JP2021036262A - Illumination optical system - Google Patents

Abstract

To provide a small and bright illumination optical system.SOLUTION: Color separation in a color separation system is performed by only one cross dichroic mirror and one dichroic mirror, and optical path lengths of three optical paths from incidence to first to third image display elements coincide with each other. When a surface including an optical axis and normal line of two color combining surfaces is defined as first cross section and a surface including the optical axis perpendicular to the first cross section is defined as second cross section, maximum incident angle of an effective ray into a combining prism in the first cross section is larger than maximum incident angle of the effective ray into the combining prism in the second cross section.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、反射型の画像表示素子を用いた画像投射装置に用いられる光学系に関し、さらに詳しくは色分解合成光学系に関する。 The present invention relates to an optical system used in an image projection device using a reflective image display element, and more particularly to a color separation synthesis optical system.

近年、画像投射装置の高輝度化が進み、画像表示素子の冷却用部材が大型化してきている。画像表示素子と照明系の干渉を避けつつ小型化が実現できる光学系として、特許文献１や特許文献２に示される色分解合成光学系が知られている。前記色分解合成光学系は画像表示素子の法線と投射レンズの光軸が直交し、且つ合成プリズムそれぞれの入射面法線と直行するように画像表示素子を配置することにより小型化を実現している。 In recent years, the brightness of image projection devices has been increased, and the size of cooling members for image display elements has been increasing. As an optical system capable of realizing miniaturization while avoiding interference between an image display element and an illumination system, the color separation synthetic optical system shown in Patent Document 1 and Patent Document 2 is known. The color separation synthetic optical system is miniaturized by arranging the image display element so that the normal of the image display element and the optical axis of the projection lens are orthogonal to each other and perpendicular to the normal of the incident surface of each of the composite prisms. ing.

特許第４１５４７１８号公報Japanese Patent No. 4154718 特許第４８０６９１２号公報Japanese Patent No. 4806912

上記の特許文献１に記載の従来技術では、色分離光学系において１色をリレーする構成となり、小型化の点で不利となるという課題があった。上記の特許文献２に記載の従来技術では、小型な構成となるが、照明光学系のレンズ間距離が長くなることによりＦナンバーを大きくする必要があり、明るさの点で不利となるという課題があった。 In the conventional technique described in Patent Document 1 described above, there is a problem that one color is relayed in the color separation optical system, which is disadvantageous in terms of miniaturization. In the conventional technique described in Patent Document 2 above, the configuration is small, but it is necessary to increase the F number due to the long distance between the lenses of the illumination optical system, which is disadvantageous in terms of brightness. was there.

