[go: up one dir, main page]

JP2015022294A - Image projection device - Google Patents

Image projection device Download PDF

Info

Publication number
JP2015022294A
JP2015022294A JP2013153158A JP2013153158A JP2015022294A JP 2015022294 A JP2015022294 A JP 2015022294A JP 2013153158 A JP2013153158 A JP 2013153158A JP 2013153158 A JP2013153158 A JP 2013153158A JP 2015022294 A JP2015022294 A JP 2015022294A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical element
light
projection apparatus
image display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013153158A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
健人 川澄
Taketo Kawasumi
健人 川澄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2013153158A priority Critical patent/JP2015022294A/en
Publication of JP2015022294A publication Critical patent/JP2015022294A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized and highly-efficient image projection device.SOLUTION: The image projection device includes: a light source; a reflective image display element; a first optical element and a second optical element that are provided so as to lead light from the light source to the reflective image display element; optical path separation means that is provided between the first optical element and the second optical element and separates an optical path of light entering the reflective image display element from that of light reflected by the reflective image display element; and a projection optical system that projects image light modulated by the reflective image display element. A normal line passing through a center of the reflective image display element is eccentric to an optical axis passing through the light source and the projection optical system, in a parallel fashion, and the first optical element is eccentric to the optical axis in a direction identical to the eccentric direction of the normal line.

Description

本発明は、反射型画像表示素子を備えた画像投射装置に関する。   The present invention relates to an image projection apparatus provided with a reflective image display element.

近年、反射型液晶パネルやDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)などの反射型画像表示素子を用いた画像投射装置が知られている。反射型画像表示素子を用いた画像投射装置では、反射型画像表示素子に対する入射光と反射光を分離して投射光学系に導くため、偏光ビームスプリッタや全反射プリズムなどの光路分離手段を必要とする。このため、投射光学系のバックフォーカスが長くなって投射光学系の全長が増大し、画像投射装置の大型化および高コスト化を招く。   In recent years, an image projection apparatus using a reflective image display element such as a reflective liquid crystal panel or a DMD (digital micromirror device) is known. In an image projection apparatus using a reflective image display element, incident light and reflected light with respect to the reflective image display element are separated and guided to a projection optical system, and therefore an optical path separation means such as a polarization beam splitter or a total reflection prism is required. To do. For this reason, the back focus of the projection optical system becomes long and the total length of the projection optical system increases, leading to an increase in size and cost of the image projection apparatus.

一方、光路分離手段を照明光学系と投射光学系との間に配置することにより投射光学系のバックフォーカスを小さくし、更に照明光学系と投射光学系の一部のレンズを共通化することで小型および低コスト化を図る構成が知られている。   On the other hand, by disposing the optical path separating means between the illumination optical system and the projection optical system, the back focus of the projection optical system is reduced, and the illumination optical system and a part of the lenses of the projection optical system are made common. A configuration for reducing the size and cost is known.

特許文献1には、照明光学系と投射光学系で共通化されたレンズを偏心非球面形状とすることにより、投射光学系が偏心系であっても十分な結像性能を得ることが可能な構成が開示されている。特許文献2には、画像表示素子を効率良く照明するため、照明光学系の光軸を画像表示素子面の法線に対して斜めに配置する構成が開示されている。   In Patent Document 1, a lens that is shared by the illumination optical system and the projection optical system has a decentered aspherical shape, so that sufficient imaging performance can be obtained even if the projection optical system is a decentered system. A configuration is disclosed. Patent Document 2 discloses a configuration in which the optical axis of the illumination optical system is arranged obliquely with respect to the normal line of the image display element surface in order to efficiently illuminate the image display element.

特開2000−009992号公報JP 2000-009992 A 特開2003−149559号公報JP 2003-149559 A

しかしながら、特許文献1のような偏心非球面レンズに関しては、球面レンズに比べて、高い加工精度が要求される。一方、照明光学系と投射光学系で共通化されたレンズを投射光学系の光軸に合わせて平行に偏心させる場合、投射光学系は共軸系となるため、十分な結像性能を得ることが比較的容易になる。しかしながら、共通化されたレンズは、照明光学系の光軸に対して平行偏心状態になる。このため、照明光を画像表示素子に効率良く照明することができない。   However, the eccentric aspherical lens as in Patent Document 1 requires higher processing accuracy than the spherical lens. On the other hand, when the lens shared by the illumination optical system and the projection optical system is decentered parallel to the optical axis of the projection optical system, the projection optical system becomes a coaxial system, so that sufficient imaging performance is obtained. Becomes relatively easy. However, the common lens is decentered parallel to the optical axis of the illumination optical system. For this reason, illumination light cannot be efficiently illuminated on the image display element.

また、特許文献2のように、照明光が画像表示素子に斜めに入射すると、照明光学系の入射瞳が非対称形になり、画像表示素子において入射光と反射光との光路差が生じる。このため、偏光ビームスプリッタや全反射プリズムなどの光路分離手段が大型化する。また投射光学系の絞りの中心に対して瞳が非対称に配置されるため、投射光学系の口径が大型化する。   Further, as in Patent Document 2, when the illumination light is incident on the image display element obliquely, the entrance pupil of the illumination optical system becomes asymmetric, and an optical path difference between the incident light and the reflected light occurs in the image display element. For this reason, the optical path separating means such as the polarization beam splitter and the total reflection prism is increased in size. Further, since the pupil is asymmetrically arranged with respect to the center of the stop of the projection optical system, the diameter of the projection optical system is increased.

特に、画像表示素子として反射型液晶パネルを用いる場合、入射瞳が非対称となると視野角特性の劣化によりコントラストが低下する。コントラストの低下を防ぐには、照明光の入射角度を小さくする必要がある。しかし、照明光の入射角度を小さくするために照明光学系のF値を大きくすると、照明効率が低下する。   In particular, when a reflective liquid crystal panel is used as the image display element, if the entrance pupil is asymmetric, the contrast is lowered due to the deterioration of viewing angle characteristics. In order to prevent a decrease in contrast, it is necessary to reduce the incident angle of illumination light. However, if the F value of the illumination optical system is increased in order to reduce the incident angle of the illumination light, the illumination efficiency decreases.

そこで本発明は、小型かつ高効率な画像投射装置を提供する。   Therefore, the present invention provides a small and highly efficient image projection apparatus.

本発明の一側面としての画像投射装置は、光源と、反射型画像表示素子と、前記光源からの光を前記反射型画像表示素子に導くように設けられた第1の光学素子および第2の光学素子と、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられ、前記反射型画像表示素子への入射光と該反射型画像表示素子からの反射光との光路を分離する光路分離手段と、前記反射型画像表示素子により変調された画像光を投射する投射光学系とを有し、前記反射型画像表示素子の中心を通る法線は、前記光源および前記投射光学系を通る光軸に対して平行に偏心しており、前記第1の光学素子は、前記光軸に対して前記法線の偏心方向と同一の方向に偏心している。   An image projection apparatus according to an aspect of the present invention includes a light source, a reflective image display element, a first optical element provided to guide light from the light source to the reflective image display element, and a second optical element. An optical element is provided between the first optical element and the second optical element, and separates an optical path between incident light to the reflective image display element and reflected light from the reflective image display element. And a projection optical system that projects the image light modulated by the reflective image display element, and the normal passing through the center of the reflective image display element is the light source and the projection optical system. The first optical element is decentered in the same direction as the decentering direction of the normal line with respect to the optical axis.

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。   Other objects and features of the present invention are illustrated in the following examples.

本発明によれば、小型かつ高効率な画像投射装置を提供することができる。   According to the present invention, a small and highly efficient image projection apparatus can be provided.

