JP2006058341A - Projector - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projector which can avoid the damage of an optical element such as a liquid crystal light valve due to reflected light in spite of using an inorganic polarizing plate, and where the liquid crystal light valve and a prism are arranged proximately to each other. <P>SOLUTION: Since the inorganic polarizing plates 2r, 2g and 2b are respectively inclined to the optical axes OA of three color light beams, unnecessary light beams being reflected light beams have no effect on liquid crystal panels 1r, 1g and 1b or the like. The inorganic polarizing plates 2r, 2g and 2b are stuck to a cross dichroic prism 3, and the space of the optical system does not get large, and then distances between the cross dichroic prism 3 and the respective liquid crystal panels 1r, 1g and 1b are kept short. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、プリズム状の光合成光学系によって液晶ライトバルブ等からの像光を合成するタイプのプロジェクタに関する。   The present invention relates to a projector of a type that combines image light from a liquid crystal light valve or the like with a prismatic light combining optical system.

プロジェクタを用いて投影光を投射する際、各色（例えば、赤、緑、青）の液晶ライトバルブによって変調された像光をクロスプリズムによって合成することで投影光を形成するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。この際、像光中に存在する不要光を取り除くために液晶パネルの射出側に偏光板を配置するが、従来は有機物を含む有機偏光板が一般的に使われている。また、偏光板として無機材料で構成された無機偏光板を用いるものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−１８５０１７号公報 特開２００４−１４５１２６号公報 When projecting projection light using a projector, it is common to form projection light by combining image light modulated by liquid crystal light valves of each color (for example, red, green, and blue) with a cross prism. (For example, refer to Patent Document 1). At this time, a polarizing plate is disposed on the exit side of the liquid crystal panel in order to remove unnecessary light existing in the image light. Conventionally, an organic polarizing plate containing an organic substance is generally used. Moreover, what uses the inorganic polarizing plate comprised with the inorganic material as a polarizing plate is also known (for example, refer patent document 2).
JP-A-9-185017 JP 2004-145126 A

しかしながら、有機偏光板は、不要光を主に吸収によって取り除いているため、吸収により発生する熱エネルギー等が有機素子内の分子結合を切断し、当該有機偏光板の特性が経時劣化するという問題がある。   However, since the organic polarizing plate removes unnecessary light mainly by absorption, there is a problem that the thermal energy generated by the absorption breaks the molecular bond in the organic element and the characteristics of the organic polarizing plate deteriorate over time. is there.

一方、無機偏光板は、不要光を主に反射によって取り除いているため、この際生じる反射光によって液晶パネル等が損傷を受けやすいという問題がある。このため、例えば、特許文献２においては、無機偏光板を像光の方向に対して斜めに設置することにより、反射光が液晶ライトバルブ等に戻らないようにしている。しかし、この場合、液晶ライトバルブと光合成用のプリズムとの距離が遠くなってしまう。このため、当該光学系が大きくなってしまう。また、液晶ライトバルブと光合成用のプリズムとの距離が遠いと、光軸の調整等を含む種々の調整が行い難くなるといった問題が生じる。   On the other hand, since the inorganic polarizing plate mainly removes unnecessary light by reflection, there is a problem that the liquid crystal panel and the like are easily damaged by the reflected light generated at this time. For this reason, for example, in Patent Document 2, an inorganic polarizing plate is installed obliquely with respect to the image light direction so that the reflected light does not return to the liquid crystal light valve or the like. However, in this case, the distance between the liquid crystal light valve and the light combining prism is increased. For this reason, the said optical system will become large. Further, when the distance between the liquid crystal light valve and the light combining prism is long, there arises a problem that various adjustments including adjustment of the optical axis are difficult to perform.

従って、本発明は、無機偏光板を用いながらも、反射光による液晶ライトバルブ等の光学素子の損傷を回避し、かつ、液晶ライトバルブと光合成用のプリズムとを近接して配置することができるプロジェクタを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can avoid damage to optical elements such as a liquid crystal light valve due to reflected light while using an inorganic polarizing plate, and can dispose the liquid crystal light valve and a photosynthesis prism close to each other. An object is to provide a projector.

上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、偏光状態の変換を利用した変調によって異なる波長領域の像光をそれぞれ形成する複数の光変調装置と、入射光の光軸方向に対して傾斜した複数の入射面を有し、これら複数の入射面からそれぞれ入射する異なる波長領域の像光を合成した合成光を形成するとともに、合成光を射出する射出面を有するプリズム状の合成光学系と、合成光学系の上記複数の入射面上の少なくとも１つに支持され、像光中の所定偏光成分を透過させるとともに残りを反射する偏光素子と、合成光学系によって得られた合成光を投影する投影光学系とを備える。尚、上記複数の入射面上には、像光中の所定偏光成分をそれぞれ透過させるとともに残りをそれぞれ反射する複数の偏光素子を設けることもできる。   In order to solve the above-described problem, a projector according to the present invention includes a plurality of light modulation devices that respectively form image light in different wavelength regions by modulation using polarization state conversion, and an optical axis direction of incident light. A prism-shaped combining optical system having a plurality of inclined incident surfaces and forming combined light obtained by combining image light of different wavelength regions respectively incident from the plurality of incident surfaces and having an exit surface for emitting the combined light And a polarizing element that is supported on at least one of the plurality of incident surfaces of the combining optical system and transmits the predetermined polarization component in the image light and reflects the rest, and the combined light obtained by the combining optical system is projected A projection optical system. A plurality of polarizing elements that transmit the predetermined polarization components in the image light and reflect the remaining ones can be provided on the plurality of incident surfaces.

