JP4530743B2 - 色合成素子及びこれを用いた投影装置 - Google Patents
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Description
また、白色光をダイクロイックミラーにより3つの色成分に分離しているため、3つの色成分の光は互いの色成分の重なりが無い。そして、2つのダイクロイック面を有する色合成素子により、3つの色成分の光を色成分の違いを利用して合成することで、3つの色成分の光を効率良く合成することができる。
本発明の色合成素子は、複数の入射面から入射した光を内部で合成して射出する色合成素子であって、第1入射面と、該第1入射面と略直交する第2入射面と、前記第1入射面と略平行で前記第2入射面と略直交する第3入射面と、内部で略直交する第1合成面と第2合成面とを有し、前記第1合成面は、前記第1入射面から入射した第1の色成分の光のうち少なくとも前記第1合成面に対してS偏光成分で入射する光を反射すると共に、前記第2入射面から入射し前記第1の色成分と少なくとも一部が同一の色成分を有する第2の色成分の光のうち少なくとも前記第1合成面に対してP偏光成分で入射する光と、第3入射面から入射した第3の色成分の光のうち少なくとも前記第1合成面に対してS偏光成分で入射する光とを透過し、前記第2合成面は、前記第3入射面から入射した前記第3の色成分の光のうち少なくとも前記第2合成面に対してS偏光成分で入射する光を反射すると共に、前記第1入射面から入射した前記第1の色成分の光のうち少なくとも前記第2合成面に対してS偏光成分で入射する光と第2入射面から入射した前記第2の色成分の光のうち少なくとも前記第2合成面に対してP偏光成分で入射する光を透過し、前記第1,第2,第3入射面から入射した光は、前記第1合成面と前記第2合成面とを経て合成されることを特徴とする。
前記第4の色成分の光を発生する第4の光源とを備え、前記共通光源からの光を前記第1の色成分の光と前記第2の色成分の光とに分離する光分離素子を有することを特徴とする。
本発明に係る色合成素子及びこれを用いた投影装置によれば、別々の入射面から入射した同一の色成分を含む光を効率良く合成することができるという効果を奏する。
本実施形態に係る色合成素子10は、図1に示すように、第1入射面11と、この第1入射面11と略直交する第2入射面12と、第1入射面11と略平行で第2入射面12と略直交する第3入射面13と、内部で略直交する第1合成面21及び第2合成面22と、第4入射面14と、第1,第2,第3入射面11,12,13から入射して第1合成面21と第2合成面22とを経て合成された第1の合成光を透過し、第4入射面14から入射した第4の色成分の光を反射する第3合成面23とを備えている。
さらに、各色成分の光が通過する第1,第2,第3,第4入射面11,12,13,14から射出面15までの光学的距離は概ね等しくなるようにしている。
まず、第1入射面11から入射した青緑色成分の光のうち少なくとも第1,第2,第3合成面21,22,23に対してS偏光成分の光は、第1合成面21で反射されると同時に第2合成面22を透過し、さらに第3合成面23を透過して射出面15から射出される。また、第2入射面12から入射した黄緑色成分の光のうち少なくとも第1,第2,第3合成面21,22,23に対してP偏光成分の光は、第1合成面21と第2合成面22とを透過し、さらに第3合成面23を透過して射出面15から射出される。そして、第3入射面13から入射した赤色成分の光のうち少なくとも第1,第2,第3合成面21,22,23に対してS偏光成分の光は、第1合成面21を透過すると同時に第2合成面22で反射され、さらに第3合成面23を透過して射出面15から射出される。また、第4入射面14から入射した青色成分の光のうち第3合成面23に対して少なくともS偏光成分の光は、第3合成面23で反射され射出面15から射出される。このようにして、第1,第2,第3,第4入射面11,12,13,14から入射した各色成分の光が第1,第2,第3合成面21,22,23を経て合成され、射出面15から合成光として射出される。