上記の課題を解決するために、本発明に係る照明光学系は、
第１色光を変調して反射する第１の画像表示素子と、
第２色光を変調して反射する第２の画像表示素子と、
第３色光を変調して反射する第３の画像表示素子と、
前記第１の画像表示素子で変調された光を検光する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第２の画像表示素子で変調された光を検光する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第３の画像表示素子で変調された光を検光する第３の偏光ビームスプリッタと、
白色光を前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光に分解する色分解系と、
前記第１色光を前記第１の偏光ビームスプリッタへ導く第１の跳ね上げミラーと、
前記第２色光を前記第２の偏光ビームスプリッタへ導く第２の跳ね上げミラーと、
前記第３色光を前記第３の偏光ビームスプリッタへ導く第３の跳ね上げミラーと、
前記第１色光および前記第２色光を反射する第１の折り返しミラーと、
前記第３色光を反射する第２の折り返しミラーと、
前記偏光ビームスプリッタで検光されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させる、交わる２つの色合成面を持つ合成プリズムからなり、
前記第１から第３のミラーで反射した前記第１から第３色光の主光線が略平行であり、
前記第１から第３の画像表示素子は変調面の法線が投射レンズの光軸と略直交または略平行であり、
かつ前記合成プリズムのそれぞれの入射面の法線と略直交または略平行となるように配置される色分解合成光学系であって、
前記色分解系における色分解が１つのクロスダイクロイックミラーと１枚のダイクロイックミラーのみによって行われ、
入射から前記第１から第３の画像表示素子までの３つの光路の光路長が略一致し、
光軸と前記２つの色合成面の法線を含む面を第一の断面とし、光軸を含み第一の断面と垂直な面を第二の断面としたとき、第一の断面における前記合成プリズムへの有効光線の最大入射角度が第二の断面における前記合成プリズムへの有効光線の最大入射角度よりも大きいことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the illumination optical system according to the present invention
A first image display element that modulates and reflects the first color light,
A second image display element that modulates and reflects the second color light,
A third image display element that modulates and reflects the third color light,
A first polarizing beam splitter that detects light modulated by the first image display element, and
A second polarization beam splitter that detects the light modulated by the second image display element, and
A third polarization beam splitter that detects the light modulated by the third image display element, and
A color separation system that decomposes white light into the first color light, the second color light, and the third color light.
A first flip-up mirror that guides the first color light to the first polarization beam splitter,
A second flip-up mirror that guides the second color light to the second polarization beam splitter,
A third flip-up mirror that guides the third color light to the third polarization beam splitter,
A first folded mirror that reflects the first color light and the second color light,
A second folding mirror that reflects the third color light, and
It consists of a synthetic prism having two intersecting color synthesis surfaces that synthesizes each light detected by the polarization beam splitter and causes it to enter the projection lens.
The main rays of the first to third color lights reflected by the first to third mirrors are substantially parallel.
In the first to third image display elements, the normal of the modulation plane is substantially orthogonal or substantially parallel to the optical axis of the projection lens.
Moreover, it is a color separation synthetic optical system arranged so as to be substantially orthogonal or substantially parallel to the normal of each incident surface of the composite prism.
The color separation in the color separation system is performed by only one cross dichroic mirror and one dichroic mirror.
The optical path lengths of the three optical paths from the incident to the first to third image display elements are substantially the same.
When the plane including the optical axis and the normal of the two color composite planes is the first cross section and the plane including the optical axis and perpendicular to the first cross section is the second cross section, the composite in the first cross section. The maximum angle of incidence of the effective light beam on the prism is larger than the maximum angle of incidence of the effective light ray on the composite prism in the second cross section.

本発明によれば、小型でかつ明るい照明光学系を構築することができる。 According to the present invention, it is possible to construct a compact and bright illumination optical system.

本発明の実施例１の光源部の構成を説明する図The figure explaining the structure of the light source part of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の色分解合成系の構成を説明する図The figure explaining the structure of the color separation synthesis system of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の入射光束の２次元強度分布を示した図The figure which showed the two-dimensional intensity distribution of the incident light flux of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の各断面における光束の広がりを説明する図The figure explaining the spread of the light flux in each cross section of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の色分解合成系の構成を簡略化した図The figure which simplified the structure of the color separation synthesis system of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の色分解合成系下部の構成を説明する図The figure explaining the structure of the lower part of the color separation synthesis system of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の色分解合成系の構成を説明する図The figure explaining the structure of the color separation synthesis system of Example 1 of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施形態における波長変換装置の構成例について図を用いて説明するが、本発明は以下に説明する実施形態の構成等によって何ら限定されるものではない。 A configuration example of the wavelength conversion device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the configuration of the embodiment described below.

図１、２に、本実施例における光学構成図を示す。 FIGS. 1 and 2 show an optical configuration diagram in this embodiment.

光源１０１からの光はリフレクタ１０２で略平行光とされる。光源１０１として本実施例では超高圧水銀ランプを用いるが、固体レーザー光源と蛍光体を用いてもよいし、キセノンランプやＬＥＤを用いてもよい。 The light from the light source 101 is regarded as substantially parallel light by the reflector 102. Although an ultra-high pressure mercury lamp is used as the light source 101 in this embodiment, a solid-state laser light source and a phosphor may be used, or a xenon lamp or an LED may be used.

フライアイレンズ１０３およびフライアイレンズ１０４はパネル面上での照度分布をフラットにするための光インテグレータである。偏光変換素子１０５は光束の偏光を揃える素子である。コンデンサレンズ１０６および１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂは光束をパネル面上に均一に照明する照明系である。 The fly-eye lens 103 and the fly-eye lens 104 are optical integrators for flattening the illuminance distribution on the panel surface. The polarization conversion element 105 is an element that aligns the polarization of the luminous flux. The condenser lenses 106 and 107R, 107G, 107B are illumination systems that uniformly illuminate the light flux on the panel surface.

