JPWO2004068197A1 - Composite prism, light source unit, and display device - Google Patents

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Abstract

複合プリズム(1)は、第1角部(101)、第3角部(103)、第7角部(107)および第5角部(105)によって構成される面に第1の選択性反射面(5)を備えている。また、第3角部(103)、第4角部(104)、第5角部(105)および第6角部(106)によって構成される面に第2の選択性反射面(6)を備えている。第1の選択性反射面(5)および第2の選択性反射面(6)は偏光分離膜によって構成されている。このため、Xキューブと違って4つのプリズム単体の各稜線を一直線に揃えなくても複数の色光の光路の合成および分離を行うことができる。The composite prism (1) has a first selective reflection on the surface constituted by the first corner (101), the third corner (103), the seventh corner (107) and the fifth corner (105). A surface (5) is provided. Further, the second selective reflection surface (6) is formed on the surface constituted by the third corner (103), the fourth corner (104), the fifth corner (105), and the sixth corner (106). I have. The first selective reflection surface (5) and the second selective reflection surface (6) are constituted by a polarization separation film. Therefore, unlike the X-cube, the optical paths of a plurality of color lights can be combined and separated without aligning the ridge lines of the four prisms in a straight line.

Description

本発明は、投射型表示装置などに用いられる複合プリズム、光源ユニット、および表示装置に関するものである。  The present invention relates to a composite prism, a light source unit, and a display device used in a projection display device and the like.

投射型表示装置(以下、プロジェクタという)などの光学装置においては、従来、波長の異なる複数の光の光路を合成あるいは分離することを目的に複数枚の板状の光学素子が用いられている。このため、光学装置を小型化できないという問題点がある。そこで、このような機能を集積した複合プリズムとして、直角三角柱状のプリズムを4個、X状に接合した立方体形状のダイクロイックプリズムが用いられることがある。このようなダイクロイックプリズムは、接合部分の形状からXキューブと称せられている。
このダイクロイックプリズムでは、赤色光を選択的に反射可能な選択性反射膜、および青色光を選択的に反射可能な選択性反射膜がクロスして配置され、液晶プロジェクタでは光路合成素子として用いられている。その際、ダイクロイックプリズムの4つの側面のうちの3つの側面が入射端面として用いられ、他の1つの側面が出射端面として利用される(例えば、特開2002−90509号公報)。
しかしながら、Xキューブでは、4つのプリズム単体の各稜線を一直線に揃える必要があるため、生産性が低く、かつ、歩留まりが低いという問題点がある。また、プリズム単体の段階で角度公差に対する要求も厳しい。このため、Xキューブは、高価なものになってしまうという問題点がある。さらに、Xキューブの場合、4つのプリズム単体の各稜線が一直線に揃うため、それを用いた液晶プロジェクタでは、投射された画像の中心に稜線が映るという問題点がある。従って、プリズム単体同士を接合する際、接着剤の厚さを薄くしなければならないが、接着剤の厚さを薄くすると、ヒートショックに弱くなるなど、信頼性が低下するという問題点がある。さらにまた、Xキューブでは、4つの側面が各々、入射端面および出射端面として用いられているため、側面に空きがない。それ故、Xキューブに向かう光路を構成する光学素子のレイアウトに自由度が低いという問題点もある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、Xキューブと違って4つのプリズム単体の各稜線を一直線に揃える必要がなく、歩留まりの向上、コストの低減、信頼性の向上、画質の向上、設計面での自由度の向上を図ることのできる新たな複合プリズム、この複合プリズムを用いた光源ユニットおよび表示装置を提供することにある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical apparatus such as a projection display apparatus (hereinafter referred to as a projector), a plurality of plate-like optical elements are used for the purpose of synthesizing or separating optical paths of light having different wavelengths. For this reason, there exists a problem that an optical apparatus cannot be reduced in size. Therefore, a cubic dichroic prism in which four right triangular prisms are joined in an X shape may be used as a composite prism that integrates such functions. Such a dichroic prism is called an X-cube because of the shape of the joint portion.
In this dichroic prism, a selective reflection film capable of selectively reflecting red light and a selective reflection film capable of selectively reflecting blue light are arranged in a cross, and is used as an optical path synthesis element in a liquid crystal projector. Yes. At this time, three of the four side surfaces of the dichroic prism are used as the incident end surface, and the other one side surface is used as the output end surface (for example, JP-A-2002-90509).
However, in the X-cube, since the ridge lines of the four prisms need to be aligned, there is a problem that productivity is low and yield is low. In addition, the demand for angular tolerance is severe at the stage of a single prism. For this reason, there is a problem that the X cube becomes expensive. Further, in the case of the X-cube, the ridge lines of the four prisms are aligned in a straight line, so that a liquid crystal projector using the prism has a problem that the ridge line appears in the center of the projected image. Therefore, when the prisms are bonded to each other, the thickness of the adhesive must be reduced. However, if the thickness of the adhesive is reduced, there is a problem that reliability is lowered, such as weakening against heat shock. Furthermore, in the X-cube, the four side surfaces are used as the incident end surface and the output end surface, respectively, so there is no space on the side surfaces. Therefore, there is also a problem that the degree of freedom is low in the layout of the optical elements that constitute the optical path toward the X cube.
In view of the above problems, the problem of the present invention is that, unlike the X-cube, it is not necessary to align the ridge lines of the four prisms in a straight line, improving yield, reducing cost, improving reliability, and improving image quality. Another object of the present invention is to provide a new composite prism capable of improving the degree of freedom in design, a light source unit using the composite prism, and a display device.

上記課題を解決するために、本発明の複合プリズムでは、複数の透光性部材を接合したことにより形成される複数の接合面に、少なくとも、所定の光学特性を備える光を選択的に透過し、それ以外の光を反射する第1の選択性反射面と第2の選択性反射面が互いに平行、あるいは直交せずに交差する向きに形成され、前記第1の選択性反射面および前記第2の選択性反射面によって、波長の異なる少なくとも3つの光の光路を合成あるいは分離可能であることを特徴とする。
本発明では、透光性部材の接合面に第1の選択性反射面と第2の選択性反射面とを形成し、これらの選択性反射面によって、波長の異なる少なくとも3つの光の光路を合成あるいは分離する。このため、単板の偏光分離素子などを用いて光路を合成あるいは分離を行う必要がないので、コストの低減、および設計面での自由度の向上を図ることができる。また、Xキューブと違って4つのプリズム単体の各稜線を一直線に揃える必要がないので、歩留まりが高く、かつ、信頼性が高い。また、画質の向上を図ることもできる。
本発明において、対向する第1の矩形平面と第2の矩形平面からなる直方体形状の前記第1の矩形平面の各角部を各々、第1角部、第2角部、第3角部および第4角部とし、前記第2の矩形平面で前記第1角部、前記第2角部、前記第3角部および前記第4角部に対応する各角部を各々、第5角部、第6角部、第7角部および第8角部としたとき、前記第1角部、前記第3角部、前記第7角部および前記第5角部によって構成される面に前記第1の選択性反射面を備え、前記第3角部、前記第4角部、前記第5角部および前記第6角部によって構成される面に前記第2の選択性反射面を備えていることを特徴とする。
本発明においては、例えば、前記第1の選択性反射面および前記第2の選択性反射面は各々、偏光分離面により構成されている。従って、前記第1の選択性反射面および前記第2の選択性反射面はいずれも、任意の波長範囲内において、P偏光の光およびS偏光の光のうちの一方の光を透過し、他方の光を反射する。
このような複合プリズムについては、この複合プリズムから出射される色光を各々、変調する液晶ライトバルブなどといった電気光学装置を複数、備えた表示装置を構成するのに用いることができる。
本発明の別の形態では、複数の柱状の前記透光性部材を接合して入射面に45°の角度をなす、互いに平行な複数の接合面を備え、当該複数の接合面のうちのいずれかに所定の波長帯域の光を選択的に反射する前記第1の選択性反射面を備え、他のいずれかの接合面に、前記第1の選択性反射面と異なる波長帯域の光を選択的に反射する前記第2の選択性反射面を備えていることを特徴とする。また、偏光分離面を平行に接合し、任意の偏光光をもった波長光を分離することも可能とする。
本発明に係る複合プリズムを用いた光源ユニットにおいて、前記複合プリズムは、前記第1の選択性反射面として、赤、緑、青の3原色の波長帯域のうちの第1の色光を選択的に反射する第1の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第2の色光を前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーと、該第2の色光用ダイクロイックミラーに対して前記第1の色光用ダイクロイックミラーとは反対側に配置されて第3の色光を前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて反射する第3の色光用反射面とを備え、前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第1の色光を出射する第1の色光源部が配置され、前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第2の色光を出射する第2の色光源部が配置され、前記反射面に向けて前記第3の色光を出射する第3の色光源部が配置され、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部から前記複合プリズムへ光の出射が所定のタイミングで切り換えられることが好ましい。
本発明に係る複合プリズムを用いた光源ユニットにおいて、前記複合プリズムは、前記第1の選択性反射面として、赤、緑、青の3原色の波長帯域のうちの第1の色光を選択的に反射する第1の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第2の色光を前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーとを備え、前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第1の色光を出射する第1の色光源部が配置され、前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第2の色光を出射する第2の色光源部が配置され、当該第2の色光用ダイクロイックミラーに対して前記第1の色光用ダイクロイックミラーとは反対側から第3の色光を出射する第3の色光源部を備え、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部から前記複合プリズムへ光の出射が所定のタイミングで切り換えられることが好ましい。
本発明において、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部は、各々、所定の色光を出射する発光素子であり、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部は、各々、所定のタイミングで点灯が制御される。
本発明において、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部は、各々、白色光を色分割して得られた各色の光を出射し、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部と、前記複合プリズムとの間には、当該複合プリズムに対して各色光が入射するタイミングを制御するシャッタ手段が配置されている構成を採用してもよい。
例えば、本発明に係る複合プリズムを2つ備えた光源ユニットでは、前記2つの複合プリズムのうち、第1の複合プリズムは、前記第1の選択性反射面として、赤、緑、青の3原色の波長帯域のうちの第1の色光を選択的に反射する第1の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第2の色光を前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーと、該第2の色光用ダイクロイックミラーに対して前記第1の色光用ダイクロイックミラーとは反対側に配置されて第3の色光を前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて反射する第3の色光用反射面とを備え、第2の複合プリズムは、前記第1の色光を前記第1の複合プリズムの第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて反射する第1の色光用反射面と、前記第1の選択性反射面として第2の色光を前記第1の複合プリズムの第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第3の色光を前記第1の複合プリズムの第3の色光用反射面に向けて選択的に反射する第3の色光用ダイクロイックミラーとを備え、さらに、前記第2の複合プリズムに対して当該第2の複合プリズムの第3の色光用ダイクロイックミラーに向けて白色光を出射する白色光源を備え、前記第1の複合プリズムと前記第2の複合プリズムとの間には、前記第2の複合プリズムから前記第1の複合プリズムに対して各色光が入射するタイミングを制御するシャッタ手段が配置されていることが好ましい。
本発明を適用した光源ユニットは、例えば、表示装置に用いられる。
例えば、前記複合プリズムを複数、マトリクス状に配置して表示装置が構成される。
また、前記光源ユニットから順次、出射される色光を順次、変調して当該色光に対応する色画像を順次、生成する電気光学装置を用いて表示装置を構成してもよい。
本発明において、前記光源ユニットは、前記電気光学装置に向けて出射する色光の偏光方向を揃える偏光変換手段を備えていることが好ましい。このように構成すると、光の利用効率を高めることができるので、表示画像の輝度を向上することができる。
この場合、前記電気光学装置で順次形成された各色の画像を投射する投射光学系を用いれば、プロジェクタなどを構成することができる。
In order to solve the above problems, in the composite prism of the present invention, light having at least predetermined optical characteristics is selectively transmitted to a plurality of joint surfaces formed by joining a plurality of light-transmitting members. The first selective reflection surface that reflects the other light and the second selective reflection surface are formed in a direction that intersects each other without being parallel or orthogonal to each other, and the first selective reflection surface and the first selective reflection surface The two selective reflection surfaces can synthesize or separate at least three light paths having different wavelengths.