また、赤色成分、黄緑色成分、青緑色成分の3色で十分であるときは、図9に示すように、第1入射面11,第2入射面12,第3入射面13,第1合成面21及び第2合成面22を備える色合成素子34であっても良い。
本実施形態に係る投影装置40は、図10に示すように、図8に示す色合成素子31を用いて構成されている。
なお、偏光分離素子75及び反射プリズム77a,77bの屈折率は、共通のテーパ状導光ロッド71a及び導光ロッド76a,76bの屈折率より高くなっており、反射プリズム77a,77bと導光ロッド76a,76bとの界面での全反射を利用し、偏光分離面75aや反射プリズム77a,77bの45度反射面に全ての光が確実に入射するようにして、緑LED51により照射された緑色成分の光を効率良く導光するようにしている。
第4導光部74は、青LED54により照射された光を青用LCD64に導光する第4のテーパ状導光ロッド74aを備えている。
まず、各LED51,53,54から光を照射し、照射された光が各取込素子51a,53a,54aにより効率良く各テーパ状導光ロッド71a,73a,74aに入射する。各テーパ状導光ロッド71a,73a,74aを導光した光は、各テーパ状導光ロッド71a,73a,74aにより所定のNAをもつ光に変換されると同時に、各LCD61,62,63,64を充分に照明可能な面積に拡大される。青色成分の光は青用LCD64に直接入射し、赤色成分の光は、反射プリズム78により反射されてから赤用LCD63に入射する。また緑色成分の光は偏光分離素子78によりP偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離され、P偏光成分の光は、偏光分離面75aを透過し直接色合成素子31の第1入射面11に配置された緑用LCD61に入射する。そして、S偏光成分の光は、導光ロッド76a,76bと反射プリズム77a,77bを介して偏光方向を維持したまま第2入射面12に配置された緑用LCD62に入射する。各LCD61,62,63,64から射出された光は色合成素子31に入射し、再合成され射出面15から射出され投影レンズ41に入射した後、スクリーン(図示略)にカラー画像として投影される。
また、色合成素子31で一旦分離した緑色成分の光を効率良く再合成することができるので、白バランスの取れた投影画像を得るために、その輝度成分として最も光量の必要な緑色の成分の損失を少なくすることができる。
また、各デーパ状導光ロッド71a,73a,74aをガラス材質としたが、これに限るものではなく、例えば各デーパ状導光ロッド71a,73a,74aの内部を中空として内面に反射コーティングを施しても良い。
また、色合成素子31に代えて、色合成素子10,30aを用いても良い。ここで、赤色成分、黄緑色成分、青緑色成分の3色で十分であるときは、色合成素子34を用いても良い。
例えば、第1の合成面21は、第1入射面11から入射した第1の色成分の光のうち第1合成面21に対してS偏光成分で入射する光を反射したが、これに代えて、P偏光成分で入射する光を反射しても良い。同様にして、第2入射面12から入射した第2の色成分の光のうち第1合成面21に対してS偏光成分で入射する光を透過しても良く、また、第3入射面13から入射した第3の色成分の光の第1合成面21に対してP偏光成分で入射する光を透過しても良い。さらに、第2合成面22は、第1入射面11から入射した第1の色成分の光のうち第2合成面22に対してP偏光成分で入射する光を透過し、第2入射面12から入射した第2の色成分の光の第2合成面22に対してS偏光成分で入射する光を透過しても良く、また、第3入射面13から入射した第3の色成分の光のうち少なくとも第2合成面22に対してP偏光成分で入射する光を反射しても良い。
また、第4の色成分として第1の色成分と第2の色成分と第3の色成分との中心波長の何れよりも、短波長である青色を用いたが、長波長であっても同様の効果が得られる。
Claims (9)
