JP4862307B2 - Illumination optical system and image projection device - Google Patents

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Description

本発明は照明光学系と画像投影装置に関するものであり、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)やＬＣＤ(liquid crystal display)を表示素子とする画像投影装置と、その表示素子の画像表示面を照明するための照明光学系に関するものである。   The present invention relates to an illumination optical system and an image projection apparatus, for example, an image projection apparatus using a digital micromirror device or an LCD (liquid crystal display) as a display element, and an image of the display element The present invention relates to an illumination optical system for illuminating a display surface.

画像投影装置において、表示素子の画像表示面を均一に照明するためにインテグレータロッドを用いた照明光学系が従来より知られている。インテグレータロッドは画像表示面と相似形状(つまり長方形状)の入射端面及び射出端面を有しており、入射端面上には集光光学系により光源像が形成される。しかし、インテグレータロッドの入射端面では、その大きさにより光束の取りこぼしが生じる場合がある。光束の取りこぼしが生じると、光線の伝達効率の低下によって照明効率が低下することになる。   In an image projection apparatus, an illumination optical system using an integrator rod for uniformly illuminating an image display surface of a display element has been conventionally known. The integrator rod has an entrance end face and an exit end face that are similar to the image display surface (that is, a rectangular shape), and a light source image is formed on the entrance end face by a condensing optical system. However, the incident end face of the integrator rod may cause a loss of light flux depending on its size. When the light flux is lost, the illumination efficiency is lowered due to the lowering of the light transmission efficiency.

照明効率を向上させるために、インテグレータロッドの形状に特徴を持たせた照明光学系が特許文献１〜４で提案されている。例えば、特許文献１記載のインテグレータロッドでは断面形状が平行四辺形になっており、特許文献２記載のインテグレータロッドでは入射端面が射出端面よりも狭くなったテーパー状になっている。特許文献３記載のインテグレータロッドでは、入射端面が射出端面よりも狭くなったテーパー状で、しかも断面形状が平行四辺形になっている。また、特許文献４記載のインテグレータロッドでは、入射端面が射出端面よりも広くなったテーパー状の中空ロッドになっている。
特許第３３１７２９８号公報 特開平１１−１４２７８０号公報 特開２０００−２０６４５５号公報 特開２００２−６２５８５号公報 In order to improve the illumination efficiency, Patent Documents 1 to 4 propose illumination optical systems having characteristics in the shape of the integrator rod. For example, in the integrator rod described in Patent Document 1, the cross-sectional shape is a parallelogram, and in the integrator rod described in Patent Document 2, the incident end face has a tapered shape that is narrower than the exit end face. In the integrator rod described in Patent Document 3, the incident end surface is tapered with a narrower width than the exit end surface, and the cross-sectional shape is a parallelogram. In addition, the integrator rod described in Patent Document 4 is a tapered hollow rod having an incident end face wider than an exit end face.
Japanese Patent No. 3317298 JP 11-142780 A JP 2000-206455 A JP 2002-62585 A

特許文献１〜４に記載されているように変形したインテグレータロッドは、製造が困難であり、その使用はコストアップを招く原因となる。このため、一般的な直方体形状のインテグレータロッドを用いた場合でも、高い照明効率が得られる照明光学系が求められている。   The integrator rod deformed as described in Patent Documents 1 to 4 is difficult to manufacture, and its use causes a cost increase. Therefore, there is a need for an illumination optical system that can provide high illumination efficiency even when a general rectangular parallelepiped integrator rod is used.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、照明効率の高い照明光学系とそれを用いた画像投影装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an illumination optical system with high illumination efficiency and an image projection apparatus using the illumination optical system.

上記目的を達成するために、第１の発明の照明光学系は、表示素子の画像表示面を照明するための照明光学系であって、照明光を発する光源と、前記光源からの照明光を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された照明光の空間的なエネルギー分布を均一化するインテグレータロッドと、前記インテグレータロッドから射出した照明光をリレーしてインテグレータロッドの射出端面の像を前記画像表示面上に形成するリレー光学系と、入射した光の方向を互いに異なる方向に射出する少なくとも二つの偏向部を前記光源の光軸に垂直な方向に前記光軸を挟んで備えた偏向プリズムを、前記光源から前記インテグレータロッドまでの光路間に、前記照明光の光軸方向に並んで少なくとも二つ有し、前記照明光を光軸方向に一つ目の前記偏向プリズムの全ての前記偏向部に入射させて各々偏向させて異なる光束に分離し、一つ目の前記偏向プリズムにおいて分離された後の各々の光束を、二つ目以降の各偏向プリズムにおいて各光束に対応する一つの偏向部に、偏向プリズム毎に順次入射させて偏向し、全ての前記偏向プリズムを射出した各光束から成る光源像を前記インテグレータロッドの入射端面上に位置させる偏向手段と、を有することを特徴とする。
第２の発明の照明光学系は、上記第１の発明において、各偏向プリズムは二つの偏向部を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an illumination optical system according to a first aspect of the present invention is an illumination optical system for illuminating an image display surface of a display element, and includes a light source that emits illumination light, and illumination light from the light source. a focusing optical system for focusing, and the integrator rod to homogenize the spatial energy distribution of the focused illumination beam at the light converging optical system, the integrator rod to relay the illumination light emitted from the integrator rod A relay optical system that forms an image of the exit end face on the image display surface, and at least two deflectors that emit the incident light in directions different from each other, the optical axis in the direction perpendicular to the optical axis of the light source. across the deflecting prism having in, between the light path from the light source to the integrator rod, has at least two side by side in the optical axis direction of the illumination light, wherein the first one of the illumination light in the optical axis direction The light beams are incident on all the deflecting portions of the directional prism and deflected to be separated into different light beams. The light beams after being separated by the first deflecting prism are separated by the second and subsequent deflecting prisms. Deflecting means for sequentially injecting and deflecting each deflecting prism to one deflecting unit corresponding to a light beam, and positioning a light source image composed of each light beam emitted from all the deflecting prisms on an incident end face of the integrator rod ; It is characterized by having.
The illumination optical system according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, each deflecting prism includes two deflecting portions.

第３の発明の照明光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記偏向手段が、前記集光光学系の直後に配置された第１偏向プリズムと、前記インテグレータロッドの直前に配置された第２偏向プリズムと、から成ることを特徴とする。 An illumination optical system according to a third invention is the illumination optical system according to the first or second invention, wherein the deflection unit is arranged immediately before the integrator rod and the first deflection prism arranged immediately after the condensing optical system. And a second deflecting prism.

第４の発明の照明光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記偏向手段が、一つ目の前記偏向プリズムの代わりである前記集光光学系と、前記インテグレータロッドの直前に配置された偏向プリズムと、から成り、前記集光光学系がリフレクターから成り、前記リフレクターの反射面が集光光学系の光軸を基準として互いに異なる方向に回転させて成る少なくとも２つの反射面の組み合わせから成ることを特徴とする。 The illumination optical system according to a fourth aspect of the present invention is the illumination optical system according to the first or second aspect , wherein the deflecting unit is disposed immediately before the condensing optical system instead of the first deflection prism and the integrator rod. is a deflecting prism was made, the light converging optical system consists of the reflector, at least two reflective surfaces reflecting surface is made by rotating the direction towards that different from each other based on the optical axis of the converging optical system of the reflector It is characterized by comprising a combination of

第５の発明の照明光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記偏向手段が、前記インテグレータロッドの直前に配置された３つの偏向プリズムから成り、前記集光光学系側から順に、第１偏向プリズムと、第２偏向プリズムと、第３偏向プリズムと、から成ることを特徴とする。 An illumination optical system according to a fifth invention is the illumination optical system according to the first or second invention, wherein the deflecting means includes three deflecting prisms disposed immediately before the integrator rod, and sequentially from the condensing optical system side. It comprises a first deflecting prism, a second deflecting prism, and a third deflecting prism.

第６の発明の照明光学系は、上記第５の発明において、前記第１偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが薄くなる形状を有し、前記第２偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有し、前記第３偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有することを特徴とする。 The illumination optical system according to a sixth aspect of the present invention is the illumination optical system according to the fifth aspect , wherein the first deflection prism has a shape in which a thickness of a portion near the optical axis of the integrator rod is reduced, and the second deflection prism is the integrator. The third deflection prism has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis of the rod is increased, and the third deflection prism has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis of the integrator rod is increased.