クロスダイクロイックミラー１０８およびダイクロイックミラー１０９は、光束をＲＧＢの３色に分割するための光学素子である。本実施例ではクロスダイクロイックミラー１０８により白色の光束を赤色の光束とシアン色の光束に分割し、さらにダイクロイックミラー１０９によりシアン色の光束を緑色の光束と青色の光束に分割する。ただし、本発明はこの色分割の順番に限定されず、その要旨の範囲内で異なる色分割を行ってもよい。 The cross dichroic mirror 108 and the dichroic mirror 109 are optical elements for dividing a luminous flux into three colors of RGB. In this embodiment, the cross dichroic mirror 108 divides the white light flux into a red light flux and a cyan light beam, and the dichroic mirror 109 further divides the cyan light beam into a green light beam and a blue light beam. However, the present invention is not limited to the order of the color divisions, and different color divisions may be performed within the scope of the gist thereof.

折り返しミラー１１０、１１１および跳ね上げミラー１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂは、光束をパネルに導くためのミラーである。本実施例では銀ミラーを用いるが、他の金属ミラーでもよいし、誘電体多層膜ミラー等を用いてもよい。これらのミラーによる反射の結果、ＲＧＢ３色の光束は略同一の向きへ導かれる。 The folding mirrors 110, 111 and the flip-up mirrors 112R, 112G, 112B are mirrors for guiding the luminous flux to the panel. Although a silver mirror is used in this embodiment, another metal mirror may be used, or a dielectric multilayer mirror or the like may be used. As a result of reflection by these mirrors, the light fluxes of the three RGB colors are guided in substantially the same direction.

偏光素子１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３ＢはＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する偏光素子である。本実施例では、偏光素子１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂとしてワイヤグリッド偏光子を用いるが、これに限定されず、特定の偏光を透過し他の偏光を反射する特性を持つ素子であればよい。偏光素子１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂを透過した光束は位相補償板１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂを透過し、反射型画像表示素子１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂを反射し、再度位相補償板１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂを透過して偏光素子１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに導かれる。この時、偏光が変化した成分のみ偏光素子１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂを反射し、クロスダイクロイックプリズム１１６により合成されて投射レンズ１１７でスクリーン上に投射される。 The polarizing elements 113R, 113G, and 113B are polarizing elements that transmit P-polarized light and reflect S-polarized light. In this embodiment, wire grid polarizers are used as the polarizing elements 113R, 113G, 113B, but the present invention is not limited to this, and any element having a characteristic of transmitting specific polarized light and reflecting other polarized light may be used. The light beam transmitted through the polarizing elements 113R, 113G, 113B is transmitted through the phase compensation plates 114R, 114G, 114B, is reflected by the reflective image display elements 115R, 115G, 115B, and is transmitted through the phase compensation plates 114R, 114G, 114B again. It is guided to the polarizing elements 113R, 113G, 113B. At this time, only the components whose polarization has changed are reflected by the polarizing elements 113R, 113G, 113B, combined by the cross dichroic prism 116, and projected onto the screen by the projection lens 117.

本実施例における照明系の明るさを決める１つの主要因は照明系のＦナンバーである。本特許において照明系のＦナンバーは、コンデンサレンズ系の合成焦点距離ｆと、入射光束径Ｄに対し、
Ｆナンバー＝ｆ／Ｄ （式１）
によって決まる値とする。 One of the main factors that determine the brightness of the lighting system in this embodiment is the F number of the lighting system. In this patent, the F number of the illumination system refers to the combined focal length f of the condenser lens system and the incident luminous flux diameter D.
F number = f / D (Equation 1)
The value is determined by.

特許文献２の構成においては、光学素子の干渉を避けるため、Ｄを一定以上大きくすることができない。特許文献２の構成における１つの光路に関して、その光学素子を順番に並べた概略図を図３に示した。この構成において、コンデンサレンズ１０６と１０７の間には、４５度で光束を反射する素子が４枚存在する。そのため、対称なダイクロイックミラーを用いて図３に基づいて構成すると、コンデンサレンズ１０６と１０７の間の距離Ｌについて、
Ｌ＝４Ｄ＋α （式２）
という関係式が成り立つ。αはメカ的な制約により確保すべき余裕量であり、０．４Ｄ〜０．８Ｄ程度の値となる。 In the configuration of Patent Document 2, D cannot be increased beyond a certain level in order to avoid interference of optical elements. FIG. 3 shows a schematic view in which the optical elements of one optical path in the configuration of Patent Document 2 are arranged in order. In this configuration, there are four elements that reflect the luminous flux at 45 degrees between the condenser lenses 106 and 107. Therefore, when configured based on FIG. 3 using a symmetrical dichroic mirror, the distance L between the condenser lenses 106 and 107 is determined.
L = 4D + α (Equation 2)
The relational expression holds. α is a margin amount to be secured due to mechanical restrictions, and is a value of about 0.4D to 0.8D.

