JP2010097003A - Lighting optical system for two plate type projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2板式投影装置用照明光学系に関するものである。 The present invention relates to an illumination optical system for a two-plate projector.
従来、2板式投影装置として、例えば図11に概略斜視図で示す構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この2板式投影装置においては、リフレクタ101を有する白色光源102を用い、この白色光源102から発した光を、白色光源102の近傍に配置した回転式のカラーフィルタ103に入射させている。カラーフィルタ103は、図12に平面図を示すように、黄色およびマゼンダに2分割されたフィルタ部分103Y,103Mを有しており、黄色のフィルタ部分103Yを透過した光から、光の3原色のうち、赤色(R)と緑色(G)との2色を合成した光を抽出し、マゼンダのフィルタ部分103Mを透過した光から、光の3原色のうち、赤色と青色(B)との2色を合成した光を抽出するようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a two-plate projector, for example, a configuration shown in a schematic perspective view in FIG. 11 is known (see, for example, Patent Document 1). In this two-plate projection apparatus, a
カラーフィルタ103を透過した光は、図13に部分詳細平面図をも示すように、第1の偏光素子104によりS偏光に変換して第1の積層波長板105に入射させ、該第1の積層波長板105により特定の波長帯域、例えばR光のみ偏光方向を90度回転させてP偏光に変換して偏光分離手段106に入射させている。
The light transmitted through the
偏光分離手段106は、第1の積層波長板105を経て入射する光のうち、P偏光のR光は透過させ、それ以外のS偏光のG光またはB光は反射させて、それぞれに対応した反射型液晶パネル107,108に入射させている。これにより、液晶パネル107において、偏光分離手段106を透過したR光を変調して、S偏光として反射させ、液晶パネル108において、カラーフィルタ103の回転に同期して、1回転中にG光およびB光を順次変調して、P偏光として反射させている。
The polarized light separating means 106 transmits the P-polarized R light among the light incident through the first laminated
反射型液晶パネル107,108で変調されて反射された各光は、再び偏光分離手段106に入射させて、該偏光分離手段106で合成し、その合成光を第2の積層波長板109に入射させて、R光の偏光方向のみ90度回転させている。これにより、合成された光(投影光)を、全てP偏光として、第2の偏光素子110に入射させている。
Each light modulated and reflected by the reflective
第2の偏光素子110は、P偏光のみを透過するもので、この第2の偏光素子110を透過したP偏光の投影光を、投影レンズ111を経てスクリーン112に結像させるようにしている。なお、特定の波長帯域だけの偏光方向を回転させる第1の積層波長板105および第2の積層波長板109は、位相差板を積層することによって構成されている波長選択性偏光素子であるカラーリンク社のカラーセレクト(登録商標)を用いることができる。
The second polarizing
図11に示した2板式投影装置では、スクリーン112へ投影するR,G,Bの投影光の偏光方向をP偏光に揃えるようにしている。したがって、スクリーン112として、偏光スクリーンを用いることにより、投影光の位相と異なる外光などの光の影響を受けにくくできるので、壁面や通常のスクリーンに投影する場合と比較して、投影画像のコントラストを向上することが可能となる。
In the two-plate projection apparatus shown in FIG. 11, the polarization directions of the R, G, and B projection light projected onto the
しかしながら、図11に示した従来の2板式投影装置においては、白色光源102の近傍に、図12に示したような回転式のカラーフィルタ103を配置して、RおよびGの2色を合成した光と、RおよびBの2色を合成した光とを順次に抽出するようにしている。
However, in the conventional two-plate projection apparatus shown in FIG. 11, a
このため、カラーフィルタ103が白色光源102により加熱されて、温度による特性変化や劣化が生じ易くなる。その結果、R,G,Bの各色光の透過帯域が変化して、所望の波長帯域を有する照明光を得ることができなくなり、投影画像の色再現性が低下することが懸念される。また、カラーフィルタ103に入射する照明光の光束径が大きいと、投影光の色純度が低下することも懸念される。すなわち、図12に示したカラーフィルタ103において、白色光源102からの照明光が、黄色のフィルタ部分103Yと、マゼンタのフィルタ部分103Mとの境界を横切る期間は、両方のフィルタ部分103Y,103Mを透過した色光が混在した状態となる。このため、照明光の光束径が大きいと、この混在期間が長くなって、投影光の色純度が低下することになる。なお、投影光の色純度を高めるために、カラーフィルタ103を、照明光の集光点やその近傍に配置することが考えられる。しかし、この場合は、白色光源102の近傍に配置した場合と同様に、温度による特性変化や劣化が生じ易くなるため、投影画像の色再現性が低下することになる。
For this reason, the
したがって、上記の事情に鑑みてなされた本発明の目的は、回転式のカラーフィルタを用いることなく、所望の波長帯域を有する照明光を安定して得ることができ、長期間に亘って安定した色再現性が得られる2板式投影装置用照明光学系を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention made in view of the above circumstances is to stably obtain illumination light having a desired wavelength band without using a rotary color filter, and to be stable over a long period of time. An object of the present invention is to provide an illumination optical system for a two-plate projector that can achieve color reproducibility.