In the present invention, the first selective reflection surface and the second selective reflection surface are formed on the bonding surface of the translucent member, and the optical paths of at least three lights having different wavelengths are formed by these selective reflection surfaces. Synthesize or separate. For this reason, since it is not necessary to synthesize or separate the optical paths using a single-plate polarization separation element or the like, the cost can be reduced and the degree of freedom in design can be improved. Also, unlike the X cube, it is not necessary to align the ridge lines of the four prisms in a straight line, so the yield is high and the reliability is high. In addition, the image quality can be improved.
In the present invention, each corner of the first rectangular plane having a rectangular parallelepiped shape composed of an opposing first rectangular plane and second rectangular plane is defined as a first corner, a second corner, a third corner, and A fourth corner, and each corner corresponding to the first corner, the second corner, the third corner, and the fourth corner in the second rectangular plane is a fifth corner, When the sixth corner portion, the seventh corner portion, and the eighth corner portion are defined, the first corner portion, the third corner portion, the seventh corner portion, and the fifth corner portion are formed on the first corner. And the second selective reflection surface is provided on a surface constituted by the third corner portion, the fourth corner portion, the fifth corner portion, and the sixth corner portion. It is characterized by.
In the present invention, for example, each of the first selective reflection surface and the second selective reflection surface is constituted by a polarization separation surface. Therefore, each of the first selective reflection surface and the second selective reflection surface transmits one of P-polarized light and S-polarized light within an arbitrary wavelength range, and the other. Reflects the light.
Such a composite prism can be used to form a display device including a plurality of electro-optical devices such as a liquid crystal light valve that modulates each color light emitted from the composite prism.
In another embodiment of the present invention, a plurality of columnar translucent members are joined to form an angle of 45 ° with respect to the incident surface, and a plurality of parallel joining surfaces are provided, and any of the plurality of joining surfaces is provided. The first selective reflection surface that selectively reflects light in a predetermined wavelength band is selected, and light in a wavelength band different from that of the first selective reflection surface is selected for any other joint surface The second selective reflecting surface that reflects the light is provided. Further, it is possible to separate the wavelength light having arbitrary polarized light by joining the polarization separation surfaces in parallel.
In the light source unit using the composite prism according to the present invention, the composite prism selectively uses the first color light in the wavelength bands of the three primary colors of red, green, and blue as the first selective reflection surface. A first dichroic mirror for color light that reflects, and a second dichroic mirror for color light that selectively reflects second color light toward the first dichroic mirror for color light as the second selective reflection surface; For the third color light, which is arranged on the opposite side of the first color light dichroic mirror with respect to the second color light dichroic mirror and reflects the third color light toward the second color light dichroic mirror A first color light source unit that emits the first color light toward the first dichroic mirror for color light, and is disposed toward the second dichroic mirror for color light. A second color light source unit that emits the second color light is disposed, a third color light source unit that emits the third color light toward the reflective surface is disposed, and the first color light source unit is disposed. It is preferable that light emission from the second color light source unit and the third color light source unit to the composite prism is switched at a predetermined timing.
In the light source unit using the composite prism according to the present invention, the composite prism selectively uses the first color light in the wavelength bands of the three primary colors of red, green, and blue as the first selective reflection surface. A first color light dichroic mirror that reflects, and a second color light dichroic mirror that selectively reflects second color light toward the first color light dichroic mirror as the second selective reflection surface; A first color light source unit that emits the first color light toward the first color light dichroic mirror is disposed, and emits the second color light toward the second color light dichroic mirror. A second color light source unit is disposed, and a third color light source unit that emits third color light from the opposite side of the second color light dichroic mirror to the second color light dichroic mirror is provided. , The first color light source unit, the second color light source section, and the third light emitted from the color light source unit to the composite prism preferably be switched at a predetermined timing.
In the present invention, each of the first color light source unit, the second color light source unit, and the third color light source unit is a light emitting element that emits predetermined color light, and the first color light source unit The lighting of the second color light source unit and the third color light source unit is controlled at a predetermined timing.
In the present invention, the first color light source unit, the second color light source unit, and the third color light source unit each emit light of each color obtained by color-dividing white light, Between the first color light source unit, the second color light source unit, the third color light source unit, and the composite prism, a shutter that controls the timing at which each color light is incident on the composite prism. You may employ | adopt the structure by which a means is arrange | positioned.
For example, in a light source unit including two composite prisms according to the present invention, of the two composite prisms, the first composite prism has three primary colors of red, green, and blue as the first selective reflecting surface. A first color light dichroic mirror that selectively reflects the first color light in the wavelength band, and a second color light directed toward the first color light dichroic mirror as the second selective reflection surface. A second color light dichroic mirror that selectively reflects, and a second color light dichroic mirror that is disposed on the opposite side of the first color light dichroic mirror to transmit the third color light to the second color light dichroic mirror. A third color light reflecting surface that reflects toward the color light dichroic mirror, and the second composite prism reflects the first color light to the first color light dichroic mirror of the first composite prism. A first color light reflecting surface that reflects toward the second color light and a second color light that selectively reflects toward the second color light dichroic mirror of the first composite prism as the first selective reflecting surface. A dichroic mirror for two color lights, and a dichroic for third color light that selectively reflects third color light as the second selective reflection surface toward the third color light reflection surface of the first composite prism. And a white light source that emits white light toward the third composite light dichroic mirror of the second composite prism with respect to the second composite prism, and the first composite prism; It is preferable that shutter means for controlling the timing at which each color light is incident on the first composite prism from the second composite prism is disposed between the second composite prism and the second composite prism. .
The light source unit to which the present invention is applied is used for a display device, for example.
For example, a display device is configured by arranging a plurality of the composite prisms in a matrix.
Further, the display device may be configured using an electro-optical device that sequentially modulates the color light emitted from the light source unit and sequentially generates color images corresponding to the color light.
In the present invention, it is preferable that the light source unit includes polarization conversion means for aligning the polarization direction of the color light emitted toward the electro-optical device. If comprised in this way, since the utilization efficiency of light can be improved, the brightness | luminance of a display image can be improved.
In this case, a projector or the like can be configured by using a projection optical system that projects images of each color sequentially formed by the electro-optical device.

図1は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの説明図である。
図2(A)、(B)は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの分解斜視図、(C)は従来の複合プリズムの分解斜視図である。
図3は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの製造方法を示す説明図である。
図4は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムに形成した選択性反射面の光学特性を示す説明図である。