さて、反射型画像表示素子を用いる投射式画像表示装置においては、画質やコントラストの観点からコンデンサレンズ系をテレセントリックとすることが理想的である。パネル上でテレセントリックとなるコンデンサレンズ系となるとき、コンデンサレンズ系の前側焦点位置は偏光変換素子１０５付近に、後側焦点位置は画像表示素子１１５上に来る。そのため、合成焦点距離ｆはコンデンサレンズ間距離Ｌ以上になることが必要である。つまり、
ｆ≧Ｌ＝４Ｄ＋α＞４．４Ｄ （式３）
となる。その結果、Ｆナンバーは
Ｆナンバー＝ｆ／Ｄ＞４．４ （式４）
となる。Ｆナンバーが４．４より大きいというこの条件は、プロジェクタの明るさ向上のためには重大な制約となる。 By the way, in a projection type image display device using a reflective image display element, it is ideal that the condenser lens system is telecentric from the viewpoint of image quality and contrast. When the condenser lens system is telecentric on the panel, the front focal position of the condenser lens system is near the polarization conversion element 105, and the rear focal position is on the image display element 115. Therefore, the combined focal length f needs to be equal to or greater than the distance L between the condenser lenses. In other words
f ≧ L = 4D + α> 4.4D (Equation 3)
Will be. As a result, the F number is F number = f / D> 4.4 (Equation 4).
Will be. This condition that the F number is larger than 4.4 is a serious constraint for improving the brightness of the projector.

ここで、光学特性の入射角度依存性が大きいクロスダイクロイックプリズム１１６の色合成面を基準にして２つの方向を定める。すなわち、各光束に対し、クロスダイクロイックプリズム１１６の入射面の法線と２つの色合成面の法線を含む断面を、各光束に対する第一の断面とする。同様に、入射面法線を含み第一の断面と垂直な断面を第二の断面とする。なお、第一の断面はクロスダイクロイックミラー１０８における２つのダイクロイックミラーの交線に平行な方向に対応し、第二の断面はそれに垂直な方向に対応する。 Here, the two directions are determined with reference to the color synthesis surface of the cross dichroic prism 116, which has a large dependence on the incident angle of the optical characteristics. That is, for each luminous flux, the cross section including the normal of the incident surface of the cross dichroic prism 116 and the normal of the two color composite surfaces is defined as the first cross section for each luminous flux. Similarly, the cross section including the incident surface normal and perpendicular to the first cross section is defined as the second cross section. The first cross section corresponds to the direction parallel to the line of intersection of the two dichroic mirrors in the cross dichroic mirror 108, and the second cross section corresponds to the direction perpendicular to it.

各方向でのコンデンサレンズ１０６入射面における入射光束径が大きいほど画像表示素子１１５やクロスダイクロイックプリズム１１６への有効光線の最大入射角度が大きくなり、各断面でのＦナンバーは小さくなる。式２〜４に基づくＦナンバーの制約条件が加わるのは第一の断面方向のみである。本発明においては第二の断面方向についてよりＦナンバーを小さくすることにより、高輝度化を実現している。第一の断面および第二の断面における、反射型画像表示素子１１５、偏光素子１１３、クロスダイクロイックプリズム１１６での光束の広がり方の概略を図４に示す。 The larger the incident luminous flux diameter on the incident surface of the condenser lens 106 in each direction, the larger the maximum incident angle of the effective light beam on the image display element 115 and the cross dichroic prism 116, and the smaller the F number in each cross section. The F-number constraint based on Equations 2-4 is added only in the first cross-sectional direction. In the present invention, the brightness is increased by making the F number smaller in the second cross-sectional direction. FIG. 4 shows an outline of how the light flux spreads by the reflective image display element 115, the polarizing element 113, and the cross dichroic prism 116 in the first cross section and the second cross section.

図５（ａ）は、本実施例におけるコンデンサレンズ１０６入射面での入射光束の２次元強度分布である。図５（ｂ）は射影された第一の断面方向の強度分布、図５（ｃ）は射影された第二の断面方向の強度分布である。 FIG. 5A is a two-dimensional intensity distribution of the incident luminous flux on the incident surface of the condenser lens 106 in this embodiment. FIG. 5 (b) shows the intensity distribution in the projected first cross-sectional direction, and FIG. 5 (c) shows the intensity distribution in the projected second cross-sectional direction.

本発明においては、各方向の強度分布に対し、レンズの中心軸を中心として全有効光量の９９．５％の光量が入る必要十分な幅を入射光束径Ｄと定義する。本実施系においては第一の断面方向についてＤ＝４８ｍｍである。また、コンデンサレンズ系の合成焦点距離ｆ＝１４５ｍｍであるため、第一の断面方向のＦナンバーは３程度となり、１０％程度の明るさの向上につながる。２方向で入射径が異なる光束形状は、フライアイレンズ１０６と１０７の各セルの偏心などによって実現可能である。 In the present invention, the incident luminous flux diameter D is defined as a width necessary and sufficient for the intensity distribution in each direction to contain 99.5% of the total effective light amount centered on the central axis of the lens. In this embodiment, D = 48 mm in the first cross-sectional direction. Further, since the composite focal length f = 145 mm of the condenser lens system, the F number in the first cross-sectional direction is about 3, which leads to an improvement in brightness of about 10%. Luminous flux shapes with different incident diameters in the two directions can be realized by the eccentricity of each cell of the fly-eye lenses 106 and 107.

さらに、本実施例においては、図６に示すようにクロスダイクロイックミラー１０８の形状を非対称としている。コンデンサレンズ１０６により、光束はクロスダイクロイックミラー１０８へ収束しながら入射するため、このような形状にしても有効光束を蹴ることがない。また、図５に示すように、この非対称なクロスダイクロイックミラー１０８の形状により、折り返しミラー１１０とダイクロイックミラー１０９の間の距離Ｌ１を、跳ね上げミラー１１１とダイクロイックミラー１０９の間の距離Ｌ２に比べて短くすることができる。その結果、レンズ間距離Ｌが式２で表される値よりも小さくなる。Ｌ１＜０．９Ｌ２となることが望ましいが、さらにＬ１＜０．８Ｌ２であると効果が大きい。 Further, in this embodiment, the shape of the cross dichroic mirror 108 is asymmetrical as shown in FIG. Since the light flux is incident on the cross dichroic mirror 108 by the condenser lens 106 while converging, the effective light flux is not kicked even in such a shape. Further, as shown in FIG. 5, due to the shape of the asymmetric cross dichroic mirror 108, the distance L1 between the folded mirror 110 and the dichroic mirror 109 is compared with the distance L2 between the flip-up mirror 111 and the dichroic mirror 109. Can be shortened. As a result, the inter-lens distance L becomes smaller than the value represented by the equation 2. It is desirable that L1 <0.9L2, but if L1 <0.8L2, the effect is large.

本実施例ではさらに、パネル面への主光線の入射角度を０．８度まで許容することにより、ｆ＝１４５ｍｍをＬ＝１４８ｍｍで実現し式３の条件を緩和している。横方向における入射光束径Ｄ＝３６ｍｍであるから、本実施例における第二の断面方向におけるＦナンバーは４程度となり、式４の制約を超える照明光学系を実現できる。その結果、明るさはさらに５％程度向上する。 Further, in this embodiment, f = 145 mm is realized at L = 148 mm by allowing the angle of incidence of the main light beam on the panel surface up to 0.8 degrees, and the condition of Equation 3 is relaxed. Since the incident luminous flux diameter D = 36 mm in the lateral direction, the F number in the second cross-sectional direction in this embodiment is about 4, and an illumination optical system exceeding the constraint of Equation 4 can be realized. As a result, the brightness is further improved by about 5%.

図７に、本実施例の構成を示す。 FIG. 7 shows the configuration of this embodiment.

本実施例では、偏光素子１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂの代わりに偏光プリズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを用いる。また、位相補償板１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂ、および反射型画像表示素子１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂが、実施例１と異なる向きについている。その結果、偏光プリズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの反射光が位相補償板１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂ、および反射型画像表示素子１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂに導かれ変調される。 In this embodiment, the polarizing prisms 201R, 201G, 201B are used instead of the polarizing elements 113R, 113G, 113B. Further, the phase compensation plates 114R, 114G, 114B and the reflective image display elements 115R, 115G, 115B are oriented differently from those in the first embodiment. As a result, the reflected light of the polarizing prisms 201R, 201G, 201B is guided and modulated by the phase compensation plates 114R, 114G, 114B, and the reflective image display elements 115R, 115G, 115B.