第７の発明の照明光学系は、上記第５の発明において、前記第１偏向プリズムと前記第２偏向プリズムが一体的に構成されていることを特徴とする。 An illumination optical system according to a seventh aspect is characterized in that, in the fifth aspect , the first deflection prism and the second deflection prism are integrally formed.

第８の発明の画像投影装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明に係る照明光学系と、複数の曲面ミラーにより光路を前記画像表示面の短辺方向に平行な面内で折り曲げて、前記画像表示面をミラーのパワーでスクリーン上に拡大投影する投影光学系と、備えたことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an image projection apparatus comprising: the illumination optical system according to any one of the first to seventh aspects of the present invention; and a plurality of curved mirrors so that the optical path is in a plane parallel to the short side direction of the image display surface. And a projection optical system that folds and projects the image display surface onto a screen with the power of a mirror.

本発明によれば、入射した光の方向を互いに異なる方向に射出する少なくとも二つの偏向部を光源の光軸に垂直な方向に光軸を挟んで備えた偏向プリズムを、光源からインテグレータロッドまでの光路間に、照明光の光軸方向に並んで少なくとも二つ有し、照明光を光軸方向に一つ目の偏向プリズムの全ての偏向部に入射させて各々偏向させて異なる光束に分離し、一つ目の偏向プリズムにおいて分離された後の各々の光束を、二つ目以降の各偏向プリズムにおいて各光束に対応する一つの偏向部に、偏向プリズム毎に順次入射させて偏向し、全ての偏向プリズムを射出した各光束から成る光源像をインテグレータロッドの入射端面上に位置させる構成になっているため、光線の伝達効率の向上によって高い照明効率を得ることができる。したがって、本発明に係る照明光学系をリアプロジェクター，フロントプロジェクター等の画像投影装置に用いれば、照明効率の向上によるコンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に大きく寄与することができる。なかでも、複数の曲面ミラーにより光路を画像表示面の短辺方向に平行な面内で折り曲げて、画像表示面をミラーのパワーでスクリーン上に拡大投影する投影光学系に適用すれば、その高性能化及びミラーの小型化を達成することができる。 According to the present invention, there is provided a deflection prism having at least two deflecting portions that emit the directions of incident light in directions different from each other with the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis of the light source, from the light source to the integrator rod. Between the optical paths, there are at least two side by side in the optical axis direction of the illumination light, and the illumination light is incident on all the deflecting parts of the first deflection prism in the optical axis direction to be deflected and separated into different light beams. The light beams after being separated in the first deflecting prism are deflected by sequentially entering each deflecting prism to one deflecting unit corresponding to each light beam in each of the second and subsequent deflecting prisms. Since the light source image composed of each light beam emitted from the deflecting prism is positioned on the incident end face of the integrator rod, high illumination efficiency can be obtained by improving the light transmission efficiency. Therefore, if the illumination optical system according to the present invention is used in an image projection apparatus such as a rear projector or a front projector, it can greatly contribute to compactness, low cost, high performance, high functionality, etc. by improving illumination efficiency. it can. In particular, if the optical path is bent in a plane parallel to the short side direction of the image display surface by a plurality of curved mirrors and applied to a projection optical system that magnifies and projects the image display surface on the screen with the power of the mirror, its high Performance and mirror miniaturization can be achieved.

以下、本発明を実施した照明光学系，画像投影装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。   Hereinafter, an illumination optical system, an image projection apparatus and the like embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is mutually attached | subjected to the part which is the same in each embodiment etc., and the corresponding part, and duplication description is abbreviate | omitted suitably.

《第１の実施の形態(図１，図２)》
図１に、第１の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ１を備えた背面投写型画像投影装置(リアプロジェクター)の光学構成全体(光学配置，投影光路等)を、表示素子ＤＰの画像表示面の長辺方向に沿って見たときの光学断面で示す。また、図２に照明光学系ＩＬ１の要部を拡大して示す。図２(Ａ)は照明光学系ＩＬ１の上面図であり、図２(Ｂ)は照明光学系ＩＬ１の側面図である。図１，図２において、１はランプ、２はインテグレータロッド、３はリレー光学系、２ａはインテグレータロッド２の入射端面、２ｂはインテグレータロッド２の射出端面、Ｐ１は第１偏向プリズム、Ｐ２は第２偏向プリズム、ＤＰは長方形状の画像表示面を有する表示素子、Ｍ１〜Ｍ４は第１〜第４曲面ミラー、ＬＮは屈折レンズ、ＭＦは平面反射面を有する背面ミラー、ＳＣはスクリーンである。 << First Embodiment (FIGS. 1 and 2) >>
FIG. 1 shows an entire optical configuration (optical arrangement, projection light path, etc.) of a rear projection type image projection apparatus (rear projector) including the illumination optical system IL1 according to the first embodiment, and an image display surface of a display element DP. It shows by the optical cross section when it sees along the long side direction. FIG. 2 shows an enlarged view of the main part of the illumination optical system IL1. 2A is a top view of the illumination optical system IL1, and FIG. 2B is a side view of the illumination optical system IL1. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a lamp, 2 denotes an integrator rod, 3 denotes a relay optical system, 2a denotes an incident end face of the integrator rod 2, 2b denotes an exit end face of the integrator rod 2, P1 denotes a first deflection prism, and P2 denotes a first prism. 2 deflecting prisms, DP is a display element having a rectangular image display surface, M1 to M4 are first to fourth curved mirrors, LN is a refractive lens, MF is a back mirror having a plane reflecting surface, and SC is a screen.

また図２において、１ａは光源、１ｂは楕円反射面を有するリフレクター、実線で示すＰ１ａは第１偏向プリズムＰ１の上側半分を構成する右側偏向部、破線で示すＰ１ｂは第１偏向プリズムＰ１の下側半分を構成する左側偏向部、Ｐ２ａは第２偏向プリズムＰ２の右側半分を構成する上側偏向部、破線で示すＰ２ｂは第２偏向プリズムＰ２の左側半分を構成する下側偏向部、実線で示すＸａは照明光束の上側半分の中心光線、破線で示すＸｂは照明光束の下側半分の中心光線であり、ＡＸはランプ光軸(インテグレータロッド２の光軸と一致している。)、Ｌは表示素子ＤＰの画像表示面の長辺方向(入射端面２ａ，射出端面２ｂの各長辺方向に対応する。)、Ｓは表示素子ＤＰの画像表示面の短辺方向(入射端面２ａ，射出端面２ｂの各短辺方向に対応する。)である。   In FIG. 2, 1a is a light source, 1b is a reflector having an elliptical reflecting surface, P1a indicated by a solid line is a right deflection part constituting the upper half of the first deflection prism P1, and P1b indicated by a broken line is below the first deflection prism P1. P2a is an upper deflection unit that configures the right half of the second deflection prism P2, P2b is a lower deflection unit that configures the left half of the second deflection prism P2, and is illustrated by a solid line. Xa is the central ray of the upper half of the illumination light beam, Xb indicated by a broken line is the central light ray of the lower half of the illumination light beam, AX is the lamp optical axis (which coincides with the optical axis of the integrator rod 2), and L is The long side direction of the image display surface of the display element DP (corresponding to each long side direction of the incident end surface 2a and the exit end surface 2b), S is the short side direction of the image display surface of the display element DP (incident end surface 2a, exit end surface). Each short side of 2b Corresponding to.) A.

図１に示す画像投影装置は、表示素子ＤＰの画像表示面を照明するために、ランプ１，インテグレータロッド２，リレー光学系３，第１偏向プリズムＰ１，第２偏向プリズムＰ２等から成る照明光学系ＩＬ１を備えており、また、表示素子ＤＰの画像表示面をスクリーンＳＣに対して斜め方向からミラーのパワーで拡大投影するために、第１〜第４曲面ミラーＭ１〜Ｍ４，屈折レンズＬＮ等から成る投影光学系ＯＰ１を備えている。以下に、各部の構成を更に詳しく説明する。   The image projection apparatus shown in FIG. 1 is an illumination optical system including a lamp 1, an integrator rod 2, a relay optical system 3, a first deflection prism P1, a second deflection prism P2, and the like for illuminating the image display surface of the display element DP. The system IL1 is provided, and the first to fourth curved mirrors M1 to M4, the refractive lens LN, and the like are used to enlarge and project the image display surface of the display element DP with respect to the screen SC from the oblique direction with the power of the mirror. A projection optical system OP1. Below, the structure of each part is demonstrated in detail.