上記目的を達成する請求項1に係る2板式投影装置用照明光学系の発明は、
白色光の照明光を出射する光源部と、
該光源部と2板式の空間変調部との間の照明光の光路を第1光路または第2光路に選択的に切り替える光路切り替え部と、
前記第1光路に配置され、前記照明光から第1波長領域の光を選択する第1波長領域選択素子を有する第1光路光学系と、
前記第2光路に配置され、前記照明光から第2波長領域の光を選択する第2波長領域選択素子を有する第2光路光学系と、
を有する、ことを特徴とするものである。
The invention of an illumination optical system for a two-plate projection device according to
A light source unit that emits white illumination light;
An optical path switching unit that selectively switches the optical path of the illumination light between the light source unit and the two-plate spatial modulation unit to the first optical path or the second optical path;
A first optical path optical system having a first wavelength region selection element that is disposed in the first optical path and selects light in the first wavelength region from the illumination light;
A second optical path optical system that is disposed in the second optical path and has a second wavelength region selection element that selects light in the second wavelength region from the illumination light;
It is characterized by having.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記光路切り替え部は、回転方向にそれぞれ複数の光透過領域および光反射領域を形成した回転円板を有し、該回転円板に対する前記光源部からの照明光の入射位置および前記回転円板から前記2板式の空間光変調部への照明光の出射位置を、一方が一の前記光透過領域に位置するとき、他方は一の前記光反射領域に位置するように異なる位置に設定するとともに、前記入射位置への照明光の入射光路および前記出射位置からの照明光の出射光路に対して、前記回転円板を傾斜して配置し、
前記第1光路および前記第2光路は、前記入射位置と前記出射位置との間で、前記回転円板の一方の面側および他方の面側にそれぞれ形成して、
前記回転円板の前記光透過領域が前記入射位置に位置するときは、該光透過領域を透過した照明光を、前記第1光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の前記光反射領域で反射させて前記出射光路に導き、
前記回転円板の前記光反射領域が前記入射位置に位置するときは、該光反射領域で反射される照明光を、前記第2光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の前記光透過領域を透過させて前記出射光路に導くように構成した、ことを特徴とするものである。
The invention according to
The optical path switching unit includes a rotating disk in which a plurality of light transmission regions and light reflecting regions are formed in the rotation direction, respectively, and the incident position of the illumination light from the light source unit with respect to the rotating disk and the rotation disk The position where the illumination light is emitted to the two-plate spatial light modulator is set to a different position so that when one is located in one light transmission region, the other is located in one light reflection region, With respect to the incident optical path of the illumination light to the incident position and the exit optical path of the illumination light from the exit position, the rotating disk is disposed to be inclined,
The first optical path and the second optical path are formed on one surface side and the other surface side of the rotating disk between the incident position and the emission position, respectively.
When the light transmission region of the rotating disk is positioned at the incident position, the illumination light transmitted through the light transmitting region is reflected by the light of the rotating disk positioned at the emission position via the first optical path. Reflected in the region and led to the outgoing optical path,
When the light reflecting area of the rotating disk is located at the incident position, the illumination light reflected by the light reflecting area is transmitted through the second optical path and the light of the rotating disk located at the emitting position. It is configured to transmit the transmission region and guide it to the outgoing optical path.
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記光路切り替え部は、回転方向にそれぞれ複数の光透過領域および光反射領域を形成した回転円板を有し、該回転円板に対する前記光源部からの照明光の入射位置および前記回転円板から前記2板式の空間光変調部への照明光の出射位置を、一方が一の前記光透過領域に位置するとき、他方は他の前記光透過領域に位置し、一方が一の前記光反射領域に位置するとき、他方は他の前記光反射領域に位置するように異なる位置に設定するとともに、前記入射位置への照明光の入射光路および前記出射位置からの照明光の出射光路に対して、前記回転円板を傾斜して配置し、
前記第1光路および前記第2光路は、前記入射位置と前記出射位置との間で、前記回転円板の一方の面側および他方の面側にそれぞれ形成して、
前記回転円板の一の前記光透過領域が前記入射位置に位置するときは、該光透過領域を透過した照明光を、前記第1光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の他の前記光透過領域を透過させて前記出射光路に導き、
前記回転円板の一の前記光反射領域が前記入射位置に位置するときは、該光反射領域で反射される照明光を、前記第2光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の他の前記光反射領域で反射させて前記出射光路に導くように構成した、ことを特徴とするものである。
The invention according to claim 3 is the illumination optical system for a two-plate projector according to
The optical path switching unit includes a rotating disk in which a plurality of light transmission regions and light reflecting regions are formed in the rotation direction, respectively, and the incident position of the illumination light from the light source unit with respect to the rotating disk and the rotation disk When one of the illumination light emission positions to the two-plate spatial light modulator is located in the one light transmission region, the other is located in the other light transmission region, and the other is the one light reflection region. And the other is set to a different position so as to be located in the other light reflection region, and the incident light path of the illumination light to the incident position and the emission light path of the illumination light from the emission position , The rotating disk is disposed at an inclination,
The first optical path and the second optical path are formed on one surface side and the other surface side of the rotating disk between the incident position and the emission position, respectively.
When the light transmission region of one of the rotating disks is positioned at the incident position, the illumination light transmitted through the light transmitting region is transmitted to the rotating disk positioned at the emission position via the first optical path. Through the light transmission region and led to the outgoing light path,
When the light reflecting area of one of the rotating disks is located at the incident position, the illumination light reflected by the light reflecting area is transmitted to the rotating disk located at the emitting position via the second optical path. It is configured such that it is reflected by the other light reflecting region and guided to the outgoing light path.
請求項4に係る発明は、請求項2または3に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記光源部は、出射する照明光を集光する集光レンズを有する、ことを特徴とするものである。
The invention according to claim 4 is the illumination optical system for a two-plate projector according to
The light source unit has a condensing lens that condenses emitted illumination light.