本実施例では、偏光素子１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂの代わりに偏光プリズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを用いることによって、反射型画像表示素子１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂから投射レンズ１１７までの空気換算長が短縮される、有利になる。また、偏光プリズムの偏光分離面の特性において、Ｓ偏光の透過率はＰ偏光の反射率に比べて低く抑えることが可能なため、Ｐ偏光を透過させて投射する本実施例の構成の方がコントラストの点で有利となる。 In this embodiment, by using the polarizing prisms 201R, 201G, 201B instead of the polarizing elements 113R, 113G, 113B, the air conversion length from the reflective image display elements 115R, 115G, 115B to the projection lens 117 is shortened. , To be advantageous. Further, in terms of the characteristics of the polarization separation surface of the polarizing prism, the transmittance of S-polarized light can be suppressed to be lower than the reflectance of P-polarized light. Therefore, the configuration of this embodiment in which P-polarized light is transmitted and projected is better. It is advantageous in terms of contrast.

１０１ 光源、１０２ リフレクタ、１０３ フライアイレンズ１、
１０４ フライアイレンズ２、１０５ 偏光変換素子、
１０６ コンデンサレンズ１、１０７ コンデンサレンズ２、
１０８ クロスダイクロイックミラー、
１０９ ダイクロイックミラー、１１０ 折り返しミラー１、
１１１ 折り返しミラー２、１１２ 跳ね上げミラー、
１１３ 偏光素子、１１４ 位相補償板、１１５ 反射型画像表示素子、
１１６ クロスダイクロイックプリズム、１１７ 投射レンズ、
２０１ 偏光プリズム 101 light source, 102 reflector, 103 fly-eye lens 1,
104 fly-eye lens 2, 105 polarization conversion element,
106 condenser lens 1, 107 condenser lens 2,
108 Cross Dichroic Mirror,
109 Dichroic Mirror, 110 Folded Mirror 1,
111 Folding mirror 2, 112 flip-up mirror,
113 polarizing element, 114 phase compensation plate, 115 reflective image display element,
116 Cross Dichroic Prism, 117 Projection Lens,
201 Polarizing prism

Claims (8)

第１色光を変調して反射する第１の画像表示素子と、
第２色光を変調して反射する第２の画像表示素子と、
第３色光を変調して反射する第３の画像表示素子と、
前記第１の画像表示素子で変調された光を検光する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第２の画像表示素子で変調された光を検光する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第３の画像表示素子で変調された光を検光する第３の偏光ビームスプリッタと、
白色光を前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光に分解する色分解系と、
前記第１色光を前記第１の偏光ビームスプリッタへ導く第１の跳ね上げミラーと、
前記第２色光を前記第２の偏光ビームスプリッタへ導く第２の跳ね上げミラーと、
前記第３色光を前記第３の偏光ビームスプリッタへ導く第３の跳ね上げミラーと、
前記第１色光および前記第２色光を反射する第１の折り返しミラーと、
前記第３色光を反射する第２の折り返しミラーと、
前記偏光ビームスプリッタで検光されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させる、交わる２つの色合成面を持つ合成プリズムからなり、
前記第１から第３のミラーで反射した前記第１から第３色光の主光線が略平行であり、
前記第１から第３の画像表示素子は変調面の法線が投射レンズの光軸と略直交または略平行であり、
かつ前記合成プリズムのそれぞれの入射面の法線と略直交または略平行となるように配置される色分解合成光学系であって、
前記色分解系における色分解が１つのクロスダイクロイックミラーと１枚のダイクロイックミラーのみによって行われ、
入射から前記第１から第３の画像表示素子までの３つの光路の光路長が略一致し、
光軸と前記２つの色合成面の法線を含む面を第一の断面とし、光軸を含み第一の断面と垂直な面を第二の断面としたとき、第一の断面における前記合成プリズムへの有効光線の最大入射角度が第二の断面における前記合成プリズムへの有効光線の最大入射角度よりも大きいことを特徴とする照明光学系。 A first image display element that modulates and reflects the first color light,
A second image display element that modulates and reflects the second color light,
A third image display element that modulates and reflects the third color light,
A first polarizing beam splitter that detects light modulated by the first image display element, and
A second polarization beam splitter that detects the light modulated by the second image display element, and
A third polarization beam splitter that detects the light modulated by the third image display element, and
A color separation system that decomposes white light into the first color light, the second color light, and the third color light.
A first flip-up mirror that guides the first color light to the first polarization beam splitter,
A second flip-up mirror that guides the second color light to the second polarization beam splitter,
A third flip-up mirror that guides the third color light to the third polarization beam splitter,
A first folded mirror that reflects the first color light and the second color light,
A second folding mirror that reflects the third color light, and
It consists of a synthetic prism having two intersecting color synthesis surfaces that synthesizes each light detected by the polarization beam splitter and causes it to enter the projection lens.
The main rays of the first to third color lights reflected by the first to third mirrors are substantially parallel.
In the first to third image display elements, the normal of the modulation plane is substantially orthogonal or substantially parallel to the optical axis of the projection lens.
Moreover, it is a color separation synthetic optical system arranged so as to be substantially orthogonal or substantially parallel to the normal of each incident surface of the composite prism.
The color separation in the color separation system is performed by only one cross dichroic mirror and one dichroic mirror.
The optical path lengths of the three optical paths from the incident to the first to third image display elements are substantially the same.
When the plane including the optical axis and the normal of the two color composite planes is the first cross section and the plane including the optical axis and perpendicular to the first cross section is the second cross section, the composite in the first cross section. An illumination optical system characterized in that the maximum incident angle of an effective light ray on a prism is larger than the maximum incident angle of an effective light ray on the composite prism in a second cross section. 色分解合成光学系は、
色分解前の白色光が透過する第１のコンデンサレンズと、
色分解後の各色光が透過する第２のコンデンサレンズ３枚の計４枚のみレンズを含み、
跳ね上げミラーと偏光ビームスプリッタの間に第２のコンデンサレンズが置かれることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系 The color separation synthetic optical system is
The first condenser lens that allows white light to pass through before color separation,
Only a total of four lenses, three second condenser lenses that transmit each color light after color separation, are included.
The illumination optical system according to claim 1, wherein a second condenser lens is placed between the flip-up mirror and the polarizing beam splitter. 色分解合成光学系は、
前記第１の断面における第１のコンデンサレンズへの入射光束径が、
第１のコンデンサレンズおよび第２のコンデンサレンズの合成焦点距離の１／４．２より大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明光学系。 The color separation synthetic optical system is
The incident luminous flux diameter to the first condenser lens in the first cross section is
The illumination optical system according to claim 1 or 2, wherein the combined focal length of the first condenser lens and the second condenser lens is larger than 1 / 4.2. 色分解合成光学系は、
前記クロスダイクロイックミラーから前記折り返しミラーまでの光路長よりも前記折り返しミラーから前記ダイクロイックミラーまでの光路長が短いことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の照明光学系。 The color separation synthetic optical system is
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical path length from the folded mirror to the dichroic mirror is shorter than the optical path length from the cross dichroic mirror to the folded mirror. .. 色分解合成光学系は、
前記第１のコンデンサレンズと前記第２のコンデンサレンズの合成焦点距離が、
前記第１のコンデンサレンズと前記第２のコンデンサレンズの間の主光線の光路長より短いことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の照明光学系。 The color separation synthetic optical system is
The combined focal length of the first condenser lens and the second condenser lens is
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical path length of the main ray between the first condenser lens and the second condenser lens is shorter than the optical path length. 色分解合成光学系は、
前記クロスダイクロイックミラーの接合部から前記投射レンズ側端までの距離が、
前記クロスダイクロイックミラーの接合部から第１のコンデンサレンズ側端までの距離よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。 The color separation synthetic optical system is
The distance from the joint of the cross dichroic mirror to the end on the projection lens side is
The illumination optical system according to claim 5, wherein the distance is shorter than the distance from the joint portion of the cross dichroic mirror to the end on the side of the first condenser lens. 色分解合成光学系は、
前記第１の偏光ビームスプリッタの偏光作用を有する面が
前記第１の画像表示素子の短辺と４５度の角度で配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明光学系。 The color separation synthetic optical system is
Any one of claims 1 to 6, wherein the plane having a polarizing action of the first polarization beam splitter is arranged at an angle of 45 degrees with the short side of the first image display element. The illumination optical system described in. 色分解合成光学系は、
前記第１〜第３の偏光ビームスプリッタがワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の照明光学系。 The color separation synthetic optical system is
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 7, wherein the first to third polarizing beam splitters are wire grid splitters.