JP2008176203A - Wavelength selective polarization conversion element and projector - Google Patents
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Abstract
【課題】所定の色光の偏光方向を変換できる波長選択性偏光変換素子及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】波長選択性偏光変換素子5は、色光Rを透過し色光G,Bを反射する色分離層512、及び、色光G,Bを色光Rと略同じ方向に反射する反射層513を備える波長選択部51と、色光Rのうち所定の偏光方向を有する光R(P)を透過し、他の光R(S)を反射する偏光分離層522、光R(S)を光R(P)と略同じ方向に反射する反射層523A、色光G,Bを反射する反射層523B、色光G,Bのうち所定の偏光方向を有する光G,B(P)を透過し他の光G,B(S)を反射する偏光分離層522、光G,B(P)を光G,B(S)と略同じ方向に反射する反射層523A、及び、光R(P)、G,B(S)と光R(S)、G,B(P)との一方の光路上に配置され、偏光方向を変換する位相差層524を備える偏光変換部52とを備える。
【選択図】図2A wavelength-selective polarization conversion element and a projector capable of converting the polarization direction of predetermined color light.
A wavelength-selective polarization conversion element includes a color separation layer that transmits color light and reflects color light G and B, and a reflection layer 513 that reflects color light G and B in substantially the same direction as the color light R. A wavelength selection unit 51, a polarization separation layer 522 that transmits light R (P) having a predetermined polarization direction out of color light R, and reflects other light R (S), and light R (S) as light R ( P) a reflective layer 523A that reflects in substantially the same direction as P), a reflective layer 523B that reflects color lights G and B, and light G and B (P) having a predetermined polarization direction among the color lights G and B, and the other light G , B (S) to reflect the polarization separating layer 522, the light G, B (P) to reflect the light G, B (S) in the same direction as the light G, B (S), and the light R (P), G, B (S) and the light R (S), G, B (P) disposed on one optical path, and provided with a phase difference layer 524 that converts the polarization direction. And a converter 52.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、入射した光束のうち、所定波長の光束と、他の波長の光束とを、それぞれ異なる偏光方向を有する偏光光に変換して射出する波長選択性偏光変換素子、及び、当該波長選択性偏光変換素子を備えたプロジェクタに関する。 The present invention relates to a wavelength-selective polarization conversion element that converts a light beam having a predetermined wavelength and a light beam having another wavelength out of incident light beams into polarized light beams having different polarization directions, and the wavelength selection device. The present invention relates to a projector including a directional polarization conversion element.
従来、光源と、当該光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された光束を投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタが知られている。このようなプロジェクタでは、光変調装置により変調された光束が、投射レンズによりスクリーン等に投射されることで、当該スクリーンの投射面に画像が表示される構成となっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a projector including a light source, a light modulation device that modulates a light beam emitted from the light source according to image information, and a projection optical device that projects the modulated light beam. In such a projector, the light beam modulated by the light modulation device is projected onto a screen or the like by a projection lens, whereby an image is displayed on the projection surface of the screen.
このような光変調装置として、一方の面から入射した光束を変調して他方の面から射出する透過型の液晶パネルや、光束が入射した面と同じ面から変調された光束を射出する反射型の液晶パネルが用いられる場合がある。このような反射型の液晶パネルを光変調装置として採用したプロジェクタとして、光源から射出された光束を、赤(R)、緑(G)及び青(B)の各色光に分離し、当該色光ごとに設けられた反射型の液晶パネルに、各色光をそれぞれ入射させて画像を形成するプロジェクタが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As such a light modulation device, a transmissive liquid crystal panel that modulates a light beam incident from one surface and emits it from the other surface, or a reflective type that emits a light beam modulated from the same surface as the surface on which the light beam is incident In some cases, a liquid crystal panel is used. As a projector that employs such a reflective liquid crystal panel as a light modulation device, a light beam emitted from a light source is separated into red (R), green (G), and blue (B) color lights. There is known a projector that forms an image by making each color light incident on a reflection type liquid crystal panel provided in (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1に記載のプロジェクタでは、光源から射出された光を偏光変換素子アレイにより、一方向の偏光光に変換し、この偏光光からダイクロイックミラーにより緑色光を分離し、当該緑色光を、偏光分離面を介して緑色光用の液晶パネルに入射させる。また、ダイクロイックミラーを透過した赤色光及び青色光を、それぞれ波長選択性偏光回転素子に入射させて、赤色光の偏光方向を回転させる一方で、青色光の偏光方向を回転させずに、それぞれの色光を偏光分離面に入射させる。そして、この偏光分離面で、反射した赤色光を赤色光用の液晶パネルに入射させ、透過した青色光を青色光用の液晶パネルに入射させる。そして、液晶パネルから射出された赤色光及び青色光のうち、青色光の偏光方向を他の波長選択性偏光回転素子により赤色光の偏光方向と同じ方向に揃え、これら赤色光及び青色光と、緑色光とを色合成素子により合成して、これらを投射レンズにより投射することで、スクリーン上に画像が投影される。
ここで、このような波長選択性偏光回転素子は、有機層を何十層と積層した構成を有している。
In the projector described in Patent Document 1, light emitted from a light source is converted into unidirectional polarized light by a polarization conversion element array, and green light is separated from the polarized light by a dichroic mirror. The light is incident on the liquid crystal panel for green light through the polarization separation surface. Further, the red light and the blue light transmitted through the dichroic mirror are respectively incident on the wavelength-selective polarization rotating element to rotate the polarization direction of the red light, while rotating the polarization direction of the blue light. Color light is incident on the polarization separation surface. Then, the reflected red light is made incident on the liquid crystal panel for red light and the transmitted blue light is made incident on the liquid crystal panel for blue light by this polarization separation surface. And among the red light and blue light emitted from the liquid crystal panel, the polarization direction of the blue light is aligned with the same direction as the polarization direction of the red light by another wavelength selective polarization rotation element, and the red light and the blue light, An image is projected on the screen by combining the green light with the color combining element and projecting them with the projection lens.
Here, such a wavelength selective polarization rotation element has a configuration in which dozens of organic layers are stacked.
しかしながら、前述の波長選択性偏光回転素子では、有機層が何十層も積層されているため、構造が複雑であるという問題がある。このため、当該波長選択性偏光回転素子の製造工程が複雑となるだけでなく、製造コストが増大するという問題がある。
このような問題から、他の簡易な構成で、入射した光束のうち、所定波長の色光の偏光方向を変換することができる波長選択性偏光変換素子が要望されてきた。
However, the above-described wavelength selective polarization rotation element has a problem that the structure is complicated because dozens of organic layers are stacked. For this reason, there is a problem that not only the manufacturing process of the wavelength selective polarization rotation element becomes complicated, but also the manufacturing cost increases.
From such a problem, there has been a demand for a wavelength-selective polarization conversion element capable of converting the polarization direction of color light having a predetermined wavelength among incident light beams with another simple configuration.
本発明の目的は、簡易な構成で、入射した光束のうち、所定波長の色光の偏光方向を変換することができる波長選択性偏光変換素子及びプロジェクタを提供することである。 An object of the present invention is to provide a wavelength-selective polarization conversion element and a projector capable of converting the polarization direction of color light having a predetermined wavelength out of incident light beams with a simple configuration.
前記した目的を達成するために、本発明の波長選択性偏光変換素子は、入射する入射光束のうち、所定波長の光束の偏向方向を略一方向に揃えて射出する波長選択性偏光変換素子であって、前記入射光束から前記所定波長の第1色光と、当該所定波長以外の第2色光とを分離する波長選択部と、前記波長分離部で分離された前記第1色光及び前記第2色光のそれぞれの偏光方向を変換する偏光変換部とを備え、前記波長選択部は、前記入射光束の光軸に対して傾斜して配置され、当該入射光束のうち、前記第1色光を透過し、かつ、前記第2色光を反射する色分離層と、前記色分離層で反射された前記第2色光の少なくとも一部を、前記第1色光が前記色分離層を透過した方向と略同じ方向に反射する第1反射層とを備え、前記偏光変換部は、前記色分離層を透過した前記第1色光の光軸に対して傾斜して配置され、当該第1色光のうち、所定方向の偏光方向を有する光を透過し、かつ、他の偏光方向を有する光を反射する第1偏光分離層と、前記第1偏光分離層に沿って配置され、当該第1偏光分離層で反射された光を、前記第1偏光分離層を透過した光の進行方向と略同じ方向に反射する第2反射層と、前記第1反射層で反射された前記第2色光の光軸に対して傾斜して配置され、当該第2色光を反射する第3反射層と、前記第3反射層に沿って配置され、前記第3反射層で反射された前記第2色光のうち、前記所定の偏光方向を有する光を透過し、かつ、他の偏光方向を有する光を反射する第2偏光分離層と、前記第2偏光分離層に沿って配置され、当該第2偏光分離層を透過した光を、前記第2偏光分離層で反射された光の進行方向と略同じ方向に反射する第4反射層と、前記第1偏光分離層を透過した光及び前記第2偏光分離層で反射された光と、前記第2反射層及び前記第4反射層のそれぞれで反射された光とのうち、一方の光の光路上に配置され、入射した当該一方の光の偏光方向を他方の光の偏光方向に変換する位相差層とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the wavelength-selective polarization conversion element of the present invention is a wavelength-selective polarization conversion element that emits a light beam having a predetermined wavelength out of an incident incident light beam with a substantially uniform deflection direction. A wavelength selection unit that separates the first color light having the predetermined wavelength and the second color light other than the predetermined wavelength from the incident light beam, and the first color light and the second color light separated by the wavelength separation unit. A polarization conversion unit that converts the polarization direction of each of the first and second light beams, and the wavelength selection unit is arranged to be inclined with respect to the optical axis of the incident light beam, and transmits the first color light of the incident light beam, In addition, a color separation layer that reflects the second color light and at least a part of the second color light reflected by the color separation layer are arranged in substantially the same direction as the direction in which the first color light is transmitted through the color separation layer. A first reflection layer that reflects, the polarization conversion unit, The first color light, which is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the first color light transmitted through the color separation layer, transmits light having a predetermined polarization direction and has another polarization direction. A first polarization separation layer that reflects light; and a light that is disposed along the first polarization separation layer and reflected by the first polarization separation layer; and a traveling direction of the light transmitted through the first polarization separation layer; A second reflective layer that reflects in substantially the same direction; a third reflective layer that is disposed with an inclination relative to the optical axis of the second color light reflected by the first reflective layer and reflects the second color light; Of the second color light, which is disposed along the third reflective layer and reflected by the third reflective layer, transmits light having the predetermined polarization direction and reflects light having another polarization direction. A second polarization separation layer that is disposed along the second polarization separation layer and transmits the second polarization separation layer. The reflected light in a direction substantially the same as the traveling direction of the light reflected by the second polarization separation layer, and the light transmitted through the first polarization separation layer and the second polarization separation layer. Of the incident light and the light reflected by each of the second reflection layer and the fourth reflection layer are arranged on the optical path of one light, and the polarization direction of the incident one light is changed to the other light. And a retardation layer that converts the polarization direction into a polarization direction.
本発明によれば、波長選択性偏光変換素子に入射した光束のうち、色分離層を透過した第1色光と、当該波長選択性反射板で反射された第2色光とは、偏光変換部によりそれぞれ異なる偏光方向に揃えられて射出される。
すなわち、波長選択部を構成する色分離層を透過した第1色光は、偏光変換部の第1偏光分離層に入射する。この第1偏光分離層は、入射した第1色光のうち、所定の偏光方向を有する偏光光(例えば、P偏光)を透過し、他の偏光方向を有する偏光光(例えば、S偏光)を反射する。そして、この第1偏光分離層で反射された当該他の偏光方向を有する偏光光である第1色光は、第2反射層で、第1偏光分離層を透過した所定の偏光方向を有する偏光光である第1色光の進行方向と略同じ方向に反射される。
According to the present invention, the first color light transmitted through the color separation layer and the second color light reflected by the wavelength selective reflection plate among the light beams incident on the wavelength selective polarization conversion element are converted by the polarization conversion unit. The light is emitted in the same polarization direction.