図5は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの正面図、左側面図、および平面図である。
図6は、本発明の実施の形態1の変形例に係る複合プリズムに形成した選択性反射面の光学特性を示す説明図である。
図7は、本発明の実施の形態1の変形例に係る複合プリズムを用いた液晶プロジェクタの説明図である。
図8は、図7に示す液晶プロジェクタに用いたダイクロイックミラーアレイの説明図である。
図9は、図7に示す液晶プロジェクタに用いた別のダイクロイックミラーアレイの説明図である。
図10は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムの説明図である。
図11は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムに形成した選択性反射面の光学特性を示す説明図である。
図12は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムの使用例を示す説明図である。
図13は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムの製造方法を示す説明図である。
図14は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムを用いたテールランプの説明図である。
図15は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムの説明図である。
図16は、本発明の実施の形態2の変形例2に係る複合プリズムの説明図である。
図17は、本発明の実施の形態2の変形例2に係る複合プリズムに用いた選択性反射面の光学特性を示す説明図である。
図18は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムを用いた液晶プロジェクタの説明図である。
図19は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムを用いた別の液晶プロジェクタの説明図である。
図20は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムを用いた直視型の液晶表示装置の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a composite prism according to Embodiment 1 of the present invention.
2A and 2B are exploded perspective views of the composite prism according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2C is an exploded perspective view of a conventional composite prism.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing the composite prism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the selective reflection surface formed on the composite prism according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a front view, a left side view, and a plan view of the composite prism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the selective reflection surface formed in the composite prism according to the modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a liquid crystal projector using the composite prism according to the modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a dichroic mirror array used in the liquid crystal projector shown in FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram of another dichroic mirror array used in the liquid crystal projector shown in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the composite prism according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the selective reflection surface formed on the composite prism according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a usage example of the composite prism according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing the composite prism according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a tail lamp using the composite prism according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a composite prism according to Modification 1 of Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a composite prism according to the second modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the selective reflection surface used in the composite prism according to the second modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a liquid crystal projector using the composite prism according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram of another liquid crystal projector using the composite prism according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory diagram of a direct-view type liquid crystal display device using the composite prism according to the first modification of the second embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、複合プリズム
5、7 第1の選択性反射面
6、8 第2の選択性反射面
9 全反射面
31 第1の矩形平面
32 第2の矩形平面
51 赤色LED
52 緑色LED
53 青色LED
66、67、68 シャッタ(シャッタ手段)
73 偏光ビームスプリッタ
74、89、171〜173 液晶ライトバルブ(電気光学装置)
75 投射光学系
80 光源ユニット
81、82 偏光分離プリズム
83 偏光変換プリズム(偏光変換手段)
85 偏光分離面
86 偏光ビームスプリッタ
91 液晶パネル
111 白色光源
110 光源部
150 ダイクロイックミラーアレイ
221、222、223、223、224、225 透光性部材
LG 緑色光
LR 赤色光
LB 青色光
1, 2, Composite prism 5, 7 First selective reflection surface 6, 8 Second selective reflection surface 9 Total reflection surface 31 First rectangular plane 32 Second rectangular plane 51 Red LED
52 Green LED
53 Blue LED
66, 67, 68 Shutter (shutter means)
73 Polarizing Beam Splitters 74, 89, 171-173 Liquid Crystal Light Valve (Electro-Optical Device)
75 Projection optical system 80 Light source unit 81, 82 Polarization separation prism 83 Polarization conversion prism (polarization conversion means)
85 Polarization separation surface 86 Polarization beam splitter 91 Liquid crystal panel 111 White light source 110 Light source unit 150 Dichroic mirror arrays 221, 222, 223, 223, 224, 225 Translucent member LG Green light LR Red light LB Blue light

[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの説明図である。図2(A)、(B)は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの分解斜視図、(C)は従来の複合プリズムの分解斜視図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの製造方法を示す説明図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムに形成した選択性反射面の光学特性を示す説明図である。図5は、本発明の実施の形態1に係る複合プリズムの正面図、左側面図、および平面図である。
図1において、本形態の複合プリズム1は、互いに対向する第1の矩形平面31と第2の矩形平面32とを備えた立方体形状の複合プリズムであって、複数の透光性部材を接合したことにより形成される複数の接合面に以下の選択性反射面が形成されている。すなわち、第1の矩形平面31の各角部を各々、第1角部101、第2角部102、第3角部103および第4角部104とし、第2の矩形平面32で第1角部101、第2角部102、第3角部103および第4角部104に対応する各角部を各々、第5角部105、第6角部106、第7角部107および第8角部108としたとき、第1角部101、第3角部103、第7角部107および第5角部105によって構成される面に第1の選択性反射面5を備えている。また、第3角部103、第4角部104、第5角部105および第6角部106によって構成される面に第2の選択性反射面6備えている。従って、第1の選択性反射面5および第2の選択性反射面6は、複合プリズム1の端面に45°、傾いている。
このような構成をXYZ座標軸を用いて表すと、第1の選択性反射面5は、第1角部101(x0、y0、z0)、第3角部103(x1、y1、z0)、第7角部107(x1、y1、z1)、第5角部105(x0、y0、z1)で構成される矩形の接合面に形成され、第2の選択性反射面6は、第3角部103(x1、y1、z0)、第4角部104(x0、y1、z0)、第5角部105(x0、y0、z1)、第6角部106(x1、y0、z1)、で構成される矩形の接合面に形成されており、第1の選択性反射面5と第2の選択性反射面6とは直交していない。
このような構成の複合プリズム1を製造するには、図2(A)に示すように、まず、多層膜からなる第1の選択性反射面5を斜面に形成した断面三角形の棒状のビームスプリッタバー301を製作する。
次に、このビームスプリッタバー301を第1の選択性反射面5を介して接合した後、図2(B)に示すように、45°の角度で切断し、研磨加工を行う。
次に、研磨加工を施した面に対して、図2(B)、図3(A)に示すように、低温蒸着により多層膜からなる第2の選択性反射面6を形成する。
次に、図3(B)に示すように、再びバー状に接合した後、切断面を研磨する。その結果、複合プリズム1が完成する。
このような複合プリズム1では、それを製作する際、第1の選択性反射面5、および第2の選択性反射面6の平面度を損なうことがない。また、第1の選択性反射面5および第2の選択性反射面6はそれぞれ、同一の平面内に形成されるので、高い平面度を得ることができる。さらに、図3(C)に示すXキューブと違って4つのプリズムを各直角稜で合わせて接合する必要がない。それ故、接着剤の厚さを極端に薄くする必要がないので、ヒートショック試験においても良好な結果を示し、高い信頼性を備えている。
本形態の複合プリズム1を基本にして各種光学素子を構成した例を以下に説明する。まず、本例では、第1の選択性反射面5、および第2の選択性反射面6をいずれも多層膜で構成し、第1の選択性反射面5、および第2の選択性反射面6の各々に対して、以下に説明するような選択的反射特性を付与する。
すなわち、第1の選択性反射面5については、図4(A)に示す光学特性を付与し、3原色を構成する赤色光(赤を中心とする波長帯域の光)、緑色光(緑を中心とする波長帯域の光)、青色光(青を中心とする波長帯域の光)の可視波長帯域でP偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する面とする。また、第2の選択性反射面6については、図4(B)に示す光学特性を付与し、赤色光および緑色光を透過し青色光を反射する青反射面とする。また、第2の選択性反射面6については、青色光であっても、P偏光の光を透過し、S偏光の光を反射するように構成する。
このように構成した複合プリズム1において、図1および図5に示すように、矩形平面21から入射する光LGを、予めP波に偏光された緑色光としたとき、この光LG(P)は、第1の選択性反射面5および第2の選択性反射面6を透過して矩形平面22に向かって直進する。
また、矩形平面11から入射する光LRを、予めS波に偏光された赤色光としたとき、この光LR(S)は、45°の入射角をもって第1の選択性反射面5で全反射した後、第2の選択性反射面6を透過して矩形平面22に向かう。
また、矩形平面32から入射する光LBを、予めS波に偏光された青色光LB(S)としたとき、この光LBは、45°の入射角をもって第2の選択性反射面6で全反射した後、第1の選択性反射面5を透過して矩形平面22に向かう。
従って、本形態の複合プリズム1によれば、波長の異なる3つの色光の光路を合成することができる。
逆に言えば、偏光方向を調整した白色光を矩形平面22から入射したとき、矩形平面11からは赤色光LRが出射され、矩形平面32からは青色光LBが出射され、矩形面21からは緑光LBとが出射される。従って、波長の異なる3つ以上の色光の光路を分離することができるともいえる。その際、偏光方向を調整しておけば、矩形平面12から赤色光LRと緑色光LGの合成光が出射し、矩形平面31から青色光LBと緑色光LGの合成光を出射することもできる。
[実施の形態1の変形例]
図6(A)、(B)は、本発明の実施の形態1の変形例に係る複合プリズム1に用いた第1の選択性反射面5、および第2の選択性反射面6の光学特性を示す説明図である。図7は、この複合プリズムを用いた液晶プロジェクタの説明図である。図8および図9は、図7に示す液晶プロジェクタに用いたダイクロイックミラーアレイの説明図である。
本例の複合プリズム1も、図1を参照して説明したように、互いに対向する第1の矩形平面31と第2の矩形平面32とを備えた立方体形状の複合プリズムであって、複数の透光性部材を接合したことにより形成される複数の接合面に以下の選択性反射面が形成されている。すなわち、第1の矩形平面31の各角部を各々、第1角部101、第2角部102、第3角部103および第4角部104とし、第2の矩形平面32で第1角部101、第2角部102、第3角部103および第4角部104に対応する各角部を各々、第5角部105、第6角部106、第7角部107および第8角部108としたとき、第1角部101、第3角部103、第7角部107および第5角部105によって構成される面に第1の選択性反射面5を備えている。また、第3角部103、第4角部104、第5角部105および第6角部106によって構成される面に第2の選択性反射面6を備えている。従って、第1の選択性反射面5および第2の選択性反射面6は、複合プリズム1の端面に45°、傾いている。また、第1の選択性反射面5と第2の選択性反射面6とは直交していない。
ここで、第1の選択性反射面5は、図6(A)に示す光学特性を備えた偏光分離膜によって構成され、第2の選択性反射面6については、図6(B)に示す光学特性を備えた偏光分離膜によって構成されている。
このように構成した複合プリズム1を用いた液晶プロジェクタは、図7に示すように、白色光源111およびリフレクタ112を備えた光源部110と、この光源部110から出射された白色光をP偏光に揃えるためのPBS(偏光ビームスプリッタ)コンバータ120と、このPBSコンバータ120から出射された光を青色光LBと、赤色光LRと緑色光LGとの混合光とに色分離するダイクロイックミラー130とを有している。青色光LBに対しては、ダイクロイックミラー130から出射された光を複合プリズム1の矩形平面31(図1を参照)に導く全反射ミラー140が配置されており、青色光LBは、P偏光の光として複合プリズム1に入射する。
一方、赤色光LRと緑色光LGとの混合光に対しては、緑色光LGを選択的にS偏光の光とするダイクロイックミラーアレイ150と、全反射ミラー160とが配置されており、ダイクロイックミラーアレイ150からP偏光の光として出射された赤色光LR、およびダイクロイックミラーアレイ150からS偏光の光として出射された緑色光LGは、共通の光路を辿って複合プリズム1に入射する。
ここで、ダイクロイックミラーアレイ150としては、図8あるいは図9に示すものを用いることができる。これらのダイクロイックミラーアレイのうち、図8に示すものは、断面形状が45度の鋭角を有する平行四辺形や三角形の柱状の透光性部材155が傾斜端面で接合されている。第1の接合界面151には、緑色光LGを反射して赤色光LRを透過するダイクロイックミラー152が形成され、それに対向する第2の接合界面153には、全反射ミラー154が形成されている。また、ダイクロイックミラーアレイ150の入射端面にはインテグレートレンズアレイ156が配置され、全反射ミラー154からの出射端面には1/2λ板157が配置されている。
従って、図7に示すダイクロイックミラー130から出射されたP偏光の赤色光LRおよびP偏光の緑色光LGは、インテグレートレンズアレイ156によってダイクロイックミラー152に導かれると、赤色光LRは、ダイクロイックミラー152を透過してP偏光の光のまま出射される。これに対して、緑色光LGは、ダイクロイックミラー152で反射した後、全反射ミラー154で1/2λ板157に向けて反射され、S偏光の光として出射される。
なお、ダイクロイックミラーアレイ150については、図9に示すように、第1の接合界面151に、緑色光LGを透過して赤色光LRを反射するダイクロイックミラー158が形成され、それに対向する第2の接合界面153には、全反射ミラー159が形成されている構成であってもよい。このダイクロイックミラーアレイ150には、ダイクロイックミラー158からの出射端面に1/2λ板157が配置されている。従って、図7に示すダイクロイックミラー130から出射されたP偏光の赤色光LRおよびP偏光の緑色光LGは、インテグレートレンズアレイ(図8参照)によってダイクロイックミラー158に導かれると、緑色光LGは、ダイクロイックミラー158を透過した後、1/2λ板157でS偏光に変換された後、出射される。これに対して、赤色光LRは、ダイクロイックミラー158で反射した後、全反射ミラー159で反射され、P偏光の光として出射される。
このように構成した液晶プロジェクタにおいて、複合プリズム1の所定の矩形平面に対して、赤色光LRに対する反射型の液晶ライトバルブ171(電気光学装置)、緑色光LGに対する反射型の液晶ライトバルブ172、および青色光LBに対する反射型の液晶ライトバルブ173が配置される。
従って、青色光LBは、複合プリズム1に入射すると、第2の選択性反射面6を透過して青色光用の液晶ライトバルブ173に到達した後、この液晶ライトバルブ173で反射される。その間に、液晶ライトバルブ173で画素毎に光変調され、S偏光とされた光成分については、第2の選択性反射面6で反射され、投射光学系(図示せず)に導かれる。