実施例1における画像投射装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an image projection apparatus in Embodiment 1. FIG. 比較例としての画像投射装置の構成図である。It is a block diagram of the image projection apparatus as a comparative example. 実施例1において、コンデンサレンズの様々な偏心量に対する照明分布を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the illumination distribution with respect to various eccentric amounts of a condenser lens. 実施例2における画像投射装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of an image projection apparatus in Embodiment 2. 対称および非対称な照明光の入射瞳に対する色分離手段の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude | size of the color separation means with respect to the entrance pupil of the symmetrical and asymmetrical illumination light. 実施例3における画像投射装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of an image projection apparatus in Embodiment 3.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、図1を参照して、本発明の実施例1における画像投射装置の構成について説明する。図1は、本実施例における画像投射装置100の構成図であり、図1(a)および図1(b)は、光軸を含み互いに直交する第1の断面(XZ断面)、第2の断面(YZ断面)をそれぞれ示している。なお、本実施例の構成を明瞭にするため、YZ断面の構成図(図1(b))は、入射光路と反射光路とを分けて記載している。この点は、他の実施例(図4(b)、図6(b))においても同様である。   First, the configuration of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of an image projection apparatus 100 according to the present embodiment. FIGS. 1A and 1B show a first cross section (XZ cross section) and a second cross section including the optical axis and orthogonal to each other. Each section (YZ section) is shown. In addition, in order to clarify the structure of a present Example, the block diagram (FIG.1 (b)) of a YZ cross section has described the incident optical path and the reflected optical path separately. This also applies to other examples (FIGS. 4B and 6B).

図1(a)、(b)において、1は光源、2は放物面リフレクタである。3はインテグレータ光学系であり、光源1からの光を均一化する。インテグレータ光学系3は、第1のフライアイレンズ3a(第1のレンズアレイ)および第2のフライアイレンズ3b(第2のレンズアレイ)を備えて構成される。インテグレータ光学系3は、光源1と後述のコンデンサレンズ5aとの間に配置されている。4は偏光変換素子であり、光源1からの無偏光光を所定の偏光方向に揃える。5a、5bは、コンデンサレンズである。6は、コンデンサレンズ5a、5bの間に配置されたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ(光路分離手段)である。7は、反射型液晶パネル(反射型画像表示素子)、8は投射光学系(投射レンズ)である。   1A and 1B, 1 is a light source, and 2 is a parabolic reflector. Reference numeral 3 denotes an integrator optical system that uniformizes light from the light source 1. The integrator optical system 3 includes a first fly-eye lens 3a (first lens array) and a second fly-eye lens 3b (second lens array). The integrator optical system 3 is disposed between the light source 1 and a condenser lens 5a described later. A polarization conversion element 4 aligns non-polarized light from the light source 1 in a predetermined polarization direction. Reference numerals 5a and 5b denote condenser lenses. Reference numeral 6 denotes a wire grid polarization beam splitter (optical path separating means) disposed between the condenser lenses 5a and 5b. Reference numeral 7 denotes a reflective liquid crystal panel (reflective image display element), and reference numeral 8 denotes a projection optical system (projection lens).

コンデンサレンズ5a、5bは、光源1からの光を反射型液晶パネル7に導くように設けられた第1の光学素子および第2の光学素子である。コンデンサレンズ5a(第1の光学素子)およびコンデンサレンズ5b(第2の光学素子)は、光源1と反射型液晶パネル7との間に配置されている。また、コンデンサレンズ5aは光源1の側に配置され、コンデンサレンズ5bは反射型液晶パネル7の側に配置されている。また本実施例において、コンデンサレンズ5bは、投射光学系8を構成する一要素である。   The condenser lenses 5 a and 5 b are a first optical element and a second optical element that are provided so as to guide light from the light source 1 to the reflective liquid crystal panel 7. The condenser lens 5 a (first optical element) and the condenser lens 5 b (second optical element) are disposed between the light source 1 and the reflective liquid crystal panel 7. The condenser lens 5a is disposed on the light source 1 side, and the condenser lens 5b is disposed on the reflective liquid crystal panel 7 side. In the present embodiment, the condenser lens 5 b is one element constituting the projection optical system 8.

ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6は、コンデンサレンズ5aとコンデンサレンズ5bとの間に設けられ、反射型液晶パネル7への入射光と反射型液晶パネル7からの反射光との光路を分離する。また、投射光学系8は、反射型液晶パネル7により変調された画像光をスクリーンなどの被投射面(不図示)に投射する。   The wire grid polarization beam splitter 6 is provided between the condenser lens 5 a and the condenser lens 5 b, and separates the optical path between the incident light to the reflective liquid crystal panel 7 and the reflected light from the reflective liquid crystal panel 7. The projection optical system 8 projects the image light modulated by the reflective liquid crystal panel 7 onto a projection surface (not shown) such as a screen.

光源1から放射された光は、放物面リフレクタ2で反射し、略平行な光束となってインテグレータ光学系3に入射する。インテグレータ光学系3は、光源1からの略平行な光束を分割する。インテグレータ光学系3により分割された光束は、それぞれ、偏光変換素子4によりP偏光光に揃えられる。偏光変換素子4から射出された分割光束は、コンデンサレンズ5aを介し、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6を透過する。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6を透過した光は、コンデンサレンズ5bを通り、反射型液晶パネル7に重畳照明される。   The light emitted from the light source 1 is reflected by the paraboloid reflector 2 and enters the integrator optical system 3 as a substantially parallel light beam. The integrator optical system 3 splits a substantially parallel light beam from the light source 1. The light beams divided by the integrator optical system 3 are each aligned with the P-polarized light by the polarization conversion element 4. The split light beam emitted from the polarization conversion element 4 passes through the wire grid polarization beam splitter 6 through the condenser lens 5a. The light transmitted through the wire grid polarization beam splitter 6 passes through the condenser lens 5b and is superimposed on the reflective liquid crystal panel 7.

反射型液晶パネル7は、パーソナルコンピュータなどの画像供給装置(不図示)から画像投射装置100に入力される映像信号に応じて、反射型液晶パネル7の各画素に入射する光の偏光状態を独立に変調する。反射型液晶パネル7からの反射光のうち、P偏光成分はコンデンサレンズ5bを通り、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6を透過して光源1側に戻る。一方、S偏光成分はコンデンサレンズ5bを通り、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6で反射して投射光学系8に導かれる。   The reflective liquid crystal panel 7 independently changes the polarization state of light incident on each pixel of the reflective liquid crystal panel 7 in accordance with a video signal input to the image projection apparatus 100 from an image supply device (not shown) such as a personal computer. Modulate to Of the reflected light from the reflective liquid crystal panel 7, the P-polarized light component passes through the condenser lens 5b, passes through the wire grid polarization beam splitter 6, and returns to the light source 1 side. On the other hand, the S-polarized component passes through the condenser lens 5 b, is reflected by the wire grid polarization beam splitter 6, and is guided to the projection optical system 8.

図1(b)中のCは、光源1、インテグレータ光学系3、および、投射光学系8に共通する光軸(光源1および投射光学系8を通る光軸)である。反射型液晶パネル7の中心を通る法線Lは、光軸Cに対して方向Dに平行に偏心(変位)している。従って、コンデンサレンズ5bを含む投射光学系8は、反射型液晶パネル7に対して相対的に平行に偏心しており、投射光学系シフト(投射レンズシフト)の状態にある。本実施例において、投射光学系8は、偏心しているレンズを含まない共軸系で構成されている。   C in FIG. 1B is an optical axis common to the light source 1, the integrator optical system 3, and the projection optical system 8 (an optical axis passing through the light source 1 and the projection optical system 8). A normal L passing through the center of the reflective liquid crystal panel 7 is decentered (displaced) in parallel with the direction D with respect to the optical axis C. Accordingly, the projection optical system 8 including the condenser lens 5b is decentered relatively parallel to the reflective liquid crystal panel 7, and is in a state of projection optical system shift (projection lens shift). In this embodiment, the projection optical system 8 is constituted by a coaxial system that does not include a decentered lens.