請求項5に係る発明は、請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記第1光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を反射させて平行光とする第1放物面ミラーと、該第1放物面ミラーを経た照明光を反射させて収束光として前記出射位置に導く第2放物面ミラーとを有し、前記第1放物面ミラーと前記第2放物面ミラーとの間の平行光の光路中に前記第1波長領域選択素子を配置し、
前記第2光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を反射させて平行光とする第3放物面ミラーと、該第3放物面ミラーを経た照明光を反射させて収束光として前記出射位置に導く第4放物面ミラーとを有し、前記第3放物面ミラーと前記第4放物面ミラーとの間の平行光の光路中に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とするものである。
The invention according to claim 5 is the illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4,
The first optical path optical system reflects the illumination light incident from the incident position to make parallel light, and reflects the illumination light that has passed through the first parabolic mirror as converged light. A second parabolic mirror that leads to the emission position, and the first wavelength region selection element is disposed in an optical path of parallel light between the first parabolic mirror and the second parabolic mirror. And
The second optical path optical system reflects the illumination light incident from the incident position to make parallel light, and reflects the illumination light that has passed through the third parabolic mirror as converged light. A fourth parabolic mirror that leads to the emission position, and the second wavelength region selection element is disposed in an optical path of parallel light between the third parabolic mirror and the fourth parabolic mirror. It is characterized by that.
請求項6に係る発明は、請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記第1光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を平行光に変換する第1レンズと、該第1レンズを経た照明光を反射させる第1ミラーと、該第1ミラーを経た照明光を収束光として前記出射位置に導く第2レンズとを有し、前記第1レンズと前記第2レンズとの間の平行光の光路中に前記第1波長領域選択素子を配置し、
前記第2光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を平行光に変換する第3レンズと、該第3レンズを経た照明光を反射させる第2ミラーと、該第2ミラーを経た照明光を収束光として前記出射位置に導く第4レンズとを有し、前記第3レンズと前記第4レンズとの間の平行光の光路中に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とするものである。
The invention according to claim 6 is the illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4,
The first optical path optical system includes a first lens that converts illumination light incident from the incident position into parallel light, a first mirror that reflects illumination light that has passed through the first lens, and illumination that has passed through the first mirror. A second lens for guiding light to the emission position as convergent light, and arranging the first wavelength region selection element in an optical path of parallel light between the first lens and the second lens,
The second optical path optical system includes a third lens that converts illumination light incident from the incident position into parallel light, a second mirror that reflects illumination light that has passed through the third lens, and illumination that has passed through the second mirror. A fourth lens that guides light to the emission position as convergent light, and the second wavelength region selection element is disposed in the optical path of parallel light between the third lens and the fourth lens. It is a feature.
請求項7に係る発明は、請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記第1光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を反射させて収束光として前記出射位置に導く第1楕円ミラーを有し、該第1楕円ミラーの入射側または出射側に前記第1波長領域選択素子を配置し、
前記第2光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を反射させて収束光として前記出射位置に導く第2楕円ミラーを有し、該第2楕円ミラーの入射側または出射側に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とするものである。
The invention according to claim 7 is the illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4,
The first optical path optical system includes a first elliptical mirror that reflects illumination light incident from the incident position and guides the illumination light as convergent light to the emission position, and the first optical path optical system includes the first elliptical mirror on the incident side or the emission side of the first elliptical mirror. One wavelength region selection element is arranged,
The second optical path optical system includes a second elliptical mirror that reflects illumination light incident from the incident position and guides the illumination light as convergent light to the emission position, and the second optical path optical system includes the second elliptical mirror on the incident side or the emission side of the second elliptical mirror. A two-wavelength region selection element is arranged.
請求項8に係る発明は、請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記第1光路光学系は、第1共通レンズおよび第3ミラーを有し、前記入射位置から入射する照明光を、前記第1共通レンズで平行光に変換した後、前記第3ミラーで反射させて前記第1共通レンズにより収束光として前記出射位置に導き、前記第3ミラーに対する入射側または出射側で、該第3ミラーと前記第1共通レンズとの間の平行光の光路中に前記第1波長領域選択素子を配置し、
前記第2光路光学系は、第2共通レンズおよび第4ミラーを有し、前記入射位置から入射する照明光を、前記第2共通レンズで平行光に変換した後、前記第4ミラーで反射させて前記第2共通レンズにより収束光として前記出射位置に導き、前記第4ミラーに対する入射側または出射側で、該第4ミラーと前記第2共通レンズとの間の平行光の光路中に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とするものである。
The invention according to claim 8 is the illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4,
The first optical path optical system includes a first common lens and a third mirror. The illumination light incident from the incident position is converted into parallel light by the first common lens, and then reflected by the third mirror. The first common lens guides the converged light to the exit position, and enters the parallel light path between the third mirror and the first common lens on the incident side or the exit side with respect to the third mirror. One wavelength region selection element is arranged,
The second optical path optical system includes a second common lens and a fourth mirror. The illumination light incident from the incident position is converted into parallel light by the second common lens and then reflected by the fourth mirror. Then, the second common lens guides the converged light to the exit position, and enters the parallel light path between the fourth mirror and the second common lens on the incident side or the exit side with respect to the fourth mirror. A two-wavelength region selection element is arranged.
請求項9に係る発明は、請求項4乃至8のいずれか一項に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記光源部からの照明光を、前記入射位置で集光させるように構成した、ことを特徴とするものである。
The invention according to claim 9 is the illumination optical system for a two-plate projector according to any one of claims 4 to 8,
The illumination light from the light source unit is configured to be condensed at the incident position.
請求項10に係る発明は、請求項5乃至8のいずれか一項に記載の2板式投影装置用照明光学系において、
前記光源部からの照明光を、前記入射位置および前記出射位置でそれぞれ集光させるように構成した、ことを特徴とするものである。
The invention according to
The illumination light from the light source unit is configured to be condensed at the incident position and the emission position, respectively.