また、赤色光LRと緑色光LGは、混合光として複合プリズム1に入射すると、赤色光LRのみが第1の選択性反射面5を透過して赤色光用の液晶ライトバルブ171に到達した後、この液晶ライトバルブ171で反射される。その間に、液晶ライトバルブ171で画素毎に光変調され、S偏光とされた光成分については、第1の選択性反射面5で反射され、投射光学系に導かれる。
これに対して、緑色光LGは第1の選択性反射面5で反射して緑色光用の液晶ライトバルブ172に到達した後、この液晶ライトバルブ172で反射される。その間に、液晶ライトバルブ172で画素毎に光変調され、P偏光とされた光成分については、第1の選択性反射面5を透過して投射光学系に導かれる。
そして、投射光学系から出射された各色光によりスクリーン上には所定のカラー画像が表示されることになる。
このように本形態の複合プリズム1を用いた液晶プロジェクタでは、偏光プリズム1の周囲には、青色光LBの光路と、赤色光LRと緑色光LGとの混合光の光路を確保すればよいので、液晶プロジェクタの小型化を図ることができる。また、本形態の複合プリズム1を用いた液晶プロジェクタでは、偏光プリズム1からみたとき、青色光LBの光路と、赤色光LRと緑色光LGとの混合光の光路と、偏光プリズム1からの出射光路を3次元的に配置できるので、液晶プロジェクタにおいて光学系を配置するときの設計の自由度が高い。
さらに、本形態の複合プリズム1は、Xキューブと違って、各プリズム単体の各稜線が一箇所に集中しないので、投射された画像の中心にプリズム単体の稜線が映るという事態を回避できる。
[実施の形態2]
図10は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムの説明図である。図11は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムに形成した選択性反射面の光学特性を示す説明図である。図12は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムの使用例を示す説明図である。図13は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムの製造方法を示す説明図である。
図10において、本形態の複合プリズム2は、ダイクロイックミラーモジュールであり、断面形状が45度の鋭角を有する直角二等辺三角形をした柱状の透光性部材221と、断面形状が45度の鋭角を有する平行四辺形をした柱状の透光性部材222、223とが傾斜端面で接合されている。また、一方の端部226には、断面形状が45度の鋭角を有する直角二等辺三角形をした柱状のダミーの透光性部材224が接合され、3つの接合面231、232、233を備えている。
これら3つの接合界面231、232、233のうち、第1の接合界面231には、図11に示す光学特性を備えたダイクロイックミラーからなる第1の選択性反射面7が形成され、この第1の選択性反射面7は、赤色光LRを反射する一方、緑色光LGおよび青色光LBを透過する。また、第2の接合界面232には、図11に示す光学特性を備えたダイクロイックミラーからなる第2の選択性反射面8が形成され、この第2の選択性反射面8は、赤色光LRおよび緑色光LGを反射する一方、青色光LBを透過する。なお、第3の接合界面233には、青色光に対するミラーとして、図11に示す光学特性を備える全反射面9が形成されている。
このように構成した複合プリズム2は、他方の端部227が出射端面として、例えば、図12に示すように、拡散レンズ241が配置される。また、複合プリズム2の側面には、集光プレート229が配置される。また、集光プレート229によって、第1の選択性反射面7に向けて赤色LED51が配置され、第2の選択性反射面8に向けて緑色LED252が配置され、全反射面9に向けて青色LED53が配置されている。
このように構成したモジュールでは、赤色LED51から出射された赤色光LRは、複合プリズム2において、第1の選択性反射面7で反射され、拡散レンズ41を介して出射される。緑色LED52から出射された緑色光LGは、複合プリズム2において、第2の選択性反射面8で反射した後、第1の選択性反射面7を透過し、しかる後に、拡散レンズ41を介して出射される。青色LED53から出射された青色光LBは、複合プリズム2において、全反射面9で反射した後、第2の選択性反射面8および第1の選択性反射面7を順次透過し、しかる後に、拡散レンズ41を介して出射される。
従って、本形態の複合プリズム2によれば、波長の異なる3つの色光の光路を合成することができる。また、各LED51、52、53を点灯させる組み合わせにより、白色に加えて、6色の色光を出射することができる。
このような構成の複合プリズム2を製造するにあたっては、図13に示すように、平行な2つの基板面を有する複数の透光性基板160の各々の面に、図11を参照して説明した第1の選択性反射面7、第2の選択性反射面8、および全反射面9を形成した後、これらのラミネート基板(透光性基板160)をダミーの透光性基板161とともに光硬化性接着剤を介して重ねる。その際、各基板の端部が45°となるように重ね合わせ位置をずらす。次に、光硬化性接着剤を硬化させた後、点線で示す切断線に沿って、透光性基板160、161の基板面に対して45°の角度をなすように切断し、しかる後に切断面を研磨して、図10に示す複合プリズム2を製造する。従って、Xキューブと違って、生産効率が高いので、安価である。
(複合プリズム2の使用例)
図14は、本発明の実施の形態2に係る複合プリズムを用いたテールランプの説明図である。
複合プリズム2については、例えば、図14に示すように、フライアレイのように、多数、マトリクス状に配置して自動車のテールランプ200などの表示装置を構成することができる。また、本形態の複合プリズム2を用いれば、60万ドット(1000ドット×600ドット)、さらには100万ドット(1200ドット×830ドット)の屋外表示パネルを構成することができる。これらいずれの表示装置でも、3種類のLED51、52、53を所定のタイミングで点灯すれば、任意の色で表示を行うことができる。また、近距離においても解像度が高く、従来の表示装置と比較して2倍以上の解像度を得ることができる。さらに、1ドットで黒表示に加えて、7色の表現を行うことができるので、ブレーキランプの他、ハザードランプ、バックランプ、キーロック警告ランプ、盗難防止用ランプなど、計7種のシグナルランプとして用いることができるなど、各種のパイロットランプとして用いることができる。しかも、画像デザインもオプションで選択できるので、個性的なランプを構成できる。
[実施の形態2の変形例1]
実施の形態2に係る複合プリズム2については、例えば、図15に示すダイクロイックミラーアレイとして構成してもよい。
図15は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムの説明図である。ここに示す複合プリズム2では、断面形状が45度の鋭角を有する直角二等辺三角形をした柱状の透光性部材221と、断面形状が45度の鋭角を有する平行四辺形をした柱状の透光性部材222と、断面形状が45度の鋭角を有する直角二等辺三角形をした柱状の透光性部材225とが傾斜端面で接合され、2つの接合界面231、232を備えている。
これら2つの接合界面のうち、第1の接合界面231には、図11に示す光学特性を備えたダイクロイックミラーからなる第1の選択性反射面7が形成され、この第1の選択性反射面7は、赤色光LRを反射する一方、緑色光LGおよび青色光LRを透過する。また、第2の接合界面232には、図11に示す光学特性を備えたダイクロイックミラーからなる第2の選択性反射面8が形成され、この第2の選択性反射面8は、赤色光LRおよび緑色光LGを反射する一方、青色光LBを透過する。
このように構成した複合プリズム2は、他方の端部227が出射端面として、例えば、拡散レンズ41が配置される。また、複合プリズム2の側面には、第1の選択性反射面7に向けて赤色LED51が配置され、第2の選択性反射面8に向けて緑色LED52が配置される。また、透光性部材25の側の端部には、他方の端部227に向けて青色LED53が配置されている。
このように構成したモジュールでは、赤色LED51から出射された赤色光LRは、複合プリズム2において、第1の選択性反射面7で反射され、拡散レンズ41を介して出射される。緑色LED52から出射された緑色光LGは、複合プリズム2において、第2の選択性反射面8で反射した後、第1の選択性反射面7を透過し、しかる後に、拡散レンズ41を介して出射される。青色LED53から出射された青色光LBは、第2の選択性反射面8および第1の選択性反射面7を順次透過し、しかる後に、拡散レンズ41を介して出射される。
従って、本形態の複合プリズム2によれば、波長の異なる3つの色光の光路を合成することができ、このような複合プリズム2も、図14を参照して説明したテールランプ200などの表示装置として利用できる。
[実施の形態2の変形例2]
実施の形態2に係る複合プリズムについては、例えば、図16に示すモジュールに用いる分光用のダイクロイックミラーアレイとして構成してもよい。
図16は、本発明の実施の形態2の変形例2に係る複合プリズムの説明図である。図17は、本発明の実施の形態2の変形例2に係る複合プリズムに用いた選択性反射面の光学特性を示す説明図である。
ここに示す複合プリズム2′では、断面形状が45度の鋭角を有する直角二等辺三角形をした柱状の透光性部材221′と、断面形状が45度の鋭角を有する平行四辺形をした柱状の透光性部材222′、223′とが傾斜端面で接合されている。また、一方の端部226′には、断面形状が45度の鋭角を有する直角二等辺三角形をした柱状のダミーの透光性部材224′が接合され、3つの接合面231′、232′、233′を備えている。
これら3つの接合界面のうち、第1の接合界面231′には、赤色光に対するミラーとして、図17に示す光学特性を備えた全反射面7′が形成されている。また、第2の接合界面232′には、図17に示す光学特性を備えたダイクロイックミラーからなる第1の選択性反射面8′が形成され、この第1の選択性反射面8′は、青色光LBおよび緑色光LGを反射する一方、赤色光LRを透過する。また、第3の接合界面233′には、図17に示す光学特性を備えたダイクロイックミラーからなる第2の選択性反射面9′が形成され、この第2の選択性反射面9′は、青色光LRを反射する一方、緑色光LGおよび赤色光LRを透過する。
このように構成した複合プリズム2′(第2の複合プリズム)は、一方の端部27′が入射端面として、例えば、シャッタ63、偏光変換プリズム69、レンズアレイ61および白色光源62が配置される。また、複合プリズム2′の側面には、3台のシャッタ66、67、68を介して、図10を参照して説明した複合プリズム2(第1の複合プリズム)が配置されて光源ユニットを構成する。
このように構成した光源ユニットにおいて、白色光源62から出射された光は、偏光変換プリズム69で偏光方向が揃えられた後、複合プリズム2′に入射する。そして、白色光に含まれる青色光成分は、複合プリズム2′の第2の選択性反射面9′で反射して青色光LBとして複合プリズム2に入射する一方、赤色光成分と緑色光成分は、第2の選択性反射面9′を透過する。次に、複合プリズム2に入射した青色光LBは、全反射面9で反射した後、第2の選択性反射面8および第1の選択性反射面7を順次透過し、しかる後に、拡散レンズ41を介して出射される。
また、第2の選択性反射面9′を透過した赤色光成分と緑色光成分は、第1の選択性反射面8′に到達し、それに含まれる緑色光成分は、複合プリズム2′の第1の選択性反射面8′で反射して緑色光LGとして複合プリズム2に入射する一方、赤色光成分は、第1の選択性反射面8′を透過する。そして、複合プリズム2に入射した緑色光LGは、第2の選択性反射面8で反射した後、第1の選択性反射面7を透過し、しかる後に、拡散レンズ41を介して出射される。
また、第1の選択性反射面8′を透過した赤色光成分は、全反射面7′で反射して赤色光LRとして複合プリズム2に入射する。そして、複合プリズム2に入射した赤色光LGは、第1の選択性反射面7で反射した後、拡散レンズ41を介して出射される。
このように、本形態の複合プリズム2′によれば、波長の異なる3つの色光の光路を分離することができる。
また、3台のシャッタ66、67、68を所定のタイミングで開閉すれば、複合プリズム2から任意の色を出射できる。従って、カラーホイールを用いなくても、フィールドシーケンシャル方式の液晶プロジェクタの光源ユニットなどとして用いることができ、このような光源ユニットによれば、光路での光吸収が少ないので、高輝度のカラー画像を表示することができる。
また、高輝度を必要とする屋外表示パネルを構成する際、光源として高圧水銀ランプやハロゲンランプなどを用いることができる。
さらに、本例では、白色光が偏光変換プリズム69(偏光変換手段)によって偏光方向がP偏光あるいはS偏光に揃えられているので、シャッタ66、67、68(シャッタ手段)として、液晶パネルを用いることができる。このような液晶パネルをシャッタ66、67、68として用いれば、同期をとるのが容易である。
[実施の形態2の液晶プロジェクタへの利用例1]
上記の実施の形態2、およびその変形例に係る複合プリズム2、2′は、以下に説明するように、液晶プロジェクタに搭載可能である。
図18は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムを用いた液晶プロジェクタの説明図である。図18に示す液晶プロジェクタは、実施の形態2の変形例に係る複合プリズム2を光源としたものであり、複合プリズム2の出射側には偏光板71が配置され、さらに偏光分離面72を備えた偏光ビームスプリッタ73が配置されている。また、偏光ビームスプリッタ73の端面に対向するように反射型の液晶ライトバルブ74が配置され、その反対側の端面側には投射光学系75が配置されている。
このように構成した液晶プロジェクタでは、複合プリズム2から赤色光LR、緑色光LG、および青色光LBが順次出射され、偏光板71によって例えばP偏光の光のみが偏光ビームスプリッタ73に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ73に入射した光は、偏光分離面72によって液晶ライトバルブ74に向けて反射され、液晶ライトバルブ74で変調された後、再び偏光分離面72に向かう。その際、S偏光とされた光は、偏光分離面72を透過して投射光学系75から拡大投射される。
その間、各色のLED51、52、53が順次点灯するタイミングに合わせて、液晶ライトバルブ74では、各画素が駆動され、色光に合わせた画像が順次、形成される。それ故、新たなタイプのフィールドシーケンシャル方式の液晶プロジェクタを構成でき、この液晶プロジェクタによれば、投射光学系75からカラー画像が拡大投射することができる。
[実施の形態2の液晶プロジェクタへの利用例2]
図19は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムを用いた別の液晶プロジェクタの説明図である。
図19に示す液晶プロジェクタは、実施の形態2の変形例に係る複合プリズム2と、2つの偏光分離プリズム81、82を備えた偏光変換プリズム83(偏光変換手段)とからなる光源ユニット80を複数、配置したものである。ここで、偏光変換プリズム83では、偏光分離プリズム81、82の間に1/2λ板88が配置されている。また、複数の光源ユニット80に隣接して、偏光分離面85を備えた偏光ビームスプリッタ86が配置され、その反対側には、反射型の液晶ライトバルブ89が配置されている。なお、図19には、赤色光LRが出射されている様子を示してある。
このように構成した液晶プロジェクタでは、複合プリズム2から赤色光LR、緑色光LG、および青色光LBが順次、偏光変換プリズム83の第1の偏光分離プリズム81に出射される。そして、複合プリズム2から出射された色光のうち、例えばP偏光の光成分は、第1の偏光分離プリズム81の偏光分離面を透過した後、偏光ビームスプリッタ86の偏光分離面85を透過し、液晶ライトバルブ89に向かう。そして、液晶ライトバルブ74で変調された後、再び偏光分離面72に向かう。その際、S偏光とされた光は、偏光分離面85で反射して投射光学系(図示せず)から拡大投射される。
また、複合プリズム2から出射された色光のうち、S偏光の光成分は、第1の偏光分離プリズム81の偏光分離面で反射して、1/2λ板88によりP偏光の光に変換された後、第2の偏光分離プリズム82に入射する。そして、第2の偏光分離プリズム82の偏光分離面で反射して偏光ビームスプリッタ86に入射した後、偏光分離面85を透過し、液晶ライトバルブ89に向かう。そして、液晶ライトバルブ89で変調された後、再び偏光分離面85に向かう。その際、S偏光とされた光は、偏光分離面85で反射して投射光学系(図示せず)から拡大投射される。
その間、各色のLED51、52、53が順次点灯するタイミングに合わせて、液晶ライトバルブ89では、各画素が駆動され、色光に合わせた画像が順次、形成される。それ故、投射光学系からカラー画像が拡大投射される。
このように構成した場合には、従来の色フィルタを用いたフィールドシーケンシャル方式の液晶プロジェクタと比較して、LED51、52、53から出射された光の利用効率が高いという利点がある。
[実施の形態2の直視型表示装置への利用例]
図20は、本発明の実施の形態2の変形例1に係る複合プリズムを用いた直視型の液晶表示装置の説明図である。
図20に示す液晶表示装置は、透過型あるいは半透過反射型の液晶パネル91を用いた直視型表示装置である。液晶パネル91としては、例えば、画素スイッチング素子としてTFTを用いたアクティブマトリクス型の液晶パネルを用いることができる。
このような表示装置では、表示面側に偏光板92が配置され、背面側には、拡散板などの光学シート96、および導光板93が重ねて配置されている。また、導光板93の側端部には、図19を参照して説明した光源ユニット80が複数、配置され、この光源ユニット80は、実施の形態2の変形例に係る複合プリズム2と、偏光変換プリズム83とを有し、偏光変換プリズム83では、2つの偏光分離プリズムの間に1/2λ板が配置されている。
このように構成した表示装置でも、図19に示す液晶プロジェクタと同様、複合プリズム2から赤色光LR、緑色光LG、および青色光LBが順次、出射され、偏光変換プリズム83を介して導光板93に入射する。そして、導光板93に入射した光は、導光板93内で反射を繰り返しながら、液晶パネル91に入射することになる。そして、液晶パネル91で変調された後、出射され、カラー画像を表示する。その間、各色のLEDが順次点灯するタイミングに合わせて、液晶パネル91では、各画素が駆動され、色光に合わせた画像が順次、形成される。それ故、これらの画像が合成されてカラー画像が表示される。
このように構成した表示装置の最大の特徴は、カラーフィルタを介さないでカラー画像を表示することである。従って、カラーフィルタに起因する光の利用効率の低下がない。また、本例の表示装置では、赤のLED51、緑のLED52、青のLED53から出射される3原色の光源を導光板93に入射する前、偏光光に変換しておくので、光源の照度をそのまま維持して液晶パネル91に出射できる。それ故、現行の約3倍の輝度を得ることができるので、モバイルコンピュータや携帯電話機のように、屋外で画像を見る必要がある場合でも、利用者は明瞭な画像を見ることができる。
[その他の実施の形態]
なお、上記形態では、プロジェクタのライトバルブとして液晶ライトバルブを用いた例で説明したが、ライトバルブとして、マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micromirror Device)を使ったプロジェクタに対して、本発明に係る複合プリズムを用いてもよい。
