JP4967253B2 - Optical device and projection device - Google Patents
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Description
本発明は、指向性光に対する偏光分離能を有する光学装置及び投射装置に関する。 The present invention relates to an optical device and a projection device having polarization separation ability for directional light.
光源装置から供給される指向性光を、例えば液晶や所謂デジタルマイクロミラーデバイス（Digital MicromirrorDevice；ＤＭＤ）による光変調装置によって光変調させ、映像出力などを行うように構成された投射装置が知られている。
この投射装置においては、所望の波長帯域を有するレーザやＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを光源装置として用いることや、ランプなどの光源装置からの光を所望の波長帯域ごとに分離し、レンズなどを使うことで、多数の指向性光を得ることができる。そして、この各指向性光が光変調されることにより、例えばスクリーン上に映像を表示させる投射すなわち出力がなされる。
2. Description of the Related Art There is known a projection apparatus configured to optically modulate directional light supplied from a light source device with a light modulation device using, for example, a liquid crystal or a so-called digital micromirror device (DMD), and output a video. Yes.
In this projection device, a laser or LED (Light Emitting Diode) having a desired wavelength band is used as a light source device, or light from a light source device such as a lamp is separated for each desired wavelength band, and a lens or the like is used. By using it, a lot of directional light can be obtained. Then, each directional light is optically modulated, and for example, a projection for displaying an image on a screen, that is, an output is performed.
ところで、このような光変調において、上述した光変調装置のみで所望の変調光を得ることは困難とされている。
例えば、上述した光変調装置が液晶により構成される場合には、液晶内の一部で形成される、液晶の配向特性を規定するためのプレチルト角によって、本来光変調の必要がない指向性光に対しても光変調がなされてしまう。また例えば、上述した指向性光が光路幅を有する所謂スキュー光である場合には、光変調装置の入射面に対して垂直な光軸を有する指向性光を導入しても、例えば集光に伴って、入射面に対して垂直でない成分を一部含むために、この一部が非変調成分となってしまう。すなわちこれらの場合には、光変調装置からの指向性変調光は、所望の変調光とは異なる偏光成分を含んでしまう。
By the way, in such light modulation, it is difficult to obtain desired modulated light only by the above-described light modulation device.
For example, in the case where the light modulation device described above is composed of liquid crystal, directional light that is originally formed in a part of the liquid crystal and does not need to be modulated by the pretilt angle for defining the alignment characteristics of the liquid crystal. The light is also modulated. In addition, for example, when the directional light described above is so-called skew light having an optical path width, even if directional light having an optical axis perpendicular to the incident surface of the light modulation device is introduced, for example, the light is condensed. Along with this, a part of the component that is not perpendicular to the incident surface is included, and this part becomes a non-modulated component. That is, in these cases, the directional modulated light from the light modulation device includes a polarization component different from the desired modulated light.
これに対し、投射装置において、所定の変調がなされた偏光のみを選択的に反射ないし透過させる偏光分離部と、指向性変調光に含まれる上述の偏光成分を補償するための補償部とによる光学装置が設けられた構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。
この構成によれば、例えば図８に示すように、光源装置１０４からの指向性光を、偏光分離部１０２及び補償部１０３による光学装置１０１を経て光変調装置１０５に導入し、変調された指向性光を再び補償部１０３を経て偏光分離部１０２で反射させることによって、所望の投射すなわち出力が図られている。
On the other hand, in the projection apparatus, the optical system includes a polarization separation unit that selectively reflects or transmits only polarized light that has undergone predetermined modulation, and a compensation unit that compensates the above-described polarization component included in the directional modulated light. A configuration provided with a device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
According to this configuration, for example, as shown in FIG. 8, the directional light from the light source device 104 is introduced into the light modulation device 105 via the optical device 101 by the polarization separation unit 102 and the compensation unit 103 and modulated. The characteristic light is reflected again by the polarization separation unit 102 through the compensation unit 103, so that a desired projection, that is, an output is achieved.
また、図示しないが、光変調装置に関して光源装置とは反対側に偏光分離部を設け、この偏光分離部に併設される補償部を、指向性光の光軸に対して傾けた構成による投射装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。
この構成によれば、投射装置の偏光分離部を例えば所謂MacNeilleプリズムによって構成した場合に必要とされるスキュー光の補償が可能とされる。
According to this configuration, it is possible to compensate for the skew light required when the polarization separation unit of the projection apparatus is configured by, for example, a so-called MacNeille prism.
しかしながら、上述の特許文献２に記載の発明によって、例えば上述のMacNeilleプリズムに比してより高いコントラストを得ることが可能なワイヤーグリッド偏光子を用いた構成や、光変調装置に対して光源装置と光学装置が同じ側に配置される所謂反射型の構成において生じる、特有の問題を解決することは難しい。
例えば、上述の特許文献１に記載の発明による場合には、図９に示すように、補償部１０３の界面における反射によって生じる指向性光の反射成分が、偏光分離部１０２に入射することにより出力映像のコントラストが低下するなど、光学特性における問題が生じる。
However, according to the invention described in Patent Document 2 described above, for example, a configuration using a wire grid polarizer that can obtain higher contrast than the above-described MacNeille prism, It is difficult to solve the peculiar problems that arise in so-called reflective configurations where the optical devices are arranged on the same side.
For example, in the case of the invention described in Patent Document 1 described above, as shown in FIG. 9, the directional light reflection component generated by reflection at the interface of the compensation unit 103 is incident on the polarization separation unit 102 and output. Problems with optical characteristics occur, such as a reduction in the contrast of images.
