JP4125028B2 - 投影光学系及び投影装置 - Google Patents
投影光学系及び投影装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4125028B2 JP4125028B2 JP2002101318A JP2002101318A JP4125028B2 JP 4125028 B2 JP4125028 B2 JP 4125028B2 JP 2002101318 A JP2002101318 A JP 2002101318A JP 2002101318 A JP2002101318 A JP 2002101318A JP 4125028 B2 JP4125028 B2 JP 4125028B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- light beam
- glan
- incident angle
- liquid crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Description
【発明の技術的分野】
本発明は、反射型液晶パネルである電子デバイスによって映像を形成する投射型プロジェクタ等の投影装置及びその光学系に関する。
【0002】
【従来技術】
現在のシネマ上映用及びプレゼンテーション用プロジェクターの高解像度、高画質化への市場の要求はより高まっている。同時にプロジェクター本体のポータブル化への要求も大きい。
現状において、液晶プロジェクターの基本仕様として、シネマ上映用としては一般に3枚の液晶パネル又は3枚のデジタル・マイクロミラー・デバイスDMD(Digital Micro mirror Device)を表示パネルとして使用している。ビジネス用やローコストな機種においては、単板の透過型液晶パネル又は単板のデジタル・マイクロミラー・デバイスDMDを採用したものが多く見受けられる。特に最近デジタル・マイクロミラー・デバイスDMDに関しては、照明光学系がシンプルに構成でき、しかもDMD特有の冷却効率に優れていることから、搭載する機種が出現している。しかし、構成部品の製造コストが高く、デジタル・マイクロミラー・デバイス方式プロジェクターの早い時期の普及は望めない。
【0003】
合理的な製造コストが可能で普及を望める反射液晶パネルLCOS( Liquid Crystal on Silicon )を採用した投射型プロジェクタ等の投影装置が、提案されている。
【0004】
従来技術の反射型液晶パネルを使用した投影装置100は、3枚の反射型液晶パネルを使用するものであって、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等の白色光源ランプ102から放射されたP偏光及びS偏光を含む白色光束が、インテグレータ104によって均一化され、マルチ偏光ビームスプリッタ106に入射する。マルチ偏光ビームスプリッタ106は、S偏光をP偏光に変換して透過させ、P偏光をそのまま透過させるさせる作用を持ち、従ってマルチ偏光ビームスプリッタ106はP偏光のみを射出する。マルチ偏光ビームスプリッタ106から射出したP偏光光束は、全反射ミラー108によって反射され、赤色のみ透過させる第1ダイクロイックミラー110によって反射及び透過される。
【0005】
第1ダイクロイックミラー110によって反射されたP偏光緑色青色光束は、緑色のみ反射する第2ダイクロイックミラー112によって反射されてP偏光緑色光束となって、P偏光光束のみ反射及び透過する第1偏光ビームスプリッタプリズム114に入射する。第1偏光ビームスプリッタプリズム114によって反射されたP偏光緑色光束は、緑色用反射型液晶パネル120に入射して反射され、緑色映像光束となって第1偏光ビームスプリッタプリズム114、及び赤色反射膜122及び青色反射膜124を有する第3ビームスプリッタプリズム126を透過して、投影レンズ130に入射する。
【0006】
第2ダイクロイックミラー112を透過したP偏光青色光束は、P偏光光束のみを反射及び透過する第3偏光ビームスプリッタプリズム132によって反射されたP偏光青色光束は、青色用反射型液晶パネル134に入射して反射され、青色映像光束となり、第3偏光mビームスプリッタプリズム132を透過し、第3ビームスプリッタプリズム126に入射する。青色映像光束は、第3ビームスプリッタプリズム126の青色反射膜124によって反射され、投影レンズ130に入射する。
【0007】
第1ダイクロイックミラー110を透過したP偏光赤光束は、全反射ミラー140によって反射され、P偏光光束のみ反射及び透過する第4偏光ビームスプリッタプリズム142に入射する。第4偏光ビームスプリッタプリズム142によって反射されたP偏光赤色光束は、赤色用反射型液晶パネル144に入射して反射され、赤色映像光束となる。赤色映像光束は、第4偏光ビームスプリッタプリズム142を透過し、第3ビームスプリッタプリズム126に入射する。赤色映像光束はさらに、第3ビームスプリッタプリズム126の赤色反射膜122によって反射され、投影レンズ130に入射する。
【0008】