また、上記形態では、プロジェクタおよび直視型の表示装置に、本発明に係る複合プリズムを用いた例を説明したが、その他の表示装置あるいはその他の光学機器に本発明に係る複合プリズムを用いてもよい。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a composite prism according to Embodiment 1 of the present invention. 2A and 2B are exploded perspective views of the composite prism according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2C is an exploded perspective view of a conventional composite prism. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing the composite prism according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the selective reflection surface formed on the composite prism according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 is a front view, a left side view, and a plan view of the composite prism according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the composite prism 1 of this embodiment is a cubic composite prism having a first rectangular plane 31 and a second rectangular plane 32 facing each other, and a plurality of translucent members are joined to each other. The following selective reflection surfaces are formed on the plurality of bonding surfaces formed by the above. That is, each corner of the first rectangular plane 31 is defined as a first corner 101, a second corner 102, a third corner 103, and a fourth corner 104, and the first corner of the second rectangular plane 32 is the first corner. The corner portions corresponding to the portion 101, the second corner portion 102, the third corner portion 103, and the fourth corner portion 104 are respectively designated as the fifth corner portion 105, the sixth corner portion 106, the seventh corner portion 107, and the eighth corner portion. When the portion 108 is used, the first selective reflection surface 5 is provided on the surface constituted by the first corner portion 101, the third corner portion 103, the seventh corner portion 107, and the fifth corner portion 105. Further, the second selective reflection surface 6 is provided on the surface constituted by the third corner portion 103, the fourth corner portion 104, the fifth corner portion 105, and the sixth corner portion 106. Accordingly, the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 are inclined by 45 ° with respect to the end surface of the composite prism 1.
When such a configuration is expressed using XYZ coordinate axes, the first selective reflection surface 5 includes a first corner portion 101 (x0, y0, z0), a third corner portion 103 (x1, y1, z0), The second selective reflection surface 6 is formed at the third corner portion by being formed on a rectangular joint surface including the seven corner portions 107 (x1, y1, z1) and the fifth corner portion 105 (x0, y0, z1). 103 (x1, y1, z0), a fourth corner portion 104 (x0, y1, z0), a fifth corner portion 105 (x0, y0, z1), and a sixth corner portion 106 (x1, y0, z1). The first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 are not orthogonal to each other.
In order to manufacture the composite prism 1 having such a configuration, as shown in FIG. 2A, first, a rod-shaped beam splitter having a triangular cross section in which a first selective reflection surface 5 made of a multilayer film is formed on an inclined surface. Bar 301 is made.
Next, after this beam splitter bar 301 is joined via the first selective reflection surface 5, as shown in FIG. 2B, it is cut at an angle of 45 ° and polished.
Next, as shown in FIGS. 2B and 3A, a second selective reflection surface 6 made of a multilayer film is formed on the polished surface by low temperature deposition.
Next, as shown in FIG. 3B, after joining again in the bar shape, the cut surface is polished. As a result, the composite prism 1 is completed.
In such a composite prism 1, the flatness of the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 is not impaired when the composite prism 1 is manufactured. Moreover, since the 1st selective reflection surface 5 and the 2nd selective reflection surface 6 are each formed in the same plane, high flatness can be obtained. Further, unlike the X cube shown in FIG. 3C, it is not necessary to join the four prisms together at the right-angled ridges. Therefore, since it is not necessary to extremely reduce the thickness of the adhesive, good results are obtained even in the heat shock test, and high reliability is provided.
An example in which various optical elements are configured based on the composite prism 1 of this embodiment will be described below. First, in this example, each of the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 is formed of a multilayer film, and the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface. Each of 6 is given selective reflection characteristics as described below.
That is, the first selective reflecting surface 5 has the optical characteristics shown in FIG. 4A, and the red light (light in the wavelength band centered on red) and green light (green A surface that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light in the visible wavelength band of blue light (light having a wavelength band centered on blue) and blue light (light having a wavelength band centered on blue). The second selective reflection surface 6 is a blue reflection surface that imparts the optical characteristics shown in FIG. 4B and transmits red light and green light and reflects blue light. The second selective reflecting surface 6 is configured to transmit P-polarized light and reflect S-polarized light even for blue light.
In the composite prism 1 configured in this way, as shown in FIGS. 1 and 5, when the light LG incident from the rectangular plane 21 is green light previously polarized into P waves, the light LG (P) is Then, the light passes through the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 and goes straight toward the rectangular plane 22.
Further, when the light LR incident from the rectangular plane 11 is red light previously polarized into S waves, the light LR (S) is totally reflected by the first selective reflection surface 5 with an incident angle of 45 °. After that, the light passes through the second selective reflection surface 6 and travels toward the rectangular plane 22.
In addition, when the light LB incident from the rectangular plane 32 is blue light LB (S) previously polarized into S waves, the light LB is totally reflected on the second selective reflection surface 6 with an incident angle of 45 °. After the reflection, the light passes through the first selective reflection surface 5 and travels toward the rectangular plane 22.
Therefore, according to the composite prism 1 of the present embodiment, it is possible to synthesize optical paths of three colored lights having different wavelengths.
In other words, when white light whose polarization direction is adjusted is incident from the rectangular plane 22, the red light LR is emitted from the rectangular plane 11, the blue light LB is emitted from the rectangular plane 32, and the rectangular plane 21 Green light LB is emitted. Therefore, it can be said that the optical paths of three or more colored lights having different wavelengths can be separated. At this time, if the polarization direction is adjusted, the combined light of the red light LR and the green light LG can be emitted from the rectangular plane 12 and the combined light of the blue light LB and the green light LG can be emitted from the rectangular plane 31. .
[Modification of Embodiment 1]
6A and 6B show optical characteristics of the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 used in the composite prism 1 according to the modification of the first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows. FIG. 7 is an explanatory diagram of a liquid crystal projector using this composite prism. 8 and 9 are explanatory diagrams of the dichroic mirror array used in the liquid crystal projector shown in FIG.
As described with reference to FIG. 1, the composite prism 1 of the present example is also a cubic composite prism including a first rectangular plane 31 and a second rectangular plane 32 facing each other, The following selective reflection surfaces are formed on a plurality of bonding surfaces formed by bonding the translucent members. That is, each corner of the first rectangular plane 31 is defined as a first corner 101, a second corner 102, a third corner 103, and a fourth corner 104, and the first corner of the second rectangular plane 32 is the first corner. The corner portions corresponding to the portion 101, the second corner portion 102, the third corner portion 103, and the fourth corner portion 104 are respectively designated as the fifth corner portion 105, the sixth corner portion 106, the seventh corner portion 107, and the eighth corner portion. When the portion 108 is used, the first selective reflection surface 5 is provided on the surface constituted by the first corner portion 101, the third corner portion 103, the seventh corner portion 107, and the fifth corner portion 105. Further, the second selective reflection surface 6 is provided on the surface constituted by the third corner portion 103, the fourth corner portion 104, the fifth corner portion 105 and the sixth corner portion 106. Accordingly, the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 are inclined by 45 ° with respect to the end surface of the composite prism 1. Further, the first selective reflection surface 5 and the second selective reflection surface 6 are not orthogonal.
Here, the first selective reflection surface 5 is constituted by a polarization separation film having optical characteristics shown in FIG. 6A, and the second selective reflection surface 6 is shown in FIG. 6B. It is comprised by the polarization separation film provided with the optical characteristic.
As shown in FIG. 7, the liquid crystal projector using the composite prism 1 configured as described above has a light source unit 110 including a white light source 111 and a reflector 112, and white light emitted from the light source unit 110 is converted to P-polarized light. PBS (polarizing beam splitter) converter 120 for aligning, and dichroic mirror 130 for color-separating the light emitted from PBS converter 120 into blue light LB and mixed light of red light LR and green light LG is doing. For the blue light LB, a total reflection mirror 140 for guiding the light emitted from the dichroic mirror 130 to the rectangular plane 31 (see FIG. 1) of the composite prism 1 is disposed. The light enters the composite prism 1 as light.