ここで、偏心しているレンズが含まれる投射光学系の問題について説明する。投射光学系において偏心しているレンズが含まれている場合、偏心コマ収差、偏心非点収差、偏心像面湾曲など、レンズの偏心に由来する非対称性を有する諸収差が新たに発生する。偏心に由来する諸収差を低減するには、偏心しているレンズを新たに用いてその非対称性を打ち消す必要がある。ところが、これらの偏心しているレンズの組み合わせにより、球面収差など対称性を有する通常の収差が増大する。このような収差を低減して十分な結像性能を得るために球面レンズの枚数を増加させると、投射光学系が大型化してしまう。   Here, a problem of a projection optical system including a decentered lens will be described. When a lens that is decentered in the projection optical system is included, various aberrations having asymmetry derived from the decentering of the lens, such as decentering coma, decentering astigmatism, and decentering field curvature, are newly generated. In order to reduce various aberrations derived from decentration, it is necessary to cancel the asymmetry by newly using a decentered lens. However, the combination of these decentered lenses increases normal aberrations having symmetry, such as spherical aberration. If the number of spherical lenses is increased in order to reduce such aberration and obtain sufficient imaging performance, the projection optical system becomes large.

また、偏心に由来する諸収差の非対称性を打ち消しつつ、少ないレンズ枚数で対称性を有する通常の収差をも打ち消すため、偏心非球面レンズを用いる方法もある。しかし、偏心非球面レンズは、球面レンズに比べて高い加工精度を要求する。従って、偏心しているレンズを含む投射光学系に比べて、本実施例のような共通軸系で構成される投射光学系8は、十分な結像性能を容易に得ることができる。   In addition, there is a method using a decentered aspherical lens in order to cancel the asymmetry of various aberrations due to decentration and also to cancel normal aberration having symmetry with a small number of lenses. However, the eccentric aspheric lens requires higher processing accuracy than the spherical lens. Therefore, as compared with a projection optical system including a decentered lens, the projection optical system 8 configured by a common axis system as in the present embodiment can easily obtain sufficient imaging performance.

続いて、光源1からの照明光が反射型液晶パネル7に至る光路について説明する。ここで、比較例である図2を参照して、本実施例のコンデンサレンズ5aに対応するコンデンサレンズ50aが光軸に対して方向Dに平行に偏心(変位)していない場合について説明する。図2は、比較例としての画像投射装置200の構成図である。   Next, the optical path from which the illumination light from the light source 1 reaches the reflective liquid crystal panel 7 will be described. Here, a case where the condenser lens 50a corresponding to the condenser lens 5a of the present embodiment is not decentered (displaced) in parallel with the direction D with respect to the optical axis will be described with reference to FIG. 2 as a comparative example. FIG. 2 is a configuration diagram of an image projection apparatus 200 as a comparative example.

図2に示されるように、コンデンサレンズ50a、50bの光軸は、光源1および投射光学系8の光軸Cに一致する。このため、インテグレータ光学系3より出射した分割光束は、偏光変換素子4、コンデンサレンズ50a、50bを経て、光軸Cの近傍に重畳照明される。ところが、反射型液晶パネル7は、光軸Cに対して方向Dに平行に偏心している。従って、照明光は反射型液晶パネル7の有効領域に対して偏った位置に照明されるため、照明効率が低下する。   As shown in FIG. 2, the optical axes of the condenser lenses 50 a and 50 b coincide with the optical axis C of the light source 1 and the projection optical system 8. For this reason, the split luminous flux emitted from the integrator optical system 3 is superimposed and illuminated in the vicinity of the optical axis C through the polarization conversion element 4 and the condenser lenses 50a and 50b. However, the reflective liquid crystal panel 7 is eccentric in parallel to the direction D with respect to the optical axis C. Therefore, the illumination light is illuminated at a position that is biased with respect to the effective area of the reflective liquid crystal panel 7, and the illumination efficiency is reduced.

一方、本実施例の画像投射装置100において、光源1側に配置されるコンデンサレンズ5aは、反射型液晶パネル7の光軸Cに対する偏心方向(方向D)と同一の方向に偏心(変位)して配置されている。このとき、光軸Cの近傍からコンデンサレンズ5aに入射する照明光Rは、反射型液晶パネル7の偏心方向(方向D)に屈折する。また、コンデンサレンズ5b上において、この照明光は、屈折方向(偏心方向)と逆の方向に屈折する光線高さに到達する。このため、この照明光は、反射型液晶パネル7の中心を通る法線Lに対して平行となる入射角度に近づくように屈折する。 On the other hand, in the image projection apparatus 100 of the present embodiment, the condenser lens 5a disposed on the light source 1 side is decentered (displaced) in the same direction as the eccentric direction (direction D) with respect to the optical axis C of the reflective liquid crystal panel 7. Are arranged. At this time, the illumination light R 1 incident on the condenser lens 5 a from the vicinity of the optical axis C is refracted in the eccentric direction (direction D) of the reflective liquid crystal panel 7. Further, on the condenser lens 5b, the illumination light reaches a light beam height that is refracted in a direction opposite to the refraction direction (eccentric direction). For this reason, the illumination light is refracted so as to approach an incident angle parallel to the normal L passing through the center of the reflective liquid crystal panel 7.

従って、図2に示される比較例としての画像投射装置200に比べて、本実施例の画像投射装置100は、より多くの照明光を反射型液晶パネル7の有効領域に到達させることができ、高い照明効率を実現することが可能となる。また、光軸Cの近傍からコンデンサレンズ5aに入射する照明光Rは、反射型液晶パネル7の偏心方向(方向D)に屈折し、コンデンサレンズ5b上における屈折により反射型液晶パネル7の中心を通る法線Lに平行に近い(略平行な)入射角度で入射する。このため、軸外からコンデンサレンズ5a、5bに入射する照明光R、Rは、略対称な入射角度で反射型液晶パネル7に入射する。 Therefore, compared with the image projection apparatus 200 as a comparative example shown in FIG. 2, the image projection apparatus 100 of the present embodiment can cause more illumination light to reach the effective area of the reflective liquid crystal panel 7. High illumination efficiency can be realized. Further, the illumination light R 1 incident on the condenser lens 5 a from the vicinity of the optical axis C is refracted in the eccentric direction (direction D) of the reflective liquid crystal panel 7, and the center of the reflective liquid crystal panel 7 is refracted on the condenser lens 5 b. Is incident at an incident angle close to (substantially parallel to) the normal L passing through. For this reason, the illumination lights R 2 and R 3 incident on the condenser lenses 5 a and 5 b from the off-axis are incident on the reflective liquid crystal panel 7 at a substantially symmetrical incident angle.