図２に示すように、ランプ１は光源１ａ，リフレクター１ｂ等を有している。リフレクター１ｂは、光源１ａから発せられた照明光を集光して２次光源を形成する楕円面鏡(集光光学系)であり、ランプ１から射出した照明光がインテグレータロッド２の入射端面２ａ近傍で結像するように構成されている。なお、リフレクター１ｂとして放物面鏡や球面鏡等を用いてもよいが、その場合、光源１ａからの光を集光するために、集光レンズ等と組み合わせて集光光学系を構成する必要がある。   As shown in FIG. 2, the lamp 1 includes a light source 1a, a reflector 1b, and the like. The reflector 1b is an ellipsoidal mirror (condensing optical system) that condenses the illumination light emitted from the light source 1a to form a secondary light source, and the illumination light emitted from the lamp 1 is incident on the incident end face 2a of the integrator rod 2. An image is formed in the vicinity. In addition, although a parabolic mirror, a spherical mirror, etc. may be used as the reflector 1b, in order to condense the light from the light source 1a, it is necessary to comprise a condensing optical system in combination with a condensing lens etc. is there.

ランプ１から射出した照明光は、図２に示すように、第１偏向プリズムＰ１に入射する。第１偏向プリズムＰ１は、第１偏向プリズムＰ１の上側半分を構成する右側偏向部Ｐ１ａと、第１偏向プリズムＰ１の下側半分を構成する左側偏向部Ｐ１ｂと、から成っている。また、右側偏向部Ｐ１ａと左側偏向部Ｐ１ｂはいずれも直角プリズムから成っており、互いの向きが左右方向(長辺方向Ｌ)に反対になるように配置されている。つまり図２(Ａ)に示すように、右側偏向部Ｐ１ａは右側ほど厚みが増大する向きに配置されており、左側偏向部Ｐ１ｂは左側ほど厚みが増大する向きに配置されている。したがって、第１偏向プリズムＰ１に入射した光束のうち、上側半分は右側へ偏向し、下側半分は左側へ偏向することになる。このように、照明光は第１偏向プリズムＰ１で光路が互いに異なる２つの光束に分割されるが、図２(Ｂ)に示すように、上下方向(短辺方向Ｓ)への光束の分割は行われない。   The illumination light emitted from the lamp 1 enters the first deflection prism P1 as shown in FIG. The first deflection prism P1 includes a right deflection part P1a that constitutes the upper half of the first deflection prism P1, and a left deflection part P1b that constitutes the lower half of the first deflection prism P1. Each of the right deflection unit P1a and the left deflection unit P1b is formed of a right-angle prism, and is arranged so that the directions thereof are opposite to each other in the left-right direction (long side direction L). That is, as shown in FIG. 2A, the right deflection part P1a is arranged in a direction in which the thickness increases toward the right side, and the left deflection part P1b is arranged in a direction in which the thickness increases toward the left side. Therefore, among the light beams incident on the first deflecting prism P1, the upper half is deflected to the right and the lower half is deflected to the left. In this way, the illumination light is divided into two light beams having different optical paths by the first deflecting prism P1, but as shown in FIG. 2B, the light beam is divided in the vertical direction (short side direction S). Not done.

第１偏向プリズムＰ１で分割された各光束は、第２偏向プリズムＰ２に入射する。第２偏向プリズムＰ２は、第２偏向プリズムＰ２の右側半分を構成する上側偏向部Ｐ２ａと、第２偏向プリズムＰ２の左側半分を構成する下側偏向部Ｐ２ｂと、から成っている。また、上側偏向部Ｐ２ａと下側偏向部Ｐ２ｂはいずれも直角プリズムから成っており、互いの向きが上下方向(短辺方向Ｓ)に反対になるように配置されている。つまり図２(Ｂ)に示すように、上側偏向部Ｐ２ａは上側ほど厚みが増大する向きに配置されており、下側偏向部Ｐ２ｂは下側ほど厚みが増大する向きに配置されている。第１偏向プリズムＰ１で分割された２つの光束のうち、中心光線Ｘａを含む光束は上側偏向部Ｐ２ａで上側へ偏向し、中心光線Ｘｂを含む光束は下側偏向部Ｐ２ｂで下側へ偏向する。その結果、第２偏向プリズムＰ２によって偏向した各光束の中心光線Ｘａ，Ｘｂは、短辺方向Ｓに関しインテグレータロッド２の入射端面２ａに対して垂直に入射することになる。このように、第２偏向プリズムＰ２によって各光束は偏向し、各光束から成る光源像がインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置することになるが、図２(Ａ)に示すように、左右方向(長辺方向Ｌ)への光束の偏向は行われない。   Each light beam divided by the first deflecting prism P1 enters the second deflecting prism P2. The second deflection prism P2 includes an upper deflection portion P2a that constitutes the right half of the second deflection prism P2, and a lower deflection portion P2b that constitutes the left half of the second deflection prism P2. Further, both the upper deflection portion P2a and the lower deflection portion P2b are formed of right-angle prisms, and are arranged so that their directions are opposite to each other in the vertical direction (short side direction S). That is, as shown in FIG. 2B, the upper deflection portion P2a is arranged in a direction in which the thickness increases toward the upper side, and the lower deflection portion P2b is arranged in a direction in which the thickness increases at the lower side. Of the two light beams divided by the first deflection prism P1, the light beam including the central light beam Xa is deflected upward by the upper deflecting portion P2a, and the light beam including the central light beam Xb is deflected downward by the lower deflecting portion P2b. . As a result, the central rays Xa and Xb of each light beam deflected by the second deflecting prism P2 are incident on the incident end face 2a of the integrator rod 2 in the short side direction S perpendicularly. In this way, each light beam is deflected by the second deflecting prism P2, and the light source image composed of each light beam is positioned on the incident end face 2a of the integrator rod 2, but as shown in FIG. The light beam is not deflected in the direction (long side direction L).

第２偏向プリズムＰ２から射出した照明光は、入射端面２ａからインテグレータロッド２に入射する。インテグレータロッド２は、４枚の平面ミラーを貼り合わせて成る中空ロッド方式の光強度均一化手段であり、前述したように２次光源近傍に入射端面２ａを有している。入射端面２ａから入射してきた照明光は、インテグレータロッド２の側面(すなわち内壁面)で何度も繰り返し反射されることによりミキシングされ、照明光の空間的なエネルギー分布が均一化されて射出端面２ｂから射出する。インテグレータロッド２の入射端面２ａと射出端面２ｂの形状は、表示素子ＤＰの画像表示面と相似の四角形になっており、また、インテグレータロッド２の射出端面２ｂは表示素子ＤＰの画像表示面に対して共役になっている。したがって、上記ミキシング効果により射出端面２ｂでの輝度分布が均一化されることにより、表示素子ＤＰは効率良く均一に照明されることになる。なお、インテグレータロッド２は中空ロッドに限らず、四角柱形状のガラス体から成るガラスロッドでもよい。また、表示素子ＤＰの画像表示面形状と適合するならば、その側面についても４面に限らない。したがって、用いるインテグレータロッド２としては、複数枚の反射ミラーを組み合わせて成る中空筒体、多角柱形状のガラス体等が挙げられる。   The illumination light emitted from the second deflection prism P2 enters the integrator rod 2 from the incident end face 2a. The integrator rod 2 is a hollow rod type light intensity uniformizing means formed by bonding four plane mirrors, and has the incident end face 2a in the vicinity of the secondary light source as described above. The illumination light incident from the incident end surface 2a is mixed by being repeatedly reflected by the side surface (that is, the inner wall surface) of the integrator rod 2, and the spatial energy distribution of the illumination light is made uniform, and the emission end surface 2b. Ejected from. The shape of the incident end surface 2a and the exit end surface 2b of the integrator rod 2 is a quadrangle similar to the image display surface of the display element DP, and the exit end surface 2b of the integrator rod 2 is in relation to the image display surface of the display element DP. Is conjugated. Therefore, the luminance distribution on the exit end face 2b is made uniform by the mixing effect, so that the display element DP is efficiently and uniformly illuminated. The integrator rod 2 is not limited to a hollow rod, and may be a glass rod made of a square columnar glass body. Further, as long as it matches the shape of the image display surface of the display element DP, the side surfaces are not limited to four. Therefore, examples of the integrator rod 2 to be used include a hollow cylinder formed by combining a plurality of reflection mirrors, and a polygonal columnar glass body.

インテグレータロッド２の入射端面２ａ又は射出端面２ｂの近傍には、カラー表示のために射出光色を時分割で変化させるカラーホイールを配置してもよい。カラーホイールは、表示素子ＤＰをカラーシーケンシャル方式で照明するためのカラーフィルタから成っており、照明光透過位置のフィルタ部分が回転移動することにより射出光の色を変化させるものである。また、ＵＶ(ultraviolet ray)−ＩＲ(infrared ray)カットフィルターを配置することにより、照明光から紫外線と赤外線をカットするように構成してもよい。   In the vicinity of the incident end face 2a or the exit end face 2b of the integrator rod 2, a color wheel that changes the emitted light color in a time-division manner for color display may be arranged. The color wheel is composed of a color filter for illuminating the display element DP in a color sequential manner, and changes the color of the emitted light by the rotational movement of the filter portion at the illumination light transmission position. Further, a UV (ultraviolet ray) -IR (infrared ray) cut filter may be arranged to cut ultraviolet rays and infrared rays from the illumination light.

図１に示すようにインテグレータロッド２から射出した照明光は、照明用のリレー光学系３に入射する。リレー光学系３は、照明光をリレーしてインテグレータロッド２の射出端面２ｂを表示素子ＤＰの画像表示面上で結像させる。つまり、表示素子ＤＰの画像表示面上にはインテグレータロッド２の射出端面２ｂの像が形成されることになる。表示素子ＤＰの画像表示面では、照明光の強度変調により２次元画像が形成される。ここでは、表示素子ＤＰとしてデジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)を想定している。ただし、使用される表示素子ＤＰはこれに限らず、投影光学系ＯＰ１に適した他の非発光・反射型(又は透過型)の表示素子(例えば液晶表示素子)を用いても構わない。表示素子ＤＰとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが投影光学系ＯＰ１に入射してスクリーンＳＣ上に投射される。投影光学系ＯＰ１では第１〜第４曲面ミラーＭ１〜Ｍ４と背面ミラーＭＦによって光路が画像表示面の短辺方向Ｓに平行な面内で折り曲げられ、第１〜第４曲面ミラーＭ１〜Ｍ４のパワーにより画像表示面がスクリーンＳＣ上に拡大投影される。   As shown in FIG. 1, the illumination light emitted from the integrator rod 2 is incident on the relay optical system 3 for illumination. The relay optical system 3 relays illumination light to form an image of the exit end surface 2b of the integrator rod 2 on the image display surface of the display element DP. That is, an image of the exit end surface 2b of the integrator rod 2 is formed on the image display surface of the display element DP. On the image display surface of the display element DP, a two-dimensional image is formed by intensity modulation of illumination light. Here, a digital micromirror device is assumed as the display element DP. However, the display element DP used is not limited to this, and other non-light emitting / reflective (or transmissive) display elements (for example, liquid crystal display elements) suitable for the projection optical system OP1 may be used. When a digital micromirror device is used as the display element DP, light incident on the device is spatially modulated by being reflected by each micromirror in an ON / OFF state (for example, an inclination state of ± 12 °). . At that time, only the light reflected by the micromirror in the ON state enters the projection optical system OP1 and is projected on the screen SC. In the projection optical system OP1, the optical path is bent in a plane parallel to the short-side direction S of the image display surface by the first to fourth curved mirrors M1 to M4 and the rear mirror MF, and the first to fourth curved mirrors M1 to M4. The image display surface is enlarged and projected on the screen SC by power.

第１の実施の形態のように、画像表示面を均一に照明するためにインテグレータロッドを備えた照明光学系では、その入射端面で光束の取りこぼしが生じないようにしなければならない。光束の取りこぼしが生じると、光線の伝達効率の低下によって照明効率が低下してしまうからである。例えば、インテグレータロッドの入射端面のサイズが小さく、そのアスペクト比が１６：９である場合、ランプからの集光光束はインテグレータロッドの入射端面のサイズよりも大きなスポットサイズで集光することから、特に上下方向(短辺方向Ｓ)における入射端面での光束の取りこぼしが大きくなる。その結果、画像表示面を効率良く照明することができずに、照明効率が低下することになる。   As in the first embodiment, in an illumination optical system provided with an integrator rod for uniformly illuminating the image display surface, it is necessary to prevent the light flux from being lost at the incident end surface. This is because if the light flux is missed, the illumination efficiency is lowered due to a decrease in the light transmission efficiency. For example, when the size of the incident end face of the integrator rod is small and the aspect ratio is 16: 9, the condensed light flux from the lamp is collected with a spot size larger than the size of the incident end face of the integrator rod. The loss of light flux at the incident end face in the vertical direction (short side direction S) increases. As a result, the image display surface cannot be efficiently illuminated, and the illumination efficiency is reduced.

第１の実施の形態では、一般的な直方体形状のインテグレータロッドを用いた場合でも高い照明効率が得られるようにするため、ランプ１からインテグレータロッド２までの光路間において、ランプ１からの照明光を第１偏向プリズムＰ１で上下２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像を第２偏向プリズムＰ２でインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置させている。このように、第１偏向プリズムＰ１でランプ１からの光束を上下(短辺方向Ｓ)に２分割することにより、各スポットサイズを小さくすることができる。さらに、インテグレータロッド２の入射端面２ａのサイズやそのアスペクト比１６：９に合うように、第２偏向プリズムＰ２で集光光束をインテグレータロッド２に入射させることができる。したがって、入射端面２ａでの光束の取りこぼしを小さくすることができ、その結果、画像表示面を効率良く照明することが可能となる。しかも、インテグレータロッド２は一般的な直方体形状を有するものであるため、コストアップを招くこともない。また第２偏向プリズムＰ２での偏向により、２つの光束の中心光線Ｘａ，Ｘｂが、短辺方向Ｓに関しインテグレータロッド２の入射端面２ａに対して垂直に入射することになるので、分割された各光束が同じ方向に重ね合わされて、リレー光学系３内の瞳位置における光量分布が均一化されるとともに、投影光学系ＯＰ１の瞳形状との重ね合わせによる照明効率の向上も可能である。   In the first embodiment, illumination light from the lamp 1 is provided between the optical paths from the lamp 1 to the integrator rod 2 in order to obtain high illumination efficiency even when a general rectangular parallelepiped integrator rod is used. Is divided into two upper and lower light beams by the first deflection prism P1, and a light source image composed of the divided light beams is positioned on the incident end face 2a of the integrator rod 2 by the second deflection prism P2. In this way, each spot size can be reduced by dividing the light beam from the lamp 1 into two parts in the vertical direction (short side direction S) by the first deflecting prism P1. Furthermore, the condensed light beam can be made incident on the integrator rod 2 by the second deflecting prism P2 so as to match the size of the incident end face 2a of the integrator rod 2 and its aspect ratio 16: 9. Therefore, it is possible to reduce the loss of the light flux on the incident end face 2a, and as a result, it is possible to efficiently illuminate the image display surface. In addition, since the integrator rod 2 has a general rectangular parallelepiped shape, the cost is not increased. Further, due to the deflection by the second deflecting prism P2, the central rays Xa and Xb of the two light beams are incident perpendicularly to the incident end face 2a of the integrator rod 2 in the short side direction S. The luminous fluxes are superposed in the same direction, the light quantity distribution at the pupil position in the relay optical system 3 is made uniform, and the illumination efficiency can be improved by superimposing with the pupil shape of the projection optical system OP1.

一般的な照明光学系では、ランプからの光束をコンデンサーレンズ又は楕円面鏡で集光して、Ｆ１程度(θ＝３０°)の集光光束としてインテグレータロッドに入射させ、Ｆ１程度の光束としてインテグレータロッドから射出させた後、画像表示面を照明する構成になっている。第１の実施の形態のように、ランプ１からの光束を上下に２分割した場合、インテグレータロッド２に入射する集光光束のＦ値は、上下方向(短辺方向Ｓ)においてＦ１．９程度(θ＝１５°)となり、それらＦ１．９程度の集光光束が２つ、入射端面２ａ上で集光することになる。入射端面２ａに入射する光束のＦナンバーが、短辺方向Ｓでは長辺方向Ｌの約２倍になるので、画像表示面への照明光及び画像表示面で変調された画像光のＦナンバーも短辺方向Ｓが長辺方向Ｌの約２倍になる。図１に示すように、複数の曲面ミラーにより光路を画像表示面の短辺方向Ｓに平行な面内で折り曲げる投影光学系ＯＰ１の場合には、短辺方向Ｓの広がり角が小さいので、各ミラーの偏心度合いが小さくて済む。このため、収差性能を良くすることが可能になり、高性能な投影光学系ＯＰ１を実現することができる。また、短辺方向Ｓの広がり角が小さいので、短辺方向Ｓにミラーを小型化することができる。   In a general illumination optical system, a luminous flux from a lamp is condensed by a condenser lens or an ellipsoidal mirror, and is incident on an integrator rod as a condensed luminous flux of about F1 (θ = 30 °), and is integrated as a luminous flux of about F1. After being ejected from the rod, the image display surface is illuminated. As in the first embodiment, when the light beam from the lamp 1 is vertically divided into two, the F value of the condensed light beam incident on the integrator rod 2 is about F1.9 in the vertical direction (short-side direction S). ([theta] = 15 [deg.]), and two condensed light fluxes of about F1.9 are condensed on the incident end face 2a. Since the F number of the light beam incident on the incident end face 2a is approximately twice the long side direction L in the short side direction S, the F number of the illumination light on the image display surface and the image light modulated on the image display surface is also The short side direction S is about twice as long as the long side direction L. As shown in FIG. 1, in the case of the projection optical system OP1 in which the optical path is bent in a plane parallel to the short side direction S of the image display surface by a plurality of curved mirrors, the spread angle in the short side direction S is small. The degree of eccentricity of the mirror is small. For this reason, it is possible to improve the aberration performance, and it is possible to realize a high-performance projection optical system OP1. Further, since the spread angle in the short side direction S is small, the mirror can be miniaturized in the short side direction S.

第１の実施の形態では照明光を上下２つの光束に分割する構成を採用しているが、照明光束の分割・偏向はこれに限るものではない。光源からインテグレータロッドまでの光路間に、光源からの照明光を光路が互いに異なる少なくとも２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像をインテグレータロッドの入射端面上に位置させる偏向手段を有する構成を採用すれば、少なくとも２つの光源像をインテグレータロッドの入射端面の長辺方向、短辺方向又は対角方向に並べることにより、入射端面での光束の取りこぼしをなくすことができる。その結果、光線の伝達効率の向上によって高い照明効率を得ることが可能となる。さらに、インテグレータロッドを複雑な形状にする必要がないので、インテグレータロッドの製造時における負荷を削減することができ、コストアップを抑えることが可能となる。また、インテグレータロッドの入射端面に対する各光束の位置関係を調整して光のロスが生じないようにするため、例えば第１の実施の形態では、第１偏向プリズムＰ１における右側偏向部Ｐ１ａと左側偏向部Ｐ１ｂの配置を入れ替えたり、第１偏向プリズムＰ１をランプ光軸ＡＸに垂直な軸を中心に傾けたりした構成を採用してもよく、第２偏向プリズムＰ２における上側偏向部Ｐ２ａと下側偏向部Ｐ２ｂの配置を入れ替えたり、第２偏向プリズムＰ２をランプ光軸ＡＸに垂直な軸を中心に傾けたりした構成を採用してもよい。   In the first embodiment, the configuration in which the illumination light is divided into two upper and lower light beams is adopted, but the division and deflection of the illumination light beam is not limited to this. Deflection means for dividing the illumination light from the light source into at least two light beams having different light paths between the light paths from the light source to the integrator rod, and positioning a light source image composed of the divided light beams on the incident end surface of the integrator rod. By adopting the configuration, the at least two light source images are arranged in the long side direction, the short side direction, or the diagonal direction of the incident end surface of the integrator rod, so that it is possible to eliminate the loss of light flux on the incident end surface. As a result, it is possible to obtain high illumination efficiency by improving the light transmission efficiency. Furthermore, since it is not necessary to make the integrator rod into a complicated shape, it is possible to reduce the load at the time of manufacturing the integrator rod, and it is possible to suppress an increase in cost. Further, in order to prevent the loss of light by adjusting the positional relationship of each light beam with respect to the incident end face of the integrator rod, for example, in the first embodiment, the right deflection unit P1a and the left deflection in the first deflection prism P1. The arrangement of the portion P1b may be changed, or the first deflection prism P1 may be tilted about an axis perpendicular to the lamp optical axis AX. The upper deflection portion P2a and the lower deflection in the second deflection prism P2 may be employed. A configuration in which the arrangement of the part P2b is replaced or the second deflection prism P2 is tilted about an axis perpendicular to the lamp optical axis AX may be employed.

第１の実施の形態(図２)のように、集光光学系の直後に配置された第１偏向プリズムＰ１と、インテグレータロッドの直前に配置された第２偏向プリズムＰ２と、で偏向手段を構成することは、偏向手段を小型化する上で好ましい。つまり、前述した偏向手段を第１，第２偏向プリズムＰ１，Ｐ２で構成し、さらに第２偏向プリズムＰ２をインテグレータロッドの直前に配置すれば、第２偏向プリズムＰ２の小型化が可能になる。   As in the first embodiment (FIG. 2), the first deflecting prism P1 disposed immediately after the condensing optical system and the second deflecting prism P2 disposed immediately before the integrator rod are used as deflection means. The configuration is preferable in reducing the size of the deflecting means. That is, if the above-described deflecting means is constituted by the first and second deflecting prisms P1 and P2, and the second deflecting prism P2 is disposed immediately before the integrator rod, the second deflecting prism P2 can be reduced in size.

《第２の実施の形態(図３，図４)》
図３に、第２の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ２の要部を拡大して示す。図３(Ａ)は照明光学系ＩＬ２の上面図であり、図３(Ｂ)は照明光学系ＩＬ２の側面図である。この照明光学系ＩＬ２の特徴はリフレクター４ｂの反射面形状にあり、その基本構成は前記第１の実施の形態と同様である。図４に示すように、リフレクター４ｂの反射面は、ランプ光軸ＡＸを基準として左右方向(長辺方向Ｌ)に等しい角度で回転させて成る２つの楕円反射面α，βの組み合わせから成っている。したがってリフレクター４ｂは、光源４ａから発せられた照明光を集光して２次光源を形成する楕円面鏡(集光光学系)として作用すると同時に、照明光学系ＩＬ１に用いられている第１偏向プリズムＰ１としても作用する。 << Second Embodiment (FIGS. 3 and 4) >>
FIG. 3 shows an enlarged view of a main part of the illumination optical system IL2 according to the second embodiment. FIG. 3A is a top view of the illumination optical system IL2, and FIG. 3B is a side view of the illumination optical system IL2. The illumination optical system IL2 is characterized by the shape of the reflecting surface of the reflector 4b, and its basic configuration is the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 4, the reflecting surface of the reflector 4b is composed of a combination of two elliptical reflecting surfaces α and β that are rotated at an equal angle in the left-right direction (long side direction L) with respect to the lamp optical axis AX. Yes. Therefore, the reflector 4b acts as an ellipsoidal mirror (condensing optical system) that condenses the illumination light emitted from the light source 4a to form a secondary light source, and at the same time, the first deflection used in the illumination optical system IL1. It also acts as a prism P1.

図３(Ｂ)に示すように、ランプ４において光源４ａから発せられた照明光はリフレクター４ｂに入射する。リフレクター４ｂの反射面は、その上側半分を構成する楕円反射面αと、下側半分を構成する楕円反射面βと、から成っている。２つの楕円反射面α，βの向きは、左右方向(長辺方向Ｌ)に反対になるように配置されている。つまり図４に示すように、楕円反射面αはランプ光軸ＡＸの右側に傾いた向きに配置されており、楕円反射面βはランプ光軸ＡＸの左側に傾いた向きに配置されている。したがって、リフレクター４ｂに入射した光のうち、上側半分は右側へ偏向し、下側半分は左側へ偏向することになる。このように、照明光はリフレクター４ｂで光路が互いに異なる２つの光束に分割されるが、図３(Ｂ)に示すように、上下方向(短辺方向Ｓ)への光束の分割は行われない。   As shown in FIG. 3B, the illumination light emitted from the light source 4a in the lamp 4 enters the reflector 4b. The reflecting surface of the reflector 4b is composed of an elliptical reflecting surface α constituting the upper half and an elliptical reflecting surface β constituting the lower half. The two ellipsoidal reflecting surfaces α and β are arranged so that their directions are opposite to each other in the left-right direction (long side direction L). That is, as shown in FIG. 4, the elliptical reflecting surface α is arranged in a direction inclined to the right side of the lamp optical axis AX, and the elliptical reflecting surface β is arranged in a direction inclined to the left side of the lamp optical axis AX. Therefore, of the light incident on the reflector 4b, the upper half is deflected to the right and the lower half is deflected to the left. In this way, the illumination light is divided into two light beams having different optical paths by the reflector 4b, but as shown in FIG. 3B, the light beam is not divided in the vertical direction (short side direction S). .

リフレクター４ｂで分割された各光束は、偏向プリズムＰ２に入射する。この偏向プリズムＰ２は、照明光学系ＩＬ１に用いられている第２偏向プリズムＰ２と同じ構成を有している。つまり、偏向プリズムＰ２は、偏向プリズムＰ２の右側半分を構成する上側偏向部Ｐ２ａと、偏向プリズムＰ２の左側半分を構成する下側偏向部Ｐ２ｂと、から成っている。また、上側偏向部Ｐ２ａと下側偏向部Ｐ２ｂはいずれも直角プリズムから成っており、互いの向きが上下方向(短辺方向Ｓ)に反対になるように配置されている。つまり図３(Ｂ)に示すように、上側偏向部Ｐ２ａは上側ほど厚みが増大する向きに配置されており、下側偏向部Ｐ２ｂは下側ほど厚みが増大する向きに配置されている。リフレクター４ｂで分割された２つの光束のうち、中心光線Ｘａを含む光束は上側偏向部Ｐ２ａで上側へ偏向し、中心光線Ｘｂを含む光束は下側偏向部Ｐ２ｂで下側へ偏向する。その結果、偏向プリズムＰ２によって偏向した各光束の中心光線Ｘａ，Ｘｂは、短辺方向Ｓに関しインテグレータロッド２の入射端面２ａに対して垂直に入射することになる。このように、偏向プリズムＰ２によって各光束は偏向し、各光束から成る光源像がインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置することになるが、図３(Ａ)に示すように、左右方向(長辺方向Ｌ)への光束の偏向は行われない。   Each light beam divided by the reflector 4b enters the deflecting prism P2. This deflecting prism P2 has the same configuration as the second deflecting prism P2 used in the illumination optical system IL1. That is, the deflection prism P2 includes an upper deflection portion P2a that forms the right half of the deflection prism P2, and a lower deflection portion P2b that forms the left half of the deflection prism P2. Further, both the upper deflection portion P2a and the lower deflection portion P2b are formed of right-angle prisms, and are arranged so that their directions are opposite to each other in the vertical direction (short side direction S). That is, as shown in FIG. 3B, the upper deflection portion P2a is arranged in a direction in which the thickness increases toward the upper side, and the lower deflection portion P2b is arranged in a direction in which the thickness increases at the lower side. Of the two light beams divided by the reflector 4b, the light beam including the central light beam Xa is deflected upward by the upper deflection unit P2a, and the light beam including the central light beam Xb is deflected downward by the lower deflection unit P2b. As a result, the central rays Xa and Xb of the respective light beams deflected by the deflecting prism P2 are incident on the incident end face 2a of the integrator rod 2 perpendicularly with respect to the short side direction S. In this way, each light beam is deflected by the deflecting prism P2, and the light source image composed of each light beam is positioned on the incident end face 2a of the integrator rod 2. However, as shown in FIG. The light beam is not deflected in the long side direction L).

上記のようにリフレクター４ｂは、集光光学系と偏向手段の両機能を有している。したがって、リフレクター４ｂから成る集光光学系と、インテグレータロッド２の直前に配置された偏向プリズムＰ１と、で偏向手段が構成されていることになる。このように、リフレクターに偏向手段の機能を持たせれば、ランプ直後にサイズの大きな偏向プリズムを配置する必要がないため、部品点数の削減による低コスト化が可能となる。また、第２の実施の形態では照明光を上下２つの光束に分割する構成を採用しているが、照明光束の分割・偏向はこれに限るものではない。リフレクターの反射面が集光光学系の光軸を基準として互いに異なる上下方向又は左右方向に回転させて成る少なくとも２つの反射面の組み合わせから成る構成を採用すれば、上記部品点数の削減による低コスト化とともに、第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。また、前記投影光学系ＯＰ１との組み合わせにより得られる効果も第１の実施の形態と同様である。   As described above, the reflector 4b has both functions of a condensing optical system and a deflecting unit. Therefore, the condensing optical system including the reflector 4b and the deflecting prism P1 disposed immediately before the integrator rod 2 constitute a deflecting unit. Thus, if the reflector is provided with the function of the deflecting means, it is not necessary to arrange a large-sized deflecting prism immediately after the lamp, so that the cost can be reduced by reducing the number of parts. In the second embodiment, the configuration in which the illumination light is divided into two upper and lower light beams is adopted. However, the division and deflection of the illumination light beam are not limited to this. Low cost by reducing the number of parts by adopting a configuration that consists of a combination of at least two reflecting surfaces in which the reflecting surface of the reflector is rotated in different vertical and horizontal directions with respect to the optical axis of the condensing optical system. With this, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment. The effects obtained by the combination with the projection optical system OP1 are the same as those in the first embodiment.

《第３の実施の形態(図５)》
図５に、第３の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ３の要部を拡大して示す。図５(Ａ)は照明光学系ＩＬ３の上面図、図５(Ｂ)は照明光学系ＩＬ３の側面図、図５(Ｃ)は照明光学系ＩＬ３の斜視図であり、図５(Ｄ)は図５(Ｃ)の位置Ｘ１における光束断面図、図５(Ｅ)は図５(Ｃ)の位置Ｘ２における光束断面図、図５(Ｆ)は図５(Ｃ)の位置Ｘ３における光束断面図である。また図５において、５はランプ、５ａは光源、５ｂは放物面鏡から成るリフレクター、６は集光レンズ、Ｐ３は第１偏向プリズム、Ｐ４は第２偏向プリズム、Ｐ５は第３偏向プリズムである。 << Third Embodiment (FIG. 5) >>
FIG. 5 shows an enlarged view of a main part of the illumination optical system IL3 according to the third embodiment. 5A is a top view of the illumination optical system IL3, FIG. 5B is a side view of the illumination optical system IL3, FIG. 5C is a perspective view of the illumination optical system IL3, and FIG. 5C is a light beam cross-sectional view at position X1, FIG. 5E is a light beam cross-sectional view at position X2 in FIG. 5C, and FIG. 5F is a light beam cross-sectional view at position X3 in FIG. It is. In FIG. 5, 5 is a lamp, 5a is a light source, 5b is a reflector made of a parabolic mirror, 6 is a condenser lens, P3 is a first deflecting prism, P4 is a second deflecting prism, and P5 is a third deflecting prism. is there.

図５に示すように、ランプ５は光源５ａ，リフレクター５ｂ等を有している。リフレクター５ｂの反射面は放物面から成っているので、光源５ａから発せられた照明光はリフレクター５ｂでの反射により平行光束となる。ランプ５から射出した照明光は、集光レンズ６に入射する。集光レンズ６は２次光源を形成するための集光光学系であり、照明光がインテグレータロッド２の入射端面２ａ近傍で結像するように構成されている。つまり、ランプ５と集光レンズ６との組み合わせにより、照明光学系ＩＬ１に用いられているランプ１と同様の光学的作用が得られる。   As shown in FIG. 5, the lamp 5 includes a light source 5a, a reflector 5b, and the like. Since the reflecting surface of the reflector 5b is a parabolic surface, the illumination light emitted from the light source 5a becomes a parallel light beam by reflection at the reflector 5b. The illumination light emitted from the lamp 5 enters the condenser lens 6. The condensing lens 6 is a condensing optical system for forming a secondary light source, and is configured so that illumination light forms an image near the incident end face 2 a of the integrator rod 2. In other words, the combination of the lamp 5 and the condenser lens 6 can provide the same optical action as that of the lamp 1 used in the illumination optical system IL1.

集光レンズ６から射出した照明光は、インテグレータロッド２の直前に配置された偏向手段に入射する。偏向手段は、集光レンズ６側から順に、第１偏向プリズムＰ３と、第２偏向プリズムＰ４と、第３偏向プリズムＰ５と、の３つの偏向プリズムから成っている。このように、インテグレータロッド２の直前に偏向手段を配置することにより、集光レンズ６の直後に偏向手段を配置するよりも、偏向手段の小型化及び低コスト化が可能となる。   The illumination light emitted from the condenser lens 6 is incident on the deflecting means disposed immediately before the integrator rod 2. The deflecting means is composed of three deflecting prisms of a first deflecting prism P3, a second deflecting prism P4, and a third deflecting prism P5 in order from the condenser lens 6 side. Thus, by arranging the deflecting means immediately before the integrator rod 2, it is possible to reduce the size and cost of the deflecting means compared to arranging the deflecting means immediately after the condenser lens 6.

第１偏向プリズムＰ３はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが薄くなる形状を有しており、第２偏向プリズムＰ４はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有しており、第３偏向プリズムＰ５はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有している。そして、第１偏向プリズムＰ３では偏向が上下方向(短辺方向Ｓ)に行われるのに対し、第３偏向プリズムＰ５では偏向が左右方向(長辺方向Ｌ)に行われ、第２偏向プリズムＰ４ではその中間方向に偏向が行われる。したがって、図５(Ｄ)に示す断面形状の照明光束は、第１偏向プリズムＰ３によって図５(Ｅ)に示すように上下に２分割され、第２，第３偏向プリズムＰ４，Ｐ５によって図５(Ｆ)に示すように左右方向に重なり合った状態から入射端面２ａで結像する。   The first deflection prism P3 has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis AX of the integrator rod 2 is thinned, and the second deflection prism P4 is a shape in which the thickness of the portion near the optical axis AX of the integrator rod 2 is thickened. The third deflecting prism P5 has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis AX of the integrator rod 2 is increased. The first deflection prism P3 deflects in the vertical direction (short side direction S), whereas the third deflection prism P5 deflects in the left and right direction (long side direction L), and the second deflection prism P4. Then, deflection is performed in the intermediate direction. Accordingly, the illumination light beam having the cross-sectional shape shown in FIG. 5D is divided into two vertically by the first deflecting prism P3 as shown in FIG. 5E, and FIG. 5 is obtained by the second and third deflecting prisms P4 and P5. As shown in (F), an image is formed on the incident end face 2a from the state of overlapping in the left-right direction.

第１偏向プリズムＰ３と第２偏向プリズムＰ４の形状を上記のようにすることで、第１偏向プリズムＰ３から第２偏向プリズムＰ４への入射角度をゆるくすることができる。その結果、プリズム透過後の光学性能が良くなり、照明光束を効率良く集光させることが可能となる。また、第３偏向プリズムＰ５の形状を上記のようにすることで、分割された各光束が同じ方向に重ね合わされて、リレー光学系３内の瞳位置における光量分布が均一化されるとともに、投影光学系ＯＰ１(図１)の瞳形状との重ね合わせによる照明効率の向上も可能となる。また、ランプ５からインテグレータロッド２までの光路間に、ランプ５からの照明光を光路が互いに異なる２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像をインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置させる偏向手段が配置された構成になっているので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。そして、前記投影光学系ＯＰ１との組み合わせにより得られる効果も第１の実施の形態と同様である。   By making the shapes of the first deflection prism P3 and the second deflection prism P4 as described above, the incident angle from the first deflection prism P3 to the second deflection prism P4 can be relaxed. As a result, the optical performance after passing through the prism is improved, and the illumination light beam can be collected efficiently. Further, by making the shape of the third deflecting prism P5 as described above, the divided light beams are superimposed in the same direction, the light quantity distribution at the pupil position in the relay optical system 3 is made uniform, and the projection is performed. It is also possible to improve the illumination efficiency by overlapping the optical system OP1 (FIG. 1) with the pupil shape. Further, the illumination light from the lamp 5 is divided into two light beams having different optical paths between the light paths from the lamp 5 to the integrator rod 2, and a light source image composed of the divided light beams is formed on the incident end surface 2 a of the integrator rod 2. Since the deflecting means positioned at the position is arranged, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment. The effects obtained by the combination with the projection optical system OP1 are the same as those in the first embodiment.

《第４の実施の形態(図６)》
図６に、第４の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ４の要部を拡大して示す。図６(Ａ)は照明光学系ＩＬ４の上面図、図６(Ｂ)は照明光学系ＩＬ４の側面図、図６(Ｃ)は照明光学系ＩＬ４の斜視図であり、図６(Ｄ)は図６(Ｃ)の位置Ｘ１における光束断面図、図６(Ｅ)は図６(Ｃ)の位置Ｘ２における光束断面図、図６(Ｆ)は図６(Ｃ)の位置Ｘ３における光束断面図である。この照明光学系ＩＬ４の特徴は、第１偏向プリズムＰ６と第２偏向プリズムＰ７が一体的に構成されている点にあり、その基本構成は前記第３の実施の形態と同様である。第１偏向プリズムＰ６と第２偏向プリズムＰ７を一体で構成する(例えば、樹脂で一体成形する。)ことにより、部品点数を削減することができ、その結果として、製造時の負担軽減とコストの低減を達成することができる。 << Fourth Embodiment (FIG. 6) >>
FIG. 6 shows an enlarged view of a main part of the illumination optical system IL4 according to the fourth embodiment. 6A is a top view of the illumination optical system IL4, FIG. 6B is a side view of the illumination optical system IL4, FIG. 6C is a perspective view of the illumination optical system IL4, and FIG. 6C is a light beam cross-sectional view at position X1, FIG. 6E is a light beam cross-sectional view at position X2 in FIG. 6C, and FIG. 6F is a light beam cross-sectional view at position X3 in FIG. 6C. It is. The illumination optical system IL4 is characterized in that the first deflection prism P6 and the second deflection prism P7 are integrally formed, and the basic configuration thereof is the same as that of the third embodiment. By configuring the first deflecting prism P6 and the second deflecting prism P7 as one body (for example, integrally molding with resin), the number of parts can be reduced, and as a result, the burden during manufacturing and the cost can be reduced. Reduction can be achieved.

集光レンズ６から射出した照明光は、インテグレータロッド２の直前に配置された偏向手段に入射する。偏向手段は、集光レンズ６側から順に、第１偏向プリズムＰ６と、第２偏向プリズムＰ７と、第３偏向プリズムＰ５と、の３つの偏向プリズムから成っている。このように、インテグレータロッド２の直前に偏向手段を配置することにより、集光レンズ６の直後に偏向手段を配置するよりも、偏向手段の小型化及び低コスト化が可能となる。   The illumination light emitted from the condenser lens 6 is incident on the deflecting means disposed immediately before the integrator rod 2. The deflecting means is composed of three deflecting prisms of a first deflecting prism P6, a second deflecting prism P7, and a third deflecting prism P5 in order from the condenser lens 6 side. Thus, by arranging the deflecting means immediately before the integrator rod 2, it is possible to reduce the size and cost of the deflecting means compared to arranging the deflecting means immediately after the condenser lens 6.

第１偏向プリズムＰ６はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有しており、第２偏向プリズムＰ７はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが薄くなる形状を有しており、第３偏向プリズムＰ５はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有している。そして、第１偏向プリズムＰ６では偏向が上下方向(短辺方向Ｓ)に行われるのに対し、第３偏向プリズムＰ５では偏向が左右方向(長辺方向Ｌ)に行われ、第２偏向プリズムＰ７ではその中間方向に偏向が行われる。したがって、図６(Ｄ)に示す断面形状の照明光束は、第１偏向プリズムＰ６によって図６(Ｅ)に示すように上下方向に重ね合わされ、第２，第３偏向プリズムＰ７，Ｐ５によって図６(Ｆ)に示すように左右方向に重なり合った状態から入射端面２ａで結像する。   The first deflection prism P6 has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis AX of the integrator rod 2 is increased, and the second deflection prism P7 is a shape in which the thickness of the portion near the optical axis AX of the integrator rod 2 is decreased. The third deflecting prism P5 has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis AX of the integrator rod 2 is increased. The first deflection prism P6 deflects in the vertical direction (short side direction S), while the third deflection prism P5 deflects in the left and right direction (long side direction L), and the second deflection prism P7. Then, deflection is performed in the intermediate direction. Therefore, the illumination light beam having the cross-sectional shape shown in FIG. 6D is superposed in the vertical direction as shown in FIG. 6E by the first deflecting prism P6, and the second and third deflecting prisms P7 and P5 are used to superimpose the illumination light beam. As shown in (F), an image is formed on the incident end face 2a from the state of overlapping in the left-right direction.

第４の実施の形態においても、ランプ５からインテグレータロッド２までの光路間に、ランプ５からの照明光を光路が互いに異なる２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像をインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置させる偏向手段が配置された構成になっているので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。そして、前記投影光学系ＯＰ１との組み合わせにより得られる効果も第１の実施の形態と同様である。   Also in the fourth embodiment, the illumination light from the lamp 5 is divided into two light beams having different light paths between the light paths from the lamp 5 to the integrator rod 2, and a light source image composed of the divided light beams is integrated into the integrator. Since the deflecting means positioned on the incident end face 2a of the rod 2 is arranged, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment. The effects obtained by the combination with the projection optical system OP1 are the same as those in the first embodiment.

照明光学系の第１の実施の形態を備えた画像投影装置の光学構成全体を示す光路図。FIG. 2 is an optical path diagram illustrating the entire optical configuration of the image projection apparatus including the first embodiment of the illumination optical system. 照明光学系の第１の実施の形態の要部を示す光学構成図。The optical block diagram which shows the principal part of 1st Embodiment of an illumination optical system. 照明光学系の第２の実施の形態の要部を示す光学構成図。The optical block diagram which shows the principal part of 2nd Embodiment of an illumination optical system. 第２の実施の形態におけるリフレクターの反射面形状を示す模式図。The schematic diagram which shows the reflective surface shape of the reflector in 2nd Embodiment. 照明光学系の第３の実施の形態の要部を示す光学構成図。The optical block diagram which shows the principal part of 3rd Embodiment of an illumination optical system. 照明光学系の第４の実施の形態の要部を示す光学構成図。The optical block diagram which shows the principal part of 4th Embodiment of an illumination optical system.

符号の説明Explanation of symbols

ＩＬ１〜ＩＬ４ 照明光学系
ＯＰ１ 投影光学系
１，４，５ ランプ
１ａ，４ａ，５ａ 光源
１ｂ リフレクター(集光光学系)
４ｂ リフレクター(集光光学系，偏向手段)
５ｂ リフレクター
２ インテグレータロッド
２ａ 入射端面
２ｂ 射出端面
３ リレー光学系
Ｐ１ 第１偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ１ａ 右側偏向部
Ｐ１ｂ 左側偏向部
Ｐ２ 第２偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ２ａ 上側偏向部
Ｐ２ｂ 下側偏向部
Ｐ３，Ｐ６ 第１偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ４，Ｐ７ 第２偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ５ 第３偏向プリズム(偏向手段)
６ 集光レンズ(集光光学系)
ＤＰ 表示素子
Ｍ１〜Ｍ４ 第１〜第４曲面ミラー
ＳＣ スクリーン IL1 to IL4 Illumination optical system OP1 Projection optical system 1, 4, 5 Lamp 1a, 4a, 5a Light source 1b Reflector (condensing optical system)
4b reflector (condensing optical system, deflection means)
5b reflector 2 integrator rod 2a entrance end face 2b exit end face 3 relay optical system P1 first deflecting prism (deflecting means)
P1a Right deflection unit P1b Left deflection unit P2 Second deflection prism (deflection means)
P2a Upper deflection unit P2b Lower deflection unit P3, P6 First deflection prism (deflection means)
P4, P7 Second deflection prism (deflection means)
P5 Third deflection prism (deflection means)
6 Condensing lens (Condensing optical system)
DP display element M1 to M4 1st to 4th curved mirror SC screen

Claims (8)

表示素子の画像表示面を照明するための照明光学系であって、
照明光を発する光源と、
前記光源からの照明光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された照明光の空間的なエネルギー分布を均一化するインテグレータロッドと、
前記インテグレータロッドから射出した照明光をリレーしてインテグレータロッドの射出端面の像を前記画像表示面上に形成するリレー光学系と、
入射した光の方向を互いに異なる方向に射出する少なくとも二つの偏向部を前記光源の光軸に垂直な方向に前記光軸を挟んで備えた偏向プリズムを、前記光源から前記インテグレータロッドまでの光路間に、前記照明光の光軸方向に並んで少なくとも二つ有し、前記照明光を光軸方向に一つ目の前記偏向プリズムの全ての前記偏向部に入射させて各々偏向させて異なる光束に分離し、一つ目の前記偏向プリズムにおいて分離された後の各々の光束を、二つ目以降の各偏向プリズムにおいて各光束に対応する一つの偏向部に、偏向プリズム毎に順次入射させて偏向し、全ての前記偏向プリズムを射出した各光束から成る光源像を前記インテグレータロッドの入射端面上に位置させる偏向手段と、
を有することを特徴とする照明光学系。 An illumination optical system for illuminating an image display surface of a display element,
A light source that emits illumination light;
A condensing optical system for condensing illumination light from the light source;
An integrator rod to homogenize the spatial energy distribution of the illumination light is condensed by the condensing optical system,
A relay optical system for forming an image of the exit end face of the integrator rod onto the image display surface to relay the illumination light emitted from the integrator rod,
A deflecting prism having at least two deflecting portions that emit incident light in different directions and sandwiching the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis of the light source, between the optical paths from the light source to the integrator rod The illumination light is incident on all of the deflecting portions of the first deflection prism in the optical axis direction and deflected to form different light beams. Each light beam after being separated and separated by the first deflection prism is sequentially incident on one deflection unit corresponding to each light beam in each second and subsequent deflection prisms and deflected. And deflecting means for positioning a light source image composed of each light beam emitted from all the deflecting prisms on an incident end face of the integrator rod ;
An illumination optical system comprising: 各偏向プリズムは二つの偏向部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。  The illumination optical system according to claim 1, wherein each deflecting prism includes two deflecting units. 前記偏向手段が、前記集光光学系の直後に配置された第１偏向プリズムと、前記インテグレータロッドの直前に配置された第２偏向プリズムと、から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。 The said deflection | deviation means consists of the 1st deflection | deviation prism arrange | positioned just after the said condensing optical system, and the 2nd deflection | deviation prism arrange | positioned just before the said integrator rod, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. The illumination optical system described. 前記偏向手段が、一つ目の前記偏向プリズムの代わりである前記集光光学系と、前記インテグレータロッドの直前に配置された偏向プリズムと、から成り、前記集光光学系がリフレクターから成り、前記リフレクターの反射面が集光光学系の光軸を基準として互いに異なる方向に回転させて成る少なくとも２つの反射面の組み合わせから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。 The deflecting means is composed of the condensing optical system that is a substitute for the first deflecting prism, and a deflecting prism disposed immediately before the integrator rod, and the condensing optical system is composed of a reflector, the illumination optical system according to claim 1 or 2 reflecting surfaces of the reflector, characterized in that it consists of a combination of at least two reflecting surfaces made by rotating the different that person direction together relative to the optical axis of the converging optical system . 前記偏向手段が、前記インテグレータロッドの直前に配置された３つの偏向プリズムから成り、前記集光光学系側から順に、第１偏向プリズムと、第２偏向プリズムと、第３偏向プリズムと、から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。 The deflecting unit includes three deflecting prisms disposed immediately in front of the integrator rod, and includes a first deflecting prism, a second deflecting prism, and a third deflecting prism in order from the condensing optical system side. The illumination optical system according to claim 1 or 2, wherein 前記第１偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが薄くなる形状を有し、前記第２偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有し、前記第３偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有することを特徴とする請求項５記載の照明光学系。 The first deflection prism has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis of the integrator rod is reduced, and the second deflection prism has a shape in which the thickness of the portion near the optical axis of the integrator rod is increased, 6. The illumination optical system according to claim 5, wherein the third deflecting prism has a shape in which a thickness of a portion near the optical axis of the integrator rod is increased. 前記第１偏向プリズムと前記第２偏向プリズムが一体的に構成されていることを特徴とする請求項５記載の照明光学系。 6. The illumination optical system according to claim 5, wherein the first deflecting prism and the second deflecting prism are integrally formed. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明光学系と、複数の曲面ミラーにより光路を前記画像表示面の短辺方向に平行な面内で折り曲げて、前記画像表示面をミラーのパワーでスクリーン上に拡大投影する投影光学系と、備えたことを特徴とする画像投影装置。 The illumination optical system according to any one of claims 1 to 7 and a plurality of curved mirrors, the optical path is bent in a plane parallel to the short side direction of the image display surface, and the image display surface is powered by a mirror. And an optical projection system for enlarging and projecting on a screen.
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