すなわち、光源装置１０４から偏光分離部１０２を通過して補償部１０３に入射する段階（図中Ａ点）で生じる反射成分は偏光が回転していないために偏光分離部１０２を通過するが、補償部１０３内に入射した後に出射する段階（図中Ｂ点）で生じる反射成分や、光変調装置１０５で変調されて指向性変調光となった後に補償部１０３に再入射する段階（図中Ｃ点）で反射されて生じる成分、更には光変調装置１０５で変調された後に補償部１０３に再入射した後に出射する段階（図中Ｄ点）で反射されて生じる成分は、補償部１０３内を往復することや光変調装置１０５で繰り返し変調されることによって偏光が回転し、本来の意図に反して偏光分離部１０２で反射され、出力されてしまう。 That is, the reflection component generated at the stage (point A in the figure) that passes from the light source device 104 through the polarization separation unit 102 and enters the compensation unit 103 passes through the polarization separation unit 102 because the polarization is not rotated. Reflection component generated at the stage of emission after entering the unit 103 (point B in the figure) or the stage of re-incident on the compensation unit 103 after being modulated by the light modulator 105 to become directional modulated light (C in the figure) The component generated by being reflected at the point), and further the component generated by being reflected at the stage of exiting after being incident on the compensation unit 103 after being modulated by the light modulator 105 (point D in the figure) are generated in the compensation unit 103. Polarization is rotated by reciprocating or being repeatedly modulated by the light modulation device 105, and reflected and output by the polarization separation unit 102 against the original intention.
また、補償部１０３の界面に反射防止（Anti Reflective；AR）膜を設けることによって反射率の低下を図ることも可能ではあるものの、反射そのものを完全に回避することや、投射装置として充分なコントラスト（例えば白と黒の輝度比を暗所で測定した場合における暗所コントラスト１００００：１）を可能とすることは難しく、反射防止膜の特性向上には多層化などの工夫も必要であることから、反射防止膜によって光学特性の低下を抑制することは煩雑であり、コストも増大してしまう。 Although it is possible to reduce the reflectivity by providing an anti-reflective (AR) film at the interface of the compensation unit 103, it is possible to completely avoid reflection itself and to provide sufficient contrast as a projection device. (For example, dark contrast 10000: 1 when the brightness ratio of white and black is measured in a dark place) is difficult to achieve, and in order to improve the characteristics of the antireflection film, it is necessary to devise multilayers and the like. In addition, it is troublesome to suppress the deterioration of the optical characteristics by the antireflection film, and the cost also increases.
本発明は、上述の諸問題を鑑み、指向性光に対する偏光分離能及び光学特性の向上が図られた投射装置と、この投射装置を構成する光学装置を提供するものである。 In view of the above-described problems, the present invention provides a projection apparatus in which the polarization separation ability and optical characteristics of directional light are improved, and an optical apparatus constituting the projection apparatus.
本発明に係る光学装置は、指向性光の光路を規定する偏光分離部と、指向性光の光路を規定し、指向性光が光変調装置により変調されて指向性変調光として入射すると、指向性変調光の複屈折による偏光回転及び位相変化を補償する補償部と、を備える。偏光分離部及び前記補償部は、指向性光の光軸に対してそれぞれ傾斜を有して配置されている。そして、補償部は、互いに異なる材料による多層構造とされ、少なくとも１つの層が、光軸に対して略垂直な面内異方性軸を有することを特徴とする。 An optical device according to the present invention defines a polarization separation unit that defines an optical path of directional light and an optical path of directional light. When the directional light is modulated by the light modulation device and incident as directional modulated light, A compensation unit that compensates for polarization rotation and phase change due to birefringence of the optically modulated light . The polarization separation unit and the compensation unit are arranged with an inclination with respect to the optical axis of the directional light . The compensation section has a multilayer structure made of different materials, and at least one layer has an in-plane anisotropic axis substantially perpendicular to the optical axis .
本発明に係る投射装置は、 指向性光を出射する光源装置と、光源装置から出射された指向性光が通過する光学装置と、光学装置を通過した指向性光を変調する光変調装置と、を備える。光学装置は、指向性光の光路を規定する偏光分離部と、記指向性光の光路を規定し、指向性光が光変調装置により変調されて指向性変調光として入射すると、指向性変調光の複屈折による偏光回転及び位相変化を補償する補償部とを有し、偏光分離部及び補償部が、指向性光の光軸に対してそれぞれ傾斜を有して配置されている。そして、補償部は、互いに異なる材料による多層構造とされ、少なくとも１つの層が、光軸に対して略垂直な面内異方性軸を有することを特徴とする。 A projection device according to the present invention includes a light source device that emits directional light, an optical device through which directional light emitted from the light source device passes, a light modulation device that modulates directional light that has passed through the optical device, Is provided. The optical device defines the optical path of the directional light and the polarization separator that defines the optical path of the directional light. When the directional light is modulated by the light modulator and incident as the directional modulated light, the directional modulated light And a compensation unit that compensates for polarization rotation and phase change due to birefringence , and the polarization separation unit and the compensation unit are arranged with an inclination with respect to the optical axis of the directional light . The compensation section has a multilayer structure made of different materials, and at least one layer has an in-plane anisotropic axis substantially perpendicular to the optical axis .
本発明に係る光学装置によれば、少なくとも、偏光分離部と、補償部とを有し、指向性光の光軸に対して偏光分離部及び補償部が傾斜を有して配置されることから、補償部界面で生じる反射光が、指向性変調光に混ざり込むことを回避できる。 The optical device according to the present invention includes at least a polarization separation unit and a compensation unit, and the polarization separation unit and the compensation unit are arranged with an inclination with respect to the optical axis of the directional light. Thus, it is possible to avoid the reflected light generated at the compensation unit interface from being mixed into the directional modulated light.