従って、照明光の入射瞳は、中心に対して略対称形となる。これにより、従来例のように反射型液晶パネルの有効領域を効率よく照明するために、照明光学系の光軸を反射型液晶パネルに対して斜めに配置した構成を採用した場合に発生する弊害を回避することができる。具体的には、投射光学系の絞りの中心に対して瞳が対称に配置されるため、投射光学系の口径が大きくなる弊害を回避することができる。また、反射型液晶パネルの視野角特性の劣化による極端なコントラストの低下を回避することができる。このため、照明光学系のF値を所定の値より大きくする必要がなく、高い照明効率を保持することが可能である。   Accordingly, the entrance pupil of the illumination light is substantially symmetrical with respect to the center. As a result, in order to efficiently illuminate the effective area of the reflective liquid crystal panel as in the conventional example, the adverse effect that occurs when the configuration in which the optical axis of the illumination optical system is arranged obliquely with respect to the reflective liquid crystal panel is adopted. Can be avoided. Specifically, since the pupil is arranged symmetrically with respect to the center of the stop of the projection optical system, it is possible to avoid the disadvantage that the aperture of the projection optical system becomes large. In addition, it is possible to avoid an extreme decrease in contrast due to deterioration of the viewing angle characteristics of the reflective liquid crystal panel. For this reason, it is not necessary to make the F value of the illumination optical system larger than a predetermined value, and high illumination efficiency can be maintained.

以上のとおり、本実施例によれば、投射光学系8の十分な結像性能を容易に得つつ、反射型画像表示素子(反射型液晶パネル7)を効率よく照明可能な小型の画像投射装置100を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a compact image projection apparatus capable of efficiently illuminating the reflective image display element (reflective liquid crystal panel 7) while easily obtaining sufficient imaging performance of the projection optical system 8. 100 can be realized.

本実施例において、コンデンサレンズ5aのパワーをφ、コンデンサレンズ5bのパワーをφ、コンデンサレンズ5a、5bの(主平面の)間隔をd、反射型液晶パネル7の中心を通る法線Lの光軸Cに対する偏心量(平行偏心量)をDとする。このとき、コンデンサレンズ5aは、反射型液晶パネル7(の中心を通る法線L)と同一の方向に、偏心量D’(平行偏心量)だけ光軸Cに対して平行に偏心している。本実施例において、偏心量D’は、以下の式(1)を満たすように設定されることが好ましい。 In this embodiment, the power of the condenser lens 5 a is φ 1 , the power of the condenser lens 5 b is φ 2 , the distance (in the main plane) between the condenser lenses 5 a and 5 b is d, and the normal L passing through the center of the reflective liquid crystal panel 7. Let D be the amount of eccentricity relative to the optical axis C (parallel eccentricity). At this time, the condenser lens 5a is decentered in parallel with the optical axis C by the amount of decentering D ′ (parallel decentering amount) in the same direction as the reflective liquid crystal panel 7 (normal line L passing through the center thereof). In the present embodiment, the eccentric amount D ′ is preferably set so as to satisfy the following expression (1).

0.9{φ+(1−φd)・φ}/φ<D’/D<1.1{φ+(1−φd)・φ}/φ … (1)
ここで、式(1)の技術的意味について説明する。コンデンサレンズ5aに、光軸C上から光軸Cに平行に入射する光線に対して、反射型液晶パネル7の中心に入射するまでの近軸光線追跡を行う場合、反射型液晶パネル7への光線の入射角度αは、以下の式(2)のように表される。
0.9 {φ 1 + (1−φ 1 d) · φ 2 } / φ 1 <D ′ / D <1.1 {φ 1 + (1−φ 1 d) · φ 2 } / φ 1 . 1)
Here, the technical meaning of the formula (1) will be described. When paraxial ray tracing is performed on the condenser lens 5 a from the optical axis C to the center of the reflective liquid crystal panel 7 with respect to the light rays incident on the optical axis C in parallel to the optical axis C, The incident angle α of the light beam is expressed as the following formula (2).

α=(D−D’)φ/(1−φd)+φD … (2)
光軸C上から入射する照明光が反射型液晶パネル7の中心を通る法線Lに対して平行に入射する条件であるα=0を考慮して式(2)を変形すると、以下の式(3)が得られる。
α = (D−D ′) φ 1 / (1−φ 1 d) + φ 2 D (2)
When formula (2) is modified in consideration of α = 0, which is a condition in which illumination light incident from above the optical axis C enters in parallel to the normal L passing through the center of the reflective liquid crystal panel 7, the following formula is obtained. (3) is obtained.

D’/D={φ+(1−φd)・φ}/φ … (3)
本実施例において、光軸Cに対する反射型液晶パネル7の中心を通る法線Lの偏心量Dに対して、コンデンサレンズ5aの偏心量D’が式(3)を満たすように設定されることがより好ましい。式(3)を満たすことにより、光軸C上からコンデンサレンズ5aに入射する照明光は、反射型液晶パネル7の偏心方向(方向D)に屈折し、コンデンサレンズ5bによって法線Lに対して略平行に反射型液晶パネル7に入射するように屈折する。ここで、略平行とは、厳密に平行である場合に限定されるものではなく、実質的に平行または平行に近い状態をも含む意味である。このため、照明光の入射瞳が略対称形に保持された状態で、反射型液晶パネル7の有効領域が効率良く照明される。
D ′ / D = {φ 1 + (1−φ 1 d) · φ 2 } / φ 1 (3)
In this embodiment, the eccentric amount D ′ of the condenser lens 5a is set so as to satisfy the expression (3) with respect to the eccentric amount D of the normal L passing through the center of the reflective liquid crystal panel 7 with respect to the optical axis C. Is more preferable. By satisfying the expression (3), the illumination light incident on the condenser lens 5a from the optical axis C is refracted in the eccentric direction (direction D) of the reflective liquid crystal panel 7, and with respect to the normal L by the condenser lens 5b. The light is refracted so as to enter the reflective liquid crystal panel 7 substantially in parallel. Here, “substantially parallel” is not limited to the case of being strictly parallel, but also includes a state of being substantially parallel or nearly parallel. For this reason, the effective area of the reflective liquid crystal panel 7 is efficiently illuminated in a state where the entrance pupil of the illumination light is held substantially symmetrical.

一方、式(3)に対してコンデンサレンズ5aの偏心量D’が過剰または不足である場合、照明光が反射型液晶パネル7の有効領域に対して偏った位置に照明されるため、照明効率が低下する。   On the other hand, when the decentering amount D ′ of the condenser lens 5a is excessive or insufficient with respect to the expression (3), the illumination light is illuminated at a position biased with respect to the effective area of the reflective liquid crystal panel 7. Decreases.

式(1)の左辺および右辺それぞれの係数0.9および1.1は、最も効率よく反射型液晶パネル7の有効領域を照明することができるコンデンサレンズ5aの偏心量から、±10%以内の範囲の偏心量になるような範囲を規定している。   The coefficients 0.9 and 1.1 on the left and right sides of the equation (1) are within ± 10% from the decentering amount of the condenser lens 5a that can illuminate the effective area of the reflective liquid crystal panel 7 most efficiently. A range is specified so that the amount of eccentricity is within the range.

続いて、図3を参照して、反射型液晶パネル7の有効領域を照明する照度分布について説明する。図3は、様々な偏心量D’における反射型液晶パネル7の有効領域を照明する照度分布の一例を示している。ここで、コンデンサレンズ5aのパワー配置は、それぞれ、φ=0.01229、φ=0.01537、d=35mm、S=3.0mmである。また、D’/D=A{φ+(1−φd)・φ}/φと置くとき、偏心量D’は係数Aで規定される。 Next, the illuminance distribution that illuminates the effective area of the reflective liquid crystal panel 7 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an example of an illuminance distribution that illuminates the effective area of the reflective liquid crystal panel 7 at various eccentric amounts D ′. Here, the power arrangement of the condenser lens 5a is φ 1 = 0.01229, φ 2 = 0.01537, d = 35 mm, and S = 3.0 mm, respectively. Further, when D ′ / D = A {φ 1 + (1−φ 1 d) · φ 2 } / φ 1 , the amount of eccentricity D ′ is defined by a coefficient A.