本発明によれば、回転式のカラーフィルタを用いることなく、光源部からの照明光の光路を、光路切り替え部により、第1光路と第2光路とに交互に切り替えて、第1光路では第1波長領域選択素子により第1波長領域の光を選択し、第2光路では第2波長領域選択素子により第2波長領域の光を選択するようにしたので、所望の波長帯域を有する照明光を安定して得ることができ、長期間に亘って安定した色再現性を得ることができる。 According to the present invention, the optical path of the illumination light from the light source unit is switched alternately between the first optical path and the second optical path by the optical path switching unit without using a rotary color filter, and the first optical path is the first optical path. Since light of the first wavelength region is selected by the one wavelength region selection element and light of the second wavelength region is selected by the second wavelength region selection element in the second optical path, illumination light having a desired wavelength band is selected. It can be obtained stably, and stable color reproducibility can be obtained over a long period of time.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態に係る照明光学系を用いる2板式投影装置の概略構成を示す図である。本実施の形態では、光源部10から白色光の照明光を集光して出射させる。光源部10は、リフレクタ11および超高圧水銀ランプ12を有する光源13と、ロッドインテグレータ15と、集光レンズ16とを有し、光源13から発生した無偏光の白色光の照明光を、ロッドインテグレータ15を経て均一な明るさの直線偏光に変換した後、集光レンズ16により集光して出射させるように構成する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a two-plate projector using the illumination optical system according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, white light illumination light is condensed from the
光源部10から集光して出射される照明光は、入射光路17から光路切り替え部20に入射させ、該光路切り替え部20により第1光路21または第2光路22に選択的に切り替えて、2板式の空間光変調部50に導く。
The illumination light condensed and emitted from the
光路切り替え部20は、モータ25と、該モータ25の出力軸に取り付けた回転円板26とを有して構成する。回転円板26には、図2に平面図を示すように、回転方向に、例えば開口からなる光透過領域27とミラー面からなる光反射領域28とを、回転速度および投影画像のフレームレートに応じて形成する。本実施の形態では、回転円板26を円周方向に12等分して、光透過領域27と光反射領域28とを、それぞれ6個ずつ交互に形成する。
The optical
図1において、回転円板26に対する光源部10からの照明光の入射位置P1および回転円板26から2板式の空間光変調部50への照明光の出射位置P2は、図2に示すように、一方が光透過領域27に位置するとき、他方は光反射領域28に位置するように異なる位置に設定する。また、回転円板26は、入射位置P1への照明光の入射光路17および出射位置P2からの照明光の出射光路18に対して、それぞれ45度傾斜して配置して、入射位置P1と出射位置P2との間で、回転円板26の一方の面側に第1光路21を、他方の面側に第2光路22をそれぞれ形成する。
In FIG. 1, the incident position P1 of the illumination light from the
第1光路21には、入射位置P1に位置する回転円板26の光透過領域27を透過した照明光を反射させて平行光とする第1放物面ミラー31と、該第1放物面ミラー31を経た照明光を反射させて収束光として出射位置に導く第2放物面ミラー32と、これら第1放物面ミラー31と第2放物面ミラー32との間の平行光の光路中に配置した第1波長領域選択素子33とを有する第1光路光学系34を設ける。
The first
同様に、第2光路22には、入射位置P1に位置する回転円板26の光反射領域28で反射された照明光を反射させて平行光とする第3放物面ミラー35と、該第3放物面ミラー35を経た照明光を反射させて収束光として出射位置に導く第4放物面ミラー36と、これら第3放物面ミラー35と第4放物面ミラー36との間の平行光の光路中に配置した第2波長領域選択素子37とを有する第2光路光学系38を設ける。
Similarly, the second
本実施の形態では、第1波長領域選択素子33を黄色の色フィルタをもって構成し、この第1波長領域選択素子33により、光源部10からの白色光の照明光から、第1波長領域の光として、R光とG光とを透過させて選択する。また、第2波長領域選択素子37は、マゼンダの色フィルタをもって構成し、この第2波長領域選択素子37により、光源部10からの白色光の照明光から、第2波長領域の光として、R光とB光とを透過させて選択する。
In the present embodiment, the first wavelength
また、本実施の形態では、光源部10からの照明光を、集光レンズ16により回転円板26への入射位置P1に集光させるとともに、第1光路21および第2光路22による照明光をそれぞれ第2放物面ミラー32および第4放物面ミラー36により回転円板26からの出射位置P2に集光させる。すなわち、第1光路光学系34および第2光路光学系38により、それぞれ入射位置P1における光源像を出射位置P2に中継する。
In the present embodiment, the illumination light from the
このようにして、モータ25により回転円板26を回転させることにより、入射光路17から入射した白色光の照明光を、第1光路21と第2光路22とに交互に切り替えて、第1光路21が選択されたときは、第1波長領域選択素子33によりR光およびG光を選択して出射光路18に導き、第2光路22が選択されたときは、第2波長領域選択素子37によりR光およびB光を選択して出射光路18に導いて、2板式の空間光変調部50へ入射させるようにする。
Thus, by rotating the
2板式の空間光変調部50は、コリメータレンズ51と、TIR(Total Internal Reflection)プリズム52と、ダイクロイックプリズム53と、2枚の反射型の空間光変調素子54,55とを有して構成する。
The two-plate spatial
光路切り替え部20からの照明光は、コリメータレンズ51により平行光に変換してTIRプリズム52に入射させ、ここで全反射させてダイクロイックプリズム53に入射させる。
Illumination light from the optical
ダイクロイックプリズム53は、例えば、R光は反射させ、G光およびB光は透過させるように構成して、ダイクロイックプリズム53で反射されて出射するR光を空間光変調素子54に入射させ、ダイクロイックプリズム53を透過して出射されるG光およびB光を空間光変調素子55に入射させる。
The
空間光変調素子54,55は、例えば、変調光を入射方向とは異なる方向に反射させるTexas Instruments社の登録商標であるDMD(Digital Micromirror Device)を用い、空間光変調素子54によりR光を変調し、空間光変調素子55によりG光またはB光を変調して、それぞれの変調光をダイクロイックプリズム53に入射させる。
The spatial
ダイクロイックプリズム53に入射したR光の変調光とG光またはB光の変調光は、該ダイクロイックプリズム53で合成し、その合成された変調光は、TIRプリズム52を透過させて、投影レンズ61により、例えば偏光スクリーンよりなるスクリーン62に投影光として投影する。