On the other hand, for the mixed light of the red light LR and the green light LG, a dichroic mirror array 150 that selectively converts the green light LG into S-polarized light and a total reflection mirror 160 are arranged. The red light LR emitted as P-polarized light from the array 150 and the green light LG emitted as S-polarized light from the dichroic mirror array 150 enter the composite prism 1 along a common optical path.
Here, as the dichroic mirror array 150, the one shown in FIG. 8 or FIG. 9 can be used. Among these dichroic mirror arrays, the one shown in FIG. 8 has a parallelogram or triangular columnar translucent member 155 having an acute angle of 45 degrees in cross-section joined at an inclined end face. A dichroic mirror 152 that reflects green light LG and transmits red light LR is formed at the first bonding interface 151, and a total reflection mirror 154 is formed at the second bonding interface 153 that faces the first linking interface 151. . Further, an integral lens array 156 is disposed on the incident end face of the dichroic mirror array 150, and a ½λ plate 157 is disposed on the exit end face from the total reflection mirror 154.
Accordingly, when the P-polarized red light LR and the P-polarized green light LG emitted from the dichroic mirror 130 shown in FIG. 7 are guided to the dichroic mirror 152 by the integrated lens array 156, the red light LR is transmitted through the dichroic mirror 152. The light is transmitted and emitted as P-polarized light. On the other hand, the green light LG is reflected by the dichroic mirror 152, then reflected by the total reflection mirror 154 toward the 1 / 2λ plate 157, and emitted as S-polarized light.
In the dichroic mirror array 150, as shown in FIG. 9, a dichroic mirror 158 that transmits the green light LG and reflects the red light LR is formed at the first bonding interface 151, and the second dichroic mirror array 150 is opposed to the second dichroic mirror array 150. The junction interface 153 may have a configuration in which a total reflection mirror 159 is formed. In this dichroic mirror array 150, a 1 / 2λ plate 157 is disposed on the exit end face from the dichroic mirror 158. Therefore, when the P-polarized red light LR and the P-polarized green light LG emitted from the dichroic mirror 130 shown in FIG. 7 are guided to the dichroic mirror 158 by the integrated lens array (see FIG. 8), the green light LG is After passing through the dichroic mirror 158, it is converted to S-polarized light by the ½λ plate 157 and then emitted. On the other hand, the red light LR is reflected by the dichroic mirror 158, then reflected by the total reflection mirror 159, and emitted as P-polarized light.
In the liquid crystal projector configured as described above, with respect to a predetermined rectangular plane of the composite prism 1, a reflective liquid crystal light valve 171 (electro-optical device) for red light LR, a reflective liquid crystal light valve 172 for green light LG, In addition, a reflective liquid crystal light valve 173 for the blue light LB is disposed.
Accordingly, when the blue light LB is incident on the composite prism 1, the blue light LB passes through the second selective reflection surface 6, reaches the blue light liquid crystal light valve 173, and then is reflected by the liquid crystal light valve 173. In the meantime, the light component light-modulated for each pixel by the liquid crystal light valve 173 and converted into S-polarized light is reflected by the second selective reflection surface 6 and guided to the projection optical system (not shown).
Further, when the red light LR and the green light LG enter the composite prism 1 as mixed light, only the red light LR passes through the first selective reflection surface 5 and reaches the liquid crystal light valve 171 for red light. Reflected by the liquid crystal light valve 171. In the meantime, the light component light-modulated for each pixel by the liquid crystal light valve 171 and converted to S-polarized light is reflected by the first selective reflection surface 5 and guided to the projection optical system.
On the other hand, the green light LG is reflected by the first selective reflection surface 5 and reaches the liquid crystal light valve 172 for green light, and then is reflected by the liquid crystal light valve 172. In the meantime, the light component light-modulated for each pixel by the liquid crystal light valve 172 and converted into P-polarized light is transmitted through the first selective reflection surface 5 and guided to the projection optical system.
Then, a predetermined color image is displayed on the screen by each color light emitted from the projection optical system.
As described above, in the liquid crystal projector using the composite prism 1 of the present embodiment, the optical path of the blue light LB and the optical path of the mixed light of the red light LR and the green light LG need only be secured around the polarizing prism 1. Therefore, it is possible to reduce the size of the liquid crystal projector. In the liquid crystal projector using the composite prism 1 of this embodiment, when viewed from the polarizing prism 1, the optical path of the blue light LB, the optical path of the mixed light of the red light LR and the green light LG, and the output from the polarizing prism 1 are obtained. Since the light emission path can be arranged three-dimensionally, the degree of freedom in design when arranging the optical system in the liquid crystal projector is high.
Furthermore, unlike the X-cube, the composite prism 1 according to the present embodiment does not concentrate the ridge lines of each prism unit at one place, so that a situation in which the ridge line of the prism unit appears at the center of the projected image can be avoided.
[Embodiment 2]
FIG. 10 is an explanatory diagram of the composite prism according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the selective reflection surface formed on the composite prism according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 12 is an explanatory diagram showing a usage example of the composite prism according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing the composite prism according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 10, the composite prism 2 of this embodiment is a dichroic mirror module, and has a columnar translucent member 221 having a right isosceles triangle having an acute angle of 45 degrees in cross section and an acute angle of 45 degrees in cross section. The parallelogram-shaped columnar translucent members 222 and 223 having a parallelogram are joined at the inclined end faces. In addition, a columnar dummy translucent member 224 having a right-angled isosceles triangle having an acute angle of 45 degrees is joined to one end portion 226, and three joining surfaces 231, 232, and 233 are provided. Yes.
Among these three bonding interfaces 231, 232, and 233, the first selective reflection surface 7 formed of a dichroic mirror having the optical characteristics shown in FIG. 11 is formed at the first bonding interface 231. The selective reflection surface 7 reflects the red light LR and transmits the green light LG and the blue light LB. Further, a second selective reflection surface 8 made of a dichroic mirror having the optical characteristics shown in FIG. 11 is formed on the second bonding interface 232, and the second selective reflection surface 8 is formed of red light LR. The green light LG is reflected while the blue light LB is transmitted. Note that a total reflection surface 9 having optical characteristics shown in FIG. 11 is formed on the third bonding interface 233 as a mirror for blue light.
In the composite prism 2 configured in this way, the other end 227 is used as an output end face, and for example, as shown in FIG. 12, a diffusion lens 241 is disposed. A condensing plate 229 is disposed on the side surface of the composite prism 2. Further, the red LED 51 is disposed toward the first selective reflection surface 7 by the light collecting plate 229, the green LED 252 is disposed toward the second selective reflection surface 8, and the blue LED is directed toward the total reflection surface 9. LED53 is arrange | positioned.
In the module configured as described above, the red light LR emitted from the red LED 51 is reflected by the first selective reflection surface 7 in the composite prism 2 and emitted through the diffusion lens 41. The green light LG emitted from the green LED 52 is reflected by the second selective reflection surface 8 in the composite prism 2, then passes through the first selective reflection surface 7, and then passes through the diffusion lens 41. Emitted. The blue light LB emitted from the blue LED 53 is reflected by the total reflection surface 9 in the composite prism 2 and then sequentially transmitted through the second selective reflection surface 8 and the first selective reflection surface 7. The light is emitted through the diffusing lens 41.
Therefore, according to the composite prism 2 of this embodiment, it is possible to synthesize optical paths of three colored lights having different wavelengths. In addition to the white color, six color lights can be emitted by the combination of lighting the LEDs 51, 52, and 53.
In manufacturing the composite prism 2 having such a configuration, as shown in FIG. 13, each surface of a plurality of translucent substrates 160 having two parallel substrate surfaces was described with reference to FIG. After forming the first selective reflection surface 7, the second selective reflection surface 8, and the total reflection surface 9, these laminated substrates (translucent substrate 160) are photocured together with the dummy translucent substrate 161. Over the adhesive adhesive. At that time, the overlapping position is shifted so that the end of each substrate is 45 °. Next, after the photocurable adhesive is cured, it is cut so as to form an angle of 45 ° with respect to the substrate surfaces of the translucent substrates 160 and 161 along the cutting line indicated by the dotted line, and then cut. The surface is polished to produce the composite prism 2 shown in FIG. Therefore, unlike the X-cube, it is inexpensive because it has high production efficiency.
(Usage example of composite prism 2)
FIG. 14 is an explanatory diagram of a tail lamp using the composite prism according to the second embodiment of the present invention.
As for the composite prism 2, for example, as shown in FIG. 14, a display device such as a tail lamp 200 of an automobile can be configured by arranging a large number like a fly array in a matrix. Further, if the composite prism 2 of this embodiment is used, an outdoor display panel having 600,000 dots (1000 dots × 600 dots), or even 1 million dots (1200 dots × 830 dots) can be configured. In any of these display devices, if the three types of LEDs 51, 52, and 53 are lit at a predetermined timing, display can be performed in any color. In addition, the resolution is high even at a short distance, and it is possible to obtain a resolution more than twice that of a conventional display device. In addition to black display with one dot, seven colors can be expressed. In addition to brake lamps, there are seven types of signal lamps such as hazard lamps, back lamps, key lock warning lamps and anti-theft lamps. It can be used as various pilot lamps. Moreover, since the image design can be selected as an option, a unique lamp can be constructed.
[Modification 1 of Embodiment 2]
The composite prism 2 according to Embodiment 2 may be configured as, for example, a dichroic mirror array shown in FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a composite prism according to Modification 1 of Embodiment 2 of the present invention. In the composite prism 2 shown here, a columnar translucent member 221 having a right-angled isosceles triangle having an acute angle of 45 degrees in a cross-sectional shape and a columnar light-transmitting member having a parallelogram having an acute angle of 45 degrees in cross-section. Member 222 and a columnar translucent member 225 having an isosceles right triangle having an acute angle of 45 degrees in cross section are joined at an inclined end face, and two joining interfaces 231 and 232 are provided.
Of these two bonding interfaces, a first selective reflection surface 7 made of a dichroic mirror having the optical characteristics shown in FIG. 11 is formed at the first bonding interface 231, and this first selective reflection surface. 7 reflects the red light LR while transmitting the green light LG and the blue light LR. Further, a second selective reflection surface 8 made of a dichroic mirror having the optical characteristics shown in FIG. 11 is formed on the second bonding interface 232, and the second selective reflection surface 8 is formed of red light LR. The green light LG is reflected while the blue light LB is transmitted.
In the composite prism 2 configured in this way, for example, the diffusing lens 41 is disposed with the other end 227 serving as an output end surface. In addition, on the side surface of the composite prism 2, a red LED 51 is disposed toward the first selective reflection surface 7, and a green LED 52 is disposed toward the second selective reflection surface 8. In addition, a blue LED 53 is disposed at the end on the light transmitting member 25 side toward the other end 227.
In the module configured as described above, the red light LR emitted from the red LED 51 is reflected by the first selective reflection surface 7 in the composite prism 2 and emitted through the diffusion lens 41. The green light LG emitted from the green LED 52 is reflected by the second selective reflection surface 8 in the composite prism 2, then passes through the first selective reflection surface 7, and then passes through the diffusion lens 41. Emitted. The blue light LB emitted from the blue LED 53 is sequentially transmitted through the second selective reflection surface 8 and the first selective reflection surface 7, and then emitted through the diffusion lens 41.
Therefore, according to the composite prism 2 of this embodiment, it is possible to synthesize optical paths of three colored lights having different wavelengths. Such a composite prism 2 is also used as a display device such as the tail lamp 200 described with reference to FIG. Available.