- 複数の入射面から入射した光を内部で合成して射出する色合成素子であって、
第1入射面と、
該第1入射面と略直交する第2入射面と、
前記第1入射面と略平行で前記第2入射面と略直交する第3入射面と、
内部で略直交する第1合成面と第2合成面とを有し、
前記第1合成面は、前記第1入射面から入射した第1の色成分の光のうち少なくとも前記第1合成面に対してS偏光成分で入射する光を反射すると共に、前記第2入射面から入射し前記第1の色成分と少なくとも一部が同一の色成分を有する第2の色成分の光のうち少なくとも前記第1合成面に対してP偏光成分で入射する光と、第3入射面から入射した第3の色成分の光のうち少なくとも前記第1合成面に対してS偏光成分で入射する光とを透過し、
前記第2合成面は、前記第3入射面から入射した前記第3の色成分の光のうち少なくとも前記第2合成面に対してS偏光成分で入射する光を反射すると共に、前記第1入射面から入射した前記第1の色成分の光のうち少なくとも前記第2合成面に対してS偏光成分で入射する光と第2入射面から入射した前記第2の色成分の光のうち少なくとも前記第2合成面に対してP偏光成分で入射する光を透過し、前記第1,第2,第3入射面から入射した光は、前記第1合成面と前記第2合成面とを経て合成されることを特徴とする色合成素子。 - 第4入射面と、
前記第1,第2,第3入射面から入射して前記第1合成面と前記第2合成面とを経て合成された第1の合成光を透過し、前記第4入射面から入射した第4の色成分の光を反射する第3合成面とを備えることを特徴とする請求項1に記載の色合成素子。 - 前記第3合成面は、入射する前記第1の合成光及び前記第4の色成分の光の入射角が、前記第1,第2,第3入射面から前記第1合成面に入射する光の入射角及び前記第1,第2,第3入射面から前記第2合成面に入射する光の入射角よりも小さくなるように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の色合成素子。
- 請求項2に記載の色合成素子を有する投影装置であって、
照明光を射出する光源と、
該光源と前記第1入射面の間に配置され、前記光源からの照明光のうち前記第1の色成分の光を変調する第1の空間変調素子と、
前記光源と前記第2入射面の間に配置され、前記光源からの照明光のうち前記第2の色成分の光を変調する第2の空間変調素子と、
前記光源と前記第3入射面の間に配置され、前記光源からの照明光のうち前記第3の色成分の光を変調する第3の空間変調素子と、
前記光源と前記第4入射面の間に配置され、前記光源からの照明光のうち前記第4の色成分の光を変調する第4の空間変調素子と、
前記色合成素子により合成された光を投影する投影レンズとを備えることを特徴とする投影装置。 - 前記光源は、
前記第1の色成分の光を発生する第1の光源と、
前記第2の色成分の光を発生する第2の光源と、
前記第3の色成分の光を発生する第3の光源と、
前記第4の色成分の光を発生する第4の光源とを備えることを特徴とする請求項4に記載の投影装置。 - 前記光源は、
前記第1の色成分の光と前記第2の色成分の光とを発生する共通光源と、
前記第3の色成分の光を発生する第3の光源と、
前記第4の色成分の光を発生する第4の光源とを備え、
前記共通光源からの光を前記第1の色成分の光と前記第2の色成分の光とに分離する光分離素子を有することを特徴とする請求項4に記載の投影装置。 - 前記第1の色成分と前記第2の色成分とは同一色成分であり、前記光分離素子が偏光分離素子であることを特徴とする請求項6に記載の投影装置。
- 前記第1の色成分の色は青緑であり、
前記第2の色成分の色は黄緑であり、
前記第3の色成分の色は赤であり、
前記第4の色成分の色は青であることを特徴とする請求項4に記載の投影装置。 - 前記第1の色成分の色は黄緑であり、
前記第2の色成分の色は青緑であり、
前記第3の色成分の色は青であり、
前記第4の色成分の色は赤であることを特徴とする請求項4に記載の投影装置。
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