The modulated light of R light and the modulated light of G light or B light incident on the
すなわち、本実施の形態では、図3にR,G,Bの各光の投影タイミングを示すように、光路切り替え部20の第1光路21を経て、空間光変調部50に、R光およびG光が入射する場合は、空間光変調素子54によりR光を変調し、空間光変調素子55によりG光を変調して、それらの変調光の合成光をスクリーン62に投影する。また、光路切り替え部20の第2光路22を経て、空間光変調部50に、R光およびB光が入射する場合は、空間光変調素子54によりR光を変調し、空間光変調素子55によりB光を変調して、それらの変調光の合成光をスクリーン62に投影する。したがって、R光の変調光の投影時間を1とすると、G光およびB光の各変調光の投影時間は、0.5となる。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the projection timing of each of the R, G, and B lights, the
以上のように、本実施の形態によれば、回転式のカラーフィルタを用いることなく、光源部10からの照明光の光路を、光路切り替え部20により、第1光路21と第2光路22とに交互に切り替え、第1光路21では第1波長領域選択素子33によりR光およびG光を透過させ、第2光路22では第2波長領域選択素子37によりR光およびB光を透過させるようにしたので、所望の波長帯域を有する照明光を安定して得ることができ、長期間に亘って安定した色再現性を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the optical path of the illumination light from the
しかも、第1波長領域選択素子33および第2波長領域選択素子37は、それぞれ平行光の光路中に配置するようにしたので、入射角による特性変化の影響を受けることもない。したがって、所望の波長帯域を有する照明光をより安定して得ることができる。
In addition, since the first wavelength
また、光源部10からの照明光を、光路切り替え部20の回転円板26への入射位置P1において集光させるとともに、第1光路21および第2光路22による照明光をそれぞれ回転円板26からの出射位置P2において集光させるようにしたので、回転円板に26に対する照明光のスポット径を小さくできる。したがって、R光およびG光と、R光およびB光との面順次の切り替え時間、すなわちブランキング期間を短くできるので、表示画像のフレームレートを高くできる。
Further, the illumination light from the
しかも、回転円板26は、例えば開口からなる光透過領域27と、ミラー面からなる光反射領域28とを形成して構成できるので、入射位置P1および出射位置P2において照明光を集光させても、熱による影響を受けることも殆どない。したがって、長期間に亘って安定して使用することができる。
In addition, the
また、本実施の形態では、空間光変調素子54,55として、DMD(登録商標)を用いているので、反射型液晶パネルを用いる場合と比較して、光の損失を少なくでき、光の利用効率をさらに向上できる利点がある。
In this embodiment, since DMD (registered trademark) is used as the spatial
さらに、本実施の形態では、超高圧水銀ランプ12を用いて光源13を構成し、R,G,Bの各変調光の投影時間を、R:G:B=1.0:0.5:0.5、としているので、超高圧水銀ランプ12からのR,G,Bの各光を最高強度で無駄なく利用して、色再現性を向上することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the ultrahigh
すなわち、超高圧水銀ランプ12から放射される光のスペクトル分布は、例えば図4に示すよう、B光領域およびG光領域と比較して、R光領域の強度が不足したスペクトル分布となる。この場合、図5に示すxy色度図上で、HDTV(High Definition TeleVision)で規定されている白点W1を再現するには、各光の強度比を、R:G:B=1:0.6:0.4、程度に調整する必要がある。
That is, for example, as shown in FIG. 4, the spectral distribution of the light emitted from the ultrahigh
しかし、本実施の形態におけるように、R,G,Bの各変調光の投影時間を、R:G:B=1.0:0.5:0.5、とすると、R,G,Bの各光を最高強度で使用した場合の色度点W2を、HDTVにおける白点W1の近傍にすることができる。したがって、上述したように、超高圧水銀ランプ12からのR,G,Bの各光を最高強度で無駄なく利用して、色再現性を向上することができる。
However, as in the present embodiment, assuming that the projection time of each of the R, G, and B modulated light is R: G: B = 1.0: 0.5: 0.5, R, G, B The chromaticity point W2 when each of these lights is used at the maximum intensity can be in the vicinity of the white point W1 in HDTV. Therefore, as described above, it is possible to improve the color reproducibility by using each light of R, G, and B from the ultra-high
なお、超高圧水銀ランプ12からのR,G,Bの各光を、それぞれ空間光変調素子で変調して合成する3板式とした場合において、R,G,Bの各光を最高強度で使用した場合の色度点W3は、R光領域の強度が足りないため、W1の位置からB領域およびG領域にシフトした位置となる。したがって、3板式で白を再現するには、各光の強度比を、R:G:B=1:0.6:0.4、程度に調整する必要があるため、G光で40%、B光で60%の光が無駄となる。
In the case of a three-plate type in which R, G, and B light from the ultra-high
(第2実施の形態)
図6は、本発明の第2実施の形態に係る2板式投影装置用照明光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態は、図1に示した第1実施の形態において、光路切り替え部20により切り替えられる第1光路21の第1光路光学系34を、第1レンズ71と、第1ミラー72と、第2レンズ73と、第1波長領域選択素子33とで構成して、入射位置P1に集光して回転円板26を透過する光源部10からの照明光を、第1レンズ71により平行光に変換した後、第1ミラー72で反射させて第2レンズ73により出射位置P2に集光させる。なお、第1波長領域選択素子33は、第1レンズ71と第2レンズ73との間の平行光の光路中(図6では、第1ミラー72と第2レンズ73との間の光路中)に配置する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the main part of the illumination optical system for a two-plate projector according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1, the first optical path
同様に、光路切り替え部20により切り替えられる第2光路22の第2光路光学系38は、第3レンズ75と、第2ミラー76と、第4レンズ77と、第2波長領域選択素子37とで構成して、入射位置P1に集光して回転円板26で反射される光源部10からの照明光を、第3レンズ75により平行光に変換した後、第2ミラー76で反射させて、第4レンズ77により出射位置P2に集光させる。なお、第2波長領域選択素子37は、第3レンズ75と第4レンズ77との間の平行光の光路中(図6では、第2ミラー76と第4レンズ77との間の光路中)に配置する。その他の構成および作用は、第1実施の形態と同様である。
Similarly, the second optical path
本実施の形態においても、第1実施の形態と同様の効果が得られる。 Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