In other words, the first color light transmitted through the color separation layer constituting the wavelength selection unit is incident on the first polarization separation layer of the polarization conversion unit. The first polarization separation layer transmits polarized light (for example, P-polarized light) having a predetermined polarization direction among the incident first color light, and reflects polarized light (for example, S-polarized light) having other polarization directions. To do. And the 1st color light which is the polarized light which has the said other polarization direction reflected by this 1st polarization separation layer is the polarized light which has the predetermined polarization direction which permeate | transmitted the 1st polarization separation layer by the 2nd reflection layer. Is reflected in substantially the same direction as the traveling direction of the first color light.
一方、波長選択部の色分離層で反射された第2色光の少なくとも一部は、第1反射層で反射され、偏光変換部の第3反射層に入射する。そして、この第2色光は、さらに第3反射層で反射され、第2偏光分離層に入射するが、この第2偏光分離層は、前述の第1偏光分離層と同様に、所定の偏光方向を有する偏光光(例えば、P偏光)を透過し、他の偏光方向を有する偏光光(例えば、S偏光)を反射する。このため、第2偏光分離層に入射した第2色光のうち、所定の偏光方向を有する偏光光(例えば、P偏光)は、第2偏光分離層を透過し、他方の偏光方向を有する偏光光(例えば、S偏光)は、第2偏光分離層で反射される。そして、当該第2偏光分離層を透過した所定の偏光方向を有する偏光光(例えば、P偏光)は、第4反射層で、第2偏光分離層での他の偏光方向を有する偏光光(例えば、S偏光)の反射方向と略同じ方向に反射される。 On the other hand, at least a part of the second color light reflected by the color separation layer of the wavelength selection unit is reflected by the first reflection layer and enters the third reflection layer of the polarization conversion unit. The second color light is further reflected by the third reflection layer and is incident on the second polarization separation layer. The second polarization separation layer has a predetermined polarization direction in the same manner as the first polarization separation layer. Transmits polarized light (for example, P-polarized light) and reflects polarized light (for example, S-polarized light) having another polarization direction. For this reason, out of the second color light incident on the second polarization separation layer, polarized light having a predetermined polarization direction (for example, P-polarized light) is transmitted through the second polarization separation layer and polarized light having the other polarization direction. (For example, S-polarized light) is reflected by the second polarization separation layer. Then, polarized light having a predetermined polarization direction (for example, P-polarized light) transmitted through the second polarization separation layer is a fourth reflection layer and polarized light having another polarization direction in the second polarization separation layer (for example, , S-polarized light) is reflected in substantially the same direction.
この際、位相差層の位置は、第1偏光分離層を透過した第1色光に係る偏光光(例えば、P偏光)、及び、第2偏光分離層で反射された第2色光に係る偏光光(例えば、S偏光)のそれぞれの光路と、第2反射層で反射された第1色光に係る偏光光(例えば、S偏光)、及び、第4反射層で反射された第2色光に係る偏光光(例えば、P偏光)のそれぞれの光路とのいずれかの光路上に配置されている。このため、例えば、第1偏光分離層及び第2偏光分離層が、P偏光を透過し、S偏光を反射する構成とされ、また、位相差層が、第1偏光分離層を透過した光及び第2偏光分離層で反射された光の光路上に位置する場合には、第1偏光分離層を透過した第1色光に係るP偏光は、位相差層によりS偏光に変換されて射出される一方で、当該第1偏光分離層で反射された第1色光に係るS偏光は、第2反射層により、当該変換されたS偏光と略同じ方向に射出される。また、第2偏光分離層で反射された第2色光に係るS偏光は、位相差層によりP偏光に変換されて射出される一方で、第2偏光分離層を透過した第2色光に係るP偏光は、第4反射層により、当該変換されたP偏光と略同じ方向に反射される。 At this time, the position of the retardation layer includes polarized light (for example, P-polarized light) related to the first color light transmitted through the first polarization separation layer and polarized light related to the second color light reflected by the second polarization separation layer. Each optical path (for example, S-polarized light), polarized light (for example, S-polarized light) reflected by the first color light reflected by the second reflective layer, and polarized light for the second color light reflected by the fourth reflective layer It arrange | positions on either optical path with each optical path of light (for example, P polarization | polarized-light). For this reason, for example, the first polarization separation layer and the second polarization separation layer are configured to transmit P-polarized light and reflect S-polarized light, and the retardation layer transmits light transmitted through the first polarization separation layer and When located on the optical path of the light reflected by the second polarization separation layer, the P-polarized light related to the first color light transmitted through the first polarization separation layer is converted into S-polarization by the retardation layer and emitted. On the other hand, the S-polarized light related to the first color light reflected by the first polarized light separating layer is emitted in substantially the same direction as the converted S-polarized light by the second reflective layer. Further, the S-polarized light related to the second color light reflected by the second polarization separation layer is converted into P-polarized light by the retardation layer and emitted, while P relating to the second color light transmitted through the second polarization separation layer. The polarized light is reflected by the fourth reflective layer in substantially the same direction as the converted P-polarized light.
このような構成によれば、波長選択部の色分離層を透過した第1色光、及び、当該色分離層で反射された第2色光のそれぞれの偏光方向を略一種に揃えることができるだけでなく、当該第1色光と、第2色光とをそれぞれ異なる偏光方向を有する偏光光とすることができる。従って、波長選択部の色分離層の特性、すなわち、透過波長範囲の設定により、所望の色光の偏光方向を他の色光とは異なる偏光方向を有する偏光光に揃えることができる。 According to such a configuration, not only can the polarization directions of the first color light transmitted through the color separation layer of the wavelength selection unit and the second color light reflected by the color separation layer be substantially uniform. The first color light and the second color light can be polarized light having different polarization directions. Therefore, the polarization direction of desired color light can be aligned with polarized light having a polarization direction different from that of other color light by setting the color separation layer of the wavelength selection unit, that is, setting the transmission wavelength range.
また、このような本発明の波長選択性偏光変換素子では、形成される各層の積層数が何十層となることがないので、波長選択性偏光変換素子の構成を簡略化することができほか、当該波長選択性偏光変換素子を安価に構成することができる。
加えて、それぞれ異なる偏光方向を有する第1色光及び第2色光は、第1偏光分離層及び第2反射層と、第2偏光分離層及び第4反射層とから、それぞれ射出されるので、これら色光の射出位置から、第1色光及び第2色光を容易に区分することができる。
In addition, in such a wavelength selective polarization conversion element of the present invention, the number of layers to be formed is not tens of layers, so that the configuration of the wavelength selective polarization conversion element can be simplified. The wavelength selective polarization conversion element can be constructed at low cost.
In addition, the first color light and the second color light having different polarization directions are emitted from the first polarization separation layer and the second reflection layer, and the second polarization separation layer and the fourth reflection layer, respectively. The first color light and the second color light can be easily distinguished from the emission position of the color light.
本発明では、前記色分離層、前記第1反射層、前記第1偏光分離層、前記第2反射層、前記第3反射層、前記第2偏光分離層、前記第4反射層及び前記位相差層は、それぞれ無機材料により構成されていることが好ましい。 In the present invention, the color separation layer, the first reflection layer, the first polarization separation layer, the second reflection layer, the third reflection layer, the second polarization separation layer, the fourth reflection layer, and the phase difference. Each of the layers is preferably made of an inorganic material.
ここで、これら各層が有機材料により形成されている場合には、紫外線の吸収や温度上昇に伴って劣化が激しくなり、波長選択及び偏光分離が適切に行われなくなる。これに対し、本発明では、当該各層を無機材料により形成することにより、このような劣化を抑制することができる。従って、色分離層、各偏光分離層、各反射層及び位相差層を無機材料により形成することで、経年変化が生じにくく、機能低下を抑制できる波長選択性偏光変換素子を構成することができる。 Here, when each of these layers is formed of an organic material, the deterioration becomes severe with the absorption of ultraviolet rays and the temperature rise, and wavelength selection and polarization separation cannot be performed appropriately. On the other hand, in this invention, such deterioration can be suppressed by forming each said layer with an inorganic material. Therefore, by forming the color separation layer, each polarization separation layer, each reflection layer, and the retardation layer from an inorganic material, it is possible to configure a wavelength-selective polarization conversion element that hardly causes secular change and suppresses functional degradation. .
本発明では、前記第2反射層の裏面側には、前記第3反射層が形成されていることが好ましい。すなわち、本発明では、少なくとも、前記第1偏光分離層、前記第2偏光分離層、前記第2反射層、前記第3反射層及び前記第4反射層は、それぞれ略同じ方向に沿って配置され、当該第2反射層の裏面側に、前記第3反射層が形成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the third reflective layer is formed on the back side of the second reflective layer. That is, in the present invention, at least the first polarization separation layer, the second polarization separation layer, the second reflection layer, the third reflection layer, and the fourth reflection layer are arranged along substantially the same direction. Preferably, the third reflective layer is formed on the back side of the second reflective layer.
ここで、第1偏光分離層での前述の他の偏光方向を有する偏光光の反射方向と、第3反射層での第2色光の反射方向とが異なる場合、第2反射層と、第3反射層とをそれぞれ別々に形成する必要があるとともに、第1偏光分離層と第3反射層との間に、隙間が生じることとなる。この隙間は、波長選択性偏光変換素子に入射した光が通過しない領域であり、この隙間の分だけ、波長選択性偏光変換素子が大型となる。 Here, when the reflection direction of the polarized light having the other polarization direction described above at the first polarization separation layer is different from the reflection direction of the second color light at the third reflection layer, the second reflection layer, It is necessary to form the reflective layer separately, and a gap is generated between the first polarization separation layer and the third reflective layer. This gap is a region where light incident on the wavelength selective polarization conversion element does not pass, and the wavelength selective polarization conversion element becomes larger by this gap.
これに対し、本発明では、第3反射層が第2反射層の裏面に形成されていることにより、第1偏光分離層での前述の他の偏光方向を有する偏光光の反射方向と、第3反射層での第2色光の反射方向とが略一致することとなる。このため、第1偏光分離層と第3反射層との間の隙間、すなわち、波長選択性偏光変換素子に入射した光が通過しない領域をなくすことができる。従って、波長選択性偏光変換素子の小型化を図ることができる。また、第2反射層及び第3反射層が、1つの反射層として構成されることにより、波長選択性偏光変換素子の部品点数を削減することができる。 On the other hand, in the present invention, since the third reflective layer is formed on the back surface of the second reflective layer, the first polarization separation layer reflects the polarized light having the other polarization direction described above, The reflection direction of the second color light at the three reflection layers is substantially the same. For this reason, it is possible to eliminate a gap between the first polarization separation layer and the third reflection layer, that is, a region through which light incident on the wavelength selective polarization conversion element does not pass. Therefore, it is possible to reduce the size of the wavelength selective polarization conversion element. Moreover, the number of components of the wavelength selective polarization conversion element can be reduced by configuring the second reflective layer and the third reflective layer as one reflective layer.
本発明では、前記第4反射層は、前記第2反射層であり、前記第2偏光分離層は、前記第1偏光分離層であり、前記第1偏光分離層と、前記第2反射層及び前記第3反射層とは、前記入射光束の光軸に略直交する方向に交互に複数配置され、前記色分離層は、前記第1色光を、前記第2反射層に対向する前記第1偏光分離層に入射させる位置に複数配置され、前記第1反射層は、前記第2色光の少なくとも一部を、前記第3反射層に入射させる位置に複数配置されていることが好ましい。 In the present invention, the fourth reflective layer is the second reflective layer, the second polarization separation layer is the first polarization separation layer, the first polarization separation layer, the second reflection layer, and A plurality of the third reflective layers are alternately arranged in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the incident light beam, and the color separation layer is configured to cause the first color light to face the second reflective layer. It is preferable that a plurality of first reflection layers are arranged at positions where the light enters the separation layer, and a plurality of the first reflection layers are arranged at positions where at least part of the second color light is incident on the third reflection layer.