[Modification 2 of Embodiment 2]
The composite prism according to Embodiment 2 may be configured as a dichroic mirror array for spectroscopy used in the module shown in FIG. 16, for example.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a composite prism according to the second modification of the second embodiment of the present invention. FIG. 17 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the selective reflection surface used in the composite prism according to the second modification of the second embodiment of the present invention.
In the composite prism 2 ′ shown here, a columnar translucent member 221 ′ having a right-angled isosceles triangle having an acute angle of 45 degrees and a columnar shape having a parallelogram shape having a sharp angle of 45 degrees. The translucent members 222 ′ and 223 ′ are joined at the inclined end surfaces. Also, a columnar dummy light-transmitting member 224 ′ having a right-angled isosceles triangle having an acute angle of 45 degrees is joined to one end portion 226 ′, and three joining surfaces 231 ′, 232 ′, 233 '.
Of these three bonding interfaces, the first bonding interface 231 ′ is formed with a total reflection surface 7 ′ having optical characteristics shown in FIG. 17 as a mirror for red light. In addition, a first selective reflection surface 8 ′ made of a dichroic mirror having the optical characteristics shown in FIG. 17 is formed on the second bonding interface 232 ′. The first selective reflection surface 8 ′ The blue light LB and the green light LG are reflected, while the red light LR is transmitted. Further, a second selective reflection surface 9 ′ made of a dichroic mirror having optical characteristics shown in FIG. 17 is formed on the third bonding interface 233 ′. While reflecting blue light LR, it transmits green light LG and red light LR.
For example, the shutter 63, the polarization conversion prism 69, the lens array 61, and the white light source 62 are disposed in the composite prism 2 ′ (second composite prism) configured as described above, with one end portion 27 ′ serving as an incident end surface. . Further, the composite prism 2 (first composite prism) described with reference to FIG. 10 is disposed on the side surface of the composite prism 2 ′ via the three shutters 66, 67, and 68 to constitute a light source unit. To do.
In the light source unit configured as described above, the light emitted from the white light source 62 is incident on the composite prism 2 ′ after the polarization direction is aligned by the polarization conversion prism 69. The blue light component contained in the white light is reflected by the second selective reflecting surface 9 ′ of the composite prism 2 ′ and enters the composite prism 2 as the blue light LB, while the red light component and the green light component are The second selective reflecting surface 9 'is transmitted. Next, the blue light LB incident on the composite prism 2 is reflected by the total reflection surface 9, and then sequentially passes through the second selective reflection surface 8 and the first selective reflection surface 7. 41 is emitted.
Further, the red light component and the green light component transmitted through the second selective reflection surface 9 ′ reach the first selective reflection surface 8 ′, and the green light component contained in the red light component and the green light component is the second light of the composite prism 2 ′. The red light component is transmitted through the first selective reflection surface 8 ′ while being reflected by the first selective reflection surface 8 ′ and entering the composite prism 2 as green light LG. The green light LG incident on the composite prism 2 is reflected by the second selective reflection surface 8, then passes through the first selective reflection surface 7, and is then emitted through the diffusion lens 41. .
The red light component transmitted through the first selective reflection surface 8 'is reflected by the total reflection surface 7' and enters the composite prism 2 as red light LR. Then, the red light LG incident on the composite prism 2 is reflected by the first selective reflection surface 7 and then emitted through the diffusion lens 41.
As described above, according to the composite prism 2 ′ of this embodiment, the optical paths of the three color lights having different wavelengths can be separated.
Also, any color can be emitted from the composite prism 2 by opening and closing the three shutters 66, 67, 68 at a predetermined timing. Therefore, it can be used as a light source unit of a field sequential type liquid crystal projector without using a color wheel, and according to such a light source unit, since light absorption in the optical path is small, a high brightness color image can be obtained. Can be displayed.
Further, when configuring an outdoor display panel that requires high luminance, a high-pressure mercury lamp, a halogen lamp, or the like can be used as a light source.
Further, in this example, since the polarization direction of white light is aligned to P-polarized light or S-polarized light by the polarization conversion prism 69 (polarization conversion means), a liquid crystal panel is used as the shutters 66, 67, 68 (shutter means). be able to. If such a liquid crystal panel is used as the shutters 66, 67 and 68, it is easy to achieve synchronization.
[Application Example 1 for Liquid Crystal Projector of Embodiment 2]
The composite prisms 2 and 2 'according to the second embodiment and the modifications thereof can be mounted on a liquid crystal projector as described below.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a liquid crystal projector using the composite prism according to the first modification of the second embodiment of the present invention. The liquid crystal projector shown in FIG. 18 uses a composite prism 2 according to a modification of the second embodiment as a light source. A polarizing plate 71 is disposed on the exit side of the composite prism 2 and further includes a polarization separation surface 72. A polarizing beam splitter 73 is arranged. A reflective liquid crystal light valve 74 is disposed so as to face the end surface of the polarization beam splitter 73, and a projection optical system 75 is disposed on the opposite end surface side.
In the liquid crystal projector configured as described above, red light LR, green light LG, and blue light LB are sequentially emitted from the composite prism 2, and only P-polarized light, for example, enters the polarization beam splitter 73 by the polarizing plate 71. The light that has entered the polarization beam splitter 73 is reflected by the polarization separation surface 72 toward the liquid crystal light valve 74, modulated by the liquid crystal light valve 74, and then travels toward the polarization separation surface 72 again. At that time, the S-polarized light passes through the polarization separation surface 72 and is enlarged and projected from the projection optical system 75.
In the meantime, in accordance with the timing when the LEDs 51, 52, 53 of each color are sequentially turned on, the liquid crystal light valve 74 drives each pixel and sequentially forms an image according to the color light. Therefore, a new type of field sequential type liquid crystal projector can be constructed, and according to this liquid crystal projector, a color image can be enlarged and projected from the projection optical system 75.
[Application Example 2 for Liquid Crystal Projector of Embodiment 2]
FIG. 19 is an explanatory diagram of another liquid crystal projector using the composite prism according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
The liquid crystal projector shown in FIG. 19 includes a plurality of light source units 80 each including a composite prism 2 according to a modification of the second embodiment and a polarization conversion prism 83 (polarization conversion means) including two polarization separation prisms 81 and 82. , Which is arranged. Here, in the polarization conversion prism 83, a 1 / 2λ plate 88 is disposed between the polarization separation prisms 81 and 82. A polarizing beam splitter 86 having a polarization separation surface 85 is disposed adjacent to the plurality of light source units 80, and a reflective liquid crystal light valve 89 is disposed on the opposite side. FIG. 19 shows a state in which red light LR is emitted.
In the liquid crystal projector configured as described above, the red light LR, the green light LG, and the blue light LB are sequentially emitted from the composite prism 2 to the first polarization separation prism 81 of the polarization conversion prism 83. Of the color light emitted from the composite prism 2, for example, the P-polarized light component passes through the polarization separation surface 85 of the polarization beam splitter 86 after passing through the polarization separation surface of the first polarization separation prism 81, Head to the liquid crystal light valve 89. Then, after being modulated by the liquid crystal light valve 74, the light travels toward the polarization separation surface 72 again. At that time, the S-polarized light is reflected by the polarization separation surface 85 and enlarged and projected from a projection optical system (not shown).
Of the colored light emitted from the composite prism 2, the S-polarized light component is reflected by the polarization separation surface of the first polarization separation prism 81 and converted into P-polarized light by the ½λ plate 88. Thereafter, the light enters the second polarization separation prism 82. Then, after being reflected by the polarization separation surface of the second polarization separation prism 82 and entering the polarization beam splitter 86, the light passes through the polarization separation surface 85 and travels toward the liquid crystal light valve 89. Then, after being modulated by the liquid crystal light valve 89, the light travels again toward the polarization separation surface 85. At that time, the S-polarized light is reflected by the polarization separation surface 85 and enlarged and projected from a projection optical system (not shown).
Meanwhile, in accordance with the timing when the LEDs 51, 52, 53 of each color are sequentially turned on, in the liquid crystal light valve 89, each pixel is driven and images corresponding to the color lights are sequentially formed. Therefore, a color image is enlarged and projected from the projection optical system.
When configured in this way, there is an advantage that the use efficiency of light emitted from the LEDs 51, 52, and 53 is higher than that of a field sequential type liquid crystal projector using a conventional color filter.
[Example of use for direct view display device of embodiment 2]
FIG. 20 is an explanatory diagram of a direct-view type liquid crystal display device using the composite prism according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
The liquid crystal display device shown in FIG. 20 is a direct view type display device using a transmissive or transflective liquid crystal panel 91. As the liquid crystal panel 91, for example, an active matrix liquid crystal panel using TFTs as pixel switching elements can be used.
In such a display device, a polarizing plate 92 is disposed on the display surface side, and an optical sheet 96 such as a diffusion plate and a light guide plate 93 are disposed on the back surface side. In addition, a plurality of light source units 80 described with reference to FIG. 19 are arranged on the side end portion of the light guide plate 93. The light source unit 80 includes the composite prism 2 according to the modification of the second embodiment, and the polarization unit. The polarization conversion prism 83 has a 1 / 2λ plate disposed between two polarization separation prisms.
In the display device configured as described above, similarly to the liquid crystal projector shown in FIG. 19, red light LR, green light LG, and blue light LB are sequentially emitted from the composite prism 2, and are guided through the polarization conversion prism 83 to the light guide plate 93. Is incident on. The light that has entered the light guide plate 93 enters the liquid crystal panel 91 while being repeatedly reflected in the light guide plate 93. Then, after being modulated by the liquid crystal panel 91, the light is emitted and a color image is displayed. In the meantime, in accordance with the timing when the LEDs of the respective colors are sequentially turned on, in the liquid crystal panel 91, the respective pixels are driven and images corresponding to the colored lights are sequentially formed. Therefore, these images are combined to display a color image.
The greatest feature of the display device configured as described above is that a color image is displayed without a color filter. Therefore, there is no decrease in light use efficiency due to the color filter. In the display device of this example, the light sources of the three primary colors emitted from the red LED 51, the green LED 52, and the blue LED 53 are converted into polarized light before entering the light guide plate 93. The liquid crystal panel 91 can be output as it is. Therefore, the brightness about three times that of the current level can be obtained, so that the user can see a clear image even when it is necessary to view the image outdoors like a mobile computer or a mobile phone.
[Other embodiments]
In the above embodiment, an example in which a liquid crystal light valve is used as a light valve of a projector has been described. However, according to the present invention, a projector using a micromirror device (DMD: Digital Micromirror Device) as a light valve is described. A compound prism may be used.
In the above embodiment, the example in which the composite prism according to the present invention is used for the projector and the direct-view display device has been described. However, the composite prism according to the present invention may be used for other display devices or other optical devices. Good.

本発明によれば、Xキューブと違って4つのプリズム単体の各稜線を一直線に揃えなくてもよいので、歩留まりの向上、コストの低減、信頼性の向上を図ることのできる光路合成用あるいは光路分離用の複合プリズムを提供することができる。また、本発明に係る複合プリズムを用いれば、各種の表示装置において、画質の向上、設計面での自由度の向上を図ることができる。  According to the present invention, unlike the X-cube, the ridge lines of the four prisms do not have to be aligned, so that the optical path synthesis or optical path can be improved in yield, cost, and reliability. A composite prism for separation can be provided. In addition, by using the composite prism according to the present invention, it is possible to improve image quality and design freedom in various display devices.