(第3実施の形態)
図7は、本発明の第3実施の形態に係る2板式投影装置用照明光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態は、図1に示した第1実施の形態において、光路切り替え部20により切り替えられる第1光路21の第1光路光学系34を、第1楕円ミラー81と第1波長領域選択素子33とで構成して、入射位置P1に集光して回転円板26を透過する光源部10からの照明光を、第1楕円ミラー81で反射させて出射位置P2に集光させるとともに、この第1光路21の任意の位置(図7では、第1楕円ミラー81と出射位置P2との間の光路中)に、第1波長領域選択素子33を配置する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a main part of an illumination optical system for a two-plate projection apparatus according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1, the first optical path
同様に、光路切り替え部20により切り替えられる第2光路22の第2光路光学系38は、第2楕円ミラー82と第2波長領域選択素子37とで構成して、入射位置P1に集光して回転円板26で反射される光源部10からの照明光を、第2楕円ミラー82で反射させて出射位置P2に集光させるとともに、この第2光路22の任意の位置(図7では、第2楕円ミラー82と出射位置P2との間の光路中)に、第2波長領域選択素子37を配置する。その他の構成および作用は、第1実施の形態と同様である。
Similarly, the second optical path
本実施の形態によれば、第1実施の形態と同様の効果が得られる他、第1実施の形態や第2実施の形態と比較して、第1光路光学系34および第2光路光学系38の部品点数を少なくできるので、簡単かつ安価にできる利点がある。
According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the first optical path
(第4実施の形態)
図8は、本発明の第4実施の形態に係る2板式投影装置用照明光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態は、図1に示した第1実施の形態において、光路切り替え部20により切り替えられる第1光路21の第1光路光学系34を、第1共通レンズ91と、第3ミラー92と、第1波長領域選択素子33とで構成して、入射位置P1に集光して回転円板26を透過する光源部10からの照明光を、第1共通レンズ91により平行光に変換した後、第3ミラー92で反射させ、さらに、第1共通レンズ91により出射位置P2に集光させる。なお、第1波長領域選択素子33は、第1共通レンズ91と第3ミラー92との間の平行光の光路中(図8では、第3ミラー92の反射光路中)に配置する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a main part of an illumination optical system for a two-plate projection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1, the first optical path
同様に、光路切り替え部20により切り替えられる第2光路22の第2光路光学系38は、第2共通レンズ95と、第4ミラー96と、第2波長領域選択素子37とで構成して、入射位置P1に集光して回転円板26で反射される光源部10からの照明光を、第2共通レンズ95により平行光に変換した後、第4ミラー96で反射させ、さらに、第2共通レンズ95により出射位置P2に集光させる。なお、第2波長領域選択素子37は、第2共通レンズ95と第4ミラー96との間の平行光の光路中(図8では、第4ミラー96の反射光路中)に配置する。その他の構成および作用は、第1実施の形態と同様である。
Similarly, the second optical path
本実施の形態においても、第1実施の形態と同様の効果が得られる。 Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
(第5実施の形態)
図9は、本発明の第5実施の形態に係る2板式投影装置用照明光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態は、図1に示した第1実施の形態において、光源部10を、光路切り替え部20に対して90度回転して配置して、光源部10からの照明光を光路切り替え部20により第1光路21または第2光路22に選択的に切り替えて、2板式の空間光変調部50に導く。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a main part of an illumination optical system for a two-plate projection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1, the
このため、回転円板26に対する光源部10からの照明光の入射位置P1、および回転円板26から2板式の空間光変調部50への照明光の出射位置P2は、図10に示すように、一方が光透過領域27に位置するときは、他方も他の光透過領域27に位置し、一方が光反射領域28に位置するときは、他方も他の光反射領域28に位置するように設定する。
Therefore, the incident position P1 of the illumination light from the
このようにして、モータ25により回転円板26を回転させることにより、入射光路17から入射位置P1に入射した照明光を、回転円板26で交互に反射および透過させて、第1光路21と第2光路22とに交互に入射させる。そして、回転円板26で反射されて第1光路21に入射した照明光は、第1光路光学系34により、R光およびG光を選択して、出射位置P2において回転円板26で反射させて出射光路18に導く。また、回転円板26を透過して第2光路22に入射した照明光は、第2光路光学系38により、R光およびB光を選択して、出射位置P2において回転円板26を透過させて出射光路18に導く。その他の構成および作用は、第1実施の形態と同様である。
Thus, by rotating the
したがって、本実施の形態においても、第1実施の形態と同様の効果が得られる。 Therefore, also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、光源部10は、高圧水銀ランプに限らず、キセノンランプ等の照明光を出射する公知のランプを用いて構成することもできるし、R,G,Bの3色LEDや3色レーザを用いて構成することもできる。
In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the
また、上記実施の形態では、空間光変調素子54,55としてDMD(登録商標)を用いたが、反射型液晶パネルを用いることもできる。さらに、上記各実施の形態では、光源部10からの照明光を、光路切り替え部20の回転円板26への入射位置P1および回転円板26からの出射位置P2において集光させるようにしたが、入射位置P1や出射位置P2からずれた位置に集光させてもよい。
In the above embodiment, DMD (registered trademark) is used as the spatial
また、光源部10から照明光を平行光で出射させ、その平行光の状態を維持したまま、入射位置P1および出射位置P2を経て空間光変調部50に導くように構成することもできる。この場合、第1光路光学系34は、反射ミラーおよび第1波長領域選択素子33で構成でき、同様に、第2光路光学系38も、反射ミラーおよび第2波長領域選択素子37で構成できるので、簡単かつ安価にできる。
Alternatively, the illumination light can be emitted from the
さらに、回転円板26は、光源部10からの照明光の入射光路17および空間光変調部50への出射光路18に対して、45度に傾斜して配置する場合に限らず、任意の角度に設定することができる。特に、第4実施の形態の場合には、入射位置P1おける入射光路17の入射角および出射位置P2における出射光路18の出射角が、45度よりも小さくなるように回転円板26を配置することにより、第1共通レンズ91および第2共通レンズ95の小型化を図ることができる。
Further, the