本発明に係る投射装置によれば、少なくとも、光源装置と、光学装置と、光変調装置とを有し、光学装置が、少なくとも、偏光分離部と、補償部とを有し、偏光分離部及び補償部によって光路を規定される指向性光の光軸に対して、偏光分離部及び補償部が、それぞれ傾斜を有して配置される構成を有することから、補償部界面で生じる反射光が、指向性変調光に混ざり込むことを回避でき、出力すなわち投射におけるコントラストの向上が図られる。 The projection device according to the present invention includes at least a light source device, an optical device, and a light modulation device, and the optical device includes at least a polarization separation unit and a compensation unit. Since the polarization separation unit and the compensation unit are arranged with an inclination with respect to the optical axis of the directional light whose optical path is defined by the compensation unit, the reflected light generated at the compensation unit interface is Mixing with directional modulated light can be avoided, and the contrast in output, that is, projection can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
＜光学装置の第１の実施形態＞
本発明に係る光学装置の第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る光学装置１の一例の構成を示す概略構成図である。
<First Embodiment of Optical Device>
A first embodiment of an optical device according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an example of an optical device 1 according to the present invention.
本実施形態に係る光学装置１は、図１に示すように、少なくとも、偏光分離部２と、補償部３とを有する。
また、本実施形態においては、光学装置１の主たる構成部である偏光分離部２及び補償部３とは別に、これら偏光分離部２及び補償部３によって光路を規定される指向性光の光源装置４と、光源装置４からの指向性光の光軸に対して略垂直な入射面を有する、例えば液晶による光変調装置５とが設けられる。
As shown in FIG. 1, the optical device 1 according to the present embodiment includes at least a polarization separation unit 2 and a compensation unit 3.
Further, in the present embodiment, a light source device for directional light whose optical path is defined by the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 separately from the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 which are main components of the optical device 1. 4 and a light modulation device 5 made of, for example, liquid crystal having an incident surface substantially perpendicular to the optical axis of the directional light from the light source device 4 is provided.
偏光分離部２は、所謂ワイヤーグリッド偏光子により構成され、光源装置４からの指向性光の光軸に対して所定の角度例えば４５°の傾斜を有して配置される。
この偏光分離部２は、MacNeilleプリズムなど他の部材によって構成することもできるが、MacNeilleプリズムはｓ偏光とｐ偏光の分離に特化した構成とされているためにスキュー光入射に対する補償が別途必要となるのに対し、ワイヤーグリッド偏光子は、偏光子を構成するワイヤーの、平行方向と垂直方向のそれぞれに対する偏光を分離する構成とされているために補償の必要がないことに加え、特に高いコントラストを得ることが可能であることから、ワイヤーグリッド偏光子によって偏光分離部２を構成することが好ましい。また、偏光分離部２の偏光選択性は、光源装置４からの指向性光を透過し、透過した後に生じる、光変調装置５による変調及び補償部３による補償がなされた指向性変調光Ｌ１を反射するように、選定ならびに設計することが好ましい。
The polarization separation unit 2 is configured by a so-called wire grid polarizer, and is disposed with a predetermined angle, for example, 45 ° with respect to the optical axis of the directional light from the light source device 4.
The polarization separation unit 2 can be configured by other members such as a MacNeille prism. However, since the MacNeille prism is configured specifically for separation of s-polarized light and p-polarized light, compensation for skew light incidence is required separately. On the other hand, the wire grid polarizer is particularly high in addition to the fact that the wire constituting the polarizer is configured to separate the polarized light with respect to each of the parallel direction and the vertical direction, so that there is no need for compensation. Since it is possible to obtain contrast, it is preferable to configure the polarization separation unit 2 with a wire grid polarizer. The polarization selectivity of the polarization separation unit 2 is the directional modulated light L 1 that has been modulated by the light modulation device 5 and compensated by the compensation unit 3 that is generated after the directional light from the light source device 4 is transmitted and transmitted. Are preferably selected and designed to reflect
補償部３は、例えばガラス等の板状の光学材料により構成され、光源装置４からの指向性光の光軸に対して、所定の傾斜を有して配置される。
この補償部３は、後述するように、光変調装置５を構成する液晶からの指向性変調光Ｌ１の、複屈折による偏光回転や位相変化を補償するものであり、例えば、光変調装置５を構成する液晶内の一部に形成される、液晶の配向特性を規定するプレチルト角や、光変調装置５に入射する指向性光の、光変調装置の入射面に対して垂直でない成分などに基づいて生じる偏光成分に対応して設けられる。なお、指向性光の光軸に対する補償部３の傾斜角度は必ずしも偏光分離部２の傾斜角度と同じにする必要はなく、構成する材料の屈折率などとともに、主として光変調装置５を構成する液晶に対応させた上で、後述するように光軸に対して角度選定することが好ましい。
The compensation unit 3 is made of, for example, a plate-like optical material such as glass, and is arranged with a predetermined inclination with respect to the optical axis of the directional light from the light source device 4.
The compensator 3, as described later, the directional modulated light L 1 from the liquid crystal constituting the optical modulator device 5, which compensates for polarization rotation or phase change due to birefringence, for example, the light modulator 5 The pretilt angle that defines the alignment characteristics of the liquid crystal formed in a part of the liquid crystal that constitutes the directional light, and the component of the directional light incident on the light modulation device 5 that is not perpendicular to the incident surface of the light modulation device. It is provided corresponding to the polarization component generated based on it. Note that the inclination angle of the compensation unit 3 with respect to the optical axis of the directional light is not necessarily the same as the inclination angle of the polarization separation unit 2, and the liquid crystal mainly constituting the light modulation device 5 together with the refractive index of the constituent material. It is preferable to select an angle with respect to the optical axis as described later.
光源装置４は、例えば超高圧水銀ランプによる放電ランプや、レーザなどによることができる。所定の波長帯域を有するレーザなどを用いることや、放電ランプの光を所定の波長帯域ごとに分離することなどによって、所望の指向性光を形成することができる。 The light source device 4 can be, for example, a discharge lamp using an ultra-high pressure mercury lamp, a laser, or the like. Desired directional light can be formed by using a laser having a predetermined wavelength band or by separating the light of the discharge lamp for each predetermined wavelength band.
光変調装置５を構成する液晶は、本実施形態においては、電圧をかけていない状態で、液晶分子が入射面に対して略垂直すなわち指向性光の光軸に対して略平行に配列する、所謂ノーマリーブラックの垂直配向型（VA；Vertically Aligned）の液晶によることができる。 In the present embodiment, the liquid crystal constituting the light modulation device 5 is arranged such that the liquid crystal molecules are substantially perpendicular to the incident surface, that is, substantially parallel to the optical axis of the directional light, with no voltage applied. A so-called normally black vertically aligned (VA) liquid crystal can be used.
本実施形態において、光源装置４から出射された指向性光は、光学装置１を構成する偏光分離部２及び補償部３をこの順に通過して所定の偏光とされ、光軸を光変調装置５の入射面に略垂直として入射する。光変調装置５において、入射した指向性光が所定量変調され、所望の指向性変調光として補償部３に向けて出射される（Ｌ１）。補償部３において補償をなされた指向性変調光（Ｌ２）のうち、所定の変調偏光のみが選択的に偏光分離部２で反射され、例えばスクリーン（図示せず）が配置される所定の方向へ向かい、投射ないし出力される（Ｌ３）。 In the present embodiment, the directional light emitted from the light source device 4 passes through the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 constituting the optical device 1 in this order to be a predetermined polarization, and the optical axis is changed to the light modulation device 5. The incident surface is substantially perpendicular to the incident surface. In the light modulation device 5, the incident directional light is modulated by a predetermined amount and emitted as desired directional modulated light toward the compensation unit 3 (L 1 ). Of the directional modulated light (L 2 ) compensated by the compensation unit 3, only predetermined modulated polarized light is selectively reflected by the polarization separation unit 2, for example, a predetermined direction in which a screen (not shown) is arranged. Projected or output (L 3 ).
ここで、光源装置４からの指向性光と光変調装置５からの指向性変調光とは、補償部３と外気との界面においてそれぞれ反射光Ｌを生じるものの、補償部３の界面が指向性光及び指向性変調光の光軸に対して傾斜を有して設けられていることから、反射光Ｌは指向性変調光Ｌ３に混入することなく、所望の変調光のみが投射すなわち出力される。
光軸に対する補償部３の傾斜角度は、偏光分離部２及び光変調装置５との距離や、指向性光及び指向性変調光の光路幅、スキュー光としての幅や角度、ならびに偏光分離部２の傾斜角度に応じて選定することができるが、通常、光路幅は偏光分離部２との距離に比して小さいことから、補償部３の傾斜角度は極端に大きくなくとも良い。なお、偏光分離部２とは異なる傾斜角度に選定することにより、反射光Ｌが補償部３に戻って再び指向性変調光Ｌ２に混ざることを、より確実に回避することができる。
Here, the directional light from the light source device 4 and the directional modulated light from the light modulation device 5 respectively generate reflected light L at the interface between the compensation unit 3 and the outside air, but the interface of the compensation unit 3 has directivity. since it is provided with a tilt with respect to the optical axis of the light and directivity modulating light, reflected light L without contaminating the directional modulated light L 3, only the desired modulated light is projected i.e. output The
The inclination angle of the compensation unit 3 with respect to the optical axis is the distance between the polarization separation unit 2 and the light modulation device 5, the optical path width of the directional light and the directional modulation light, the width and angle as skew light, and the polarization separation unit 2 However, since the optical path width is usually smaller than the distance to the polarization separation unit 2, the inclination angle of the compensation unit 3 does not have to be extremely large. Note that by selecting a different angle of inclination from the polarization separation section 2, that the reflected light L is mixed in directional modulated light L 2 again back to compensator 3 can be more reliably avoided.
図２及び図３は、それぞれ、補償部３の構成の一例を示す。
本実施形態における補償部３は、偏光回転や位相変化を補償する所謂ワイヤーグリッド偏光子による板状構成を有するが、例えば下地部材上に複屈折材料層が形成された、すなわち互いに異なる材料による多層構造の少なくとも一部が、光変調装置５の入射面に対して略垂直とされる指向性光及び指向性変調光の光軸（図示せず）に対して、垂直な面内異方性を有していることが好ましい。すなわち、補償部３を指向性光の光軸に対して傾斜させて配置する場合には、補償部３の複屈折材料の異方性の主軸を、光軸に対応して選定することが好ましい。
2 and 3 each show an example of the configuration of the compensation unit 3.
The compensation unit 3 in the present embodiment has a plate-like configuration using a so-called wire grid polarizer that compensates for polarization rotation and phase change. For example, a birefringent material layer is formed on a base member, that is, a multilayer made of different materials. At least a part of the structure has in-plane anisotropy perpendicular to the optical axis (not shown) of the directional light and the directional modulated light that is substantially perpendicular to the incident surface of the light modulation device 5. It is preferable to have. That is, when the compensation unit 3 is arranged to be inclined with respect to the optical axis of the directional light, it is preferable to select the main axis of anisotropy of the birefringent material of the compensation unit 3 corresponding to the optical axis. .
例えば、図２に示すように、補償部３を、板状の下地部材３ａ上に、光軸に対して垂直な面内で直交する方向の屈折率ｎｘ及びｎｙが互いに異なる、所謂面内複屈折を有する複屈折材料層３ｂ上に蒸着して形成する場合に、下地部材３ａに対して、上述した光軸に対する傾斜角度分だけ斜めに蒸着させて形成することによって、本実施形態におけるように、光軸に対して補償部３を傾斜させて配置した場合でも、光変調装置５において上述のプレチルト角に由来して生じた余剰偏光成分を補償することができる。 For example, as shown in FIG. 2, the compensator 3 is formed on a plate-like base member 3a with a so-called in-plane compound in which refractive indexes nx and ny in directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis are different from each other. When vapor-deposited on the birefringent material layer 3b having refraction, it is formed by vapor-depositing on the base member 3a by an inclination angle with respect to the optical axis, as in the present embodiment. Even when the compensator 3 is tilted with respect to the optical axis, it is possible to compensate for the excess polarization component generated in the light modulation device 5 due to the above-described pretilt angle.
また、下地部材３ａ上に斜め蒸着によって形成される複屈折材料層３ｂについて、指向性光の光軸に平行な方向の屈折率ｎｚと、上述したｎｘ及びｎｙとを互いに異ならせる所謂垂直複屈折を有する複屈折材料で構成することによって、光変調装置５において上述のスキュー光に由来して生じた余剰偏光成分を補償することができる。すなわち、光変調装置５内の複屈折率及び光路長は、光変調装置５の入射面に垂直に入射する成分を対象として設計されているため、スキュー光の一部は所望の変調をなされない偏光成分として指向性変調光Ｌ２に混ざり込んでしまうが、補償部３において指向性変調光Ｌ２の光軸に対して垂直複屈折を形成することにより、この偏光成分を補償することができる。 In addition, for the birefringent material layer 3b formed by oblique deposition on the base member 3a, so-called vertical birefringence in which the refractive index nz in the direction parallel to the optical axis of the directional light and the above-described nx and ny are different from each other. By using the birefringent material having the above, it is possible to compensate for the excess polarization component generated in the light modulation device 5 due to the above-described skew light. That is, since the birefringence and the optical path length in the light modulation device 5 are designed for a component that is perpendicularly incident on the incident surface of the light modulation device 5, a part of the skew light is not modulated as desired. While thus crowded intermingled directional modulated light L 2 as the polarization component, by forming the perpendicular birefringence with respect to the optical axis of the directional modulated light L 2 in the compensation section 3, it is possible to compensate for the polarization component .
なお、本発明に係る光学装置及び投射装置を構成する補償部３の構成はこれに限られず、例えば図３に示すように、三角形や台形などの断面形状を有する下地部材３ｃ及び３ｄによって、面内異方性のある延伸ポリマーなどの媒質よりなる複屈折材料層３ｅを、挟み込んだ構成とすることもできるなど、種々の形状及び構成をとることができる。 The configuration of the compensator 3 constituting the optical device and the projection device according to the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 3, the surface is formed by the base members 3c and 3d having a cross-sectional shape such as a triangle or a trapezoid. The birefringent material layer 3e made of a medium such as a stretched polymer having internal anisotropy can be sandwiched, and various shapes and configurations can be employed.
＜光学装置の第２の実施形態＞
本発明に係る光学装置の第２の実施形態を説明する。この第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。説明を省略する部分は、第１実施形態と同様であることとする。また、説明上、第１実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
<Second Embodiment of Optical Device>
A second embodiment of the optical device according to the present invention will be described. In the second embodiment, only portions different from the first embodiment will be described. Portions that are not described are the same as those in the first embodiment. For the sake of explanation, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the duplicate description is omitted.
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、本実施形態に係る光学装置１の一例の構成を示す概略上面図及び概略側面図である。
上述の第１の実施形態に係る光学装置による場合、すなわち補償部３を指向性変調光Ｌ２の光軸に対して傾斜させて配置する場合には、偏光の補償が図られるものの、非点収差が生じるおそれがあり、場合によっては指向性変調光Ｌ３を更に補正する必要が生じてくる。
しかしながら、本実施形態におけるように、偏光分離部２と補償部３とによって指向性光の光路を規定する場合に、偏光分離部２を構成する反射分離構造、例えばワイヤーグリッド偏光子の偏光分離面を、補償部３とは反対側すなわち例えば光源装置４側に設け、更に偏光分離部２と補償部３とを、互いにねじれの位置になるように、例えば偏光分離部２がｙ軸及びｚ軸に対し傾斜を有し、補償部３がｘ軸及びｚ軸に対し傾斜を有するように、それぞれ指向性光の光軸に対して傾斜させて配置することによって、この非点収差の補正を行うことができる。
4A and 4B are a schematic top view and a schematic side view showing the configuration of an example of the optical device 1 according to the present embodiment, respectively.
If by the optical device according to the first embodiment described above, i.e., when disposed to be inclined compensation section 3 with respect to the optical axis of the directional modulated light L 2, although compensation of polarization is achieved, astigmatic There is a possibility that aberrations may occur, arises the need to further correct the directional modulated light L 3 in some cases.
However, when the optical path of the directional light is defined by the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 as in the present embodiment, the reflection separation structure constituting the polarization separation unit 2, for example, the polarization separation surface of the wire grid polarizer Is provided on the opposite side of the compensation unit 3, that is, for example, the light source device 4 side, and the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 are, for example, the y-axis and the z-axis The astigmatism is corrected by arranging the compensator 3 so as to be inclined with respect to the optical axis of the directional light so that the compensator 3 is inclined with respect to the x axis and the z axis. be able to.
また、より確実に非点収差を取り除くためには、図５に示すように、例えば偏光分離部２と補償部３とを、互いにねじれの位置になるように、それぞれ光軸に対して傾斜させて配置する場合に、補償部３内における指向性変調光の光路長を、偏光分離部２内における指向性変調光の光路長の略２倍とすることが好ましい。
これは、指向性変調光の、補償部３内の通過が一度だけであるのに対して、偏光分離部２内の通過は反射の前後二度、つまり往復であるためである。具体的には、例えば偏光分離部２と補償部３とを、互いにねじれの位置になるように、それぞれ指向性変調光の光軸に対して４５°の傾斜で配置する場合に、補償部３の厚さを偏光分離部２の厚さの略２倍とすることによって、偏光分離部２と補償部３とを互いにねじれの位置に配置するのみの場合に比べ、より確実に非点収差を取り除くことができる。
In order to remove astigmatism more reliably, as shown in FIG. 5, for example, the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 are inclined with respect to the optical axis so as to be twisted with respect to each other. It is preferable that the optical path length of the directional modulated light in the compensation unit 3 is approximately twice the optical path length of the directional modulated light in the polarization separation unit 2.
This is because the directivity-modulated light passes through the compensation unit 3 only once, whereas the pass through the polarization separation unit 2 is twice before and after reflection, that is, reciprocal. Specifically, for example, when the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 are arranged at an inclination of 45 ° with respect to the optical axis of the directional modulated light so as to be twisted with respect to each other, the compensation unit 3 Is approximately twice the thickness of the polarization separation unit 2, astigmatism can be more reliably prevented as compared with the case where the polarization separation unit 2 and the compensation unit 3 are only arranged at twisted positions. Can be removed.
＜光学装置の第３の実施形態＞
本発明に係る光学装置の第３の実施形態を説明する。この第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。説明を省略する部分は、第１実施形態と同様であることとする。また、説明上、第１実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
<Third Embodiment of Optical Device>
A third embodiment of the optical device according to the present invention will be described. In the third embodiment, only parts different from the first embodiment will be described. Portions that are not described are the same as those in the first embodiment. For the sake of explanation, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the duplicate description is omitted.
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、本実施形態に係る光学装置１の一例の構成を示す概略上面図及び概略側面図である。
上述の第１の実施形態に係る光学装置による場合、すなわち補償部３を指向性変調光Ｌ２の光軸に対して傾斜させて配置する場合には、偏光の補償が図られるものの、指向性変調光に対する反射自体を完全に抑制することは難しいため、指向性変調光の光学特性例えば輝度の低下が発生するおそれがある。
しかしながら、本実施形態におけるように、補償部３に入射する指向性変調光に基づいて補償部３の界面で発生する屈折光の光軸と反射光の光軸とが９０°となるように補償部３の傾斜角度θを選定し、角度θがｐ偏光に対するブリュースター角もしくはその近傍の角度になるように、つまりブリュースター角を基に選定することにより、指向性変調光のｐ偏光の反射率を選択的に低減させることができ、投射におけるコントラストのみならず、例えば輝度を向上させることができる。具体的には、例えば、補償部３を屈折率１．５２のガラスで構成した場合、ブリュースター角は５６°となる。
FIG. 5A and FIG. 5B are a schematic top view and a schematic side view showing the configuration of an example of the optical device 1 according to the present embodiment, respectively.
If by the optical device according to the first embodiment described above, i.e., when disposed to be inclined compensation section 3 with respect to the optical axis of the directional modulated light L 2, although compensation of polarization is achieved, directional Since it is difficult to completely suppress the reflection itself with respect to the modulated light, the optical characteristics of the directional modulated light, for example, the brightness may be lowered.
However, as in the present embodiment, compensation is performed so that the optical axis of the refracted light and the optical axis of the reflected light generated at the interface of the compensation unit 3 are 90 ° based on the directivity-modulated light incident on the compensation unit 3. By selecting the inclination angle θ of the portion 3 and selecting the angle θ to be a Brewster angle with respect to the p-polarized light or an angle near the Brewster angle, that is, based on the Brewster angle, reflection of the p-polarized light of the directional modulated light The rate can be selectively reduced, and not only the contrast in projection but also the brightness can be improved, for example. Specifically, for example, when the compensation unit 3 is made of glass having a refractive index of 1.52, the Brewster angle is 56 °.
＜投射装置の実施形態＞
本発明に係る投射装置の実施形態を説明する。
図７は、本実施形態に係る投射装置の構成を示す概略構成図である。
本実施形態において、投射装置６０は、光源装置６１と、光変調装置６２と、投影光学部６３と、光学装置６４とを有する。
<Embodiment of Projection Device>
An embodiment of a projection apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the projection apparatus according to the present embodiment.
In the present embodiment, the projection device 60 includes a light source device 61, a light modulation device 62, a projection optical unit 63, and an optical device 64.
光源装置６１としては、放電ランプ１２を光源として用い、放電ランプ１２の出射側には、第１フライアイレンズ１６、第２フライアイレンズ１７、偏光ビームスプリッター１８、コンデンサーレンズ１９を介して、赤色帯域の光を分離して反射する第１のダイクロイックミラー４２と、青色光、緑色光を反射する第２のダイクロイックミラー４３とが合成されて配置される。
第１のダイクロイックミラー４２の反射側には、光路を例えば９０°変換された光軸上にミラー４１が設けられ、ミラー４１の光出射側には、赤色光用フィールドレンズ２７Ｒ、偏光分離部３３Ｒが配置され、偏光分離部３３Ｒにより光路を例えば９０°変換された光軸上に赤色光に対応する反射型の液晶パネル２８Ｒが配置される。
As the light source device 61, the discharge lamp 12 is used as a light source, and on the emission side of the discharge lamp 12, the first fly-eye lens 16, the second fly-eye lens 17, the polarization beam splitter 18, and the condenser lens 19 are used. A first dichroic mirror 42 that separates and reflects light in a band and a second dichroic mirror 43 that reflects blue light and green light are combined and arranged.
On the reflection side of the first dichroic mirror 42, a mirror 41 is provided on the optical axis whose optical path is converted by 90 °, for example, and on the light emission side of the mirror 41, a red light field lens 27R and a polarization separation unit 33R. Is disposed, and a reflective liquid crystal panel 28R corresponding to red light is disposed on the optical axis whose optical path is converted by, for example, 90 ° by the polarization separation unit 33R.
また、第２のダイクロイックミラー４３の反射側に、光軸を例えば９０°変換された位置にミラー２１が配置され、このミラー２１により例えば９０°光路を変換された位置に例えば緑色光を反射する第３のダイクロイックミラー４４が配置される。この第３のダイクロイックミラー４４の反射側にはフィールドレンズ２７Ｇを介して偏光分離部３３Ｇが配置され、偏光分離部３３Ｇにより光路を例えば９０°変換された位置に緑色光に対応する液晶パネル２８Ｇが配置される。
また、第３のダイクロイックミラー４４の透過側にフィールドレンズ２７Ｂを介して偏光分離部３３Ｂが配置され、偏光分離部３３Ｂにより光路を例えば９０°変換された位置に、青色光に対応する反射型の液晶パネル２８Ｂが配置される。
これら液晶表示パネル２８Ｒ、２８Ｇ及び２８Ｂによって、画像情報に対応して光を変調する光変調装置６２が、それぞれ構成される。
Further, on the reflection side of the second dichroic mirror 43, the mirror 21 is disposed at a position where the optical axis is converted by 90 °, for example, and the mirror 21 reflects, for example, green light at a position where the optical path is converted by 90 °, for example. A third dichroic mirror 44 is arranged. A polarization separation unit 33G is disposed on the reflection side of the third dichroic mirror 44 via a field lens 27G, and a liquid crystal panel 28G corresponding to green light is disposed at a position whose optical path is converted by, for example, 90 ° by the polarization separation unit 33G. Be placed.
In addition, a polarization separation unit 33B is disposed on the transmission side of the third dichroic mirror 44 via a field lens 27B, and a reflection type corresponding to blue light at a position where the optical path is converted by 90 ° by the polarization separation unit 33B, for example. A liquid crystal panel 28B is disposed.
The liquid crystal display panels 28R, 28G, and 28B constitute the light modulation devices 62 that modulate light corresponding to the image information.
また、図示しないが、偏光分離部３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂに対応して、それぞれ上述した補償部が設けられることにより、各光変調装置６２に対応する光学装置６４が、それぞれ形成される。この光学装置６４としては、例えば前述した実施形態における構成に例示されたような、本発明に係る光学装置１を用いることができる。
各液晶パネル２８Ｒ、２８Ｇ及び２８Ｂが反射された光の光軸上の、偏光分離部３３Ｒ、３３Ｇ及び３３Ｂを介した位置にクロスプリズム２９が配置され、その出射側に投影レンズ３０等が配置されて投影光学部６３が構成される。
Although not shown, the above-described compensation units are provided corresponding to the polarization separation units 33R, 33G, and 33B, so that the optical devices 64 corresponding to the respective light modulation devices 62 are formed. As the optical device 64, for example, the optical device 1 according to the present invention as exemplified in the configuration in the above-described embodiment can be used.
A cross prism 29 is disposed on the optical axis of the light reflected by the liquid crystal panels 28R, 28G, and 28B via the polarization separators 33R, 33G, and 33B, and a projection lens 30 and the like are disposed on the exit side. Thus, the projection optical unit 63 is configured.
このような構成において、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１２から出射された光束は、リフレクター１３によりほぼ平行光となり、第１及び第２フライアイレンズ１６及び１７により光束の空間分布を均一化され、偏光ビームスプリッター１８により偏光方向をそろえられ、コンデンサーレンズ１９Ｂにより集光されて第１のミラー４２に入射する。この第１のダイクロイックミラー４２において、特定の波長帯域の光が透過され、残りの光が反射されて、ミラー４１に入射される。 In such a configuration, the light beam emitted from the discharge lamp 12 such as an ultra-high pressure mercury lamp becomes substantially parallel light by the reflector 13, and the spatial distribution of the light beam is made uniform by the first and second fly-eye lenses 16 and 17. The polarization directions are aligned by the polarization beam splitter 18, condensed by the condenser lens 19 </ b> B, and incident on the first mirror 42. In the first dichroic mirror 42, light in a specific wavelength band is transmitted, the remaining light is reflected, and is incident on the mirror 41.
ここで、ミラー４１は、第１のダイクロイックミラー４２から反射されてこのミラー４１に入射した光のうち、特定の波長帯域の光を反射して、残りの光を透過するように調整する。
例えば、ミラー４１の分離波長を５７５ｎｍとし、これより長波長側の光を出射させ、短波長側の光を光路から分離する構成とする。つまりこの場合、第１のダイクロイックミラー４２と対向する側の面においては、５７５ｎｍ程度以上の波長の光を反射する特性とする。
また、第１のダイクロイックミラー４２においては、例えば分離波長を５７０ｎｍ程度とし、５７０ｎｍ程度以上の赤色光を反射する構成とする。
そして、上述したように光量を調整された赤色光は、赤色光を変調するフィールドレンズ２７Ｒ、偏光分離部３３Ｒを介して液晶パネル２８Ｒによって、目的とする画像情報に対応して変調される。
Here, the mirror 41 is adjusted so as to reflect the light of a specific wavelength band among the light reflected from the first dichroic mirror 42 and incident on the mirror 41 and to transmit the remaining light.
For example, the separation wavelength of the mirror 41 is set to 575 nm, light having a longer wavelength side is emitted, and light having a shorter wavelength side is separated from the optical path. That is, in this case, the surface facing the first dichroic mirror 42 has a characteristic of reflecting light having a wavelength of about 575 nm or more.
Further, the first dichroic mirror 42 has a configuration in which, for example, the separation wavelength is about 570 nm and red light of about 570 nm or more is reflected.
Then, the red light whose light amount has been adjusted as described above is modulated in accordance with target image information by the liquid crystal panel 28R via the field lens 27R that modulates the red light and the polarization separation unit 33R.
一方、放電ランプ１２から出射される光のうち緑色光、青色光は、第２のダイクロイックミラー４３により反射され、ミラー２１により反射されて第３のダイクロイックミラー４４により各色光が分離されて、それぞれ緑色光、青色光を変調するフィールドレンズ２７Ｇ及び２７Ｂ、偏光分離部３３Ｇ及び３３Ｂを介して、液晶パネル２８Ｇ、２８Ｂにより、目的とする画像情報に対応して変調される。変調された各色光がクロスプリズム２９において合成され、投影レンズ３０等より成る投影光学部６３で例えばスクリーン（図示せず）に投影される。 On the other hand, green light and blue light out of the light emitted from the discharge lamp 12 are reflected by the second dichroic mirror 43, reflected by the mirror 21, and separated by the third dichroic mirror 44, respectively. Modulation is performed by the liquid crystal panels 28G and 28B in accordance with target image information via field lenses 27G and 27B that modulate green light and blue light, and polarization separation units 33G and 33B. The modulated color lights are combined in the cross prism 29 and projected onto, for example, a screen (not shown) by the projection optical unit 63 including the projection lens 30 and the like.
以上、本発明に係る光学装置及び投射装置の実施の形態を説明したが、この実施の形態の説明で挙げた使用材料及びその量、屈折率及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。 Although the embodiments of the optical device and the projection device according to the present invention have been described above, the materials used in the description of the embodiment and the numerical conditions such as the amount, refractive index, and dimensions are only preferred examples. The dimensional shapes and arrangement relationships in the drawings used for the description are also schematic. That is, the present invention is not limited to this embodiment.
例えば、指向性光の光源装置としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いることができるなど、本発明は、種々の変形及び変更をなされうる。 For example, the present invention can be variously modified and changed such that an LED (Light Emitting Diode) can be used as a directional light source device.
１・・・光学装置、２・・・偏光分離部、３・・・補償部、４・・・光源装置、５・・・光変調装置、１２・・・放電ランプ、１３・・・リフレクター、１６・・・第１フライアイレンズ、１７・・・第２フライアイレンズ、１８・・・偏光ビームスプリッター、１９・・・コンデンサーレンズ、２１・・・ミラー、２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ・・・フィールドレンズ、２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂ・・・液晶パネル、２９・・・クロスプリズム、３０・・・投影レンズ、３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ・・・偏光分離部、４１・・・ミラー、４２・・・第１のダイクロイックミラー、４３・・・第２のダイクロイックミラー、４４・・・第３のダイクロイックミラー、６０・・・投射装置、６１・・・光源装置、６２・・・光変調装置、６３・・・投影光学部、６４・・・光学装置、１０１・・・従来の光学装置、１０２・・・偏光分離部、１０３・・・補償部、１０４・・・光源装置、１０５・・・光変調装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical apparatus, 2 ... Polarization separation part, 3 ... Compensation part, 4 ... Light source device, 5 ... Light modulation apparatus, 12 ... Discharge lamp, 13 ... Reflector, 16 ... 1st fly-eye lens, 17 ... 2nd fly-eye lens, 18 ... Polarizing beam splitter, 19 ... Condenser lens, 21 ... Mirror, 27R, 27G, 27B ... Field Lens, 28R, 28G, 28B ... Liquid crystal panel, 29 ... Cross prism, 30 ... Projection lens, 33R, 33G, 33B ... Polarization separator, 41 ... Mirror, 42 ... No. 1 dichroic mirror, 43 ... second dichroic mirror, 44 ... third dichroic mirror, 60 ... projection device, 61 ... light source device, 62 ... light modulation device, 63 ... ·projection Faculty, 64 ... optical device, 101 ... conventional optical device, 102 ... polarization separation unit, 103 ... compensation unit, 104 ... light source device, 105 ... optical modulator
Claims (14)
前記指向性光の光路を規定し、前記指向性光が光変調装置により変調されて指向性変調光として入射すると、前記指向性変調光の複屈折による偏光回転及び位相変化を補償する補償部と、を備え、
前記偏光分離部及び前記補償部が、前記指向性光の光軸に対してそれぞれ傾斜を有して配置され、
前記補償部は、互いに異なる材料による多層構造とされ、少なくとも１つの層が、前記指向性光の光軸に対して略垂直な面内異方性軸を有することを特徴とする光学装置。 A polarization separator that defines the optical path of the directional light ;
A compensator that defines an optical path of the directional light and compensates for polarization rotation and phase change due to birefringence of the directional modulated light when the directional light is modulated by a light modulator and incident as directional modulated light ; With
The polarization separation unit and the compensation unit are arranged with an inclination with respect to the optical axis of the directional light, respectively .
The compensation unit has a multilayer structure made of different materials, and at least one layer has an in-plane anisotropic axis substantially perpendicular to the optical axis of the directional light .
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein angles of inclination of the polarization separation unit and the compensation unit with respect to the optical axis are different from each other.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein the polarization separation unit and the compensation unit are in a twisted position.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein the directional light is reflected by a surface of the polarization separation unit opposite to the compensation unit.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 2. The optical apparatus according to claim 1, wherein an optical path length of the directional light in the polarization separation unit is approximately twice an optical path length in the compensation unit.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein an inclination angle of the compensation unit with respect to the optical axis is selected based on a Brewster angle.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein the polarization separation unit is a wire grid polarizer.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein the compensation unit is made of a birefringent material.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein at least a part of the compensation unit has an in-plane anisotropic axis substantially perpendicular to the optical axis.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein the directional light is introduced into the compensation unit after passing through the polarization separation unit.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein the directional light is reflected by the polarization separation unit only after passing through the compensation unit.
前記光学装置は、
指向性光の光路を規定する偏光分離部と、
前記指向性光の光路を規定し、前記指向性光が光変調装置により変調されて指向性変調光として入射すると、前記指向性変調光の複屈折による偏光回転及び位相変化を補償する補償部と、を備え、
前記偏光分離部及び前記補償部が、前記指向性光の光軸に対してそれぞれ傾斜を有して配置され、
前記補償部は、互いに異なる材料による多層構造とされ、少なくとも１つの層が、前記指向性光の光軸に対して略垂直な面内異方性軸を有することを特徴とする投射装置。 At least a light source device, an optical device, and a light modulation device;
The optical device comprises:
A polarization separator that defines the optical path of the directional light ;
A compensator that defines an optical path of the directional light and compensates for polarization rotation and phase change due to birefringence of the directional modulated light when the directional light is modulated by a light modulator and incident as directional modulated light ; With
The polarization separation unit and the compensation unit are arranged with an inclination with respect to the optical axis of the directional light, respectively .
The compensation unit has a multilayer structure made of different materials, and at least one layer has an in-plane anisotropic axis substantially perpendicular to the optical axis of the directional light .
ことを特徴とする請求項１２に記載の投射装置。 The projection device according to claim 12 , wherein the light modulation device is a liquid crystal device.
ことを特徴とする請求項１２に記載の投射装置。 The projection apparatus according to claim 12 , wherein the light modulation device is a reflective liquid crystal device.
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