Claims (16)

複数の透光性部材を接合したことにより形成される複数の接合面に、少なくとも、所定の光学特性を備える光を選択的に透過し、それ以外の光を反射する第1の選択性反射面と第2の選択性反射面が互いに平行、あるいは直交せずに交差する向きに形成され、
前記第1の選択性反射面および前記第2の選択性反射面によって、波長の異なる少なくとも3つの光の光路を合成あるいは分離可能であることを特徴とする複合プリズム。
A first selective reflection surface that selectively transmits at least light having a predetermined optical characteristic and reflects other light to a plurality of bonding surfaces formed by bonding the plurality of translucent members. And the second selective reflecting surface are formed in a direction intersecting each other without being parallel or orthogonal to each other,
A composite prism characterized in that at least three light paths having different wavelengths can be synthesized or separated by the first selective reflection surface and the second selective reflection surface.
請求の範囲第1項において、対向する第1の矩形平面と第2の矩形平面からなる直方体形状の前記第1の矩形平面の各角部を各々第1角部、第2角部、第3角部および第4角部とし、前記第2の矩形平面で前記第1角部、前記第2角部、前記第3角部および前記第4角部に対応する各角部を各々、第5角部、第6角部、第7角部および第8角部としたとき、
前記第1角部、前記第3角部、前記第7角部および前記第5角部によって構成される面に前記第1の選択性反射面を備え、
前記第3角部、前記第4角部、前記第5角部および前記第6角部によって構成される面に前記第2の選択性反射面を備えていることを特徴とする複合プリズム。
In Claim 1, each corner | angular part of the said 1st rectangular plane of the rectangular parallelepiped shape which consists of the 1st rectangular plane and 2nd rectangular plane which oppose is each set as a 1st corner | angular part, a 2nd corner | angular part, and 3rd A corner portion and a fourth corner portion, and each of the corner portions corresponding to the first corner portion, the second corner portion, the third corner portion, and the fourth corner portion in the second rectangular plane is a fifth portion. When the corner, the sixth corner, the seventh corner, and the eighth corner,
The first selective reflection surface is provided on a surface constituted by the first corner, the third corner, the seventh corner, and the fifth corner,
A composite prism comprising the second selective reflecting surface on a surface formed by the third corner, the fourth corner, the fifth corner, and the sixth corner.
請求の範囲第2項において、前記第1の選択性反射面および前記第2の選択性反射面は各々、偏光分離面により構成されていることを特徴とする複合プリズム。3. The composite prism according to claim 2, wherein each of the first selective reflection surface and the second selective reflection surface is constituted by a polarization separation surface. 請求の範囲第2項または第3項において、前記複合プリズムから出射される色光を各々、変調する複数の電気光学装置を備えることを特徴とする表示装置。4. The display device according to claim 2, further comprising a plurality of electro-optical devices that respectively modulate the color lights emitted from the composite prism. 請求の範囲第1項において、複数の柱状の前記透光性部材を接合して入射面に45°の角度をなす、互いに平行な複数の接合面を備え、
当該複数の接合面のうちのいずれかに所定の波長帯域の光を選択的に反射する前記第1の選択性反射面を備え、
他のいずれかの接合面に、前記第1の選択性反射面と異なる波長帯域の光を選択的に反射する前記第2の選択性反射面を備えることを特徴とする複合プリズム。
In claim 1, comprising a plurality of joint surfaces parallel to each other, joining the plurality of columnar translucent members to form an angle of 45 ° to the incident surface,
The first selective reflection surface that selectively reflects light in a predetermined wavelength band on any one of the plurality of bonding surfaces,
The composite prism comprising the second selective reflection surface that selectively reflects light having a wavelength band different from that of the first selective reflection surface on any other bonding surface.
請求の範囲第5項に規定する複合プリズムを備えた光源ユニットであって、
前記複合プリズムは、前記第1の選択性反射面として、赤、緑、青の3原色の波長帯域のうちの第1の色光を選択的に反射する第1の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第2の色光を前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーと、該第2の色光用ダイクロイックミラーに対して前記第1の色光用ダイクロイックミラーとは反対側に配置されて第3の色光を前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて反射する第3の色光用反射面とを備え、
前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第1の色光を出射する第1の色光源部が配置され、
前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第2の色光を出射する第2の色光源部が配置され、
前記反射面に向けて前記第3の色光を出射する第3の色光源部が配置され、
前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部から前記複合プリズムへ光の出射が所定のタイミングで切り換えられることを特徴とする光源ユニット。
A light source unit comprising a composite prism as defined in claim 5,
The composite prism has a first color light dichroic mirror that selectively reflects the first color light in the wavelength bands of the three primary colors of red, green, and blue as the first selective reflection surface; A second color light dichroic mirror that selectively reflects the second color light toward the first color light dichroic mirror as the second selective reflection surface, and the second color light dichroic mirror. A third color light reflecting surface disposed on the side opposite to the first color light dichroic mirror and reflecting third color light toward the second color light dichroic mirror;
A first color light source unit that emits the first color light toward the first dichroic mirror for color light is disposed;
A second color light source unit that emits the second color light toward the second dichroic mirror for color light is disposed;
A third color light source unit that emits the third color light toward the reflecting surface is disposed;
A light source unit, wherein light emission from the first color light source unit, the second color light source unit, and the third color light source unit to the composite prism is switched at a predetermined timing.
請求の範囲第5項に規定する複合プリズムを備えた光源ユニットであって、
前記複合プリズムは、前記第1の選択性反射面として、赤、緑、青の3原色の波長帯域のうちの第1の色光を選択的に反射する第1の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第2の色光を前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーとを備え、
前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第1の色光を出射する第1の色光源部が配置され、
前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて前記第2の色光を出射する第2の色光源部が配置され、
当該第2の色光用ダイクロイックミラーに対して前記第1の色光用ダイクロイックミラーとは反対側から第3の色光を出射する第3の色光源部を備え、
前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部から前記複合プリズムへ光の出射が所定のタイミングで切り換えられることを特徴とする光源ユニット。
A light source unit comprising a composite prism as defined in claim 5,
The composite prism has a first color light dichroic mirror that selectively reflects the first color light in the wavelength bands of the three primary colors of red, green, and blue as the first selective reflection surface; A second color light dichroic mirror that selectively reflects the second color light toward the first color light dichroic mirror as the second selective reflection surface;
A first color light source unit that emits the first color light toward the first dichroic mirror for color light is disposed;
A second color light source unit that emits the second color light toward the second dichroic mirror for color light is disposed;
A third color light source unit that emits third color light from the opposite side of the second color light dichroic mirror to the second color light dichroic mirror;
A light source unit, wherein light emission from the first color light source unit, the second color light source unit, and the third color light source unit to the composite prism is switched at a predetermined timing.
請求の範囲第6項または第7項において、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部は、各々、所定の色光を出射する発光素子であり、
前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部は、各々、所定のタイミングで点灯が制御されることを特徴とする光源ユニット。
In Claim 6 or 7, each of the first color light source unit, the second color light source unit, and the third color light source unit is a light emitting element that emits predetermined color light. ,
The first color light source unit, the second color light source unit, and the third color light source unit are each controlled to be turned on at a predetermined timing.
請求の範囲第6項または第7項において、前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部は、各々、白色光を色分割して得られた各色の光を出射し、
前記第1の色光源部、前記第2の色光源部、および前記第3の色光源部と、前記複合プリズムとの間には、当該複合プリズムに対して各色光が入射するタイミングを制御するシャッタ手段が配置されていることを特徴とする光源ユニット。
In Claim 6 or 7, each of the first color light source unit, the second color light source unit, and the third color light source unit is obtained by color-dividing white light. Emit light of each color,
The timing at which each color light is incident on the composite prism is controlled between the first color light source unit, the second color light source unit, the third color light source unit, and the composite prism. A light source unit in which shutter means is disposed.
請求の範囲第5項に規定する複合プリズムを2つ備えた光源ユニットであって、
前記2つの複合プリズムのうち、第1の複合プリズムは、前記第1の選択性反射面として、赤、緑、青の3原色の波長帯域のうちの第1の色光を選択的に反射する第1の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第2の色光を前記第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーと、該第2の色光用ダイクロイックミラーに対して前記第1の色光用ダイクロイックミラーとは反対側に配置されて第3の色光を前記第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて反射する第3の色光用反射面とを備え、
第2の複合プリズムは、前記第1の色光を前記第1の複合プリズムの第1の色光用ダイクロイックミラーに向けて反射する第1の色光用反射面と、前記第1の選択性反射面として第2の色光を前記第1の複合プリズムの第2の色光用ダイクロイックミラーに向けて選択的に反射する第2の色光用ダイクロイックミラーと、前記第2の選択性反射面として第3の色光を前記第1の複合プリズムの第3の色光用反射面に向けて選択的に反射する第3の色光用ダイクロイックミラーとを備え、
さらに、前記第2の複合プリズムに対して当該第2の複合プリズムの第3の色光用ダイクロイックミラーに向けて白色光を出射する白色光源を備え、
前記第1の複合プリズムと前記第2の複合プリズムとの間には、前記第2の複合プリズムから前記第1の複合プリズムに対して各色光が入射するタイミングを制御するシャッタ手段が配置されていることを特徴とする光源ユニット。
A light source unit comprising two compound prisms as defined in claim 5,
Of the two composite prisms, the first composite prism selectively reflects the first color light in the wavelength bands of the three primary colors of red, green, and blue as the first selective reflection surface. A dichroic mirror for one color light, a second dichroic mirror for color light that selectively reflects second color light toward the first dichroic mirror for color light as the second selective reflection surface, A third color light reflecting surface disposed on the opposite side of the first color light dichroic mirror to reflect the third color light toward the second color light dichroic mirror; With
The second composite prism includes a first color light reflection surface that reflects the first color light toward the first color light dichroic mirror of the first composite prism, and the first selective reflection surface. A second color light dichroic mirror that selectively reflects the second color light toward the second color light dichroic mirror of the first composite prism; and a third color light as the second selective reflection surface. A third color light dichroic mirror that selectively reflects toward the third color light reflecting surface of the first composite prism;
And a white light source that emits white light toward the third composite light dichroic mirror of the second composite prism with respect to the second composite prism,
Between the first composite prism and the second composite prism, shutter means for controlling the timing at which each color light enters the first composite prism from the second composite prism is disposed. A light source unit.
請求の範囲第9項または第10項において、前記白色光の偏光方向を揃える偏光変換手段を備え、
前記シャッタ手段として、液晶パネルが用いられていることを特徴とする光源ユニット。
In Claim 9 or 10, comprising a polarization conversion means for aligning the polarization direction of the white light,
A liquid crystal panel is used as the shutter means.
請求の範囲第5項ないし第11項のいずれかの項に規定する光源ユニットを備えたことを特徴とする表示装置。A display device comprising the light source unit as defined in any one of claims 5 to 11. 請求の範囲第12項において、前記複合プリズムが複数、マトリクス状に配置されていることを特徴とする表示装置。The display device according to claim 12, wherein a plurality of the composite prisms are arranged in a matrix. 請求の範囲第12項において、前記光源ユニットから順次、出射される色光を順次、変調して当該色光に対応する色画像を順次、生成する電気光学装置を備えていることを特徴とする表示装置。13. The display device according to claim 12, further comprising an electro-optical device that sequentially modulates the color light emitted from the light source unit and sequentially generates color images corresponding to the color light. . 請求の範囲第14項において、前記光源ユニットは、前記電気光学装置に向けて出射する色光の偏光方向を揃える偏光変換手段を備えていることを特徴とする表示装置。15. The display device according to claim 14, wherein the light source unit includes polarization conversion means for aligning the polarization direction of the color light emitted toward the electro-optical device. 請求の範囲第14項または第15項において、前記電気光学装置で順次形成された各色の画像を投射する投射光学系を備えていることを特徴とする投射型表示装置。16. A projection display device according to claim 14, further comprising a projection optical system that projects images of each color sequentially formed by the electro-optical device.
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