さらに、第5実施の形態に示した光源部10の配置は、第2〜4実施の形態にも同様に適用して、回転円板26で反射されて第1光路21に入射した照明光を、第1光路光学系34を経て再び回転円板26で反射させて2板式の空間光変調部50に導き、回転円板26を透過して第2光路22に入射した照明光は、第2光路光学系38を経て再び回転円板26を透過させて2板式の空間光変調部50に導くように構成することもできる。したがって、本発明によれば、2板式投影装置に組み込む場合に、レイアウトの自由度を向上することができる。また、回転円板26に代えて、入射位置P1および出射位置P2に対応する位置に、それぞれ跳ね上げミラー等の回動ミラーを配置して、同様に、入射する照明光を選択的に透過または反射させるように構成することもできる。
Furthermore, the arrangement of the
10 光源部
11 リフレクタ
12 超高圧水銀ランプ
13 光源
15 ロッドインテグレータ
16 集光レンズ
17 入射光路
18 出射光路
20 光路切り替え部
21 第1光路
22 第2光路
25 モータ
26 回転円板
27 光透過領域
28 光反射領域
31 第1放物面ミラー
32 第2放物面ミラー
33 第1波長領域選択素子
34 第1光路光学系
35 第3放物面ミラー
36 第4放物面ミラー
37 第2波長領域選択素子
38 第2光路光学系
50 空間光変調部
51 コリメータレンズ
52 TIRプリズム
53 ダイクロイックプリズム
54,55 空間光変調素子
61 投影レンズ
62 スクリーン
P1 入射位置
P2 出射位置
71 第1レンズ
72 第1ミラー
73 第2レンズ
75 第3レンズ
76 第2ミラー
77 第4レンズ
81 第1楕円ミラー
82 第2楕円ミラー
91 第1共通レンズ
92 第3ミラー
95 第2共通レンズ
96 第4ミラー
DESCRIPTION OF
Claims (10)
該光源部と2板式の空間変調部との間の照明光の光路を第1光路または第2光路に選択的に切り替える光路切り替え部と、
前記第1光路に配置され、前記照明光から第1波長領域の光を選択する第1波長領域選択素子を有する第1光路光学系と、
前記第2光路に配置され、前記照明光から第2波長領域の光を選択する第2波長領域選択素子を有する第2光路光学系と、
を有する、ことを特徴とする2板式投影装置用照明光学系。 A light source unit that emits white illumination light;
An optical path switching unit that selectively switches the optical path of the illumination light between the light source unit and the two-plate spatial modulation unit to the first optical path or the second optical path;
A first optical path optical system having a first wavelength region selection element that is disposed in the first optical path and selects light in the first wavelength region from the illumination light;
A second optical path optical system that is disposed in the second optical path and has a second wavelength region selection element that selects light in the second wavelength region from the illumination light;
An illumination optical system for a two-plate projection apparatus, comprising:
前記第1光路および前記第2光路は、前記入射位置と前記出射位置との間で、前記回転円板の一方の面側および他方の面側にそれぞれ形成して、
前記回転円板の前記光透過領域が前記入射位置に位置するときは、該光透過領域を透過した照明光を、前記第1光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の前記光反射領域で反射させて前記出射光路に導き、
前記回転円板の前記光反射領域が前記入射位置に位置するときは、該光反射領域で反射される照明光を、前記第2光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の前記光透過領域を透過させて前記出射光路に導くように構成した、ことを特徴とする請求項1に記載の2板式投影装置用照明光学系。 The optical path switching unit includes a rotating disk in which a plurality of light transmission regions and light reflecting regions are formed in the rotation direction, respectively, and the incident position of the illumination light from the light source unit with respect to the rotating disk and the rotation disk The position where the illumination light is emitted to the two-plate spatial light modulator is set to a different position so that when one is located in one light transmission region, the other is located in one light reflection region, With respect to the incident optical path of the illumination light to the incident position and the exit optical path of the illumination light from the exit position, the rotating disk is disposed to be inclined,
The first optical path and the second optical path are formed on one surface side and the other surface side of the rotating disk between the incident position and the emission position, respectively.
When the light transmission region of the rotating disk is positioned at the incident position, the illumination light transmitted through the light transmitting region is reflected by the light of the rotating disk positioned at the emission position via the first optical path. Reflected in the region and led to the outgoing optical path,
When the light reflecting area of the rotating disk is located at the incident position, the illumination light reflected by the light reflecting area is transmitted through the second optical path and the light of the rotating disk located at the emitting position. 2. The illumination optical system for a two-plate projection apparatus according to claim 1, wherein the illumination optical system is configured to transmit a transmission region and guide it to the outgoing optical path.