前記緑色映像光束、青色映像光束、及び赤色映像光束は、投影レンズ130に入射して合成され、スクリーン(図示せず)に投影され、観察者によって所定の色彩の像が観察される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の反射型液晶パネルを使用した投影装置は、さらにコンパクト化すなわち体積利用効率の向上、光源光量利用率の向上、低コスト化、品質安定化が望まれている。その対応策の一つとして、単一反射型液晶パネルを使用した撮影装置が提案されているが、体積利用効率はまだまだ低く、部品点数が多い問題が残っている。この原因の一つとして、反射型液晶パネルの照明光の入射角は、例えば20°以内とかなり制限されており、設計に大きな限定を与えている。
【0010】
【発明の目的】
本発明は、従来の電子デバイスによって映像を形成する投射型プロジェクタ等の投影装置及びその光学系における上述した問題点に鑑みてなされたものであって、全体的にコンパクトすなわち体積利用効率が高く、部品点数が少なく、光源光量効率の高い投影光学系及び投影装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決する手段】
本発明は、光源と、該光源から射出された光束を通過させるカラーホイールと、該カラーホイールを透過した光束が入射する高入射角グラントムソンプリズムと、該高入射角グラントムソンプリズムを通過した光束を反射する凹反射面を持つ第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光束の集束位置付近に配置された第2ミラーと、前記第2ミラーの反射光束を受光する反射型液晶パネルと、該反射型液晶パネルの反射光束が通過する投射レンズとを有し、前記高入射角グラントムソンプリズムが、前記第2ミラーの反射光束と前記反射型液晶パネルの反射光束の間に配置されていることを特徴とする投影光学系である。
【0012】
本発明はまた、ハウジング内に、光源と、該光源から射出された光束を通過させるカラーホイールと、該カラーホイールを透過した光束が入射する高入射角グラントムソンプリズムと、該高入射角グラントムソンプリズムを通過した光束を反射する凹反射面を持つ第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光束の集束位置付近に配置された第2ミラーと、前記第2ミラーの反射光束を受光する反射型液晶パネルと、該反射型液晶パネルの反射光束が通過する投射レンズとを有し、前記高入射角グラントムソンプリズムが、前記第2ミラーの反射光束と前記反射型液晶パネルの反射光束の間に配置されていることを特徴とする投影装置である。
【0013】
本発明の実施形態は以下のとおりである。
上記第1ミラーが、球面又は非球面の凹表面鏡又は凹裏面鏡であることを特徴とする。
上記第2ミラーが、球面又は平面鏡であることを特徴とする。
前記高入射角グラントムソンプリズムが、カルサイト(方解石)の偏光分離型グラントムソンプリズムを使用し、そのL/A比を3以上のものとしたことを特徴とする。
前記高入射角グラントムソンプリズムが、その後方にウェッジプリズムを配置したことを有することを特徴とする。
前記光源と前記第1ミラーを結ぶ光軸が、基準水平線に対し5ないし15度傾斜していることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態は、以下のとおりである。ハウジング(図示せず)内に、リフレクタ10付きのライトバルブ12、リフレクタ10の投射光軸O上に直交配置されたカラーホイール14及び偏光変換部16、斜設された凹面鏡である第1ミラー18、第1ミラー18の反射光軸O上に斜設された平表面鏡の第2ミラー20、第2ミラー20の反射光軸O上に直交配置されたコンデンサーレンズ21及び斜設された反射型液晶パネル22、反射型液晶パネル22の反射光軸O上に斜設された偏光ビームスプリッタ23及び投射レンズ24を配置してなる。第2ミラー20の反射光束の光軸Oは、偏光変換部16の下側に位置し、反射型液晶パネル22の反射光軸Oは偏光変換部16の上側に位置する。偏光ビームスプリッタ23は、反射形液晶パネル22によって形成される偏光画像光束から一定偏光を除去して、可視画像を形成する。
【0015】
リフレクタ10は、楕円鏡であって、一方の焦点がライトバルブ12のアークギャップ13又はその近傍にある。リフレクタ10の反射面は、可視光以外、さらに詳しくは700nmより長い波長の赤外域等を透過させる誘電体多層膜コーティングが設けられ、コールドミラーとなっている。カラーホイール14は、光束をR(赤)G(緑)B(青)に分光するセグメントすなわちバンドパスフィルター(図示せず)を同一円周上に配置してなり、該セグメントは順次光軸O上を通過する。その結果、RGBの光が所定の時間差をもって順序偏光変換部16へ入射する。
【0016】
このカラーホイール14には、投影装置の投射総光量を増加するために、一部のセグメントを、RGBではなく無色透明部とする場合もある。この無色透明部を設ける必要性は、主にプロジェクター等の投影装置の商品性すなわち色再現性、光量、コントラスト比等の仕様によって決定される。カラーホイール14を駆動するモータ30は、軸ぶれ防止のためにアウターローター型モータである。カラーホイール14を通過した光束を受光してこれを偏光化しかつ光束断面において平均化するため、カラーホイール14を通過した光束は,偏光変換部16に入射する。