本発明によれば、波長選択性偏光変換素子の光束射出面の略全てで、第1色光及び第2色光を射出することができる。
すなわち、波長選択部の色分離層を透過した第1色光は、前述のように、第2反射層及び第3反射層を挟む第1偏光分離層のうち、一方の第1偏光分離層に入射する。そして、この第1偏光分離層に入射した第1色光は、当該第1偏光分離層及び第2反射層を介して、それぞれ一方向の偏光光に変換されて射出される。また、第2偏光分離層である他方の第1偏光分離層には、当該他方の第1偏光分離層に対応する他の色分離層を透過した第1色光が入射することとなり、当該他方の第1偏光分離層、及び、第4反射層である第2反射層を介して、当該第1色光は、それぞれ一方向の偏光光に変換されて射出される。
According to the present invention, it is possible to emit the first color light and the second color light from substantially all of the light exit surface of the wavelength selective polarization conversion element.
That is, the first color light transmitted through the color separation layer of the wavelength selection unit is incident on one of the first polarization separation layers between the second reflection layer and the third reflection layer as described above. To do. Then, the first color light incident on the first polarization separation layer is converted into polarized light in one direction and emitted through the first polarization separation layer and the second reflection layer. Further, the first color light transmitted through another color separation layer corresponding to the other first polarization separation layer is incident on the other first polarization separation layer which is the second polarization separation layer, and the other The first color light is converted into polarized light in one direction and emitted through the first polarization separation layer and the second reflection layer which is the fourth reflection layer.
一方、色分離層で反射された第2色光の少なくとも一部は、第1反射層を介して、第3反射層に入射し、当該第3反射層を介して、第2偏光分離層である第1偏光分離層に入射する。この第1偏光分離層は、前述の第1色光が入射した他方の第1偏光分離層であり、この他方の第1偏光分離層、及び、第4反射層である第2反射層を介して、当該第2色光の少なくとも一部は、それぞれ一方向の偏光光(第1色光に係る偏光光とは異なる偏光光)に変換されて射出される。また、第1色光が入射した前述の一方の第1偏光分離層には、当該一方の第1偏光分離層に対応する他の色分離層により分離された第2色光の少なくとも一部が入射することとなり、当該一方の第1偏光分離層、及び、第2反射層を介して、それぞれ一方の偏光光(第1色光に係る偏光光とは異なる偏光光)に変換されて射出される。 On the other hand, at least a part of the second color light reflected by the color separation layer enters the third reflection layer via the first reflection layer, and is the second polarization separation layer via the third reflection layer. The light enters the first polarization separation layer. The first polarization separation layer is the other first polarization separation layer on which the first color light is incident, and the other first polarization separation layer and the second reflection layer that is the fourth reflection layer are interposed therebetween. At least part of the second color light is converted into polarized light in one direction (polarized light different from the polarized light related to the first color light) and emitted. Further, at least a part of the second color light separated by the other color separation layer corresponding to the one first polarization separation layer is incident on the one first polarization separation layer on which the first color light is incident. Thus, the light is converted into one polarized light (polarized light different from the polarized light related to the first color light) through the one first polarization separation layer and the second reflection layer, and emitted.
これによれば、それぞれの第1偏光分離層及び第2反射層から、それぞれ偏光方向の異なる第1色光及び第2色光を射出することができる。従って、異なる波長及び異なる偏光方向を有する光束を、ほぼ分離されない一つの光束として生成することができる。また、このような光束を、前述の色分離層又は偏光分離層にて分離することにより、透過領域の面積が略同じであり、かつ、波長及び偏光方向の異なる2種の色光を容易に分離することができる。 According to this, the first color light and the second color light having different polarization directions can be emitted from the first polarization separation layer and the second reflection layer, respectively. Therefore, light beams having different wavelengths and different polarization directions can be generated as one light beam that is not substantially separated. In addition, by separating such a light beam by the above-described color separation layer or polarization separation layer, it is possible to easily separate two types of color light having substantially the same transmission area and different wavelengths and polarization directions. can do.
あるいは、本発明では、前記第1反射層は、入射する前記第2色光のうち、前記所定波長とは異なる他の波長を有する第3色光を反射し、当該第3色光以外の第4色光を透過する第2色分離層で構成され、前記波長選択部は、前記第2色分離層を透過した前記第4色光を反射して前記第2偏光分離層に入射させる第5反射層を備えることが好ましい。 Alternatively, in the present invention, the first reflective layer reflects third color light having a wavelength different from the predetermined wavelength out of the incident second color light, and emits fourth color light other than the third color light. The wavelength selection unit includes a fifth reflection layer that reflects the fourth color light transmitted through the second color separation layer and causes the light to enter the second polarization separation layer. Is preferred.
本発明によれば、第1反射層が、前述の色分離層とは異なる色分離特性(波長選択特性)を有する第2色分離層として機能し、第1反射層に入射した第2色光のうち、前述の所定波長とは異なる他の波長を有する第3色光が当該第1反射層で反射され、他の色光である第4色光が当該第1反射層を透過する。そして、第3色光は、前述のように、第3反射層で反射され、第2偏光分離層又は第4反射層で反射され、位相差層を通過する過程で、一方向の偏光光に揃えられる。一方、第4色光は、第5反射層で反射されて第2偏光分離層に入射し、当該第4色光のうち、前述の所定の偏光方向を有する偏光光が第2偏光分離層を透過し、他方の偏光方向を有する偏光光が反射されて、第4反射層にて反射される。そして、これら第4色光に係る偏光光は、位相差層を通過する過程で、第3色光に係る偏光光の偏光方向とは異なる偏光方向を有する偏光光、すなわち、第1色光に係る偏光光の偏光方向と略同じ偏光方向を有する偏光光に変換されて射出される。 According to the present invention, the first reflective layer functions as a second color separation layer having a color separation characteristic (wavelength selection characteristic) different from that of the above-described color separation layer, and the second color light incident on the first reflective layer. Among them, the third color light having another wavelength different from the above-mentioned predetermined wavelength is reflected by the first reflection layer, and the fourth color light which is the other color light is transmitted through the first reflection layer. Then, as described above, the third color light is reflected by the third reflection layer, reflected by the second polarization separation layer or the fourth reflection layer, and aligned with unidirectional polarized light in the process of passing through the retardation layer. It is done. On the other hand, the fourth color light is reflected by the fifth reflection layer and enters the second polarization separation layer, and among the fourth color light, the polarized light having the predetermined polarization direction passes through the second polarization separation layer. The polarized light having the other polarization direction is reflected and reflected by the fourth reflective layer. The polarized light related to the fourth color light is polarized light having a polarization direction different from the polarization direction of the polarized light related to the third color light in the process of passing through the retardation layer, that is, the polarized light related to the first color light. Are converted into polarized light having substantially the same polarization direction as that of the light and emitted.
これによれば、波長選択部の色分離層にて分離された第2色光のうち、所定波長を有する第3色光と、他の色光である第4色光とを、それぞれ異なる偏光方向を有する偏光光として射出することができる。従って、波長選択部で分離された色光ごとに、偏光方向を一方向に揃えて射出することができる。 According to this, among the second color lights separated by the color separation layer of the wavelength selection unit, the third color light having a predetermined wavelength and the fourth color light which is another color light are polarized light having different polarization directions. It can be emitted as light. Therefore, it is possible to emit the light with the polarization direction aligned in one direction for each color light separated by the wavelength selection unit.
また、本発明のプロジェクタは、光源と、当該光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された前記光束を投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、前述の波長選択性偏光変換素子を備えることを特徴とする。 The projector of the present invention is a projector including a light source, a light modulation device that modulates a light beam emitted from the light source according to image information, and a projection optical device that projects the modulated light beam. The wavelength-selective polarization conversion element described above is provided.
ここで、このようなプロジェクタに用いられる光源としては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電光源ランプを採用することができるほか、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子を採用することができる。また、光変調装置としては、一対の基板間に液晶が封入され、印加電圧に応じて配向状態が変化することで、入射光束を変調する液晶パネルを採用することができる。 Here, as a light source used in such a projector, a discharge light source lamp such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp can be employed, and a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) can be employed. In addition, as the light modulation device, a liquid crystal panel that modulates incident light flux by adopting a liquid crystal sealed between a pair of substrates and changing an alignment state according to an applied voltage can be employed.
本発明によれば、前述の波長選択性偏光変換素子と同様の効果を奏することができるほか、以下の効果を奏することができる。
波長選択性偏光変換素子により、所定波長の色光の偏光方向を変換することができるので、所定の偏光方向を有する偏光光のみを入射させる必要がある光変調装置が、所定の色光ごとに設けられている場合に、容易にそれぞれの色光を各光変調装置に入射させることができる。すなわち、波長選択性偏光変換素子により所定の偏光方向に揃えられた第1色光、及び、当該第1色光とは異なる偏光方向に揃えられた第2色光を、前述の色分離層又は偏光分離層を用いて、あるいは、第1色光及び第2色光の射出位置から、容易に区分することができる。従って、それぞれの色光ごとに設けられた光変調装置に、容易かつ適切に各色光を入射させることができる。
According to the present invention, the same effects as those of the wavelength selective polarization conversion element described above can be obtained, and the following effects can be obtained.
Since the polarization direction of color light having a predetermined wavelength can be converted by the wavelength selective polarization conversion element, a light modulation device that needs to allow only polarized light having a predetermined polarization direction to enter is provided for each predetermined color light. In this case, each color light can be easily incident on each light modulation device. That is, the above-described color separation layer or polarization separation layer is used to convert the first color light aligned in a predetermined polarization direction by the wavelength selective polarization conversion element and the second color light aligned in a polarization direction different from the first color light. Or from the emission position of the first color light and the second color light. Therefore, each color light can be easily and appropriately incident on the light modulation device provided for each color light.
また、本発明の波長選択性偏光変換素子が、前述の特許文献1に記載のプロジェクタに設けられた場合には、1つの波長選択性偏光回転素子を省略することができるだけでなく、当該波長選択性偏光変換素子の各層が無機材料により形成されている場合には、経年変化が生じにくいので、プロジェクタの長寿命化を図ることができる。特に、光変調装置の前段に、本発明の波長選択性偏光変換素子が設けられている場合には、光変調装置の前段では入射光束の光線強度が高いため、一層有効である。 When the wavelength-selective polarization conversion element of the present invention is provided in the projector described in Patent Document 1, not only one wavelength-selective polarization rotation element can be omitted, but the wavelength selection In the case where each layer of the directional polarization conversion element is formed of an inorganic material, it is difficult for the secular change to occur, so that the lifetime of the projector can be extended. In particular, when the wavelength-selective polarization conversion element of the present invention is provided in the front stage of the light modulation device, the light intensity of the incident light beam is high in the front stage of the light modulation device, which is more effective.
本発明では、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子を備え、前記色分離層には、前記光束分割光学素子で分割された部分光束が入射することが好ましい。
このような光束分割光学素子としては、複数の小レンズが、少なくとも入射光束の光軸に対して直交する一方向に配列され、各小レンズによって、当該光束分割光学素子に入射した入射光束を複数の部分光束に分割するフライアイレンズ等のレンズアレイを例示することができる。
In the present invention, it is preferable that a light beam splitting optical element that splits the light beam emitted from the light source into a plurality of partial light beams is provided, and the partial light beam split by the light beam splitting optical element is incident on the color separation layer. .
As such a light beam splitting optical element, a plurality of small lenses are arranged in at least one direction orthogonal to the optical axis of the incident light beam, and each small lens allows a plurality of incident light beams incident on the light beam splitting optical element. An example of the lens array is a fly-eye lens that divides the light beam into partial light beams.
本発明によれば、波長選択性偏光変換素子の色分離層が複数設けられ、当該色分離層に応じて各偏光分離層、各反射層及び各位相差層が複数設けられている場合には、光束分割光学素子による分割された各部分光束を、波長選択部の色分離層のそれぞれに入射させることにより、光源から射出された光束を無駄なく波長選択性偏光変換素子に入射させることができる。従って、光量の損失を抑制することができ、これにより、光変調装置で形成される画像の輝度を高めることができる。
また、光変調装置にて画像が形成される画像形成領域に、各部分光束を重畳させることにより、当該画像形成領域を均一に照明することができる。従って、照度むらを抑えた画像を形成することができる。
According to the present invention, when a plurality of color separation layers of a wavelength selective polarization conversion element are provided, and a plurality of polarization separation layers, reflection layers, and retardation layers are provided according to the color separation layer, By making each partial light beam divided by the light beam splitting optical element enter each color separation layer of the wavelength selection unit, the light beam emitted from the light source can be incident on the wavelength selective polarization conversion element without waste. Therefore, the loss of light quantity can be suppressed, and thereby the brightness of the image formed by the light modulation device can be increased.
Further, by superimposing each partial light beam on an image forming area where an image is formed by the light modulation device, the image forming area can be illuminated uniformly. Therefore, an image with reduced illuminance unevenness can be formed.
〔1.第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタ1の全体構成〕
図1は、本実施形態のプロジェクタ1の構成を示す模式図である。
本実施形態のプロジェクタ1は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して表示画像に係る画像光を形成し、当該画像光をスクリーン等の投射面上に投射することにより、当該表示画像を表示するものである。
このプロジェクタ1は、図1に示すように、外装筺体2、投射レンズ3及び光学ユニット4等を備えている。
なお、図1において、図示は省略するが、外装筺体2内において、投射レンズ3及び光学ユニット4以外の空間には、プロジェクタ1内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却ユニット、プロジェクタ1内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット及びプロジェクタ1全体を制御する制御装置等が配置されるものとする。
[1. First Embodiment]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
[Overall configuration of projector 1]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a projector 1 according to the present embodiment.
The projector 1 of the present embodiment modulates a light beam emitted from a light source according to image information to form image light according to a display image, and projects the image light on a projection surface such as a screen, thereby A display image is displayed.
As shown in FIG. 1, the projector 1 includes an exterior housing 2, a
Although not shown in FIG. 1, in the exterior housing 2, in a space other than the
外装筺体2は、合成樹脂等から構成され、図1に示すように、投射レンズ3及び光学ユニット4を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装筺体2は、図示は省略するが、プロジェクタ1の天面、前面、背面及び左右両側面をそれぞれ構成するアッパーケースと、プロジェクタ1の底面、前面及び背面をそれぞれ構成するロアーケースとで構成され、前記アッパーケース及び前記ロアーケースは互いにねじ等で固定されている。
なお、外装筺体2は、合成樹脂等に限らず、その他の材料にて形成してもよく、例えば、金属等により構成してもよい。
The exterior housing 2 is made of synthetic resin or the like, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape that accommodates and arranges the
The exterior casing 2 is not limited to a synthetic resin, but may be formed of other materials, for example, a metal or the like.
投射レンズ3は、光学ユニット4にて形成された光学像(カラー画像)を図示しないスクリーン上に拡大投射する投射光学装置である。この投射レンズ3は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。
The
〔光学ユニット4の構成〕
光学ユニット4は、前記制御装置による制御の下、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像(カラー画像)を形成するユニットである。この光学ユニット4は、照明光学装置41、色分離光学装置42、位相差板43、偏光分離装置44、光変調装置45、色合成光学装置46、及び、これら光学部品41〜46を内部に収納配置するとともに、投射レンズ3を所定位置で支持固定する光学部品用筐体(図示省略)とを備えて構成されている。
[Configuration of Optical Unit 4]
The optical unit 4 is a unit that forms an optical image (color image) corresponding to image information by optically processing the light beam emitted from the light source under the control of the control device. The optical unit 4 houses therein an illumination optical device 41, a color separation
照明光学装置41は、後述する光変調装置45の画像形成領域をほぼ均一に照明するための均一照明光学系である。この照明光学装置41は、図1に示すように、光源装置411と、第1レンズアレイ412と、第2レンズアレイ413と、重畳レンズ414とを備え、これらのほかに、波長選択性偏光変換素子5を備えて構成されている。
The illumination optical device 41 is a uniform illumination optical system for illuminating an image forming area of a light modulation device 45 described later almost uniformly. As shown in FIG. 1, the illumination optical device 41 includes a
光源装置411は、放射状の光線を射出する光源ランプ416と、当該光源ランプ416から射出された放射光を反射して、所定位置に収束させるリフレクタ417と、当該リフレクタ417にて収束される光束を照明光軸に対して平行化する平行化凹レンズ418とを備えている。
このような光源ランプ416としては、高輝度発光する種々の光源ランプを採用することができ、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプおよび超高圧水銀ランプ等の放電光源ランプを挙げることができる。また、放電光源ランプに限らず、LED等の発光素子等を採用することもできる。また、リフレクタ417は、本実施形態では、回転楕円面を有する楕円面リフレクタで構成されているが、回転放物面を有する放物面リフレクタで構成してもよい。この場合には、平行化凹レンズ418を省略した構成とする。さらに、リフレクタ417は、自由曲面リフレクタで構成してもよい。
The
As such a
第1レンズアレイ412及び第2レンズアレイ413は、本発明の光束分割光学素子に相当する。
このうち、第1レンズアレイ412は、所定の照明光軸に略直交する面内に複数の小レンズが、マトリクス状に配列された構成を有し、光源装置411から射出される光束を、複数の部分光束に分割する。
第2レンズアレイ413は、第1レンズアレイ412と略同様な構成を有しており、第1レンズアレイ412の小レンズに対応する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第2レンズアレイ413は、重畳レンズ414とともに、第1レンズアレイ412の像を光変調装置45の画像形成領域に結像させる機能を有している。なお、第2レンズアレイ413の各小レンズは、当該小レンズにより分割された部分光束が、波長選択性偏光変換素子5の後述する色分離層512にそれぞれ入射するように設定されている。
The
Among these, the
The
波長選択性偏光変換素子5は、第2レンズアレイ413と重畳レンズ414との間に配置され、当該波長選択性偏光変換素子5に形成された複数の光束入射面515のそれぞれに、第2レンズアレイ413から射出された各部分光束が入射する。そして、この波長選択性偏光変換素子5は、入射する光束のうち、所定波長を有する色光の偏光方向を所定方向に揃え、他の波長を有する色光の偏光方向を当該所定方向とは異なる方向に揃えて、それぞれの色光を光束射出面から射出する。なお、この波長選択性偏光変換素子5の構成については、後に詳述する。
The wavelength-selective
色分離光学装置42は、入射した光束のうち、赤色光R及び緑色光Gを透過し、青色光Bを反射するダイクロイックミラーで構成されている。そして、この色分離光学装置42で反射された青色光Bは、位相差板43(431)に入射し、当該色分離光学装置42を透過した赤色光R及び緑色光Gは、位相差板43(432)に入射する。
The color separation
位相差板43(431,432)は、入射した偏光光の偏光方向を90°回転させる。具体的に、位相差板431は、色分離光学装置42で反射された青色光Bが入射する位置に設けられ、後述する波長選択性偏光変換素子5によりS偏光に揃えられた青色光BをP偏光の青色光Bに変換する。また、位相差板432は、色分離光学装置42を透過し、かつ、後述する波長選択性偏光変換素子5によりP偏光に揃えられた赤色光Rを、S偏光の赤色光Rに変換するとともに、当該波長選択性偏光変換素子5によりS偏光に揃えられた緑色光Gを、P偏光の緑色光Gに変換する。
The phase difference plate 43 (431, 432) rotates the polarization direction of the incident polarized light by 90 °. Specifically, the phase difference plate 431 is provided at a position where the blue light B reflected by the color separation
偏光分離装置44は、光学ユニット4に2つ設けられ、偏光分離装置441は、青色光Bの光路上に、また、偏光分離装置442は、赤色光R及び緑色光Gの光路上に、それぞれ設けられている。これら偏光分離装置441,442は、それぞれ入射光束の光軸に対して傾斜して配置された偏光分離層4411,4421を有するプリズムとして構成され、当該偏光分離層4411,4421は、P偏光を透過し、S偏光を反射する。
Two polarization separation devices 44 are provided in the optical unit 4, the polarization separation device 441 is on the optical path of the blue light B, and the polarization separation device 442 is on the optical paths of the red light R and the green light G, respectively. Is provided. Each of these polarization beam splitters 441 and 442 is configured as a prism having polarization
具体的に、偏光分離装置441は、位相差板431に対向する光束入射面441Aに対して傾斜する偏光分離層4411を備える。そして、当該位相差板431でP偏光に変換された青色光Bは、偏光分離層4411を透過して、光束入射面441Aに対向する面441Bから光変調装置45(45B)に向かって射出される。そして、当該青色光Bは、光変調装置45で変調されつつ反射され、面441Bを介して再び偏光分離層4411に入射する。この偏光分離層4411に入射した青色光Bのうち、変調されたS偏光は、偏光分離層4411により反射され、当該偏光分離層4411に対向し、かつ、光束入射面441A及び面441Bに交差する光束射出面441Cから、色合成光学装置46に向かって射出される。
Specifically, the polarization separation device 441 includes a
また、偏光分離装置442では、位相差板432に対向する光束入射面442Aに対して傾斜する偏光分離層4421を備える。そして、当該位相差板432でS偏光に変換された赤色光Rは、光束入射面442Aから偏光分離層4421に入射し、当該偏光分離層4421により反射される。この赤色光Rは、偏光分離層4421に対向し、かつ、光束入射面442Aに交差する面442Bから射出され、光変調装置45(45R)に入射する。光変調装置45Rに入射した赤色光Rは、当該光変調装置45Rにより変調されつつ反射され、面442Bを介して、再び偏光分離層4421に入射する。この偏光分離層4421に入射した赤色光Rのうち、変調されたP偏光は、当該偏光分離層4421を透過して、面442Bに対向する光束射出面442Dから、色合成光学装置46に向かって射出される。
In addition, the polarization separation device 442 includes a
さらに、位相差板432でP偏光に変換された緑色光Gは、光束入射面442Aから偏光分離装置442内に入射し、偏光分離層4421を透過する。そして、この緑色光Gは、光束入射面442Aに対向する面442Cから、光変調装置45(45G)に向かって射出される。光変調装置45Gに入射した緑色光Gは、当該光変調装置45Gにより変調されつつ反射され、面442Cを介して、再び偏光分離層4421に入射する。この偏光分離層4421に入射した緑色光Gのうち、変調されたS偏光は、当該偏光分離層4421により反射され、光束射出面442Dから、色合成光学装置46に向かって射出される。
Further, the green light G converted into P-polarized light by the phase difference plate 432 enters the polarization separation device 442 from the light
光変調装置45(赤色光用の光変調装置を45Rとし、緑色光用の光変調装置を45Gとし、青色光用の光変調装置を45Bとする)は、色分離光学装置42及び偏光分離装置442で分離された色光ごとに設けられ、入射する色光を前述の制御装置から入力する画像情報に応じて変調して、当該色光に応じた単色画像を形成する。これら光変調装置45は、それぞれ、反射型液晶パネルとして構成され、詳しい図示を省略するが、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶素子が密閉封入した構成を有し、前記制御装置からの駆動信号に応じて、液晶素子の配向状態が制御され、入射光束の偏光方向を変調する。例えば、入射光束がP偏光である場合には、当該液晶パネルで変調され画像光となる光束はS偏光となり、入射光束がS偏光である場合には、変調され画像光となる光束はP偏光となる。これら光変調装置45は、反射型液晶パネルとして構成されているため、前述のように、偏光分離装置44(441,442)から入射した光束は、当該光束が入射した面と同じ面から射出され、当該偏光分離装置44(441,442)に再び入射する。
The light modulation device 45 (the light modulation device for red light is 45R, the light modulation device for green light is 45G, and the light modulation device for blue light is 45B) includes a color separation
色合成光学装置46は、偏光分離装置442から入射する赤色光R及び緑色光Gと、偏光分離装置441から入射する青色光Bとを合成して光学像(カラー画像)を形成する。
この色合成光学装置46は、それぞれ平面視略直角二等辺三角形状を有する柱状体である2つのプリズムとから構成され、斜辺に対応する面が貼り合わされた全体略直方体形状を有している。そして、これらプリズムの界面には、赤色光R及び緑色光Gを透過し、かつ、青色光Bを反射する波長選択性の反射層461が形成されている。このため、偏光分離装置442に対向する光束入射面46Bを介して入射した赤色光R及び緑色光Gは、反射層461を透過して、光束入射面46Bに対向する光束射出面46Cから射出される。また、偏光分離装置441に対向する光束入射面46Aを介して入射した青色光Bは、反射層461により反射され、光束射出面46Cから射出される。このように、色合成光学装置46により、赤色光R、緑色光G及び青色光Bの光路が一致することとなり、各色の画像光が合成され、カラー画像が形成される。
光束射出面46Cから射出された各色光は、当該色合成光学装置46の光路後段に位置する投射レンズ3に入射し、当該投射レンズ3によりスクリーン等に投射される。
The color combining
The color synthesizing
Each color light emitted from the light
〔波長選択性偏光変換素子5の構成〕
以下、波長選択性偏光変換素子5の構成について説明する。
図2は、波長選択性偏光変換素子5の構成を示す模式図である。
波長選択性偏光変換素子(以下、単に「偏光変換素子」と略す場合がある)5は、前述のように、第2レンズアレイ413から入射する部分光束のうち、所定波長を有する色光を、所定の偏光方向を有する偏光光に変換し、他の色光を、他の偏光方向を有する偏光光に変換して射出するものである。具体的に、本実施形態の波長選択性偏光変換素子5は、赤色光RをP偏光に揃え、緑色光G及び青色光BをS偏光に揃えて射出する。
このような波長選択性偏光変換素子5は、図2に示すように、波長選択部51及び偏光変換部52を備えて構成されている。
なお、以下の説明では、波長選択性偏光変換素子5を、単に「偏光変換素子5」と表記する場合がある。
[Configuration of Wavelength Selective Polarization Conversion Element 5]
Hereinafter, the configuration of the wavelength selective
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the wavelength selective
As described above, the wavelength-selective polarization conversion element (hereinafter may be simply abbreviated as “polarization conversion element”) 5 generates color light having a predetermined wavelength among the partial light beams incident from the
Such a wavelength-selective
In the following description, the wavelength selective
〔波長選択部51の構成〕
波長選択部51は、偏光変換素子5において、前段側、すなわち、第2レンズアレイ413側に設けられ、当該第2レンズアレイ413から射出された各部分光束が入射する。この波長選択部51は、略45°の狭角を有する平面視略平行四辺形の柱状体である複数の透光部材511が、第2レンズアレイ413から入射する部分光束の光軸に直交する方向に並列配置され、全体略直方体形状に構成されている。これら透光部材511は、ガラス等の透光性材料により形成され、光束の入射方向から見て、透光部材511の配列方向に短手方向を有し、当該配列方向に直交する方向に長手方向を有している。そして、これら透光部材511の配列方向は、第2レンズアレイ413の小レンズの一方の配列方向に対応している。
[Configuration of Wavelength Selection Unit 51]
The
また、これら透光部材511が互いに隣接する界面には、色分離層512及び反射層513が交互に形成されている。すなわち、隣接する2つの透光部材511の界面に、色分離層512が形成され、当該2つの透光部材511のうち、一方の透光部材511と、当該一方の透光部材511に隣接する他の透光部材511(当該2つの透光部材511とは異なる透光部材511)との界面に、反射層513が形成されている。そして、これら色分離層512及び反射層513は、第2レンズアレイ413から入射する部分光束の光軸に対して45°の角度で、それぞれ同じ方向に傾斜している。
In addition, color separation layers 512 and reflection layers 513 are alternately formed at interfaces where these
色分離層512は、入射した光束のうち、所定波長を有する色光を透過し、それ以外の色光を反射するものであり、無機材料から形成されている。この色分離層512は、本実施形態では、偏光方向を問わず、赤色光Rを透過し、それ以外の色光(例えば、緑色光G及び青色光B)を反射するように形成されている。そして、この色分離層512を透過した赤色光Rは、偏光変換部52の偏光分離層522に入射する。すなわち、本実施形態では、色分離層512を透過する赤色光Rが、本発明の第1色光に相当し、当該色分離層512で反射された他の色光(緑色光G及び青色光B)が、本発明の第2色光に相当する。
The
反射層513は、本発明の第1反射層に相当し、色分離層512で反射された色光を、偏光変換素子5に入射した部分光束の光軸に沿って、後段側すなわち偏光変換部52側に反射する全反射層である。この反射層513は、単一金属材料または合金等で形成された反射膜により構成されている。そして、この反射層513で反射された色光は、偏光変換部52の反射層523Bに入射する。
The
また、波長選択部51における第2レンズアレイ413に対向する面のうち、色分離層512に対応しない領域、すなわち、反射層513に対応する透光部材511の光束入射側の面には、ステンレス又はアルミニウム等の蒸着により形成された遮光層514が形成されている。すなわち、波長選択部51の第2レンズアレイ413に対向する面において、遮光層514が形成されていない領域のうち、色分離層512に対応する透光部材511の光束入射側の面が光束入射面515である。このような遮光層514により、第2レンズアレイ413から射出された部分光束のうち、一部の光が反射層513に直接入射することが妨げられ、当該部分光束が、確実に色分離層512に入射するように構成されている。
Further, among the surfaces facing the
〔偏光変換部52の構成〕
偏光変換部52は、波長選択部51で分離された各色光を、それぞれ異なる偏光方向を有する偏光光に変換する。この偏光変換部52は、前述の波長選択部51と同様に、略45°の狭角を有する平面視略平行四辺形の柱状体である透光部材521が、波長選択部51の透光部材511の配列方向と同じ方向に沿って複数並列配置され、全体として略直方体形状に構成されている。そして、1つの透光部材521の光束入射面は、波長選択部51の透光部材511の光束射出面に接続されており、それぞれ1つの透光部材511,521により、平面視平行四辺形となるように構成されている。
[Configuration of Polarization Conversion Unit 52]
The
これら互いに隣接する透光部材521の界面には、偏光分離層522及び反射層523が、波長選択部51から入射する色光の光軸に対して略45°傾斜し、かつ、それぞれが同じ方向に沿うようにして交互に形成されている。また、偏光変換部52の光束射出側の面のうち、反射層523に対応する領域には、位相差層524が形成されている。
偏光分離層522は、所定の偏光方向を有する偏光光を透過し、他の偏光方向を有する偏光光を反射する誘電体多層膜で構成されている。この偏光分離層522は、本発明の第1偏光分離層及び第2偏光分離層に相当し、本実施形態では、P偏光を透過して、S偏光を反射する構成であるが、S偏光を透過して、P偏光を反射する構成としてもよい。
At the interface between the light transmitting
The
反射層523は、前述の反射層513と同様に、単一金属材料または合金等で形成された反射膜により構成され、表面(第2レンズアレイ413側の面)と、裏面(重畳レンズ414側の面)とで、入射した光束をそれぞれ反射可能に構成されている。そして、当該裏面側の反射層523Aは、本発明の第2反射層及び第4反射層に相当し、偏光分離層522で反射された他の偏光方向を有する偏光光(本実施形態では、S偏光)を、偏光分離層522を透過した偏光光の進行方向と同じ、偏光変換素子5の後段に向かって射出する。また、表面側の反射層523Bは、本発明の第3反射層に相当し、波長選択部51の反射層513で反射された色光を、偏光分離層522に向かって反射する。
The
位相差層524は、入射した偏光光の偏光方向を90°回転させる。すなわち、位相差層524は、入射したP偏光をS偏光に変換し、入射したS偏光をP偏光に変換する。
このようにして、波長選択部51の色分離層512を透過し、かつ、偏光分離層522を透過した偏光光と、当該色分離層512で反射され、かつ、反射層513及び偏光変換部52の反射層523Bを介して偏光分離層522で反射された偏光光と、色分離層512及び反射層523Bで反射された後、偏光分離層522を透過し、かつ、反射層523Aを介して位相差層524を透過した偏光光とは、偏光変換素子5の外部に射出される。
The
In this way, the polarized light transmitted through the
〔波長選択性偏光変換素子5による光束の分離〕
以下、波長選択性偏光変換素子5による入射光束の分離状態について説明する。
第2レンズアレイ413から射出された各部分光束は、各色分離層512に対応する偏光変換素子5の各光束入射面515に入射する。これら光束入射面515に入射した部分光束である白色光は、偏光分離されていないため、当該白色光には、P偏光及びS偏光が含まれる。この白色光が透光部材511を透過して、色分離層512に入射すると、当該色分離層512により、赤色光R(P,S)と、他の色光すなわち緑色光及び青色光G,B(P,S)とに分離される。
[Separation of luminous flux by wavelength selective polarization conversion element 5]
Hereinafter, the separation state of the incident light beam by the wavelength selective
Each partial light beam emitted from the
このうち、色分離層512を透過した赤色光R(P,S)は、透光部材511,521を透過して、偏光変換部52の偏光分離層522に入射する。この偏光分離層522は、P偏光を透過し、S偏光を反射するので、偏光分離層522に入射した赤色光R(P,S)のうち、P偏光R(P)は、偏光分離層522を透過する。
また、偏光分離層522で反射された赤色光に係るS偏光R(S)は、反射層523Aに入射し、当該反射層523Aにより、偏光分離層522を透過したP偏光R(P)と同じ方向に反射され、位相差層524に入射する。そして、当該位相差板524により、S偏光R(S)は、偏光方向が回転されてP偏光R(P)となる。
そして、これら赤色光に係るP偏光R(P)は、偏光変換素子5の後段に位置する重畳レンズ414に向かって射出される。
Among these, the red light R (P, S) transmitted through the
Further, the S-polarized light R (S) related to the red light reflected by the
Then, the P-polarized light R (P) related to the red light is emitted toward the superimposing
一方、色分離層512で反射され、透光部材511の配列方向に沿って当該透光部材511内を透過した緑色光及び青色光G,B(P,S)は、反射層513に入射する。そして、当該緑色光及び青色光G,B(P,S)は、反射層513により、色分離層512を透過した赤色光R(P,S)と同じ方向に沿って進行し、後段側に位置する偏光変換部52の反射層523Bに入射する。この後、緑色光及び青色光G,B(P,S)は、当該反射層523Bにより、透光部材521の配列方向、すなわち、偏光分離層522で反射された赤色光に係るS偏光R(S)の進行方向と同じ方向に透光部材521内を透過し、偏光分離層522に入射する。
On the other hand, the green light and the blue light G, B (P, S) reflected by the
偏光分離層522に入射した緑色光及び青色光G,B(P,S)のうち、S偏光である緑色光及び青色光G,B(S)は、当該偏光分離層522にて反射される。そして、緑色光及び青色光G,B(S)は、偏光変換素子5の後段に位置する重畳レンズ414に向かって射出される。
また、P偏光である緑色光及び青色光G,B(P)は、偏光分離層522を透過し、反射層523Aに入射する。そして、当該緑色光及び青色光G,B(P)は、前述の赤色光R(S)と同様に、反射層523Aで反射され、後段側に位置する位相差層524に入射する。これら緑色光及び青色光G,B(P)は、位相差層524により偏光方向が回転されてS偏光である緑色光及び青色光G,B(S)となって、重畳レンズ414に向かって射出される。
Of the green light and blue light G, B (P, S) incident on the
Further, green light and blue light G, B (P) which are P-polarized light are transmitted through the
このように、偏光変換素子5の偏光変換部52を構成する偏光分離層522及び反射層523Aには、波長選択部51に形成された1つの光束入射面515に入射し、かつ、色分離層512を透過した赤色光Rが入射する。また、当該偏光分離層522及び反射層523Aには、当該1つの光束入射面515に隣接し、かつ、透光部材511の配列方向基端側(色分離層512による緑色光及び青色光G,Bの反射方向とは反対側であり、図2における左側)の他の光束入射面515から入射して、当該光束入射面515に対応する色分離層512により反射された緑色光及び青色光G,Bが入射する。
逆に、1つの光束入射面515から入射して、対応する色分離層512により分離された緑色光及び青色光G,Bが入射する偏光分離層522及び反射層523Aには、当該1つの光束入射面515に隣接し、かつ、透光部材511の配列方向先端側(色分離層512による緑色光及び青色光G,Bの反射方向側であり、図2における右側)の他の光束入射面515に入射して、対応する色分離層512を透過した赤色光Rが入射する。
このため、偏光変換素子5の光束射出面のほぼ全面から、P偏光である赤色光R(P)と、S偏光である緑色光及び青色光G,B(S)が射出され、それぞれの色光が重畳レンズ414に入射する。
As described above, the
On the contrary, the one light flux is incident on the
For this reason, red light R (P) that is P-polarized light, green light that is S-polarized light, and blue light G and B (S) are emitted from almost the entire light emission surface of the
以上説明した本実施形態のプロジェクタ1によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)波長選択性偏光変換素子5の波長選択部51を構成する色分離層512で分離された赤色光Rと、緑色光G及び青色光Bとのうち、赤色光Rを、偏光分離層522、反射層523A及び位相差層524により、P偏光に揃えて射出することができ、また、緑色光G及び青色光Bを、反射層523B、偏光分離層522、反射層523A及び位相差層524により、S偏光に揃えて射出することができる。このような色分離(波長選択)は、波長選択部51の色分離層512に設定された特性、すなわち、色分離特性(波長透過特性)に基づいて行われるため、当該波長選択部51の特性を設定することにより、所望の色光を、他の色光とは異なる偏光方向を有する偏光光に揃えることができる。また、射出される偏光光の偏光方向は、偏光分離層522の偏光分離特性、並びに、位相差層524の偏光変換特性及び配置位置により決定される。このため、これらを適宜設定することにより、所望の偏光方向を有する偏光光に揃えることができる。従って、所望の波長及び偏光方向を有する偏光光を容易に抽出することができる。
According to the projector 1 of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) Of the red light R, green light G, and blue light B separated by the
(2)波長選択性偏光変換素子5は、有機層を何十層も積層する構成ではない。
すなわち、波長選択性偏光変換素子5の製造においては、例えば、波長選択部51と偏光変換部52とをそれぞれ個別に製造し、波長選択部51の光束射出側の面と、偏光変換部52の光束入射側の面とを貼り合わせる。このうち、波長選択部51においては、複数の平板状の透光部材511を、当該各透光部材511の界面に色分離層512及び反射層513を交互に形成しつつ積層し、積層物を各層512,513に対して略45°で切断する。そして、各反射層513に対応する位置に遮光層514を形成することにより、波長選択部51が形成される。また、偏光変換部52においては、透光部材511と略同じ厚さ寸法を有する平板状の透光部材521を、当該透光部材521の界面に偏光分離層522及び反射層523を交互に形成しつつ積層し、同様に積層物を各層522,523に対して略45°で切断する。そして、反射層523に対応する位置に位相差層524を形成することにより、偏光変換部52が形成される。
このように、波長選択性偏光変換素子5は、有機層を何十層と積層する構成でないので、構成を簡略化することができるほか、製造工程を簡略化することができ、当該波長選択性偏光変換素子5を安価に構成することができる。
(2) The wavelength selective
That is, in the manufacture of the wavelength selective
Thus, the wavelength-selective
(3)波長選択性偏光変換素子5の色分離層512、各反射層513,523A,523B、偏光分離層522、位相差層524及び遮光層514は、無機材料により形成されている。これによれば、各層512,513,514,522,523,524の紫外線の吸収や温度上昇に伴う劣化を抑えることができる。従って、経年変化が生じにくく、機能低下を抑制できる波長選択性偏光変換素子5を構成することができる。
(3) The
(4)反射層523には、重畳レンズ414側である後段側の面に、偏光分離層522を透過した色光が入射する反射層523Aが形成され、また、第2レンズアレイ413側である前段側の面に、波長選択部51の反射層513で反射された色光が入射する反射層523Bが形成されている。これによれば、偏光分離層522で反射された赤色光のS偏光R(S)の進行方向と、反射層523Bで反射され、偏光分離層522を透過した緑色光及び青色光のP偏光G,B(P)の進行方向とを一致させることができる。このため、透光部材511,521を隙間無く配置することができ、偏光変換部52において、偏光変換素子5に入射した光が透過しない領域をなくすことができる。従って、偏光変換素子5の小型化を図ることができる。また、反射層523A,523Bが、1つの反射層523の表裏面に形成されていることにより、波長選択性偏光変換素子5の部品点数の増加を抑制することができる。
(4) The
(5)波長選択性偏光変換素子5の波長選択部51における1つの光束入射面515に入射した部分光束のうち、赤色光R(P,S)が入射する偏光分離層522には、当該1つの光束入射面515に隣接し、かつ、透光部材511の配列方向基端側に位置する光束入射面515に入射して分離された緑色光及び青色光G,B(P,S)が入射する。これによれば、波長及び偏光方向の異なるそれぞれの色光、すなわち、赤色光のP偏光R(S)と、緑色光及び青色光のS偏光G,B(S)を、波長選択性偏光変換素子5の光束射出領域の略全面から、それぞれ射出することができる。従って、異なる波長及び異なる偏光方向を有する光束を、ほぼ分離されない一つの光束として生成することができる。また、これにより、それぞれの色光、すなわち、赤色光R(P)と、緑色光及び青色光G,B(S)の透過領域の面積を略同じにすることができるので、各光変調装置45の画像形成領域を適切に照明することができる。
(5) Among the partial light beams incident on one light
(6)このような波長選択性偏光変換素子5をプロジェクタ1が有することにより、各色光が入射する光変調装置45に応じた波長及び偏光方向の色光を、各光変調装置45の画像形成領域に入射させることができる。従って、光学ユニット4を構成する光学部品の配置や、光学特性等の設計自由度を向上することができる。
(6) Since the projector 1 has such a wavelength-selective
(7)波長選択性偏光変換素子5は、色分離層512及び反射層513が形成される透光部材511と、偏光分離層522及び反射層523が形成される透光部材521とが、第2レンズアレイ413から入射する各部分光束の光軸に直交する一方向に沿って、複数配列されている。このため、色分離層512が複数の位置に形成されているので、偏光変換素子5の光束入射面515は、複数存在することとなる。これに対し、各光束入射面515には、第2レンズアレイ413で分割された部分光束がそれぞれ入射するので、光源装置411から射出された光束を、波長選択性偏光変換素子5に無駄なく入射させることができる。従って、光利用効率を向上することができ、これにより、光学ユニット4で形成される画像の輝度を高めることができる。
(7) The wavelength-selective
(8)透光部材511,521が複数並列配置されて波長選択性偏光変換素子5が構成されていることにより、波長選択性偏光変換素子が色分離層512及び偏光分離層522を挟むそれぞれ一対の透光部材511,521のみから構成されている場合に比べ、波長選択性偏光変換素子5の奥行き方向(第2レンズアレイ413から射出された各部分光束の進行方向であり、照明光軸方向)の寸法を小さくすることができる。従って、波長選択性偏光変換素子5の小型化を一層図ることができる。
(8) Since the wavelength-selective
〔2.第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態に係るプロジェクタ1Aについて説明する。
本実施形態のプロジェクタ1Aは、前述のプロジェクタ1と同様の構成を備えるが、当該プロジェクタ1の波長選択性偏光変換素子5は、色分離層512で反射された緑色光及び青色光を、それぞれ同じ偏光方向を有する一種類の偏光光に変換していたが、プロジェクタ1Aが備える波長選択性偏光変換素子6は、当該緑色光及び青色光をそれぞれ異なる偏光方向を有する偏光光に変換する点で、本実施形態のプロジェクタ1Aと、前述のプロジェクタ1は相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
[2. Second Embodiment]
The
The
図3は、本実施形態のプロジェクタ1Aの構成を示す模式図である。
プロジェクタ1Aは、前述のプロジェクタ1と同様に、外装筐体2、投射レンズ3及び光学ユニット4A等を備えて構成されている。
光学ユニット4Aは、図3に示すように、照明光学装置41A、色分離光学装置42、偏光分離装置44、光変調装置45、色合成光学装置46及び光学部品用筐体(図示省略)を備えている。また、光学ユニット4Aは、これらの他、位相差板43(433)を備えて構成されている。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the
The
As shown in FIG. 3, the
このうち、照明光学装置41Aは、照明光学装置41と同様に、光源装置411、第1レンズアレイ412、第2レンズアレイ413及び重畳レンズ414を備えるほか、当該照明光学装置41Aは、波長選択性偏光変換素子5に代えて、波長選択性偏光変換素子6を備えている。
波長選択性偏光変換素子6は、第2レンズアレイ413から入射した光束のうち、赤色光R及び青色光BをS偏光に揃え、緑色光GをP偏光に揃えて射出する。なお、このような波長選択性偏光変換素子6の構成については、後に詳述する。
この波長選択性偏光変換素子6から射出された各色光のうち、S偏光の赤色光R(S)及びP偏光の緑色光Gは、重畳レンズ414及び色分離光学装置42を介して、偏光分離装置442に入射する。また、S偏光の青色光B(S)は、重畳レンズ414及び色分離光学装置42を介して、偏光分離装置441に入射する。
Among them, the illumination
The wavelength selective
Of each color light emitted from the wavelength selective
この光学ユニット4Aでは、青色光Bを変調する光変調装置45Bの配置位置が、前述の光学ユニット4とは異なる。具体的に、光変調装置45Bは、偏光分離装置441の光束入射面441Aに対向する面441B側に配置されているのではなく、光束射出面441Cに対向する面441D側に配置されている。これは、波長選択性偏光変換素子6が、青色光BをS偏光に揃えて射出するので、色分離光学装置42で反射され、かつ、偏光分離装置441に入射したS偏光である青色光Bは、面441D側に反射されるためである。なお、本実施形態の光変調装置45Bでは、入射する青色光BがS偏光であるので、変調され画像光となる青色光Bは、P偏光となる。
In the
また、青色光Bの光路上には、位相差板43(433)が設けられている。この位相差板433は、偏光分離装置441から射出された青色光Bの偏光方向を回転させる。これにより、当該位相差板433を透過した青色光Bは、反射効率のよいS偏光に変換されて、色合成光学装置46に入射する。
なお、色合成光学装置46以降の各色光の光路は、前述の光学ユニット4と同様であるので、説明を省略する。
A phase difference plate 43 (433) is provided on the optical path of the blue light B. The retardation plate 433 rotates the polarization direction of the blue light B emitted from the polarization separation device 441. As a result, the blue light B transmitted through the phase difference plate 433 is converted into S-polarized light with good reflection efficiency and is incident on the color combining
The optical paths of the respective color lights after the color synthesizing
〔波長選択性偏光変換素子6の構成〕
図4は、波長選択性偏光変換素子6の構成を示す模式図である。
波長選択性偏光変換素子6は、前述の偏光変換素子5と同様に、第2レンズアレイ413から入射する各部分光束のうち、所定波長を有する色光を、他の色光の偏光方向とは異なる一種類の偏光光に変換するものである。具体的に、本実施形態の波長選択性偏光変換素子6は、赤色光及び青色光をS偏光に揃え、緑色光をP偏光に揃えるとともに、赤色光を青色光及び緑色光が射出される領域とは異なる領域から射出するものである。
この波長選択性偏光変換素子6は、図4に示すように、波長選択部61及び偏光変換部52を備えて構成されている。
なお、以下の説明では、波長選択性偏光変換素子6を、単に「偏光変換素子6」と表記する場合がある。
[Configuration of Wavelength Selective Polarization Conversion Element 6]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the wavelength selective
Similarly to the
As shown in FIG. 4, the wavelength selective
In the following description, the wavelength selective
波長選択部61は、それぞれガラス等により形成され、かつ、略45°の狭角を有する平面視略平行四辺形の柱状体である透光部材511及び透光部材611を複数備え、これらが第2レンズアレイ413から射出された部分光束の光軸に対して直交する方向に配列され、全体として略直方体形状に構成されている。この透光部材511,611の配列方向は、第2レンズアレイ413の小レンズの配列方向に一致し、偏光変換部52の透光部材521の配列方向に一致する。
具体的に、波長選択部61は、2つの透光部材511と、1つの透光部材611とが交互に配列された構成を有しており、透光部材611の幅寸法(透光部材511,611の配列方向の寸法)は、1つの透光部材511の幅寸法の略2倍となっている。
The
Specifically, the
これら透光部材511,611の配列方向基端側(偏光変換部52の反射層523Bでの反射方向基端側であり、図4における左側)に位置する透光部材611と、配列方向先端側(偏光変換部52の反射層523Bでの反射方向先端側であり、図4における右側)に位置する透光部材511との界面には、色分離層512が形成されている。
また、隣接する2つの透光部材511の界面には、本発明の第1反射層であり、かつ、第2色分離層に相当する色分離層613が形成されている。
さらに、前述の配列方向基端側に位置する透光部材511と、配列方向先端側に位置する透光部材611との界面には、反射層614が形成されている。
これら色分離層613及び反射層614は、色分離層512に沿うとともに、当該色分離層512と同様に、第2レンズアレイ413から入射する部分光束の光軸に対して略45°傾斜して形成され、偏光変換部52の偏光分離層522に沿って配置されている。
The
In addition, a
Further, a
The
このうち、色分離層613は、色分離層512で反射された緑色光及び青色光G,B(P,S)のうち、緑色光G(P,S)を反射して偏光変換部52の反射層523Bに入射させる一方で、青色光B(P,S)を透過する。このような色分離層613は、無機材料により形成することができる。
反射層614は、全反射層として形成され、色分離層613を透過した青色光B(P,S)を、偏光変換部52の偏光分離層522(赤色光Rが入射する偏光分離層522とは異なる偏光分離層522)に入射させる。この反射層614は、前述の反射層513と同様に、単一金属材料または合金等で形成された反射膜により構成されている。
Among these, the
The
また、波長選択部61の光束入射側の面、すなわち、第2レンズアレイ413に対向する側の面において、色分離層512に対応する透光部材511の光束入射側の面以外の領域には、ステンレス又はアルミニウム等の蒸着により形成された遮光層514が形成されている。このため、偏光変換素子6においては、色分離層512が形成された界面を有する透光部材511の第2レンズアレイ413に対向する面が、光束入射面515として形成されている。
Further, on the surface on the light beam incident side of the
偏光変換部52は、前述のように、透光部材521が複数配列された構成を有し、それぞれ隣接する2つの透光部材521の界面には、偏光分離層522及び反射層523が交互に形成されている。
このうち、偏光分離層522は、本実施形態では、S偏光を反射して、P偏光を透過するように構成されている。そして、色分離層512に対応する位置に配置された偏光分離層522は、本発明の第1偏光分離層に相当し、当該偏光分離層522には、色分離層512を透過した色光(赤色光R)が入射する。また、反射層614に対応する位置に配置された偏光分離層522は、本発明の第2偏光分離層に相当し、当該偏光分離層522には、色分離層613で反射された色光(緑色光G)が反射層523Bを介して、また、反射層614で反射された色光(青色光B)が直接入射する。
As described above, the
Of these, the
反射層523の表裏面のうち、重畳レンズ414側の面には、本発明の第2反射層及び第4反射層としての反射層523Aが形成され、第2レンズアレイ413側の面には、本発明の第3反射層としての反射層523Bが形成されている。これら反射層523A,523Bは、前述のように、それぞれ全反射層として形成されている。
また、偏光変換部52の光束射出面うち、偏光分離層522に対応する透光部材521の光束射出側の面には、入射光束の偏光方向を略90°回転させる位相差層524が形成されている。
Of the front and back surfaces of the
In addition, a
〔波長選択性偏光変換素子6による光束の分離〕
以下、波長選択性偏光変換素子6による入射光束の分離状態について説明する。
第2レンズアレイ413から射出された各部分光束は、偏光変換素子6の光束入射面515を介して、当該光束入射面515に対応する色分離層512に入射する。
この色分離層512に入射した部分光束のうち、赤色光R(P,S)は、当該色分離層512を透過して、当該色分離層512に対応する偏光変換部52の偏光分離層522に入射する。
[Separation of luminous flux by wavelength selective polarization conversion element 6]
Hereinafter, the separation state of the incident light beam by the wavelength selective
Each partial light beam emitted from the
Of the partial light beams incident on the
偏光分離層522に入射した赤色光R(P,S)のうち、P偏光R(P)は、当該偏光分離層522を透過して、位相差層524に入射する。このP偏光R(P)は、位相差層524により偏光方向が回転され、S偏光R(S)となって、偏光変換素子6から射出される。
また、偏光分離層522に入射した赤色光に係るS偏光R(S)は、当該偏光分離層522で反射され、前述の配列方向先端側に向かって進行し、反射層523Aに入射する。そして、このS偏光R(S)は、反射層523Aで反射されることにより、偏光分離層522及び位相差層524を介した赤色光R(S)の進行方向と平行に射出される。
このように、光束入射面515に入射した部分光束のうち、赤色光R(P,S)は、偏光変換素子6によりS偏光R(S)に揃えられ、入射した部分光束の光軸に沿う方向に射出されて、重畳レンズ414に入射する。
Of the red light R (P, S) incident on the
The S-polarized light R (S) related to the red light incident on the
Thus, among the partial light beams incident on the light
一方、色分離層512に入射した部分光束のうち、緑色光及び青色光G,B(P,S)は、当該色分離層512で反射されて、前述の配列方向先端側に向かって透光部材511内を透過し、色分離層613に入射する。この色分離層613では、入射した緑色光G(P,S)が反射され、当該緑色光G(P,S)は、後段側に位置する偏光変換部52の反射層523Bに入射する。そして、緑色光G(P,S)は、反射層523Bにより前述の配列方向先端側に向かって透光部材521内を透過し、赤色光R(P,S)が入射した偏光分離層522とは異なる偏光分離層522に入射する。
On the other hand, among the partial light beams incident on the
偏光分離層522に入射した緑色光G(P,S)のうち、S偏光G(S)は、当該偏光分離層522により後段側に反射され、当該S偏光G(S)は、位相差層524を介してP偏光G(P)に変換されて射出される。また、緑色光に係るP偏光G(P)は、当該偏光分離層522を透過して、反射層523Aに入射する。そして、P偏光G(P)は、当該反射層523Aにより反射されることで、位相差層524により変換されたP偏光G(P)と平行で、かつ、当該P偏光G(P)と同じ方向に射出される。
このように、光束入射面515に入射した部分光束のうち、緑色光G(P,S)は、偏光変換素子6によりP偏光G(P)に揃えられ、入射した部分光束の光軸に沿う方向に射出されて、重畳レンズ414に入射する。
Of the green light G (P, S) incident on the
Thus, among the partial light beams incident on the light
また、色分離層613を透過した青色光B(P,S)は、反射層614で反射されて、緑色光G(P,S)が入射した偏光分離層522と同じで、かつ、当該反射層614に対応する偏光分離層522に入射する。そして、当該偏光分離層522に入射した青色光B(P,S)のうち、P偏光B(P)は、偏光分離層522を透過し、位相差層524を介してS偏光B(S)に変換されて射出される。また、偏光分離層522に入射した青色光に係るS偏光B(S)は、当該偏光分離層522で反射されて前述の配列方向先端側に向かって進行し、反射層523Aで反射されることにより、変換されたS偏光B(S)に平行で、かつ、当該S偏光B(S)と同じ方向に射出される。
このように、光束入射面515に入射した部分光束のうち、青色光B(P,S)は、偏光変換素子6によりS偏光B(S)に揃えられ、入射した部分光束の光軸に沿う方向に射出されて、重畳レンズ414に入射する。
Further, the blue light B (P, S) transmitted through the
In this way, among the partial light beams incident on the light
ここで、偏光変換素子6では、S偏光の赤色光R(S)が射出される領域と、P偏光の緑色光G(P)及びS偏光の青色光B(S)が射出される領域とが異なる。
具体的に、S偏光に揃えられた赤色光R(S)は、色分離層512に対応する偏光分離層522が形成された界面を有する2つの透光部材521における光束射出側の面(重畳レンズ414に対向する面)から射出される。
また、P偏光に揃えられた緑色光G(P)及びS偏光に揃えられた青色光B(S)は、それぞれ反射層614に対応する偏光分離層522が形成された界面を有する2つの透光部材521における光束射出側の面から射出される。
Here, in the
Specifically, the red light R (S) aligned with the S-polarized light is a surface (superimposed) on the light beam emission side of the two
Further, the green light G (P) aligned with the P-polarized light and the blue light B (S) aligned with the S-polarized light each have two transmission layers each having an interface on which the
以上説明した本実施形態のプロジェクタ1Aによれば、前述のプロジェクタ1が奏することのできる効果(1)、(3)〜(4)及び(6)〜(8)と同様の効果を奏することができるほか、以下の効果を奏することができる。
(9)波長選択性偏光変換素子6の波長選択部61は、平板状の透光部材511,611間に、色分離層512,613及び反射層614が介装された構成を有している。これによれば、前述の波長選択部51及び偏光変換部52の構成と同様に、有機層を何十層も積層する構成ではない。従って、従来の波長選択性偏光回転素子より、波長選択性偏光変換素子6の構成を簡略化することができる。
According to the
(9) The
(10)波長選択性偏光変換素子6には、色分離層512で反射された緑色光及び青色光G,B(P,S)のうち、緑色光G(P,S)を反射して反射層523Bに入射させるとともに、青色光B(P,S)を透過する色分離層613と、当該色分離層613を透過した青色光B(P,S)を反射して、赤色光R(P,S)が入射した偏光分離層522とは異なる偏光分離層522に入射させる反射層614とが形成されている。
これによれば、赤色光RをS偏光R(S)に揃えることができるだけでなく、緑色光G及び青色光Bをそれぞれ偏光方向の異なるP偏光G(P)及びS偏光B(S)に揃えることができる。従って、波長ごとに略一種類の偏光光に揃えることができ、波長選択性偏光変換素子6の汎用性を向上することができる。
(10) Of the green light and the blue light G, B (P, S) reflected by the
According to this, not only red light R can be aligned with S-polarized light R (S), but also green light G and blue light B can be converted into P-polarized light G (P) and S-polarized light B (S) having different polarization directions, respectively. Can be aligned. Therefore, approximately one type of polarized light can be provided for each wavelength, and the versatility of the wavelength selective
(11)波長選択性偏光変換素子6では、S偏光に揃えられた赤色光R(S)と、P偏光に揃えられた緑色光G(P)及びS偏光に揃えられた青色光B(S)との射出領域が異なる。これによれば、各色光の射出位置に応じて光路を分離する反射部材等を配置することにより、赤色光Rと、緑色光G及び青色光Bとを容易に分離することができる。従って、偏光方向が揃えられた色光を容易に分離することができる。
(11) In the wavelength selective
〔3.実施形態の変形〕
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記第1実施形態では、波長選択性偏光変換素子5の色分離層512で反射された緑色光及び青色光G,B(P,S)の進行方向、及び、反射層523Bで反射された緑色光及び青色光G,B(P,S)の進行方向と、偏光分離層522で反射された赤色光R(S)の進行方向とは、それぞれ同じ方向であるとした。また、前記第2実施形態では、色分離層512で反射された緑色光及び青色光G,B(P,S)の進行方向、及び、反射層523Bで反射された緑色光G(P,S)の進行方向と、偏光分離層522で反射された赤色光R(S)の進行方向とは、それぞれ同じであるとしたが、本発明はこれらに限らない。すなわち、色分離層512を透過した色光のうち、所定の偏光方向を有する偏光光の偏光分離層522での反射方向と、当該色分離層512及び反射層523Bでの色光の反射方向とがそれぞれ異なる方向であってもよい。
[3. Modification of Embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the first embodiment, the traveling direction of the green light and blue light G, B (P, S) reflected by the
前記各実施形態では、波長選択部51,61及び偏光変換部52には、複数の色分離層512,613、反射層513,614、偏光分離層522及び反射層523(523A,523B)が形成されているとしたが、本発明はこれに限らない。具体的に、波長選択部51は、それぞれ少なくとも1つの色分離層512及び反射層513があればよい。同様に、波長選択部61は、それぞれ少なくとも1つの色分離層512,613及び反射層614があればよい。さらに、偏光変換部52は、色分離層512を透過した色光が入射する偏光分離層522、及び、当該色分離層512及び反射層513で反射された色光が入射する偏光分離層522と、反射層513で反射された色光を偏光分離層522に入射させる反射層523Bと、各偏光分離層522で反射された偏光光である各色光を反射する2つの反射層523Aとがあればよい。すなわち、波長選択部51,61及び偏光変換部52の各層の数は、それぞれ適宜設定してよい。
In each of the embodiments, the
前記各実施形態では、色分離層512は、赤色光Rを透過させ、緑色光G及び青色光Bを反射するとし、また前記第2実施形態では、色分離層613は、緑色光Gを反射し、青色光Bを透過させるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、これら色分離層512,613の色分離特性(波長選択特性)は、適宜設定してよい。
また、前記各実施形態では、偏光分離層522は、P偏光を透過し、S偏光を反射するとしたが、本発明はこれに限らず、S偏光を透過し、P偏光を反射するように構成してもよい。
In each of the embodiments, the
In each of the above embodiments, the
前記第1実施形態では、位相差層524は、偏光分離層522が形成された界面を有する2つの透光部材521のうち、当該透光部材521の配列方向先端側に位置する透光部材521の光束射出側に配置されるとし、また、前記第2実施形態では、位相差層524は、当該透光部材521の配列方向基端側に位置する透光部材521の光束射出側に配置されるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、位相差層524は、当該2つの透光部材521のうちのいずれか(配列方向基端側の透光部材521又は先端側の透光部材521のいずれか)の光束射出側に配置する構成であればよい。
In the first embodiment, the
前記各実施形態では、光束分割光学素子として、一対の第1レンズアレイ412及び第2レンズアレイ413を例示したが、本発明はこれに限らない。すなわち、光源から入射した光束を分割して部分光束を形成し、当該各部分光束を波長選択性偏光変換素子5,6の光束入射面515に入射可能であれば、他の構成でもよい。
In each of the above embodiments, the pair of
前記各実施形態では、波長選択性偏光変換素子5,6は、それぞれ第2レンズアレイ413と重畳レンズ414との間に配置され、当該波長選択性偏光変換素子5,6には、それぞれ第2レンズアレイ413から射出された部分光束が入射するとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、波長選択性偏光変換素子5,6は、第1レンズアレイ412と第2レンズアレイ413との間に配置され、当該第1レンズアレイ412で分割された各部分光束が入射するように配置してもよい。
In each of the embodiments, the wavelength-selective
前記各実施形態では、波長選択部51,61に形成された色分離層512,613及び反射層513,614、並びに、偏光変換部52に形成された偏光分離層522、反射層523(523A,523B)及び位相差層524は、それぞれ無機材料により構成されているとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、これら各層を有機材料により構成してもよい。
In each of the embodiments, the color separation layers 512 and 613 and the reflection layers 513 and 614 formed in the
前記各実施形態では、光変調装置45として、光束入射面と光束射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いてもよい。
前記各実施形態では、光変調装置45を液晶パネルで構成したが、入射光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置であれば、他の構成の光変調装置を採用してもよい。例えば、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶層以外の光変調装置を用いたプロジェクタにも、本発明を適用することも可能である。
In each of the above-described embodiments, a reflection type liquid crystal panel having the same light incident surface and light exit surface is used as the light modulator 45, but a transmissive liquid crystal panel having a different light entrance surface and light exit surface. May be used.
In each of the above-described embodiments, the light modulation device 45 is configured by a liquid crystal panel. However, a light modulation device having another configuration is adopted as long as the light modulation device forms an optical image by modulating incident light according to image information. May be. For example, the present invention can be applied to a projector using a light modulation device other than the liquid crystal layer, such as a device using a micromirror.
前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から画像投射を行なうフロントタイプのプロジェクタ1,1Aを例示したが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から画像投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
In each of the above embodiments, the
本発明は、特にプロジェクタに好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used particularly for a projector.
1,1A…プロジェクタ、3…投射レンズ(投射光学装置)、5,6…波長選択性偏光変換素子、45(45R,45G,45B)…光変調装置、51,61…波長選択部、52…偏光変換部、411…光源装置(光源)、412…第1レンズアレイ(光束分割光学素子)、413…第2レンズアレイ(光束分割光学素子)、512…色分離層、513…第1反射層、522…偏光分離層(第1偏光分離層、第2偏光分離層)、523…反射層、523A…反射層(第2反射層、第4反射層)、523B…反射層(第3反射層、他の反射層)、613…色分離層(第2色分離層)、614…反射層(第5反射層)、B(P,S)…第4色光、G(P,S)…第3色光、G,B(P,S)…第2色光、R(P,S)…第1色光、B(P),G(P),R(P)…P偏光(偏光分離層を透過した光)、B(S),G(S),R(S)…S偏光(偏光分離層で反射された光)。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記入射光束から前記所定波長の第1色光と、当該所定波長以外の第2色光とを分離する波長選択部と、
前記波長分離部で分離された前記第1色光及び前記第2色光のそれぞれの偏光方向を変換する偏光変換部とを備え、
前記波長選択部は、
前記入射光束の光軸に対して傾斜して配置され、当該入射光束のうち、前記第1色光を透過し、かつ、前記第2色光を反射する色分離層と、
前記色分離層で反射された前記第2色光の少なくとも一部を、前記第1色光が前記色分離層を透過した方向と略同じ方向に反射する第1反射層とを備え、
前記偏光変換部は、
前記色分離層を透過した前記第1色光の光軸に対して傾斜して配置され、当該第1色光のうち、所定方向の偏光方向を有する光を透過し、かつ、他の偏光方向を有する光を反射する第1偏光分離層と、
前記第1偏光分離層に沿って配置され、当該第1偏光分離層で反射された光を、前記第1偏光分離層を透過した光の進行方向と略同じ方向に反射する第2反射層と、
前記第1反射層で反射された前記第2色光の光軸に対して傾斜して配置され、当該第2色光を反射する第3反射層と、
前記第3反射層に沿って配置され、前記第3反射層で反射された前記第2色光のうち、前記所定の偏光方向を有する光を透過し、かつ、他の偏光方向を有する光を反射する第2偏光分離層と、
前記第2偏光分離層に沿って配置され、当該第2偏光分離層を透過した光を、前記第2偏光分離層で反射された光の進行方向と略同じ方向に反射する第4反射層と、
前記第1偏光分離層を透過した光及び前記第2偏光分離層で反射された光と、前記第2反射層及び前記第4反射層のそれぞれで反射された光とのうち、一方の光の光路上に配置され、入射した当該一方の光の偏光方向を他方の光の偏光方向に変換する位相差層とを備えることを特徴とする波長選択性偏光変換素子。 A wavelength-selective polarization conversion element that emits a light beam having a predetermined wavelength out of an incident light beam that is aligned with a substantially uniform direction.
A wavelength selection unit that separates the first color light having the predetermined wavelength from the incident light beam and the second color light having a wavelength other than the predetermined wavelength;
A polarization conversion unit that converts the polarization directions of the first color light and the second color light separated by the wavelength separation unit,
The wavelength selector is
A color separation layer that is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the incident light beam, transmits the first color light, and reflects the second color light of the incident light beam;
A first reflective layer that reflects at least a portion of the second color light reflected by the color separation layer in a direction substantially the same as a direction in which the first color light is transmitted through the color separation layer;
The polarization converter is
The first color light, which is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the first color light transmitted through the color separation layer, transmits light having a predetermined polarization direction and has another polarization direction. A first polarization separation layer that reflects light;
A second reflection layer disposed along the first polarization separation layer and reflecting light reflected by the first polarization separation layer in a direction substantially the same as a traveling direction of the light transmitted through the first polarization separation layer; ,
A third reflective layer arranged to be inclined with respect to the optical axis of the second color light reflected by the first reflective layer and reflecting the second color light;
Of the second color light, which is disposed along the third reflective layer and reflected by the third reflective layer, transmits light having the predetermined polarization direction and reflects light having another polarization direction. A second polarization separation layer
A fourth reflection layer disposed along the second polarization separation layer and reflecting light transmitted through the second polarization separation layer in a direction substantially the same as the traveling direction of the light reflected by the second polarization separation layer; ,
One of the light transmitted through the first polarization separation layer, the light reflected by the second polarization separation layer, and the light reflected by each of the second reflection layer and the fourth reflection layer. A wavelength-selective polarization conversion element comprising: a retardation layer that is disposed on the optical path and converts the polarization direction of the incident one light into the polarization direction of the other light.
前記色分離層、前記第1反射層、前記第1偏光分離層、前記第2反射層、前記第3反射層、前記第2偏光分離層、前記第4反射層及び前記位相差層は、それぞれ無機材料により構成されていることを特徴とする波長選択性偏光変換素子。 In the wavelength selective polarization conversion element according to claim 1,
The color separation layer, the first reflection layer, the first polarization separation layer, the second reflection layer, the third reflection layer, the second polarization separation layer, the fourth reflection layer, and the retardation layer are respectively A wavelength-selective polarization conversion element comprising an inorganic material.
前記第2反射層の裏面側には、前記第3反射層が形成されていることを特徴とする波長選択性偏光変換素子。 In the wavelength selective polarization conversion element according to claim 1 or 2,
The wavelength selective polarization conversion element, wherein the third reflective layer is formed on a back surface side of the second reflective layer.
前記第4反射層は、前記第2反射層であり、
前記第2偏光分離層は、前記第1偏光分離層であり、
前記第1偏光分離層と、前記第2反射層及び前記第3反射層とは、前記入射光束の光軸に略直交する方向に交互に複数配置され、
前記色分離層は、前記第1色光を、前記第2反射層に対向する前記第1偏光分離層に入射させる位置に複数配置され、
前記第1反射層は、前記第2色光の少なくとも一部を、前記第3反射層に入射させる位置に複数配置されていることを特徴とする波長選択性偏光変換素子。 In the wavelength selective polarization conversion element according to claim 3,
The fourth reflective layer is the second reflective layer;
The second polarization separation layer is the first polarization separation layer,
A plurality of the first polarization separation layers, the second reflection layer, and the third reflection layer are alternately arranged in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the incident light beam,
A plurality of the color separation layers are arranged at positions where the first color light is incident on the first polarization separation layer facing the second reflection layer,
The wavelength selective polarization conversion element, wherein a plurality of the first reflective layers are arranged at positions where at least a part of the second color light is incident on the third reflective layer.
前記第1反射層は、入射する前記第2色光のうち、前記所定波長とは異なる他の波長を有する第3色光を反射し、当該第3色光以外の第4色光を透過する第2色分離層で構成され、
前記波長選択部は、
前記第2色分離層を透過した前記第4色光を反射して前記第2偏光分離層に入射させる第5反射層を備えることを特徴とする波長選択性偏光変換素子。 In the wavelength selective polarization conversion element according to any one of claims 1 to 3,
The first reflective layer reflects a third color light having a wavelength different from the predetermined wavelength among the incident second color light, and transmits a fourth color light other than the third color light. Composed of layers,
The wavelength selector is
A wavelength-selective polarization conversion element, comprising: a fifth reflective layer that reflects the fourth color light transmitted through the second color separation layer and causes the fourth color light to enter the second polarization separation layer.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の波長選択性偏光変換素子を備えることを特徴とするプロジェクタ。 A projector comprising: a light source; a light modulation device that modulates a light beam emitted from the light source according to image information; and a projection optical device that projects the modulated light beam,
A projector comprising the wavelength selective polarization conversion element according to claim 1.
前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子を備え、
前記色分離層には、前記光束分割光学素子で分割された部分光束が入射することを特徴とするプロジェクタ。 The projector according to claim 6, wherein
A light beam splitting optical element that splits a light beam emitted from the light source into a plurality of partial light beams,
A partial light beam split by the light beam splitting optical element is incident on the color separation layer.
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