toward the electro-optic modulation element 260. At this time, the optical path length between the light source 110 and the electro-optic modulation element 260 is substantially the same.
[0066]
Further, according to the configuration of the sixth embodiment, the λ / 2 plates 652 and 654 are disposed between the color separation optical system 630 and the rotating prism 650 and between the rotating prism 650 and the optical path length correcting optical system 640, respectively. ing. Therefore, in the color separation optical system 630 and the optical path length correction optical system 640, s-polarized light having excellent color separation characteristics and color light selective reflection characteristics is incident, and in the rotating prism 650, p-polarized light with less reflection loss is incident. Can be configured. For this reason, the hue of the projector is improved and the luminance is also improved.
[0067]
(Embodiment 7)
FIG. 8 is a diagram showing an optical system of a projector according to Embodiment 7 of the present invention. As shown in FIG. 8, the projector 700 according to the seventh embodiment basically has the same structure as the projector 600 according to the sixth embodiment. The projector 700 according to the seventh embodiment differs from the projector 600 according to the sixth embodiment in an illumination optical system and an electro-optic modulation element. The illumination optical system 720 in the projector 700 according to the seventh embodiment does not include the polarization conversion element included in the projector 600 according to the sixth embodiment. For this reason, the light emitted from the illumination optical system 720 becomes randomly polarized light.
[0068]
However, the random polarized light is separated by the polarizing prism 280 at the subsequent stage, and the light of each polarization component reaches the electro-optic modulation element 260 and the electro-optic modulation element 262, and is modulated there, and then synthesized by the same polarization prism. And is projected by the projection lens 170. For this reason, it can utilize about any polarization component among the random polarized light radiate | emitted from the light source 110, and a high-intensity image display is possible.
[0069]
For this reason, the projector 700 according to the seventh embodiment has an effect that a high-luminance full-color image can be displayed without using an expensive polarization conversion element, in addition to the effect of the projector 600 according to the sixth embodiment. In addition, since the projector 700 according to the seventh embodiment uses both polarized lights, there is an effect that it is not necessary to arrange λ / 2 plates before and after the rotating prism as in the sixth embodiment.
In the above embodiment of the present invention, an integrator illumination optical system using a plurality of small lenses is used as the illumination optical system. However, the present invention is not limited to this. For example, a rod that reflects and guides light on a wall surface. A succession optical system using the above can be adopted as the illumination optical system of the present invention, and can be changed without departing from the gist of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical system of a projector according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical system of a projector according to a second embodiment of the invention.
FIG. 3 is a diagram showing an optical system of a projector according to a third embodiment of the invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an optical system of a projector according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an optical system of a projector according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an optical system of a projector according to a sixth embodiment of the invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of a rotating prism in a projector according to a sixth embodiment of the invention.
FIG. 8 is a diagram showing an optical system of a projector according to a seventh embodiment of the invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional projector.
FIG. 10 is a diagram showing an optical system of a conventional projector.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 ... Projector
110: Light source
120, 720 ... Illumination optical system
130: Color separation optical system
140, 440, 540, 640 ... Optical path length correcting optical system
150... Color light scanning means
160, 260, 262... Electro-optic modulation element
170 ... projection lens
280 ... Polarizing prism
320, 620 ... Afocal optical system
650 ... Rotating prism
652,654 ... λ / 2 plate

Claims

A projector comprising: a light source; an electro-optic modulation element for modulating light from the light source; and a projection lens for projecting light modulated by the electro-optic modulation element. Between the optical modulation element,
An illumination optical system for guiding light from the light source to a predetermined area in an image forming area of the electro-optic modulation element;
Color separation optics having a plurality of color separation surfaces for separating the light from the illumination optical system into a plurality of color lights and causing the separated plurality of color lights to enter the central axis of rotation of the subsequent rotating prism The system,
One rotating prism for scanning a plurality of color lights separated by the color separation optical system in an image forming area in the electro-optic modulation element, and each of the plurality of color lights passing through the rotation prism is the electro-optic modulation element And an optical path length correcting optical system having a plurality of color light selective reflecting surfaces for substantially matching the optical path length from the light source to the electro-optic modulation element between the plurality of color lights. A projector characterized by that.

2. The projector according to claim 1 , wherein polarized light incident on the color separation optical system is configured to be s-polarized light with respect to the color separation surface, and a λ / 2 plate includes the color separation optical system and the color separation optical system. A projector characterized by being arranged between a rotating prism.

The projector according to claim 2 , wherein a λ / 2 plate is further disposed between the rotating prism and the optical path length correcting optical system.

4. The projector according to claim 1 , further comprising an afocal optical system between the illumination optical system and the rotating prism.