【0017】
偏光変換部16は、図4に示すように、高入射角グラントムソンプリズム15と、ウェッジプレート19と、波長板17とを、耐熱性に優れた接着剤、例えばUV硬化性接着剤により貼り合わせて一体化しており、非常にコンパクトに形成されている。高入射角グラントムソンプリズム15は、一般的なカルサイト(方解石)を使用している。
【0018】
高入射角グラントムソンプリズム15においては、図4に示すように、RGBに分光された光束が入射面21から入射する。上方側の第1プリズム15aを通過して第1射出面15aaから射出される光束は、下方側の楔型の第2プリズム15bを通過して第2射出面15bbから射出される光束に比較して、光軸に対する傾斜角が大きくなる。しかし、L/A比を10と長くした高入射角グラントムソンプリズム15においては、分離角度すなわちS波P波の分離角度は大きいものとはならず、L/A比すなわち長さ対有効口径比が10の場合、分離角は約11.5°と小さい。この両光束の射出角度を一致させるために、第1射出面15aaの直後にウエッジプレート19が配置される。また、第2射出面15bbの直後には、位相差板17が配置される。
【0019】
高入射角グラントムソンプリズム15の入射面21の位置は、楕円形のリフレクタ12の第2焦点位置になり、カラーホイール14を通過した光束が集束する位置であることが望ましい。
しかし、ライトバルブ12のアークギャップ長の関係から、高入射角グラントムソンプリズム15の入射面21においてこの照明光束が点に集光するすなわち点光源になることはなく、光軸と直交する面において所定領域に光量分布をもった面光源となる。偏光変換部16において、漏れ光を少なくして光量を確保するため、偏光変換部16の心臓部にあたる高入射角グラントムソンプリズム15の入射面21の大きさは、この面光源を含む十分に大きな面積を確保しなければならない。すなわち、この高入射角グラントムソンプリズム15は、リフレクタ10からの光束を効率よく偏光変換させるため、入射許容角を大きく確保できように、L/A比の大きなもの、例えば3.0以上のものを使用する。
【0020】
光束は、高入射角グラントムソンプリズム15の中を反射を繰り返しながら透過する。従って、高入射角グラントムソンプリズム15の長さは重要な設計事項であり、長ければすなわちL/A比が大きければ、許容入射角度を大きくして明るい偏光光束を得ることができる。カルサイトは、一般に、400nm近傍において光吸収が大きい性質があり、高入射角グラントムソンプリズム15はL/A比を大きくすると、カルサイトの光吸収により可視光透過率が低下する。従って、高入射角グラントムソンプリズム15に使用するカルサイトは、可視光域でも利用可能な無色のものが好ましい。高入射角グラントムソンプリズム15の内面反射は、反射面の全反射を利用することにより、理論的に反射効率は100%となる。
【0021】
高入射角グラントムソンプリズム15の支持は、高入射角グラントムソンプリズム15が柔らかいため、表面に傷を付けないように取り付けなかればならない。高入射角グラントムソンプリズム15は、例えば、樹脂製のばねを用いて押しつけるようにし、ロット支持部材(図示せず)に固定され、さらにロッド支持部材自体にも樹脂部材を用いる等の方法によって、より柔軟に取り付けられる。
偏光変換部16のウェッジプレート19及び位相差板17から射出される光束の射出角度は、高入射角グラントムソンプリズム15の入射面23の入射角度と同一である。ただし、ウェッジプレート19及び位相差板17の射出面の合計面積は、高入射角グラントムソンプリズム15の入射面21の面積の約2倍である。
【0022】
第2ミラー20の直径を小さくするために、光束が第2ミラー20上に合焦するように第1ミラー18の曲率半径を小さく決定する。その結果、第2ミラー20による反射光束は、大きな収差が発生して反射型液晶パネル22上で不均一になるので、コンデンサーレンズ21を非球面レンズにして該収差を除去し、反射型液晶パネル22の受光を均一化する。
【0023】
三次元空間における第1ミラー18の法線ベクトル53及び第2ミラー20の法線ベクトル54の傾斜角度は、図1ないし図5を参照して、以下のようにして求める。
第1ミラーの法線ベクトル53がXY平面、XZ平面、YZ平面xyのなす角度α81,β81,γ81は、次式で表される。
【0024】
三次元空間における第1ミラー18の法線ベクトル53及び第2ミラー20の法線ベクトル54の傾斜角度は、図1ないし図5を参照して、以下のようにして求める。
第1ミラーの法線ベクトル53がXY平面、XZ平面、YZ平面xyのなす角度α81,β81,γ81は、次式で表される。
【0025】
ここで、p,rはパラメータである。
X軸の正の向きは、図1の紙面に対して右向きであり、Y軸及びZ軸の正の向きは図5の紙面に対してそれぞれ右向き及び上向きである。
θ:ライトバルブ及びリフレクタの中心を通り、第1ミラーへ入射する入射光の光軸がXZ面内にて、XY平面となす角度。