係数A(偏心量D’)が0.8または1.2となる場合、偏心量D’が不足または過剰である。このため、反射型液晶パネル7の有効領域から偏った場所が照明されており、特に有効領域の上下周辺部の照度が低下している。従って、この場合、照明効率は低下する。一方、係数Aが0.9〜1.1の場合、適切な偏心量D’である。このため、有効領域の上下周辺部の照度低下は発生せず、反射型液晶パネル7の有効領域が効率良く照明されている。従って、偏心量D’が式(1)を満足する範囲内に設定されていることが好ましい。   When the coefficient A (the eccentric amount D ′) is 0.8 or 1.2, the eccentric amount D ′ is insufficient or excessive. For this reason, the location deviated from the effective area of the reflective liquid crystal panel 7 is illuminated, and in particular, the illuminance at the upper and lower peripheral portions of the effective area is reduced. Therefore, in this case, the illumination efficiency decreases. On the other hand, when the coefficient A is 0.9 to 1.1, the eccentricity amount D ′ is appropriate. For this reason, the illuminance reduction in the upper and lower peripheral portions of the effective area does not occur, and the effective area of the reflective liquid crystal panel 7 is efficiently illuminated. Therefore, it is preferable that the amount of eccentricity D ′ is set within a range that satisfies the expression (1).

次に、図4を参照して、本発明の実施例2における画像投射装置の構成について説明する。図4は、本実施例における画像投射装置100aの構成図であり、図4(a)および図4(b)は、光軸を含み互いに直交する第1の断面(XZ断面)、第2の断面(YZ断面)をそれぞれ示している。なお、図1と同一の要素については同一の符号を付している。   Next, the configuration of the image projection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of the image projection apparatus 100a according to the present embodiment. FIGS. 4A and 4B show a first cross section (XZ cross section) and a second cross section including the optical axis and orthogonal to each other. Each section (YZ section) is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as FIG.

本実施例の画像投射装置100aは、実施例1の画像投射装置100(図1)に対して、コンデンサレンズ5bと反射型液晶パネル7(7R、7G、7B)との間に配置された、クロスダイクロイックプリズム9(色分離手段)を備えて構成される。クロスダイクロイックプリズム9は、光源1からの光を少なくとも2色以上の色光(本実施例ではR、G、Bの3色)に分離する。画像投射装置100aでは、光源1からの光を赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)に分離し、それぞれの色光に対応する反射型液晶パネル7R、7G、7Bを用いて映像(画像)を形成するため、フルカラーの映像を投射することができる。   The image projection apparatus 100a of the present embodiment is disposed between the condenser lens 5b and the reflective liquid crystal panel 7 (7R, 7G, 7B) with respect to the image projection apparatus 100 (FIG. 1) of the first embodiment. A cross dichroic prism 9 (color separation means) is provided. The cross dichroic prism 9 separates the light from the light source 1 into at least two color lights (in this embodiment, three colors of R, G, and B). In the image projection apparatus 100a, the light from the light source 1 is separated into red light (R), green light (G), and blue light (B), and reflective liquid crystal panels 7R, 7G, and 7B corresponding to the respective color lights are used. In order to form a video (image), a full-color video can be projected.

光源1からの光は、偏光変換素子4によりP偏光に変換され、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6を透過する。その後、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム9により、赤色光、緑色光、および、青色光に分離され、各色に対応する反射型液晶パネル7R、7G、7Bに入射する。反射型液晶パネル7R、7G、7Bにより映像信号に応じて偏光状態を変調された赤色光、緑色光、および、青色光は、クロスダイクロイックプリズム9により合成される。合成された各色光のうちのS偏光成分は、コンデンサレンズ5bを通り、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6で反射して投射光学系8に導かれる。   Light from the light source 1 is converted to P-polarized light by the polarization conversion element 4 and passes through the wire grid polarization beam splitter 6. Thereafter, the light transmitted through the wire grid polarization beam splitter 6 is separated into red light, green light, and blue light by the cross dichroic prism 9, and enters the reflective liquid crystal panels 7R, 7G, and 7B corresponding to the respective colors. . The red light, the green light, and the blue light whose polarization states are modulated according to the video signal by the reflective liquid crystal panels 7R, 7G, and 7B are combined by the cross dichroic prism 9. The S-polarized component of the combined color lights passes through the condenser lens 5b, is reflected by the wire grid polarization beam splitter 6, and is guided to the projection optical system 8.

図4(b)に示されるように、実施例1と同様に、反射型液晶パネル7の中心を通る法線Lは、光軸Cに対して方向Dに平行に偏心している。このため、コンデンサレンズ5bを含む投射光学系8は、反射型液晶パネル7(7R、7G、7B)に対して相対的に平行に偏心して投射光学系シフトの状態にある。ただし、投射光学系8は、共軸系として構成されるため、偏心しているレンズを含む場合と比べて比較的容易に十分な結像性能を得ることができる。   As shown in FIG. 4B, the normal L passing through the center of the reflective liquid crystal panel 7 is decentered in parallel with the direction D with respect to the optical axis C, as in the first embodiment. For this reason, the projection optical system 8 including the condenser lens 5b is decentered relatively parallel to the reflective liquid crystal panel 7 (7R, 7G, 7B) and is in a state of shifting the projection optical system. However, since the projection optical system 8 is configured as a coaxial system, sufficient imaging performance can be obtained relatively easily as compared with a case where a decentered lens is included.

また本実施例では、実施例1と同様に、光源1側に配置されているコンデンサレンズ5aを、反射型液晶パネル7(7R、7G、7B)の中心を通る法線Lの光軸Cに対する偏心方向(方向D)と同一の方向に偏心している。このため、照明光は反射型液晶パネル7(7R、7G、7B)の有効領域に効率良く照明される。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the condenser lens 5a disposed on the light source 1 side is connected to the optical axis C of the normal L passing through the center of the reflective liquid crystal panel 7 (7R, 7G, 7B). It is eccentric in the same direction as the eccentric direction (direction D). Therefore, the illumination light is efficiently illuminated on the effective area of the reflective liquid crystal panel 7 (7R, 7G, 7B).

また、コンデンサレンズ5bには、式(1)で表される適切な偏心量D’が与えられている。このため、実施例1と同様に、光軸Cの近傍からコンデンサレンズ5bに入射する照明光は、反射型液晶パネル7(7R、7G、7B)に対して平行に近づき(略平行であり)、反射型液晶パネル7に対する照明光の入射瞳は略対称形となる。   The condenser lens 5b is given an appropriate amount of eccentricity D 'expressed by the equation (1). For this reason, as in the first embodiment, the illumination light incident on the condenser lens 5b from the vicinity of the optical axis C approaches parallel to the reflective liquid crystal panel 7 (7R, 7G, 7B) (substantially parallel). The entrance pupil of the illumination light with respect to the reflective liquid crystal panel 7 is substantially symmetric.

続いて、図5を参照して、反射型液晶パネル7に対する照明光の入射瞳が対称形となる利点について説明する。図5は、クロスダイクロイックプリズム9(色分離手段)に入射して反射型液晶パネル7により反射した光線に関し、入射光および出射光が色分離手段を通過する際の経路を示す概念図であり、色分離手段の大きさを比較したものである。図5において、実線はクロスダイクロイックプリズム9に入射する光線(入射光)、破線は反射型液晶パネル7により反射した光線(出射光)をそれぞれ示している。図5(a)は、入出射光が反射型液晶パネル7に対して対称である場合(入射光と出射光とが互いに同じ経路を通過する場合)を示している。図5(b)は、入出射光が反射型液晶パネル7に対して非対称である場合(入射光と出射光とが互いに異なる経路を通過する場合)を示している。   Next, with reference to FIG. 5, an advantage that the entrance pupil of the illumination light with respect to the reflective liquid crystal panel 7 is symmetrical will be described. FIG. 5 is a conceptual diagram showing a path when incident light and outgoing light pass through the color separation means with respect to a light ray incident on the cross dichroic prism 9 (color separation means) and reflected by the reflective liquid crystal panel 7. This is a comparison of the size of the color separation means. In FIG. 5, a solid line indicates a light ray incident on the cross dichroic prism 9 (incident light), and a broken line indicates a light ray reflected by the reflective liquid crystal panel 7 (emitted light). FIG. 5A shows a case where the incoming and outgoing light is symmetric with respect to the reflective liquid crystal panel 7 (when incident light and outgoing light pass through the same path). FIG. 5B shows a case where the incoming / outgoing light is asymmetric with respect to the reflective liquid crystal panel 7 (when incident light and outgoing light pass through different paths).

図5(a)、(b)を比較すると明らかなように、照明光の照明光の入射瞳が非対称である場合(図5(b))、出射光および反射光の両方をクロスダイクロイックプリズム9内に通すために、クロスダイクロイックプリズム9が大型化する。また、投射光学系8のバックフォーカスが長くなるため、画像投射装置100aの全体を小型化することが困難となる。   5A and 5B, when the entrance pupil of the illumination light of the illumination light is asymmetric (FIG. 5B), both the emitted light and the reflected light are converted into the cross dichroic prism 9. In order to pass through, the cross dichroic prism 9 is enlarged. Further, since the back focus of the projection optical system 8 becomes long, it is difficult to downsize the entire image projection apparatus 100a.

また本実施例において、コンデンサレンズ5bと反射型液晶パネル7との間にクロスダイクロイックプリズム9(色分離手段)を配置している。一方、従来構成のように照明光学系の光軸を反射型液晶パネルに対して斜めに配置するように構成した場合、反射型液晶パネルに対する入出射光は非対称となる。このため、両者を漏れなく色分離手段の内部に通そうとすると、図5(b)に示されるように色分離手段が大型化してしまう。   In the present embodiment, a cross dichroic prism 9 (color separation means) is disposed between the condenser lens 5 b and the reflective liquid crystal panel 7. On the other hand, when the optical axis of the illumination optical system is arranged obliquely with respect to the reflective liquid crystal panel as in the conventional configuration, the incident / exit light with respect to the reflective liquid crystal panel is asymmetric. For this reason, if it is going to pass both inside the color separation means without omission, a color separation means will enlarge as shown in FIG.5 (b).

本実施例の構成によれば、反射型液晶パネルに対する照明光の入射瞳が対称形になるため、色分離手段を小型化することができる。このため、投射光学系を共軸系として十分な結像性能を容易に得つつ、反射型液晶パネルを効率よく照明することが可能な小型の画像投射装置を実現することが可能である。   According to the configuration of the present embodiment, the entrance pupil of the illumination light with respect to the reflective liquid crystal panel is symmetrical, so that the color separation means can be reduced in size. For this reason, it is possible to realize a small-sized image projection apparatus capable of efficiently illuminating the reflective liquid crystal panel while easily obtaining sufficient imaging performance using the projection optical system as a coaxial system.

次に、図6を参照して、本発明の実施例3における画像投射装置の構成について説明する。図6は、本実施例における画像投射装置100bの構成図であり、図6(a)および図6(b)は、光軸を含み互いに直交する第1の断面(XZ断面)、第2の断面(YZ断面)をそれぞれ示している。図6(a)、(b)において、10は集光レンズ、11はカラーホイール、12はロッドインテグレータ、13は全反射プリズム、14は反射型画像表示素子としてのDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)である。なお、図1と同一の要素については同一の符号を付している。   Next, with reference to FIG. 6, the structure of the image projector in Example 3 of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a configuration diagram of the image projection apparatus 100b in the present embodiment. FIGS. 6A and 6B are a first cross section (XZ cross section) and a second cross section including the optical axis and orthogonal to each other. Each section (YZ section) is shown. 6 (a) and 6 (b), 10 is a condenser lens, 11 is a color wheel, 12 is a rod integrator, 13 is a total reflection prism, and 14 is a DMD (digital micromirror device) as a reflective image display element. ). In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as FIG.

光源1から放射された光は、放物面リフレクタ2により反射され略平行な光束となる。そして、この光束は、集光レンズ10によりロッドインテグレータ12の入射面12aの近傍で最も集光され、ロッドインテグレータ12の内部に入射する。ロッドインテグレータ12は、フライアイレンズと同様に、反射型画像表示素子(DMD14)を照明する照度分布の均一化を行うための素子(インテグレータ光学系)である。ロッドインテグレータ12に入射した光束は、ロッドインテグレータ12の内部で反射を繰り返す。そして、ロッドインテグレータ12の出射面12bにおいて、均一な照度分布を得ることができる。   The light emitted from the light source 1 is reflected by the parabolic reflector 2 and becomes a substantially parallel light beam. Then, this light beam is most condensed by the condenser lens 10 in the vicinity of the incident surface 12 a of the rod integrator 12 and enters the inside of the rod integrator 12. Similar to the fly-eye lens, the rod integrator 12 is an element (integrator optical system) for making the illuminance distribution uniform to illuminate the reflective image display element (DMD 14). The light beam incident on the rod integrator 12 is repeatedly reflected inside the rod integrator 12. A uniform illuminance distribution can be obtained on the exit surface 12 b of the rod integrator 12.

ロッドインテグレータ12の出射面12bは、コンデンサレンズ5a、5bを介して、DMD14と共役関係にあり、DMD14の相似形状を有する。出射面12bから発散する光束は、コンデンサレンズ5a、5bにより、全反射プリズム13の境界面における全反射を介して、DMD14にクリティカル照明される。DMD14に入射した光束は、DMD14を構成する可動マイクロミラーにより光路が切り替えられる。光路が切り替えられた光束は、全反射プリズム13の境界面にて臨界角を超えるため、全反射を起こさずに透過し、投射光学系8へ導かれる。   The exit surface 12b of the rod integrator 12 is conjugated with the DMD 14 via the condenser lenses 5a and 5b, and has a similar shape to the DMD 14. The luminous flux diverging from the exit surface 12b is critically illuminated on the DMD 14 by total reflection at the boundary surface of the total reflection prism 13 by the condenser lenses 5a and 5b. The optical path of the light beam incident on the DMD 14 is switched by a movable micromirror that constitutes the DMD 14. Since the light beam whose optical path has been switched exceeds the critical angle at the boundary surface of the total reflection prism 13, it passes through without causing total reflection and is guided to the projection optical system 8.

カラーホイール11は、一般的に、赤色光、緑色光、および、青色光を透過する3つのカラーフィルタを備えて構成される。光源1からの光は、集光レンズ10によりカラーホイール11のカラーフィルタに照射される。カラーホイール11が回転すると、光の照射部のカラーフィルタが赤透過、緑透過、または、青透過と順次切り替わる。   In general, the color wheel 11 includes three color filters that transmit red light, green light, and blue light. Light from the light source 1 is applied to the color filter of the color wheel 11 by the condenser lens 10. When the color wheel 11 rotates, the color filter of the light irradiating unit is sequentially switched to red transmission, green transmission, or blue transmission.

このような構成により、ロッドインテグレータ12に入射する光が赤色光、緑色光、および、青色光と順次切り替わり、DMD14を照明する光は、赤、緑、青、赤の順に切り替わる。切り替わりタイミングに合わせて各色に対応する映像が投射されるようにDMD14を順次駆動することで、時系列に赤、緑、青の映像が切り替わる。この動作が高速に繰り返されることにより、映像の視聴者はフルカラーの映像が視認することができる。   With such a configuration, light incident on the rod integrator 12 is sequentially switched to red light, green light, and blue light, and light that illuminates the DMD 14 is switched in the order of red, green, blue, and red. By sequentially driving the DMD 14 so that images corresponding to the respective colors are projected in accordance with the switching timing, the red, green, and blue images are switched in time series. By repeating this operation at a high speed, the viewer of the video can view the full-color video.

図6(b)に示されるように、実施例1と同様に、DMD14の中心を通る法線Lは、光軸Cに対して方向Dに平行に偏心している。このため、コンデンサレンズ5bを含む投射光学系8は、DMD14に対して相対的に平行に偏心しており、投射光学系シフトの状態にある。投射光学系8は共軸系として構成されるため、偏心しているレンズを含む場合に比べて、十分な結像性能を比較的容易に得ることができる。   As shown in FIG. 6B, the normal L passing through the center of the DMD 14 is eccentric in parallel with the direction D with respect to the optical axis C, as in the first embodiment. For this reason, the projection optical system 8 including the condenser lens 5b is decentered relatively parallel to the DMD 14, and is in a state of shifting the projection optical system. Since the projection optical system 8 is configured as a coaxial system, sufficient imaging performance can be obtained relatively easily as compared with the case where a decentered lens is included.

本実施例において、実施例1と同様に、光源1側に配置されているコンデンサレンズ5aを、DMD14の中心を通る法線Lの光軸Cに対する偏心方向(方向D)と同一の方向に偏心している。このため、照明光はDMD14の有効領域に効率良く照明される。また、コンデンサレンズ5bに対して、式(1)で表される適切な偏心量D’が与えられている。このため、実施例1と同様に、光軸Cの近傍からコンデンサレンズ5bに入射する照明光はDMD14(反射型画像表示素子)に対して平行に近づき、DMD14に対する照明光の入射瞳は略対称形となる。従って、入射光および反射光を漏れなく全反射プリズム13の内部に通すために全反射プリズム13を大型化する必要がない。このため、画像投射装置100bの小型化を図ることができる。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the condenser lens 5a arranged on the light source 1 side is deviated in the same direction as the eccentric direction (direction D) of the normal L passing through the center of the DMD 14 with respect to the optical axis C. I have a heart. For this reason, the illumination light is efficiently illuminated on the effective area of the DMD 14. Further, an appropriate amount of eccentricity D ′ expressed by the expression (1) is given to the condenser lens 5b. Therefore, as in the first embodiment, the illumination light incident on the condenser lens 5b from the vicinity of the optical axis C approaches parallel to the DMD 14 (reflection type image display element), and the entrance pupil of the illumination light with respect to the DMD 14 is substantially symmetric. It becomes a shape. Therefore, it is not necessary to increase the size of the total reflection prism 13 in order to pass incident light and reflected light through the total reflection prism 13 without leakage. For this reason, size reduction of the image projection apparatus 100b can be achieved.

本実施例によれば、DMDを用いた画像投射装置において、投射光学系の十分な結像性能を容易に得つつ、DMDを効率よく照明することが可能な小型の画像投射装置を実現することができる。   According to the present embodiment, in an image projection apparatus using a DMD, a small image projection apparatus capable of efficiently illuminating the DMD while easily obtaining sufficient imaging performance of the projection optical system is realized. Can do.

このように各実施例によれば、小型かつ高効率な画像投射装置を提供することができる。   Thus, according to each embodiment, a small and highly efficient image projection apparatus can be provided.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形・変更及び構成の組み合わせが可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation, a change, and the combination of a structure are possible within the range of the summary.

例えば、実施例1の構成において、光路分離手段として、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ6に代えて、誘電体多層膜を用いたキューブ形偏光ビームスプリッタ(誘電体多層膜偏光ビームスプリッタ)などの他の偏光ビームスプリッタを用いてもよい。また実施例2の構成において、クロスダイクロイックプリズム9に代えて、フィリップス型ダイクロイックプリズムなどの他のプリズムを用いてもよい。また、光源1として、超高圧水銀ランプの他に、LED光源やレーザ光源などの固体発光素子を用いてもよい。   For example, in the configuration of the first embodiment, instead of the wire grid polarization beam splitter 6, as an optical path separation unit, other polarization such as a cube-shaped polarization beam splitter (dielectric multilayer film polarization beam splitter) using a dielectric multilayer film is used. A beam splitter may be used. Further, in the configuration of the second embodiment, instead of the cross dichroic prism 9, another prism such as a Philips dichroic prism may be used. Further, as the light source 1, a solid light emitting element such as an LED light source or a laser light source may be used in addition to the ultrahigh pressure mercury lamp.

また、第1の光学素子および第2の光学素子として、コンデンサレンズ(屈折光学素子)を用いているが、これに限定されるものではなく、ミラー(反射光学素子)を用いることもできる。また、光軸Cに対する反射型画像表示素子の中心を通る法線Lの偏心量Dが可変となるように構成することもできる。投射光学系シフトのシフト量を可変とすることにより、投影方向の調整自由度を高めた画像投射装置を提供することが可能となる。これを実現するため、例えば、反射型画像表示素子に可動機構(第1の可動手段)を設けることができる。または、反射型画像表示素子を固定した状態で、光源1、インテグレータ光学系、コンデンサレンズ5b、および、投射光学系8を一体化したユニットに可動機構を設けてもよい。このとき、コンデンサレンズ5aにも可動機構(第2の可動手段)を設けて偏心量D’を可変とし、偏心量Dの変化に連動して式(1)を満足するようにコンデンサレンズ5aの光軸Cに対する偏心量D’を変化させるように構成することもできる。このような構成により、より効率的に反射型画像表示素子を照明することが可能となる。   Further, although the condenser lens (refractive optical element) is used as the first optical element and the second optical element, the present invention is not limited to this, and a mirror (reflection optical element) can also be used. Further, the eccentric amount D of the normal L passing through the center of the reflective image display element with respect to the optical axis C can be configured to be variable. By making the shift amount of the projection optical system shift variable, it is possible to provide an image projection apparatus with an increased degree of freedom in adjusting the projection direction. In order to realize this, for example, a movable mechanism (first movable means) can be provided in the reflective image display element. Alternatively, a movable mechanism may be provided in a unit in which the light source 1, the integrator optical system, the condenser lens 5 b, and the projection optical system 8 are integrated with the reflective image display element fixed. At this time, the condenser lens 5a is also provided with a movable mechanism (second movable means) so that the amount of eccentricity D ′ can be made variable, and the condenser lens 5a can satisfy Equation (1) in conjunction with the change in the amount of eccentricity D. The eccentricity D ′ with respect to the optical axis C can be changed. With such a configuration, the reflective image display element can be illuminated more efficiently.

1:光源
5a、5b:コンデンサレンズ
6:ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ
7:反射型液晶パネル
8:投射光学系
13:全反射プリズム
14:DMD
1: Light source 5a, 5b: Condenser lens 6: Wire grid polarization beam splitter 7: Reflective liquid crystal panel 8: Projection optical system 13: Total reflection prism 14: DMD

Claims (17)

反射型画像表示素子と、
光源からの光を前記反射型画像表示素子に導くように設けられた第1の光学素子および第2の光学素子と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられ、前記反射型画像表示素子への入射光と該反射型画像表示素子からの反射光との光路を分離する光路分離手段と、
前記反射型画像表示素子により変調された画像光を投射する投射光学系と、を有し、
前記反射型画像表示素子の中心を通る法線は、前記光源および前記投射光学系を通る光軸に対して平行に偏心しており、
前記第1の光学素子は、前記光軸に対して、前記法線の偏心方向と同一の方向に偏心している、ことを特徴とする画像投射装置。
A reflective image display element;
A first optical element and a second optical element provided to guide light from a light source to the reflective image display element;
Optical path separation means provided between the first optical element and the second optical element, for separating an optical path between incident light to the reflective image display element and reflected light from the reflective image display element When,
A projection optical system for projecting image light modulated by the reflective image display element,
The normal passing through the center of the reflective image display element is decentered parallel to the optical axis passing through the light source and the projection optical system,
The image projection apparatus, wherein the first optical element is decentered with respect to the optical axis in the same direction as an eccentric direction of the normal line.
前記第1の光学素子および前記第2の光学素子は、前記光源と前記反射型画像表示素子との間に配置されており、
前記第1の光学素子は前記光源の側に配置され、前記第2の光学素子は前記反射型画像表示素子の側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の画像投射装置。
The first optical element and the second optical element are disposed between the light source and the reflective image display element,
The image projection apparatus according to claim 1, wherein the first optical element is disposed on the light source side, and the second optical element is disposed on the reflective image display element side.
前記第2の光学素子は、前記投射光学系を構成する一要素であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像投射装置。   The image projecting apparatus according to claim 1, wherein the second optical element is one element constituting the projection optical system. 前記第1の光学素子のパワーをφ、前記第2の光学素子のパワーをφ、該第1の光学素子と該第2の光学素子との間隔をd、前記反射型画像表示素子の中心を通る法線の前記投射光学系の光軸に対する偏心量をDとするとき、前記第1の光学素子の光軸に対する偏心量D’は、
0.9{φ+(1−φd)・φ}/φ<D’/D<1.1{φ+(1−φd)・φ}/φ
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像投射装置。
The power of the first optical element is φ 1 , the power of the second optical element is φ 2 , the distance between the first optical element and the second optical element is d, and the reflection type image display element When the amount of eccentricity of the normal line passing through the center with respect to the optical axis of the projection optical system is D, the amount of eccentricity D ′ with respect to the optical axis of the first optical element is:
0.9 {φ 1 + (1−φ 1 d) · φ 2 } / φ 1 <D ′ / D <1.1 {φ 1 + (1−φ 1 d) · φ 2 } / φ 1
4. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the image projection apparatus is set to satisfy the following.
前記偏心量D’は、
D’/D={φ+(1−φd)・φ}/φ
を満たすように設定されていることを特徴とすることを特徴とする請求項4に記載の画像投射装置。
The eccentric amount D ′ is
D ′ / D = {φ 1 + (1−φ 1 d) · φ 2 } / φ 1
The image projection apparatus according to claim 4, wherein the image projection apparatus is set so as to satisfy.
前記反射型画像表示素子の中心を通る法線の前記光軸に対する偏心量を可変にする第1の可動手段と、
前記第1の光学素子の前記光軸に対する偏心量を可変にする第2の可動手段と、を更に有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像投射装置。
First movable means for varying the amount of eccentricity with respect to the optical axis of the normal passing through the center of the reflective image display element;
6. The image projection apparatus according to claim 1, further comprising: a second movable unit configured to vary an amount of eccentricity of the first optical element with respect to the optical axis.
前記反射型画像表示素子は、反射型液晶パネルまたはDMDであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, wherein the reflective image display element is a reflective liquid crystal panel or a DMD. 前記光路分離手段は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタまたは誘電体多層膜偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, wherein the optical path separation unit is a wire grid polarization beam splitter or a dielectric multilayer polarization beam splitter. 前記光路分離手段は、全反射プリズムであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, wherein the optical path separating unit is a total reflection prism. 前記光源と前記第1の光学素子との間に配置されたインテグレータ光学系を更に有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, further comprising an integrator optical system disposed between the light source and the first optical element. 前記インテグレータ光学系は、第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイを備えて構成されていることを特徴とする請求項10に記載の画像投射装置。   The image projector according to claim 10, wherein the integrator optical system includes a first lens array and a second lens array. 前記インテグレータ光学系は、ロッドインテグレータであることを特徴とする請求項10に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 10, wherein the integrator optical system is a rod integrator. 前記第2の光学素子と前記反射型画像表示素子との間に配置された、前記光源からの光を少なくとも2色以上の色光に分離する色分離手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至12いずれか1項に記載の画像投射装置。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising color separation means arranged between the second optical element and the reflective image display element for separating light from the light source into at least two color lights. The image projection apparatus of any one of thru | or 12. 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子は、屈折光学素子または反射光学素子であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, wherein the first optical element and the second optical element are a refractive optical element or a reflective optical element. 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子は、コンデンサレンズであることを特徴とする請求項14に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 14, wherein the first optical element and the second optical element are condenser lenses. 前記投射光学系は、偏心しているレンズを含まない共軸系で構成されていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, wherein the projection optical system includes a coaxial system that does not include a decentered lens. 前記光軸の上で前記第1の光学素子に入射する光は、前記反射型画像表示素子の前記偏心方向に屈折し、前記第2の光学素子によって前記法線に対して平行に該反射型画像表示素子に入射するように屈折する、ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の画像投射装置。   Light incident on the first optical element on the optical axis is refracted in the decentered direction of the reflective image display element, and the reflective type is parallel to the normal line by the second optical element. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the image projection apparatus is refracted so as to be incident on the image display element.
JP2013153158A 2013-07-24 2013-07-24 Image projection device Pending JP2015022294A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013153158A JP2015022294A (en) 2013-07-24 2013-07-24 Image projection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013153158A JP2015022294A (en) 2013-07-24 2013-07-24 Image projection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015022294A true JP2015022294A (en) 2015-02-02

Family

ID=52486752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013153158A Pending JP2015022294A (en) 2013-07-24 2013-07-24 Image projection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015022294A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016177129A (en) * 2015-03-20 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 projector
WO2020090498A1 (en) * 2018-11-02 2020-05-07 ソニー株式会社 Display device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016177129A (en) * 2015-03-20 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 projector
WO2020090498A1 (en) * 2018-11-02 2020-05-07 ソニー株式会社 Display device
US11871159B2 (en) 2018-11-02 2024-01-09 Sony Corporation Display unit for reducing degradation of optical components

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5435096B2 (en) Projection optical system
US9261767B2 (en) Projection optical system and image display apparatus
JP4223936B2 (en) Projection optical system, enlargement projection optical system, enlargement projection apparatus, and image projection apparatus
US9551917B2 (en) Light source unit and projection display system using same
KR100813983B1 (en) Illumination system, illumination unit and image projection apparatus employing the same
US8308309B2 (en) Lighting device and projector
JP2004258620A5 (en)
JP5713666B2 (en) Illumination optical system and image projection apparatus using the same
JP7152372B2 (en) Imaging optical system, projection display device, and imaging device
US20190369479A1 (en) Projection system
US6773111B2 (en) Projection type image display apparatus
JP2005106948A (en) Projection optical system and image projection apparatus
US7150535B2 (en) Lighting device and projector equipped with the same
JP3880227B2 (en) Illumination device and projection device
JP4464118B2 (en) Illumination optical system and image display apparatus having the same
JP7146711B2 (en) Imaging optical system, projection display device, and imaging device
CN101762960A (en) Projector
JP5188612B2 (en) Lens array optical system, projection optical unit, image projection apparatus, and image display system
JP2015022294A (en) Image projection device
CN109564380B (en) Projection type display device
JP6847003B2 (en) Projection optical system and projection type display device
JP3486608B2 (en) Projection display device
CN108139657B (en) Projection type image display device
JP5266619B2 (en) projector
JP5815102B2 (en) Illumination optical system and image projection apparatus using the same