前記第1光路および前記第2光路は、前記入射位置と前記出射位置との間で、前記回転円板の一方の面側および他方の面側にそれぞれ形成して、
前記回転円板の一の前記光透過領域が前記入射位置に位置するときは、該光透過領域を透過した照明光を、前記第1光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の他の前記光透過領域を透過させて前記出射光路に導き、
前記回転円板の一の前記光反射領域が前記入射位置に位置するときは、該光反射領域で反射される照明光を、前記第2光路を経て前記出射位置に位置する前記回転円板の他の前記光反射領域で反射させて前記出射光路に導くように構成した、ことを特徴とする請求項1に記載の2板式投影装置用照明光学系。 The optical path switching unit includes a rotating disk in which a plurality of light transmission regions and light reflecting regions are formed in the rotation direction, respectively, and the incident position of the illumination light from the light source unit with respect to the rotating disk and the rotation disk When one of the illumination light emission positions to the two-plate spatial light modulator is located in the one light transmission region, the other is located in the other light transmission region, and the other is the one light reflection region. And the other is set to a different position so as to be located in the other light reflection region, and the incident light path of the illumination light to the incident position and the emission light path of the illumination light from the emission position , The rotating disk is disposed at an inclination,
The first optical path and the second optical path are formed on one surface side and the other surface side of the rotating disk between the incident position and the emission position, respectively.
When the light transmission region of one of the rotating disks is positioned at the incident position, the illumination light transmitted through the light transmitting region is transmitted to the rotating disk positioned at the emission position via the first optical path. Through the light transmission region and led to the outgoing light path,
When the light reflecting area of one of the rotating disks is located at the incident position, the illumination light reflected by the light reflecting area is transmitted to the rotating disk located at the emitting position via the second optical path. 2. The illumination optical system for a two-plate projector according to claim 1, wherein the illumination optical system is configured to be reflected by another light reflection region and guided to the outgoing light path.
前記第2光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を反射させて平行光とする第3放物面ミラーと、該第3放物面ミラーを経た照明光を反射させて収束光として前記出射位置に導く第4放物面ミラーとを有し、前記第3放物面ミラーと前記第4放物面ミラーとの間の平行光の光路中に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とする請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系。 The first optical path optical system reflects the illumination light incident from the incident position to make parallel light, and reflects the illumination light that has passed through the first parabolic mirror as converged light. A second parabolic mirror that leads to the emission position, and the first wavelength region selection element is disposed in an optical path of parallel light between the first parabolic mirror and the second parabolic mirror. And
The second optical path optical system reflects the illumination light incident from the incident position to make parallel light, and reflects the illumination light that has passed through the third parabolic mirror as converged light. A fourth parabolic mirror that leads to the emission position, and the second wavelength region selection element is disposed in an optical path of parallel light between the third parabolic mirror and the fourth parabolic mirror. The illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4, wherein
前記第2光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を平行光に変換する第3レンズと、該第3レンズを経た照明光を反射させる第2ミラーと、該第2ミラーを経た照明光を収束光として前記出射位置に導く第4レンズとを有し、前記第3レンズと前記第4レンズとの間の平行光の光路中に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とする請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系。 The first optical path optical system includes a first lens that converts illumination light incident from the incident position into parallel light, a first mirror that reflects illumination light that has passed through the first lens, and illumination that has passed through the first mirror. A second lens for guiding light to the emission position as convergent light, and arranging the first wavelength region selection element in an optical path of parallel light between the first lens and the second lens,
The second optical path optical system includes a third lens that converts illumination light incident from the incident position into parallel light, a second mirror that reflects illumination light that has passed through the third lens, and illumination that has passed through the second mirror. A fourth lens that guides light to the emission position as convergent light, and the second wavelength region selection element is disposed in the optical path of parallel light between the third lens and the fourth lens. The illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4,
前記第2光路光学系は、前記入射位置から入射する照明光を反射させて収束光として前記出射位置に導く第2楕円ミラーを有し、該第2楕円ミラーの入射側または出射側に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とする請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系。 The first optical path optical system includes a first elliptical mirror that reflects illumination light incident from the incident position and guides the illumination light as convergent light to the emission position, and the first optical path optical system includes the first elliptical mirror on the incident side or the emission side of the first elliptical mirror. One wavelength region selection element is arranged,
The second optical path optical system includes a second elliptical mirror that reflects illumination light incident from the incident position and guides the illumination light as convergent light to the emission position, and the second optical path optical system includes the second elliptical mirror on the incident side or the emission side of the second elliptical mirror. 5. The illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4, wherein a two-wavelength region selection element is disposed.
前記第2光路光学系は、第2共通レンズおよび第4ミラーを有し、前記入射位置から入射する照明光を、前記第2共通レンズで平行光に変換した後、前記第4ミラーで反射させて前記第2共通レンズにより収束光として前記出射位置に導き、前記第4ミラーに対する入射側または出射側で、該第4ミラーと前記第2共通レンズとの間の平行光の光路中に前記第2波長領域選択素子を配置した、ことを特徴とする請求項4に記載の2板式投影装置用照明光学系。 The first optical path optical system includes a first common lens and a third mirror. The illumination light incident from the incident position is converted into parallel light by the first common lens, and then reflected by the third mirror. The first common lens guides the converged light to the exit position, and enters the parallel light path between the third mirror and the first common lens on the incident side or the exit side with respect to the third mirror. One wavelength region selection element is arranged,
The second optical path optical system includes a second common lens and a fourth mirror. The illumination light incident from the incident position is converted into parallel light by the second common lens and then reflected by the fourth mirror. Then, the second common lens guides the converged light to the exit position, and enters the parallel light path between the fourth mirror and the second common lens on the incident side or the exit side with respect to the fourth mirror. 5. The illumination optical system for a two-plate projector according to claim 4, wherein a two-wavelength region selection element is disposed.
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