α81,β81,γ81:第1ミラーの法線ベクトル53がそれぞれXY平面、XZ平面、YZ平面内にて、XZ平面、XY平面、XY平面からなす角度(図1、2、3、5参照)。
A,B:第1ミラーから反射した反射光の光軸56がそれぞれXY平面、XZ平面内にてXZ平面、XY平面からなす角度(図1、2参照)。
【0026】
第2ミラーの法線ベクトル54のなす角度α82,β82,γ82は次式で表される。
ここで、n,pはパラメータである。
α82,β82,γ82:第2ミラーの法線ベクトル54がそれぞれXY平面、XZ平面、YZ平面内にてXZ平面、XY平面、XY平面からなす角度(図1、2、5参照)。
C,D:第2ミラーから反射したDMDへの入射光57がそれぞれXZ平面、YZ平面内にてYZ平面、XY平面からなす角度(図3,5参照)。
【0027】
次に、三次元空間における第1ミラー18の法線ベクトル53及び第2ミラー20の法線ベクトル54の傾斜角度の計算例を示す。
(第1ミラーの法線ベクトルの傾斜角度)
θ=−10゜,A=12゜,B=15゜
第1ミラーの法線ベクトル53のなす角度α81,β81,γ81を求める。
=0.9461890
=0.9848078
=5.9460758゜
=10.983390゜
=64.788624゜
【0028】
(第2ミラーの法線ベクトルの傾斜角度)
θ=10゜,A=12゜,B=15゜,C=−10゜,D=30゜
ミラーM2の法線ベクトル54のなす角度α82,β82,γ82を求める。
=0.9461890
=0.85610146
=-126.95028゜(-180゜<α82 ≦0)
=-136.76076゜(-180゜<β82 ≦0)
=-144.72718゜(-180゜<γ82 ≦0)
【0029】
【発明の効果】
本発明の投影光学系及び投影装置によれば、全体的にコンパクトすなわち体積利用効率が高く、部品点数が少なく、光源光量効率の高い投影光学系及び投影装置を構成することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の投影装置光学系の平面図である。
【図2】図1に示す本発明の実施形態の投影装置光学系の正面図である。
【図3】図1に示す本発明の実施形態の投影装置光学系の右側面図である。
【図4】偏光変換部の斜視図である。
【図5】図3の右側面図の第1ミラー及び第2ミラーに係る部分の拡大図であり、第1ミラーの法線ベクトルが記入されている。
【図6】図3の右側面図の第1ミラー及び第2ミラーに係る部分の拡大図であり、第2ミラーの法線ベクトルが記入されている。
【図7】従来技術の3枚の反射型液晶パネルデを使用した投影装置光学系の平面図である。
【符号の説明】
10 リフレクタ
12 ライトバルブ
14 カラーホイール
15 高入射角グラントムソンプリズム
16 偏光変換部
18 第1ミラー
20 第2ミラー
22 反射型液晶パネル
23 偏光ビームスプリッタ
24 投影レンズ
30 モータ
53 第1ミラーの法線ベクトル
54 第2ミラーの法線ベクトル
Claims (7)
- 光源と、該光源から射出された光束を通過させるカラーホイールと、該カラーホイールを透過した光束が入射する高入射角グラントムソンプリズムと、該高入射角グラントムソンプリズムを通過した光束を反射する凹反射面を持つ第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光束の集束位置付近に配置された第2ミラーと、前記第2ミラーの反射光束を受光する反射型液晶パネルと、該反射型液晶パネルの反射光束が通過する投射レンズとを有し、前記高入射角グラントムソンプリズムが、前記第2ミラーの反射光束と前記反射型液晶パネルの反射光束の間に配置されていることを特徴とする投影光学系。
- 上記第1ミラーが、球面又は非球面の凹表面鏡又は凹裏面鏡であることを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
- 上記第2ミラーが、球面又は平面鏡であることを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
- 前記高入射角グラントムソンプリズムが、カルサイト(方解石)の偏光分離型グラントムソンプリズムを使用し、そのL/A比を3以上のものとしたことを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
- 前記高入射角グラントムソンプリズムが、その後方にウェッジプリズムを配置したことを有することを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
- 前記光源と前記第1ミラーを結ぶ光軸が、基準水平線に対し5ないし15度傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