偏光素子として、例えば無機偏光板等の反射偏光板を用いた場合、不要となる偏光成分は、主に反射によって除去される。このため、例えば光変調装置その他の光学部品後段の光路上に対向して反射偏光板を配置すると、当該反射された不要光が光変調装置等に損傷を与える可能性がある。これを避けるべく、本発明においては、各光変調装置からの像光を合成するための合成光学系が入射光の光軸方向に対して傾斜した複数の入射面を有しており、反射偏光板等である偏光素子は、合成光学系に設けた複数の入射面上にそれぞれ支持されている。光変調装置から射出される像光は、偏光素子に入射することにより、必要光である所定偏光成分が透過し、残りが不要光として反射されるが、この場合、像光である入射光が、偏光素子に対して斜めに入射するので、不要光である反射光が、光変調装置側に戻ってくることを回避できる。   When a reflective polarizing plate such as an inorganic polarizing plate is used as the polarizing element, unnecessary polarization components are mainly removed by reflection. For this reason, for example, if a reflective polarizing plate is disposed opposite to the optical path of the optical modulator or other optical component, the reflected unnecessary light may damage the optical modulator or the like. In order to avoid this, in the present invention, the synthesis optical system for synthesizing the image light from each light modulation device has a plurality of incident surfaces inclined with respect to the optical axis direction of the incident light, and the reflected polarization A polarizing element such as a plate is supported on a plurality of incident surfaces provided in the combining optical system. When the image light emitted from the light modulation device is incident on the polarization element, the predetermined polarization component that is necessary light is transmitted and the remaining light is reflected as unnecessary light. In this case, incident light that is image light is reflected. Since the light is incident on the polarizing element at an angle, it is possible to prevent the reflected light that is unnecessary light from returning to the light modulation device side.

また、上記プロジェクタは、当該合成光学系が、入射光の光軸方向に対して傾斜した複数の入射面を有し、これらの入射面上に偏光素子を支持するので、偏光素子のために大きな領域を確保する必要がなく、光変調装置を合成光学系に比較的近接して配置することが可能である。これにより、装置の小型化が図れるとともに設置時における偏光素子や光変調装置のアライメントが容易となる。   In the projector, the combining optical system has a plurality of incident surfaces inclined with respect to the optical axis direction of the incident light, and supports the polarizing element on these incident surfaces. It is not necessary to secure a region, and the light modulation device can be disposed relatively close to the combining optical system. As a result, the apparatus can be miniaturized and the alignment of the polarizing element and the light modulation device during installation can be facilitated.

また、本発明の具体的な態様として、偏光素子が、無機物質により構成される無機偏光板である。この場合、無機偏光板を用いているので、偏光板の寿命をより長くすることができる。   As a specific embodiment of the present invention, the polarizing element is an inorganic polarizing plate composed of an inorganic substance. In this case, since the inorganic polarizing plate is used, the lifetime of the polarizing plate can be further extended.

また、本発明の具体的な態様として、偏光素子が、上記合成光学系の入射面に貼付されて固定されている。この場合、装置全体の小型化が図れる。また、反射偏光板の放熱効率を高め得る。   Moreover, as a specific aspect of the present invention, a polarizing element is stuck and fixed to the incident surface of the synthetic optical system. In this case, the entire apparatus can be reduced in size. Moreover, the heat dissipation efficiency of the reflective polarizing plate can be increased.

また、本発明の具体的な態様として、合成光学系が、直交する一対のダイクロイックミラー膜を内蔵し、上記複数の入射面からそれぞれ入射した像光に対して、一対のダイクロイックミラー膜によって、異なる波長領域ごとに反射及び透過のいずれかを選択的に行うことにより、像光の合成を行う。この場合、一対のダイクロイックミラー膜により像光の反射及び透過が行われ、ずれのない合成光が形成される。   Further, as a specific aspect of the present invention, the combining optical system includes a pair of orthogonal dichroic mirror films, and differs depending on the pair of dichroic mirror films for the image light respectively incident from the plurality of incident surfaces. Image light is synthesized by selectively performing either reflection or transmission for each wavelength region. In this case, image light is reflected and transmitted by the pair of dichroic mirror films, and combined light without deviation is formed.

また、本発明の具体的な態様として、上記複数の入射面及び射出面について、それぞれ入射光及び射出光の光軸に対する傾斜角度が略等しく、対向する面が互いに略平行である。この場合、入射した像光の光軸の方向が所定の対称性を有するものとなり、合成光学系による反射及び透過後において、各像光の光軸方向を簡易に合成光の光軸方向に一致させることができる。   Further, as a specific aspect of the present invention, with respect to the plurality of entrance surfaces and exit surfaces, the inclination angles of the incident light and the exit light with respect to the optical axis are substantially equal, and the opposing surfaces are substantially parallel to each other. In this case, the direction of the optical axis of the incident image light has a predetermined symmetry, and after reflection and transmission by the combining optical system, the optical axis direction of each image light easily matches the optical axis direction of the combined light. Can be made.

また、本発明の具体的な態様として、上記傾斜角度が４５°である。この場合、反射光である不要光の光路を、省スペースで光変調装置等の設置位置から十分に離すことができる。   As a specific aspect of the present invention, the inclination angle is 45 °. In this case, the optical path of the unnecessary light that is the reflected light can be sufficiently separated from the installation position of the light modulator or the like in a space-saving manner.

また、本発明の具体的な態様として、上記複数の光変調装置が、透過光によって像光を形成する透過型の光変調装置である。この場合、複数の光変調装置は、それぞれ各光変調装置の背面、すなわち各光変調装置のうち合成光学系に対向しない側の入射面より照明が行われる。   As a specific aspect of the present invention, the plurality of light modulation devices are transmissive light modulation devices that form image light with transmitted light. In this case, each of the plurality of light modulation devices is illuminated from the back surface of each light modulation device, that is, the incident surface on the side of each light modulation device that does not face the combining optical system.

また、本発明の具体的な態様として、上記いずれかのプロジェクタが、白色光を光源光として発生する光源装置と、光源装置からの光源光を複数色の照明光として波長領域ごとに分割する光分割手段を含み、照明光を所定光路に沿って複数の光変調装置にそれぞれ導く光路変換光学系とをさらに備える。   As a specific aspect of the present invention, any one of the projectors described above includes a light source device that generates white light as light source light, and light that divides the light source light from the light source device into a plurality of color regions for each wavelength region. An optical path conversion optical system that includes a dividing unit and guides the illumination light to a plurality of light modulation devices along a predetermined optical path.

光源光として白色光源を用いる場合、白色光を各色の色光に分割する必要がある。従って、光源光の光源装置の後段に光分割手段を設け、さらにこれによって得られた各色の色光の光路を変換する。これにより、各光変調装置を対応する色光で照明することができ、カラー映像の投射が可能になる。   When a white light source is used as the light source light, it is necessary to divide the white light into colored light of each color. Therefore, the light splitting means is provided in the subsequent stage of the light source device for the light source light, and the optical path of the color light of each color obtained thereby is converted. Accordingly, each light modulation device can be illuminated with the corresponding color light, and a color image can be projected.

また、本発明の具体的な態様として、上記光分割手段が、ダイクロイックミラー、クロスダイクロイックミラー及びダイクロイックミラー膜を内蔵するプリズムのうち少なくともいずれか１つを用いるものである。この場合、白色光を、各色光の波長領域に応じて分割することが可能となる。   As a specific aspect of the present invention, the light splitting means uses at least one of a dichroic mirror, a cross dichroic mirror, and a prism incorporating a dichroic mirror film. In this case, white light can be divided according to the wavelength region of each color light.

また、本発明の具体的な態様として、上記プリズムが、ドーブプリズムを貼り合わせたものである。この場合、光源光の分割によって色光を形成することができるとともに、光路の折り曲げ等を含む光路の変換もあわせて行うことができる。   Further, as a specific aspect of the present invention, the prism is obtained by bonding a dove prism. In this case, colored light can be formed by dividing the light source light, and optical path conversion including bending of the optical path can also be performed.

図１は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。本実施形態におけるプロジェクタ５０は、白色光を光源光として発生する光源装置８０と、光源装置８０からの光源光を各色の照明光として波長領域ごとに分割するとともに、各色の照明光の光路方向を適宜変換する光路変換光学系６０と、各色の照明光から各色の像光を形成するとともにこれら像光を合成して投射光を形成する投射光形成光学系７０と、投射光をスクリーン（不図示）へ投射する投影光学系である投射レンズ７とを備える。   FIG. 1 is a plan view showing a projector according to an embodiment of the present invention. The projector 50 according to the present embodiment divides the light source device 80 that generates white light as light source light and the light source light from the light source device 80 into illumination light of each color for each wavelength region, and changes the optical path direction of the illumination light of each color. An optical path conversion optical system 60 that converts appropriately, a projection light forming optical system 70 that forms image light of each color from the illumination light of each color and combines the image light to form projection light, and a screen (not shown) And a projection lens 7 which is a projection optical system for projecting to ().

光源装置８０は、光源１０とフライアイレンズ等を含む光均一化ユニット１１とを備える。光源１０は、例えば、高圧水銀ランプであり、像光形成の必要に足る光量を有する白色光を光源光ＳＬとして発生する。光源１０より発生した光源光ＳＬは、光均一化ユニット１１により、均一化される。   The light source device 80 includes a light source 10 and a light uniformizing unit 11 including a fly-eye lens. The light source 10 is, for example, a high-pressure mercury lamp, and generates white light having a light amount sufficient to form image light as the light source light SL. The light source light SL generated from the light source 10 is made uniform by the light uniformizing unit 11.

光路変換光学系６０は、クロスダイクロイックミラー１２と、反射用のミラー１５、１６、１７、１８と、リレーレンズ１９、２０と、プリズム２１と、フィールドレンズ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂと、入射偏光フィルタ２４ｒ、２４ｇ、２４ｂとを備える。ここで、クロスダイクロイックミラー１２は、互いに直交する一対のダイクロイックミラー１３、１４を備え、プリズム２１は、ダイクロイックミラー膜である誘電体多層膜２２を備える。これらのクロスダイクロイックミラー１２とプリズム２１とは、光源光を赤、緑、青の３色の照明光に対応する波長領域ごとに分割する光分割手段としての機能をもつ。   The optical path conversion optical system 60 includes a cross dichroic mirror 12, reflection mirrors 15, 16, 17, and 18, relay lenses 19 and 20, a prism 21, field lenses 23r, 23g, and 23b, and an incident polarization filter 24r. , 24g, 24b. Here, the cross dichroic mirror 12 includes a pair of dichroic mirrors 13 and 14 orthogonal to each other, and the prism 21 includes a dielectric multilayer film 22 which is a dichroic mirror film. The cross dichroic mirror 12 and the prism 21 have a function as a light dividing unit that divides the light source light into wavelength regions corresponding to the illumination light of three colors of red, green, and blue.

より具体的に説明すると、光源装置８０から発生した光源光ＳＬは、まず、クロスダイクロイックミラー１２によって赤色光と残りの光とに分割される。つまり、クロスダイクロイックミラー１２の構成要素のうち、ダイクロイックミラー１３は、赤色波長領域に対する反射特性を有する一方、ダイクロイックミラー１４は、赤色波長より短い波長領域に対する反射特性を有する。これにより、光源光ＳＬは、赤色光ＬＲと、シアン光ＬＣとに分割される。   More specifically, the light source light SL generated from the light source device 80 is first divided into red light and remaining light by the cross dichroic mirror 12. That is, among the components of the cross dichroic mirror 12, the dichroic mirror 13 has a reflection characteristic for the red wavelength region, while the dichroic mirror 14 has a reflection characteristic for a wavelength region shorter than the red wavelength region. Thereby, the light source light SL is divided into the red light LR and the cyan light LC.

クロスダイクロイックミラー１２により分割された赤色光ＬＲは、ミラー１５、１６により反射し、光路上に導かれる。さらに、赤色光ＬＲは、フィールドレンズ２３ｒによりコリメート化され、入射偏光フィルタ２４ｒを透過することにより、偏光面が揃えられた照明光となる。   The red light LR divided by the cross dichroic mirror 12 is reflected by the mirrors 15 and 16 and guided onto the optical path. Further, the red light LR is collimated by the field lens 23r and transmitted through the incident polarization filter 24r, thereby becoming illumination light having a uniform polarization plane.

一方、クロスダイクロイックミラー１２により分割されたシアン光ＬＣは、ミラー１７、１８により反射され、適当な光路に導かれる。この際、リレーレンズ１９、２０により光路長の補正が行われる。この後、シアン光ＬＣは、プリズム２１に入射する。   On the other hand, the cyan light LC divided by the cross dichroic mirror 12 is reflected by the mirrors 17 and 18 and guided to an appropriate optical path. At this time, the optical path length is corrected by the relay lenses 19 and 20. Thereafter, the cyan light LC enters the prism 21.

プリズム２１は、２つのドーブプリズムによって形成されている。より具体的には、ドーブプリズムの通常の使用において反射面に相当する箇所（ここでは底面部分と呼ぶこととする）を互いに貼り合わせることによって形成された六角柱状の光学素子である。貼り合わされた両底面部分間には、誘電体多層膜２２が設けられており、ダイクロイックミラー膜として機能している。つまり、誘電体多層膜２２は、緑色波長領域に対する反射特性を有する一方、それより短い青色波長領域に対しては透過特性を有する。これにより、プリズム２１に入射したシアン光ＬＣは、誘電体多層膜２２を経て、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分割され、個別にプリズム２１より射出される。   The prism 21 is formed by two dove prisms. More specifically, it is a hexagonal columnar optical element formed by sticking together portions (referred to as bottom portions here) corresponding to the reflecting surface in normal use of the dove prism. A dielectric multilayer film 22 is provided between the bonded bottom surfaces, and functions as a dichroic mirror film. That is, the dielectric multilayer film 22 has a reflection characteristic for the green wavelength region, and has a transmission characteristic for a shorter blue wavelength region. Thereby, the cyan light LC incident on the prism 21 is divided into the green light LG and the blue light LB through the dielectric multilayer film 22 and is individually emitted from the prism 21.

プリズム２１から射出された緑色光ＬＧと青色光ＬＢとは、それぞれ、フィールドレンズ２３ｇ、２３ｂによりコリメート化され、入射偏光フィルタ２４ｇ、２４ｂを透過することにより、偏光面が揃えられた照明光となる。   The green light LG and the blue light LB emitted from the prism 21 are collimated by the field lenses 23g and 23b, respectively, and pass through the incident polarization filters 24g and 24b, thereby becoming illumination light with a uniform polarization plane. .

以上により、照明光として赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢが形成される。形成された３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは、それぞれ投射光形成光学系７０の液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂに入射する。投射光形成光学系７０では各色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢから投射光ＰＬが形成され（詳しくは後述）、投射レンズ７によって不図示のスクリーン上に投射され、スクリーン上に投影画像が形成される。   Thus, red light LR, green light LG, and blue light LB are formed as illumination light. The formed three color lights LR, LG, LB are incident on the liquid crystal panels 1r, 1g, 1b of the projection light forming optical system 70, respectively. In the projection light forming optical system 70, projection light PL is formed from the color lights LR, LG, and LB (details will be described later), and projected onto a screen (not shown) by the projection lens 7 to form a projection image on the screen.

尚、本実施形態において、クロスダイクロイックミラー１２の位置を調整することにより、光路長の補正の必要がなくなればリレーレンズ１９、２０は不要とすることも可能である。また、リレーレンズ１９、２０の設計変更によって光路長の補正が可能であれば、クロスダイクロイックミラー１２及びミラー１５に代えてミラー１５の位置にダイクロイックミラー１４のみを配置することも可能である。   In the present embodiment, by adjusting the position of the cross dichroic mirror 12, the relay lenses 19 and 20 can be dispensed with if the optical path length need not be corrected. If the optical path length can be corrected by changing the design of the relay lenses 19 and 20, it is possible to place only the dichroic mirror 14 at the position of the mirror 15 instead of the cross dichroic mirror 12 and the mirror 15.

図２は、本発明の要部である投射光ＰＬの形成を説明する図であり、図１のプロジェクタ５０のうち、特に、投射光ＰＬを形成する投射光形成光学系７０と、投射光ＰＬをスクリーン（不図示）へ投射する投影光学系である投射レンズ７とを示している。   FIG. 2 is a diagram for explaining the formation of the projection light PL, which is the main part of the present invention. Among the projectors 50 in FIG. 1, in particular, the projection light forming optical system 70 that forms the projection light PL and the projection light PL. And a projection lens 7 which is a projection optical system for projecting the image onto a screen (not shown).

投射光形成光学系７０は、液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂと、偏光面の方向を揃える偏光素子である無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂと、クロスダイクロイックプリズム３とを備える。クロスダイクロイックプリズム３は、さらに、誘電体多層膜４、５と、入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢと、射出面ＦＥとを備える。   The projection light forming optical system 70 includes liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b, inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b that are polarizing elements that align the directions of polarization planes, and a cross dichroic prism 3. The cross dichroic prism 3 further includes dielectric multilayer films 4 and 5, incident surfaces FR, FG, and FB, and an exit surface FE.

各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂは、入射した照明光の強度分布を変調するための光透過型の光変調装置である。各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂは、それぞれ、図１の光路変換光学系６０によって形成された照明光である赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの変調を行う。３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは、各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位でそれぞれ偏光状態が調整される。   Each of the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b is a light transmission type light modulation device for modulating the intensity distribution of incident illumination light. Each of the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b modulates red light LR, green light LG, and blue light LB, which are illumination lights formed by the optical path conversion optical system 60 of FIG. The polarization states of the three color lights LR, LG, and LB are adjusted in units of pixels in accordance with drive signals or image signals input as electrical signals to the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b.

無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂは、それぞれ、各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂから射出される３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢから所定の偏光方向の変調光を取り出す。この際、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂは、当該変調光以外の不要光を反射する。   The inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b extract modulated light having a predetermined polarization direction from the three color lights LR, LG, and LB emitted from the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b, respectively. At this time, the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b reflect unnecessary light other than the modulated light.

クロスダイクロイックプリズム３は、六角柱状の光学素子であり、赤色光ＬＲ反射用の誘電体多層膜４と、青色光ＬＢ反射用の誘電体多層膜５とを直交させた一対のダイクロイックミラー膜を内蔵する。また、クロスダイクロイックプリズム３は、３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢに対する入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢと、３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢの合成光を射出する射出面ＦＥとを備える。入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢは、それぞれ、３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢの光軸ＯＡに対し、４５°の傾斜を有している。同様に、射出面ＦＥは、投射光ＰＬの光軸ＯＡに対し、４５°の傾斜を有している。本実施形態では、特に、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂは、各入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢに貼付されているものとする。尚、必要に応じて射出面ＦＥに対向してさらに偏光板６を設けることも可能である。この場合、偏光板６は、射出面ＦＥに貼り付けることができる。偏光板６により、クロスダイクロイックプリズム３による合成光の消光比が高められ、投射光ＰＬとなる。ただし、偏光板６がなくても十分な消光比が得られるのであれば偏光板６は不要である。また、必要に応じて偏光板６を半波長位相差板等に置き換えてもよい。   The cross dichroic prism 3 is an optical element having a hexagonal column shape, and includes a pair of dichroic mirror films in which a dielectric multilayer film 4 for reflecting red light LR and a dielectric multilayer film 5 for reflecting blue light LB are orthogonal to each other. To do. The cross dichroic prism 3 includes incident surfaces FR, FG, and FB for the three color light beams LR, LG, and LB, and an emission surface FE that emits combined light of the three color light beams LR, LG, and LB. The incident surfaces FR, FG, and FB have an inclination of 45 ° with respect to the optical axes OA of the three color lights LR, LG, and LB, respectively. Similarly, the exit surface FE has an inclination of 45 ° with respect to the optical axis OA of the projection light PL. In the present embodiment, in particular, the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b are attached to the respective incident surfaces FR, FG, and FB. Note that a polarizing plate 6 can be further provided to face the emission surface FE as necessary. In this case, the polarizing plate 6 can be attached to the exit surface FE. The polarizing plate 6 increases the extinction ratio of the combined light by the cross dichroic prism 3 and becomes the projection light PL. However, the polarizing plate 6 is unnecessary if a sufficient extinction ratio can be obtained without the polarizing plate 6. Moreover, you may replace the polarizing plate 6 with a half wavelength phase difference plate etc. as needed.

以下、図１及び図２に示すプロジェクタにおいて光源光ＳＬから投射光ＰＬが形成されるまでの過程について詳述する。光源装置８０において、光源１０より発生した光源光ＳＬは、光均一化ユニット１１によって波面分割・重畳されることにより光束の均一化が行われる。均一化された光源光ＳＬは、光路変換光学系６０において、クロスダイクロイックミラー１２により、赤色光ＬＲとシアン光ＬＣとに分割される。さらに、シアン光ＬＣは、プリズム２１により緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分割される。このように分割された３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは、それぞれ、各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂに入射し、これに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位でそれぞれ偏光状態が調整されることによって像光が形成される。各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂから射出された３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは、入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢからクロスダイクロイックプリズム３へそれぞれ入射する。この際、各入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢに貼付されている無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂにより、不要光が反射され、必要光のみがクロスダイクロイックプリズム３内に入射する。ここで、各入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢは、それぞれ、３色の色光の光軸ＯＡに対して、垂直ではなく、４５°傾いている。これにより、３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは、屈折して入射する。入射後、赤色光ＬＲは誘電体多層膜４で反射され、緑色光ＬＧは誘電体多層膜４、５をともに透過し、青色光ＬＢを誘電体多層膜５で反射される。このような透過又は反射後、３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは光路が同一となり合成光が形成される。形成された合成光は、射出面ＦＥから射出される。この際、合成光は、射出面ＦＥに偏光板６が貼付されていれば、偏光板６によって消光比が高められる。射出面ＦＥ透過後の合成光は投射光ＰＬとして投射レンズ７によって不図示のスクリーン上に投射され、スクリーン上に投影画像が形成される。   Hereinafter, a process until the projection light PL is formed from the light source light SL in the projector shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail. In the light source device 80, the light source light SL generated from the light source 10 is subjected to wavefront division / superimposition by the light uniformizing unit 11, so that the light flux is uniformed. The uniform light source light SL is split into red light LR and cyan light LC by the cross dichroic mirror 12 in the optical path conversion optical system 60. Further, the cyan light LC is split into green light LG and blue light LB by the prism 21. The three color lights LR, LG, and LB divided in this way are incident on the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b, respectively, and the pixels according to the drive signals or image signals input as electrical signals thereto. Image light is formed by adjusting the polarization state in units. The three color light beams LR, LG, and LB emitted from the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b are incident on the cross dichroic prism 3 from the incident surfaces FR, FG, and FB, respectively. At this time, unnecessary light is reflected by the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b attached to the incident surfaces FR, FG, and FB, and only the necessary light enters the cross dichroic prism 3. Here, the respective incident surfaces FR, FG, and FB are not perpendicular to the optical axes OA of the three colors of light, but are inclined by 45 °. Thereby, the three color light beams LR, LG, and LB are refracted and incident. After the incidence, the red light LR is reflected by the dielectric multilayer film 4, the green light LG is transmitted through the dielectric multilayer films 4 and 5, and the blue light LB is reflected by the dielectric multilayer film 5. After such transmission or reflection, the three color light beams LR, LG, and LB have the same optical path, and composite light is formed. The formed synthesized light is emitted from the emission surface FE. At this time, if the polarizing plate 6 is attached to the emission surface FE, the combined light is increased in extinction ratio by the polarizing plate 6. The combined light that has passed through the exit surface FE is projected as projection light PL onto a screen (not shown) by the projection lens 7 to form a projection image on the screen.

以上の動作で、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂにおいて、３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢのうち、不要光が反射されて外部に排出され、必要光のみが透過して、入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢに入射する。この際、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂがそれぞれ３色の色光の光軸ＯＡに対して傾斜している（この場合、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂは入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢに貼付されているため光軸ＯＡに対する傾斜角度は同じく４５°である。）ため、反射光である不要光は光軸ＯＡに垂直な方向に折り曲げられ、液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂ等に戻り光として影響を及ぼすことがない。一方、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂは、クロスダイクロイックプリズム３に貼付されており、投射光形成光学系７０を比較的狭い空間に収容することができ、クロスダイクロイックプリズム３と各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂとの距離を短く保てる。これにより、光軸等の調節を行うことが容易となる。また、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂは、貼付されていることにより、放熱効果が高まることが期待される。   With the above operation, in the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b, unnecessary light is reflected out of the three colors of light LR, LG, and LB and is emitted to the outside, and only the necessary light is transmitted, and the incident surface FR, Incident on FG and FB. At this time, the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b are inclined with respect to the optical axes OA of the three colors of light (in this case, the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b are attached to the incident surfaces FR, FG, and FB). Therefore, the angle of inclination with respect to the optical axis OA is also 45 °.) Therefore, the unnecessary light that is reflected light is bent in a direction perpendicular to the optical axis OA and returned to the liquid crystal panels 1r, 1g, 1b, etc. There is no effect. On the other hand, the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b are affixed to the cross dichroic prism 3, and the projection light forming optical system 70 can be accommodated in a relatively narrow space. The cross dichroic prism 3 and each liquid crystal panel 1r, The distance between 1g and 1b can be kept short. This makes it easy to adjust the optical axis and the like. Moreover, since the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b are attached, it is expected that the heat dissipation effect is enhanced.

尚、本実施形態において、各入射面ＦＲ、ＦＧ、ＦＢ及び射出面ＦＥの光軸ＯＡに対する傾斜角度を４５°としたが、傾斜角度はこれに限らない。無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂからの反射光が当該光学系の各光学部品に影響を与えることなく排出されることが可能な範囲において、傾斜角度は適宜調整可能である。但し、傾斜角度に応じて、屈折、透過及び反射後の３色の色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢがずれることなく合成光を形成するようにクロスダイクロイックプリズム３の形状を変形させる必要がある。具体的には、図２におけるクロスダイクロイックプリズム３を光軸ＯＡの方向に関して延長又は短縮させることによって可能となる。   In the present embodiment, the inclination angles of the incident surfaces FR, FG, FB and the exit surface FE with respect to the optical axis OA are 45 °, but the inclination angle is not limited to this. As long as the reflected light from the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b can be discharged without affecting each optical component of the optical system, the tilt angle can be adjusted as appropriate. However, it is necessary to change the shape of the cross dichroic prism 3 according to the inclination angle so that the combined light can be formed without shifting the three color lights LR, LG, and LB after refraction, transmission, and reflection. Specifically, this can be achieved by extending or shortening the cross dichroic prism 3 in FIG. 2 with respect to the direction of the optical axis OA.

また、本実施形態においては、偏光板として全ての照明光の光路上に無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂを用いたが、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂを用いなくても各光学部品の寿命が十分に保てるのであれば、他の偏光板を用いることも可能である。例えば、青色光の光路上にのみ無機偏光板２ｂを設置し、赤色光及び緑色光の光路上には、無機偏光板２ｒ、２ｇの代わりに有機偏光板を設置するということも可能である。また、この場合、液晶パネル１ｒ、１ｇは、当該有機偏光板に対向して平行に配置してもよい。   Further, in the present embodiment, the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b are used as the polarizing plate on the optical path of all illumination light. However, the lifetime of each optical component is not required without using the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b. Can be maintained sufficiently, other polarizing plates can be used. For example, it is possible to install the inorganic polarizing plate 2b only on the optical path of blue light, and install the organic polarizing plate on the optical paths of red light and green light instead of the inorganic polarizing plates 2r and 2g. In this case, the liquid crystal panels 1r and 1g may be arranged in parallel to face the organic polarizing plate.

本実施形態において、各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂは、透過型の光変調装置であり、透過光である各色の照明光が各液晶パネル１ｒ、１ｇ、１ｂの光路上前段側から照射されることによって像光を形成されている。しかし、本発明は、透過型の光変調装置に対する使用に限られるものではない。例えば、反射型の液晶パネル等の各光変調装置に対しても用いることが可能である。反射型の液晶パネル等を用いる場合、無機偏光板２ｒ、２ｇ、２ｂの不要光の光路側から各色の照明光を入射させることになる。   In the present embodiment, each of the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b is a transmissive light modulation device, and illumination light of each color that is transmitted light is irradiated from the front stage side on the optical path of each of the liquid crystal panels 1r, 1g, and 1b. Thus, image light is formed. However, the present invention is not limited to use with a transmissive light modulation device. For example, it can also be used for each light modulation device such as a reflective liquid crystal panel. When a reflective liquid crystal panel or the like is used, illumination light of each color enters from the optical path side of unnecessary light of the inorganic polarizing plates 2r, 2g, and 2b.

尚、本実施形態において、光分割手段として、クロスダイクロイックミラー１２及びプリズム２１を用いたが、光源光を各色に分割する光分割手段はこれに限られない。例えば、従来のように複数のダイクロイックミラーを組み合わせることによっても分割は可能である。   In this embodiment, the cross dichroic mirror 12 and the prism 21 are used as the light dividing means, but the light dividing means for dividing the light source light into each color is not limited to this. For example, division can also be performed by combining a plurality of dichroic mirrors as in the prior art.

また、クロスダイクロイックプリズム３とプリズム２１とが同一形状であるときは、例えば、プリズム２１を下段、クロスダイクロイックプリズム３を上段として重ね合わせた２階建て構造を持つ１つのプリズムにより、双方の機能を一度に果たすことも可能である。この場合、クロスダイクロイックミラー１２等の光分割手段や新たにミラー等各種光路変換部材を用いて、各色の光路を上下方向に関しても制御を行う。これにより下段であるプリズム２１にシアン光ＬＣを入射させ、プリズム２１から射出された緑色光ＬＧの光路と青色光ＬＢの光路とをそれぞれミラー等により光路を折り曲げ、上段であるクロスダイクロイックプリズム３の緑色光ＬＧの光路と青色光ＬＢの光路上に導く。以上によりプロジェクタ５０と同様の機構が確保される。   Further, when the cross dichroic prism 3 and the prism 21 have the same shape, for example, a single prism having a two-story structure in which the prism 21 is arranged in the lower stage and the cross dichroic prism 3 is arranged in the upper stage can achieve both functions. It can be done at once. In this case, the optical path of each color is also controlled in the vertical direction by using light splitting means such as the cross dichroic mirror 12 and various optical path conversion members such as mirrors. As a result, the cyan light LC is incident on the lower prism 21, the optical path of the green light LG and the optical path of the blue light LB emitted from the prism 21 are respectively bent by a mirror or the like, and the cross dichroic prism 3 of the upper stage is bent. The light is guided onto the optical path of the green light LG and the optical path of the blue light LB. As a result, the same mechanism as that of the projector 50 is secured.

また、本実施形態において、光源を白色光としているが、光源はこれに限られない。例えば、光源として、発光ダイオードを用いることも可能である。この場合、例えば、赤色、緑色及び青色の発光ダイオードを用いることにより、各色の照明光を形成してもよい。尚、この場合、光分割手段は不要となる。   In the present embodiment, the light source is white light, but the light source is not limited to this. For example, a light emitting diode can be used as the light source. In this case, for example, the illumination light of each color may be formed by using red, green, and blue light emitting diodes. In this case, the light dividing means is not necessary.

本発明の一実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。It is a top view which shows the projector which concerns on one Embodiment of this invention. 主に投射光形成光学系構造を説明する図である。It is a figure mainly explaining a projection light formation optical system structure.

符号の説明Explanation of symbols

５０…プロジェクタ、 ８０…光源装置、 ６０…光路変換光学系、 ７０…投射光形成光学系、 ７…投射レンズ、 １０…光源、 １１…光均一化ユニット、 １２…クロスダイクロイックミラー、 ２１…プリズム、 １５、１６、１７、１８…ミラー、 １９、２０…リレーレンズ、２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ…フィールドレンズ、 ２４ｒ、２４ｇ、２４ｂ…入射偏光フィルタ、 １ｒ、１ｇ、１ｂ…液晶パネル、 ２ｒ、２ｇ、２ｂ…無機偏光板、 ３…クロスダイクロイックプリズム、 ４、５…誘電体多層膜、 ６…偏光板、 ＦＲ、ＦＧ、ＦＢ…入射面、 ＦＥ…射出面、 ＳＬ…光源光、 ＬＲ…赤色光、 ＬＧ…緑色光、 ＬＢ…青色光、 ＬＣ…シアン光、 ＰＬ…投射光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Projector, 80 ... Light source device, 60 ... Optical path conversion optical system, 70 ... Projection light formation optical system, 7 ... Projection lens, 10 ... Light source, 11 ... Light uniformizing unit, 12 ... Cross dichroic mirror, 21 ... Prism, 15, 16, 17, 18 ... mirror, 19, 20 ... relay lens, 23r, 23g, 23b ... field lens, 24r, 24g, 24b ... incident polarization filter, 1r, 1g, 1b ... liquid crystal panel, 2r, 2g, 2b ... Inorganic polarizing plate, 3 ... Cross dichroic prism, 4,5 ... Dielectric multilayer film, 6 ... Polarizing plate, FR, FG, FB ... Incident surface, FE ... Exit surface, SL ... Light source light, LR ... Red light, LG ... green light, LB ... blue light, LC ... cyan light, PL ... projection light

Claims (10)

偏光状態の変換を利用した変調によって異なる波長領域の像光をそれぞれ形成する複数の光変調装置と、
入射光の光軸方向に対して傾斜した複数の入射面を有し、前記複数の入射面からそれぞれ入射する前記異なる波長領域の像光を合成した合成光を形成するとともに、前記合成光を射出する射出面を有するプリズム状の合成光学系と、
前記合成光学系の前記複数の入射面上の少なくとも１つに支持され、前記像光中の所定偏光成分を透過させるとともに残りを反射する偏光素子と、
前記合成光学系によって得られた合成光を投影する投影光学系と、
を備えるプロジェクタ。 A plurality of light modulation devices that respectively form image light in different wavelength regions by modulation using polarization state conversion;
It has a plurality of incident surfaces inclined with respect to the optical axis direction of incident light, forms combined light that combines the image light of the different wavelength regions respectively incident from the plurality of incident surfaces, and emits the combined light A prismatic synthetic optical system having an exit surface that
A polarizing element that is supported by at least one of the plurality of incident surfaces of the combining optical system and transmits a predetermined polarization component in the image light and reflects the rest;
A projection optical system that projects the combined light obtained by the combining optical system;
A projector comprising: 前記偏光素子は、無機物質により構成される無機偏光板であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。   The projector according to claim 1, wherein the polarizing element is an inorganic polarizing plate made of an inorganic substance. 前記偏光素子は、前記合成光学系の入射面に貼付されて固定されていることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のプロジェクタ。   The projector according to claim 1, wherein the polarizing element is affixed and fixed to an incident surface of the combining optical system. 前記合成光学系は、直交する一対のダイクロイックミラー膜を内蔵し、前記複数の入射面からそれぞれ入射した前記像光に対して、前記一対のダイクロイックミラー膜によって、前記異なる波長領域ごとに反射及び透過のいずれかを選択的に行うことにより、前記像光の合成を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。   The synthetic optical system includes a pair of orthogonal dichroic mirror films, and reflects and transmits the image light incident from each of the plurality of incident surfaces for each different wavelength region by the pair of dichroic mirror films. The projector according to any one of claims 1 to 3, wherein the image light is synthesized by selectively performing any one of the above. 前記複数の入射面及び射出面は、それぞれ入射光及び射出光の光軸に対する傾斜角度が略等しく、対向する面が互いに略平行であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。   5. The plurality of incident surfaces and the exit surfaces have substantially the same inclination angles with respect to the optical axes of the incident light and the emitted light, and the opposing surfaces are substantially parallel to each other. The projector according to one item. 前記傾斜角度は４５°であることを特徴とする請求項５記載のプロジェクタ。   The projector according to claim 5, wherein the inclination angle is 45 °. 前記複数の光変調装置は、透過光によって像光を形成する透過型の光変調装置であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載のプロジェクタ。   The projector according to claim 1, wherein the plurality of light modulation devices are transmissive light modulation devices that form image light with transmitted light. 白色光を光源光として発生する光源装置と、
前記光源装置からの光源光を複数色の照明光として波長領域ごとに分割する光分割手段を含み、前記照明光を所定光路に沿って前記複数の光変調装置にそれぞれ導く光路変換光学系と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載のプロジェクタ。 A light source device that generates white light as light source light;
A light splitting unit that splits light source light from the light source device into a plurality of wavelength regions as illumination light of a plurality of colors, and guides the illumination light to the plurality of light modulation devices along a predetermined optical path; and
The projector according to claim 1, further comprising: 前記光分割手段は、ダイクロイックミラー、クロスダイクロイックミラー及びダイクロイックミラー膜を内蔵するプリズムのうち少なくともいずれか１つを用いるものであることを特徴とする請求項８記載のプロジェクタ。   9. The projector according to claim 8, wherein the light splitting unit uses at least one of a dichroic mirror, a cross dichroic mirror, and a prism having a dichroic mirror film. 前記プリズムは、ドーブプリズムを貼り合わせたものであることを特徴とする請求項９記載のプロジェクタ。
The projector according to claim 9, wherein the prism is obtained by bonding a dove prism.

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