- ハウジング内に、光源と、該光源から射出された光束を通過させるカラーホイールと、該カラーホイールを透過した光束が入射する高入射角グラントムソンプリズムと、該高入射角グラントムソンプリズムを通過した光束を反射する凹反射面を持つ第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光束の集束位置付近に配置された第2ミラーと、前記第2ミラーの反射光束を受光する反射型液晶パネルと、該反射型液晶パネルの反射光束が通過する投射レンズとを有し、前記高入射角グラントムソンプリズムが、前記第2ミラーの反射光束と前記反射型液晶パネルの反射光束の間に配置されていることを特徴とする投影装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002101318A JP4125028B2 (ja) | 2002-04-03 | 2002-04-03 | 投影光学系及び投影装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002101318A JP4125028B2 (ja) | 2002-04-03 | 2002-04-03 | 投影光学系及び投影装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003295175A JP2003295175A (ja) | 2003-10-15 |
JP4125028B2 true JP4125028B2 (ja) | 2008-07-23 |
Family
ID=29241747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002101318A Expired - Fee Related JP4125028B2 (ja) | 2002-04-03 | 2002-04-03 | 投影光学系及び投影装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4125028B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108107658B (zh) * | 2016-11-25 | 2019-10-25 | 深圳光峰科技股份有限公司 | 光源系统、投影系统及照明装置 |
-
2002
- 2002-04-03 JP JP2002101318A patent/JP4125028B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003295175A (ja) | 2003-10-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI322324B (en) | Projector | |
JP2004078159A (ja) | 投写型表示装置 | |
JP2004126410A (ja) | 投射型画像表示装置 | |
JP2008233252A (ja) | 投写型表示装置 | |
TWI263806B (en) | Projection-type image display device and optical system | |
JP4258293B2 (ja) | 投射型映像表示装置 | |
US6836576B2 (en) | Polarization recovery system using light pipes | |
JP5509827B2 (ja) | 照明光学系及び投影装置 | |
JP4539319B2 (ja) | 投射型表示装置 | |
JP2002072083A (ja) | 照明装置と液晶プロジェクタ | |
JPH11202432A (ja) | 投射型画像表示装置 | |
WO2004063792A1 (ja) | 照明光学装置及びプロジェクタ | |
JP4125028B2 (ja) | 投影光学系及び投影装置 | |
JP4045005B2 (ja) | カラー画像投影装置 | |
WO2005036256A1 (ja) | 照明装置及びプロジェクタ | |
JP3515972B2 (ja) | 投影装置 | |
JP3486608B2 (ja) | 投写型表示装置 | |
JP2004053655A (ja) | 偏光光学系及び投影装置 | |
JP2002311382A (ja) | 照明光学装置および投写型表示装置 | |
JP3515971B2 (ja) | 投影装置光学系 | |
JPH10319344A (ja) | 投写型表示装置 | |
JP3365412B2 (ja) | 投写型表示装置 | |
JP2004012864A (ja) | 投射型画像表示装置 | |
JP3506142B1 (ja) | 投写型表示装置 | |
JP2003057591A (ja) | 投射型画像表示装置および画像表示システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041112 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080421 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080507 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140516 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |