JP2000056266A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は例えばプロジェクタ
装置などに利用される光学装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device used for, for example, a projector device.
【0002】[0002]
【従来の技術】プロジェクタ装置を構成する場合、画面
全体に同一レベルである信号を装置に入力したときに、
スクリーンでの画面輝度分布が一定であることが求めら
れる。このようにスクリーン上の輝度が均一であること
を画面ユニフォーミティが高いと言い、高品質な画質を
達成する上で、重要な項目の一つとされる。2. Description of the Related Art When configuring a projector device, when a signal having the same level over the entire screen is input to the device,
It is required that the screen luminance distribution on the screen is constant. The uniformity of the brightness on the screen is called high screen uniformity, and is one of the important items in achieving high quality image quality.
【0003】ところで一般的に光源は、発光部分に輝度
むらを持つ。ここでプロジェクタ装置の構成として、光
源からの光を画像信号を入力する空間光変調素子に結像
させ、投影レンズにより空間光変調素子の像をスクリー
ン上に結像させることを考える。このような光学系を用
いた場合、光源の発光部分の輝度むらが、スクリーン上
にそのまま映し出されることになり、高い画面ユニフォ
ーミティを得ることができない。[0003] Generally, a light source has luminance unevenness in a light emitting portion. Here, as a configuration of the projector device, it is considered that light from a light source is formed on a spatial light modulator that inputs an image signal, and an image of the spatial light modulator is formed on a screen by a projection lens. When such an optical system is used, the uneven brightness of the light emitting portion of the light source is projected on the screen as it is, and a high screen uniformity cannot be obtained.
【0004】そのため、光源から空間光変調素子までの
光学系(照明光学系とよぶ)では、空間光変調素子を均
一に照明できるような構成を必要とする。これにはライ
トインテグレータとー般的に呼ぶ光学素子を用いる。ラ
イトインテグレータには2種類のものがー般的に用いら
れる。一つはマルチレンズアレイもしくはフライアイレ
ンズと呼ばれるもので、小さなレンズを空間的に複数な
らべて、空間光変調素子上で光を重ねあわせることで均
一に照明する。そして、もう一つのものに、透明ロッド
を用いるものがある。[0004] Therefore, an optical system from the light source to the spatial light modulator (referred to as an illumination optical system) needs a configuration capable of uniformly illuminating the spatial light modulator. An optical element generally called a light integrator is used for this. Two types of light integrators are generally used. One is called a multi-lens array or a fly-eye lens. A plurality of small lenses are spatially arranged, and light is uniformly illuminated by superimposing light on a spatial light modulator. Another is to use a transparent rod.
【0005】図12に透明ロッドを用いた照明光学系を
示す。光源としてランプを考える。光源11からでた光
を、凹面反射鏡12と集光レンズ13を用いて、透明ロ
ッド14に導く。そして結像レンズ15を用い、空間光
変調素子16に照明する。この照明光学系は、透明ロッ
ド14の出口部分からの光の出射部分を、空間光変調素
子16に結像するものである。図13に透明ロッド14
の模式図を示す。透明ロッド14は、断面が空間光変調
素子16と相似もしくは相似に近い形状を持っている
(A:Bが空間光変調素子16と相似もしくは相似に近
い)。そしてガラス、プラスチックなどの光透過率の高
い材料で構成され、各面は研磨されている。入射した光
は、内部を全反射により損失なく伝達する。入射部分で
輝度むらがあっても、内部で反射され、重ねあわされる
ことで、透明ロッドの出射部分は、高い均一性の光分布
を持つようになる。この出射部を結像レンズ15で空間
光変調素子16に結像させることで、高いユニフォーミ
ティでの照明が可能となる。FIG. 12 shows an illumination optical system using a transparent rod. Consider a lamp as a light source. The light emitted from the light source 11 is guided to the transparent rod 14 using the concave reflecting mirror 12 and the condenser lens 13. Then, the spatial light modulator 16 is illuminated using the imaging lens 15. The illumination optical system forms an image of a light emitting portion from the exit portion of the transparent rod 14 on the spatial light modulator 16. FIG. 13 shows a transparent rod 14.
FIG. The transparent rod 14 has a cross section similar or similar to the spatial light modulator 16 (A: B is similar or similar to the spatial light modulator 16). It is made of a material having a high light transmittance, such as glass or plastic, and each surface is polished. The incident light is transmitted inside without loss by total internal reflection. Even if there is uneven brightness at the incident portion, the light is reflected inside and overlapped, so that the emitting portion of the transparent rod has a highly uniform light distribution. By forming an image of this emission part on the spatial light modulator 16 by the imaging lens 15, illumination with high uniformity becomes possible.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、空間光変調
素子16としては、光の偏光を用いて変調を行う素子を
用いることが多い。代表的なものに、液晶を材料とした
空間光変調素子(以下液晶パネルとよぶ)がある。液晶
パネルを用いる場合、入射する光は、ある一方向の直線
偏光であることが要求される。By the way, as the spatial light modulation element 16, an element that modulates using the polarization of light is often used. A representative example is a spatial light modulator (hereinafter, referred to as a liquid crystal panel) using liquid crystal. When a liquid crystal panel is used, incident light is required to be linearly polarized light in a certain direction.
【0007】放電ランプなどの光源を用いる場合、ラン
プからの出射光は非偏光である。またレーザなどの偏光
光源を用いる場合でも途中の光学系により偏光度が落ち
てしまう。このように直線偏光でない光で液晶パネルを
照明する場合においては、液晶パネルが要求する偏光か
ら90度回転した偏光成分の光が液晶パネルに入射して
しまうと画面上でのコントラストが劣化する。従って偏
光板や偏光ビームスプリッター(PBS)により、不要
な偏光成分は分離する必要がある。When a light source such as a discharge lamp is used, light emitted from the lamp is non-polarized. Even when a polarized light source such as a laser is used, the degree of polarization is reduced by an optical system in the middle. In the case where the liquid crystal panel is illuminated with light that is not linearly polarized as described above, the contrast on the screen deteriorates if light of a polarization component rotated by 90 degrees from the polarization required by the liquid crystal panel enters the liquid crystal panel. Therefore, it is necessary to separate unnecessary polarization components using a polarizing plate or a polarizing beam splitter (PBS).
【0008】ここで、この不要な偏光成分の光を分離
し、波長板を利用して偏光を回転させ必要な偏光方向に
することにより、再利用できる。これを偏光変換とい
う。例えば透明ロッド14を用いた照明光学系では、図
14に示すように、偏光ビームスプリッタ(PBS)1
7、三角プリズム18、λ/2位相差板19を透明ロッ
ド14に組み込んで用いる方法が考えられていた。これ
は図15(a)からわかるように、PBS17でP偏光
とS偏光を分離し、反射されたS偏光を三角プリズム1
8でλ/2位相差板19に導いて、そのS偏光をλ/2
波長板19によりP偏光に変換するものである。このよ
うにして空間光変調素子16としての液晶パネルに対し
てP偏光を効率よく照射できる。Here, the unnecessary polarized component light can be separated and re-used by rotating the polarized light to a required polarization direction using a wave plate. This is called polarization conversion. For example, in an illumination optical system using a transparent rod 14, a polarizing beam splitter (PBS) 1 as shown in FIG.
7, a method of incorporating the triangular prism 18 and the λ / 2 retardation plate 19 into the transparent rod 14 and using it has been considered. As can be seen from FIG. 15A, the P-polarized light and the S-polarized light are separated by the PBS 17 and the reflected S-polarized light is
8, the light is guided to the λ / 2 retardation plate 19, and the S-polarized light is converted to λ / 2.
The light is converted into P-polarized light by the wave plate 19. Thus, the liquid crystal panel as the spatial light modulator 16 can be efficiently irradiated with P-polarized light.
【0009】しかし、この方法では偏光変換を完全に行
うことができない。例えば図15(b)に示すように、
PBS17の偏光分離面にあたらずに、通り抜けてしま
う光が存在するためである。However, this method cannot completely perform polarization conversion. For example, as shown in FIG.
This is because there is light that passes through the PBS 17 without passing through the polarization splitting surface.
【0010】また、このような方法を用いる場合は、P
BS17を透明ロッド14の断面の大きさとほぼ同等の
大きさにする必要がある。図14の光学系の中で、透明
ロッド14の内部では、光の発散角が比較的大きい。こ
れは、小さな領域に光をしぼる必要があるためである。
PBS17では、PBS17の入射面に垂直にあたる光
線(偏光分離面に対して45度の入射角)は、効率よく
P偏光とS偏光に分離できる。しかし、垂直から離れて
いくに従い、本来反射するべきS偏光が透過し、透過す
るべきP偏光が反射してしまう。すなわち偏光変換の効
率が落ちてしまう。このため、PBS17を偏光変換光
学素子の一部として用いる場合は、光の発散角が小さな
部分で用いるほうが効率が高い。When such a method is used, P
It is necessary to make the size of the BS 17 substantially equal to the size of the cross section of the transparent rod 14. In the optical system of FIG. 14, the divergence angle of light is relatively large inside the transparent rod 14. This is because it is necessary to focus light on a small area.
In the PBS 17, a light beam perpendicular to the incidence plane of the PBS 17 (incident angle of 45 degrees with respect to the polarization separation plane) can be efficiently separated into P-polarized light and S-polarized light. However, as the distance from the vertical increases, S-polarized light that should be reflected is transmitted and P-polarized light that should be transmitted is reflected. That is, the efficiency of the polarization conversion is reduced. Therefore, when the PBS 17 is used as a part of the polarization conversion optical element, it is more efficient to use the PBS 17 in a portion where the divergence angle of light is small.
【0011】これらの理由により、透明ロッド14の部
位を用いて偏光変換を行うと、効率が悪いという欠点が
あった。For these reasons, there is a drawback that if the polarization conversion is performed using the portion of the transparent rod 14, the efficiency is low.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みてなされたもので、効率の高い偏光変換と、高
い画面均一性を両立することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to achieve both efficient polarization conversion and high screen uniformity.
【0013】このため光学装置として、非偏光な光を出
力する光源と、偏光を利用し光変調を行う空間光変調素
子と、光の全反射により出口部分で均一な光強度分布と
なる透明ロッドと、光源から出射された非偏光をP偏光
とS偏光に分離する偏光分離部と、偏光分離部により分
離されたP偏光とS偏光を透明ロッドの入口部分におけ
る異なる位置に導く集光光学系と、透明ロッドの出口部
分の像を空間光変調素子近傍に結像する結像レンズ系
と、結像レンズ系による透明ロッドの入口部分と共役な
位置であって、かつP偏光とS偏光のうちの一方に対応
する位置に配され、直線偏光を回転させるλ/2位相差
板とを有するようにする。Therefore, as an optical device, a light source for outputting non-polarized light, a spatial light modulator for modulating light using polarized light, and a transparent rod having a uniform light intensity distribution at an exit portion by total reflection of light. A polarization separation unit that separates non-polarized light emitted from the light source into P-polarized light and S-polarized light; An imaging lens system that forms an image of the exit portion of the transparent rod in the vicinity of the spatial light modulator, and a position conjugate with the entrance portion of the transparent rod by the imaging lens system, and a P-polarized light and an S-polarized light. And a λ / 2 retardation plate that is disposed at a position corresponding to one of the two and rotates the linearly polarized light.
【0014】この場合、集光光学系により透明ロッドの
入口部分でP偏光とS偏光が位置的に分離されたものと
なっているため、この透明ロッドの入口部分と共役な位
置であれば、P偏光とS偏光は位置的に分離されたもの
となっている。従ってそのうちの一方にλ/2位相差板
を配することで偏光変換が可能となる。そしてこのと
き、上記したような変換効率を低下させる要因は構造的
に発生しない。もちろん透明ロッドを用いることでユニ
フォーミティも保証される。In this case, since the P-polarized light and the S-polarized light are positionally separated at the entrance of the transparent rod by the condensing optical system, if the position is conjugate with the entrance of the transparent rod, The P polarized light and the S polarized light are positionally separated. Therefore, by arranging a λ / 2 retardation plate on one of them, polarization conversion becomes possible. Then, at this time, the factor for lowering the conversion efficiency does not occur structurally. Of course, uniformity is also guaranteed by using a transparent rod.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態として
の光学装置について説明していく。図1は本発明の実施
の形態としての光学装置の構造図を示す。これは、ライ
トインテグレータとして透明ロッドを用いる照明光学系
であり、効率的に偏光変換を実行できるものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a structural view of an optical device according to an embodiment of the present invention. This is an illumination optical system using a transparent rod as a light integrator, and can efficiently perform polarization conversion.
【0016】光源1は例えば放電ランプなどにより形成
される。この光源1から出射された非偏光である光は、
凹面反射鏡2により集光され、偏光ビームスプリッタ3
に導かれる。そして偏光ビームスプリッタ3により、P
偏光とS偏光に分離される。即ちS偏光は偏光ビームス
プリッタ3の偏光分離膜で反射され、P偏光は偏光分離
膜を透過する。反射されたS偏光は集光レンズ系5に導
かれる。また偏光分離膜を透過したP偏光は、反射鏡4
により反射されて、偏光ビームスプリッタ3により分離
されたS偏光と同方向に進む。ここで偏光ビームスプリ
ッタ3と反射鏡4によりP偏光とS偏光に光路差が生じ
ることになる。The light source 1 is formed by, for example, a discharge lamp. The unpolarized light emitted from the light source 1 is
The light is condensed by the concave reflecting mirror 2 and is polarized by the polarization beam splitter 3.
It is led to. Then, by the polarizing beam splitter 3, P
It is separated into polarized light and s-polarized light. That is, the S-polarized light is reflected by the polarization splitting film of the polarization beam splitter 3, and the P-polarized light passes through the polarization splitting film. The reflected S-polarized light is guided to the condenser lens system 5. The P-polarized light transmitted through the polarization splitting film is reflected by the reflection mirror 4.
And travels in the same direction as the S-polarized light separated by the polarizing beam splitter 3. Here, an optical path difference occurs between the P-polarized light and the S-polarized light due to the polarization beam splitter 3 and the reflecting mirror 4.
【0017】P偏光とS偏光は集光レンズ系5により透
明ロッド6に入射されるが、このとき、両偏光の行路差
を用いて、透明ロッド6の入口部分(位置)において
P偏光とS偏光が分離して透明ロッドに入射されるよう
に集光レンズ系5が設計されている。透明ロッド6に分
離されて入射したP偏光・S偏光は、透明ロッド6の壁
面で全反射により出口に向かう。そして透明ロッドの出
口部分(位置)では、均一な光強度分布を持つように
なる。また出口部分では両偏光は混ぜ合わされ、非偏光
の状態となる。The P-polarized light and the S-polarized light are made incident on the transparent rod 6 by the condenser lens system 5. At this time, the P-polarized light and the S-polarized light are entered at the entrance (position) of the transparent rod 6 using the path difference between the two polarized lights. The condensing lens system 5 is designed so that polarized light is separated and incident on the transparent rod. The P-polarized light and S-polarized light separated and incident on the transparent rod 6 travel toward the exit by total reflection on the wall surface of the transparent rod 6. At the exit portion (position) of the transparent rod, a uniform light intensity distribution is obtained. Further, at the exit portion, both polarized lights are mixed to be in a non-polarized state.
【0018】このような透明ロッド6の出口部分を、例
えば液晶パネルによる空間光変調素子9(位置)に照
明するために、結像レンズ系7が用いられる。またこの
結像レンズ系7と空間光変調素子9の間(位置)にλ
/2位相差板8が配される。An imaging lens system 7 is used to illuminate the exit portion of the transparent rod 6 onto a spatial light modulator 9 (position) formed by, for example, a liquid crystal panel. In addition, the distance λ between the imaging lens system 7 and the spatial light modulator 9 (position)
A / 2 phase difference plate 8 is provided.
【0019】このλ/2位相差板8が配される場所(位
置)は、透明ロッド6の入口部分(位置)の、結像
レンズ系7による共役な位置近傍である。この位置に、
図3に示すような、一辺が長い、矩形上のλ/2位相差
板を適当な間隔と個数でならべる。この位置にλ/2
位相差板をおくことで偏光変換を行うことになる。つま
り本例は、透明ロッド6の入射前で偏光を分離し、P偏
光とS偏光を透明ロッド6の入射面に分離して入射す
る。このときに、透明ロッド6の入口部分と共役な位置
に、偏光変換を行うλ/2位相差板を配すれば、非常に
高い効率で偏光変換が可能となるものである。The place (position) where the λ / 2 retardation plate 8 is disposed is near the position conjugate with the imaging lens system 7 at the entrance (position) of the transparent rod 6. In this position,
As shown in FIG. 3, rectangular [lambda] / 2 retardation plates having long sides are arranged at appropriate intervals and numbers. Λ / 2 at this position
The polarization conversion is performed by providing the phase difference plate. That is, in this example, the polarized light is separated before entering the transparent rod 6, and the P-polarized light and the S-polarized light are separated and incident on the incident surface of the transparent rod 6. At this time, if a λ / 2 retardation plate for performing polarization conversion is arranged at a position conjugate with the entrance of the transparent rod 6, polarization conversion can be performed with extremely high efficiency.
【0020】以下に原理を説明する。はじめに、透明ロ
ッド6をライトインテグレータとして用いる場合、どの
ようにして光が均一化されるかを考える。図4に示すよ
うに透明ロッド6の内部では、光線の入射する角度と透
明ロッド6の形状により、透明ロッド6の壁面での反射
回数が決定する。例えば光線L3は壁面で反射せずに進
み、光線L2は一回、光線L1は2回反射する。ここで
光線L2は、透明ロッド6内で一回だけ上の壁面で反射
しているが、これは、Z2の位置から光が来ていると考
えられる。つまり入射面の像Z3が像Z2の位置にある
とみなすことができる。一度反射するので、像Z2のよ
うに反転したようにみえる。次に光線L1については透
明ロッド6内で2回反射、すなわち像Z3が像Z1の位
置にあるとみなせる。また偶数回反射なので像L3と同
じ向きである。The principle will be described below. First, when the transparent rod 6 is used as a light integrator, how the light is made uniform will be considered. As shown in FIG. 4, inside the transparent rod 6, the number of reflections on the wall surface of the transparent rod 6 is determined by the angle of incidence of the light beam and the shape of the transparent rod 6. For example, the light beam L3 travels without being reflected by the wall surface, the light beam L2 is reflected once, and the light beam L1 is reflected twice. Here, the light ray L2 is reflected only once on the wall surface in the transparent rod 6, and this is considered that light comes from the position of Z2. That is, it can be considered that the image Z3 on the incident surface is at the position of the image Z2. Since the light is reflected once, it looks like an inverted image Z2. Next, it can be considered that the light ray L1 is reflected twice in the transparent rod 6, that is, the image Z3 is located at the position of the image Z1. Since the light is reflected even number of times, it has the same direction as the image L3.
【0021】つまり、透明ロッド6を通ることで、出射
端の輝度分布が均一化されるわけだが、これは入射部分
の上下左右に、入射端の像が仮想的に広がって、出射端
に重ね合わされていると考えることができる。That is, by passing through the transparent rod 6, the luminance distribution at the exit end is made uniform. This is because the image of the entrance end is virtually spread on the upper, lower, left and right sides of the incident portion, and is superimposed on the exit end. You can think that it is.
【0022】次に、結像レンズ7を用いて透明ロッド6
の出口部分を空間光変調素子9(液晶パネル)に照明す
る場合を考える。図5に示すように、透明ロッド6の出
射端の像Z12を、結像レンズ7を使って、液晶パネル
(位置)に像Z14として結像させる。このとき透明
ロッド6の入射端(位置)にできる仮想的にできる広
がった像Z11が結像レンズ7により像Z13として位
置にできることになる。Next, the transparent rod 6 is formed by using the imaging lens 7.
A case is considered in which the exit portion is illuminated on the spatial light modulator 9 (liquid crystal panel). As shown in FIG. 5, an image Z12 of the exit end of the transparent rod 6 is formed as an image Z14 on a liquid crystal panel (position) by using an imaging lens 7. At this time, the virtually formed spread image Z11 formed at the incident end (position) of the transparent rod 6 can be positioned as the image Z13 by the imaging lens 7.
【0023】ここで、図5の像Z11、Z13について
P偏光とS偏光で考えてみると図6のようになる。上述
したようにP偏光とS偏光は透明ロッド6の入射面に分
離して入射するため、像Z11は、図6に示すように位
置的にP偏光とS偏光に分離されたものとなっている。
従って、結像レンズ7により生成される像Z13につい
ても、図示するように位置的にP偏光とS偏光に分離さ
れたものとなっている。このことから、図6の位置に
λ/2位相差板8を、所要の配置状態で置くことで高効
率な偏光変換が可能になることが理解される。Here, when the images Z11 and Z13 in FIG. 5 are considered with P-polarized light and S-polarized light, the result is as shown in FIG. As described above, since the P-polarized light and the S-polarized light are separately incident on the incident surface of the transparent rod 6, the image Z11 is partially separated into P-polarized light and S-polarized light as shown in FIG. I have.
Therefore, the image Z13 generated by the imaging lens 7 is also partially separated into P-polarized light and S-polarized light as shown in the figure. From this, it is understood that by placing the λ / 2 phase difference plate 8 at the position shown in FIG. 6 in a required arrangement state, highly efficient polarization conversion becomes possible.
【0024】このような原理を利用した本例の動作は図
2で示される。図2は図1における各位置での像の状態
を模式的に示しているものである。透明ロッド6の入射
部分である位置では、図2(a)のようにP偏光とS
偏光が位置的に分離した状態で入射される。透明ロッド
6の出射部分である位置では、図2(b)のようにP
偏光とS偏光が混ぜ合わされ、非偏光の状態となる。The operation of the present embodiment utilizing such a principle is shown in FIG. FIG. 2 schematically shows the state of the image at each position in FIG. At the position where the transparent rod 6 is incident, as shown in FIG.
Polarized light is incident with its position separated. At a position which is an emission portion of the transparent rod 6, P is set as shown in FIG.
The polarized light and the s-polarized light are mixed to be in a non-polarized state.
【0025】ところが透明ロッド6の入射部分でP偏光
とS偏光が分離した状態で入射された結果、結像レンズ
系7による透明ロッド6の入口部分の共役な位置に
は図2(c)のような広がった像ができる。この例では
5×5の広がった像が存在している。中心にあるのが透
明ロッド6の内部で反射しなかったものである。左右方
向、あるいは上下方向で奇数回反射したものは、反転し
た像ができるため、図示するように、隣のPとSの像が
隣接するようになる。この位置では、このようにP偏
光とS偏光が分離されているので、この間隔にあわせ
て、図3のようなλ/2位相差板8を配置する。即ち位
置においてP偏光が存在するところに対応してλ/2
位相差板8をおけば、空間光変調素子9の位置にでき
る像(図2(d))はすべてS偏光になる。また位置
においてS偏光が存在するところに対応してλ/2位相
差板をおけば、空間光変調素子9の位置にできる像
(図2(d))はすべてP偏光になる。以上のように本
例では偏光変換が実現され、またこの場合変換効率を阻
害する要因が無いこと、変換部分では偏光分離を行わな
いためλ/2位相差板のみで偏光変換が可能となること
から、高効率な偏光変換が実現できる。However, as a result of the incidence of the P-polarized light and the S-polarized light separated at the incident portion of the transparent rod 6, the conjugate position of the entrance portion of the transparent rod 6 by the imaging lens system 7 is shown in FIG. A spread image like this is created. In this example, a 5 × 5 spread image exists. The one at the center is not reflected inside the transparent rod 6. An image which is reflected an odd number of times in the left-right direction or the up-down direction has an inverted image, so that adjacent P and S images are adjacent to each other as shown in the figure. At this position, the P-polarized light and the S-polarized light are separated in this way, so that the λ / 2 phase difference plate 8 as shown in FIG. That is, λ / 2 corresponding to where P-polarized light exists at the position.
When the retardation plate 8 is provided, all images (FIG. 2D) formed at the position of the spatial light modulator 9 become S-polarized light. If a λ / 2 retardation plate is provided corresponding to the position where S-polarized light is present at the position, all images (FIG. 2D) formed at the position of the spatial light modulator 9 become P-polarized light. As described above, in this example, polarization conversion is realized, and in this case, there is no factor that hinders conversion efficiency, and polarization conversion can be performed only with a λ / 2 retardation plate because polarization separation is not performed in the conversion part. Therefore, highly efficient polarization conversion can be realized.
【0026】また前述のように透明ロッド6の出射部分
では、光は重なり合い、均一な空間分布を持つ。空間光
変調素子9には、透明ロッド6の出射部分を結像させる
ので、ユニフォーミティの高い照明と偏光変換が両立可
能となる。Further, as described above, at the exit portion of the transparent rod 6, the light overlaps and has a uniform spatial distribution. Since the spatial light modulator 9 forms an image of the emission portion of the transparent rod 6, it is possible to achieve both high uniformity illumination and polarization conversion.
【0027】なお透明ロッド6には、ガラス材料に限ら
ず、透明のものであればよい。例えばプラスチック材
料、石英などが考えられる。The transparent rod 6 is not limited to a glass material but may be any transparent one. For example, a plastic material, quartz, or the like can be used.
【0028】以降、本発明の実施の形態としての光学装
置の変形例を述べていく。図7の例は集光レンズ系5と
して、凸レンズ5aの次段に凹レンズ5bを追加したも
のである。凹レンズ5bを設けることで、透明ロッド6
に対してテレセントリック光学系、すなわち像の主光線
が光軸に平行であるようにできる。このように集光レン
ズ系を、光源1、凹面反射鏡2などにあわせ、レンズ枚
数、レンズ形状を決定することで、効率のよい集光が可
能となる。例えば図8に示すように、集光レンズ系5
(5c、5d、5e)として、偏光ビームスプリッタ3
に集光するレンズ5eや、分離した2つの偏光の片方に
ついてのみ配されるレンズ5dを設けることが考えられ
る。また図9に示すように、集光レンズ系5(5f、5
g)として、偏光ビームスプリッタ3に集光するレンズ
5gと、偏角プリズム5fを配置することも考えられ
る。Hereinafter, modified examples of the optical device according to the embodiment of the present invention will be described. In the example shown in FIG. 7, a concave lens 5b is added to the next stage of the convex lens 5a as the condenser lens system 5. By providing the concave lens 5b, the transparent rod 6
In contrast, the telecentric optical system, that is, the principal ray of the image can be made parallel to the optical axis. In this way, by adjusting the condensing lens system to the light source 1, the concave reflecting mirror 2, and the like, and determining the number of lenses and the lens shape, efficient condensing can be performed. For example, as shown in FIG.
(5c, 5d, 5e), the polarization beam splitter 3
It is conceivable to provide a lens 5e for condensing the light, or a lens 5d for only one of the two separated polarized lights. Further, as shown in FIG. 9, the condenser lens system 5 (5f, 5f,
As g), it is conceivable to dispose a lens 5g for condensing light on the polarization beam splitter 3 and a deflection prism 5f.
【0029】また図10は、集光レンズ系5をアナモル
フィック光学系(X軸とY軸で曲率等が違う光学系)に
した場合を示している。この場合、透明ロッド6の入口
部分での集光スポットのサイズを大きくできる。これ
により空間光変調素子9に入射する光の角度をできるだ
け小さくすることが可能となる。FIG. 10 shows a case where the condenser lens system 5 is an anamorphic optical system (an optical system having different curvatures between the X axis and the Y axis). In this case, the size of the focused spot at the entrance of the transparent rod 6 can be increased. This makes it possible to minimize the angle of light incident on the spatial light modulator 9.
【0030】図11には、偏光ビームスプリッタ3と反
射鏡4を近づけて配置した例である。即ち図示するよう
に偏光ビームスプリッタ3に反射鏡4を取り付ける。こ
の反射鏡4の形成方式としては、真空蒸着、スパッタな
どで偏光ビームスプリッタ3上に作る方式や、偏光ビー
ムスプリッタ3の外部にミラーを密着して置く方式が考
えられる。FIG. 11 shows an example in which the polarizing beam splitter 3 and the reflecting mirror 4 are arranged close to each other. That is, the reflection mirror 4 is attached to the polarization beam splitter 3 as shown in the figure. As a method of forming the reflecting mirror 4, a method of forming the reflecting mirror 4 on the polarizing beam splitter 3 by vacuum deposition, sputtering, or the like, or a method of closely attaching a mirror to the outside of the polarizing beam splitter 3 are considered.
【0031】またプロジェクタ装置として高効率かつ高
画質な画像を得るためには、赤緑青の3色で違う液晶パ
ネルを用いる(3板方式と呼ばれる)ことが普通であ
る。そして本発明を採用する場合でも、色分解鏡などを
ロッドインテグレータ〜液晶パネルの間に配置すること
で、3板方式とすることができる。In order to obtain a high-efficiency and high-quality image as a projector device, it is common to use different liquid crystal panels for three colors of red, green and blue (called a three-panel system). Even when the present invention is adopted, a three-plate system can be realized by disposing a color separation mirror and the like between the rod integrator and the liquid crystal panel.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、P偏光
とS偏光を透明ロッドの入口部分における異なる位置に
導くようにし、結像レンズ系による透明ロッドの入口部
分と共役な位置であって、かつP偏光とS偏光のうちの
一方に対応する位置に配され、直線偏光を回転させるλ
/2位相差板とを有するようにしているため、効率の高
い偏光変換が実現される。また透明ロッドの出口部分の
像を結像レンズ系で空間光変調素子近傍に結像させるよ
うにしているため、高い画面均一性を得ることができ
る。即ち偏光を利用する空間光変調素子を用いてプロジ
ェクタ装置を構成するような場合に、本発明の光学装置
を用いることで効率の高い偏光変換と高い画面均一性を
両立することが可能となり、高画質、高効率、高輝度を
実現することが可能となる。また本発明では偏光分離部
が一個所ですむために、例えば偏光ビームスプリッタが
1つあればよくコスト的な負担が無い。さらに高効率と
することで、光源のパワーを下げることが可能となり、
熱発生を抑えることができる。これはプロジェクタ装置
などの機器における発熱対策を簡易化させるという利点
につながる。また、使用エネルギーを小さくすることが
可能である。As described above, according to the present invention, the P-polarized light and the S-polarized light are guided to different positions at the entrance of the transparent rod, and the P-polarized light and the S-polarized light are conjugated with the entrance of the transparent rod by the imaging lens system. , Which is arranged at a position corresponding to one of P-polarized light and S-polarized light and rotates linearly polarized light.
Since it has a / 2 phase difference plate, highly efficient polarization conversion is realized. In addition, since the image of the exit portion of the transparent rod is formed near the spatial light modulator by the imaging lens system, high screen uniformity can be obtained. That is, in the case where a projector device is configured using a spatial light modulation element using polarization, it is possible to achieve both efficient polarization conversion and high screen uniformity by using the optical device of the present invention. Image quality, high efficiency, and high luminance can be realized. Further, in the present invention, since only one polarization separation unit is required, for example, only one polarization beam splitter is sufficient, and there is no cost burden. By making it even more efficient, the power of the light source can be reduced,
Heat generation can be suppressed. This leads to an advantage of simplifying measures against heat generation in devices such as a projector device. Further, it is possible to reduce the energy used.
【図1】本発明の実施の形態の光学装置の構造の説明図
である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a structure of an optical device according to an embodiment of the present invention.
【図2】実施の形態の光学装置の各位置での像状態の説
明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an image state at each position of the optical device according to the embodiment.
【図3】実施の形態の光学装置で用いられるλ/2波長
板の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a λ / 2 wavelength plate used in the optical device according to the embodiment.
【図4】実施の形態の透明ロッドでの反射の説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram of reflection on a transparent rod according to the embodiment.
【図5】実施の形態の偏光変換原理の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a polarization conversion principle of the embodiment.
【図6】実施の形態の偏光変換原理の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the polarization conversion principle of the embodiment.
【図7】実施の形態の光学装置の変形例の説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory diagram of a modified example of the optical device of the embodiment.
【図8】実施の形態の光学装置の変形例の説明図であ
る。FIG. 8 is an explanatory diagram of a modification of the optical device of the embodiment.
【図9】実施の形態の光学装置の変形例の説明図であ
る。FIG. 9 is an explanatory diagram of a modification of the optical device of the embodiment.
【図10】実施の形態の光学装置の変形例の説明図であ
る。FIG. 10 is an explanatory diagram of a modification of the optical device of the embodiment.
【図11】実施の形態の光学装置の変形例の説明図であ
る。FIG. 11 is an explanatory diagram of a modified example of the optical device of the embodiment.
【図12】従来の照明光学系の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of a conventional illumination optical system.
【図13】透明ロッドの説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a transparent rod.
【図14】偏光変換素子を組み込んだ照明光学系の説明
図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of an illumination optical system incorporating a polarization conversion element.
【図15】偏光変換素子の動作の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of the operation of the polarization conversion element.
1 光源、2 凹反射面鏡、3 偏光ビームスプリッ
タ、4 反射鏡、5 集光レンズ系、6 透明ロッド、
7 結像レンズ系、8 λ/2波長板、9 空間光変調
素子1 light source, 2 concave reflecting mirror, 3 polarizing beam splitter, 4 reflecting mirror, 5 condenser lens system, 6 transparent rod,
7 imaging lens system, 8 λ / 2 wavelength plate, 9 spatial light modulator
Claims (4)
明ロッドと、 前記光源から出射された非偏光を、P偏光とS偏光に分
離する偏光分離部と、 前記偏光分離部により分離されたP偏光とS偏光を、前
記透明ロッドの入口部分における異なる位置に導く集光
光学系と、 前記透明ロッドの出口部分の像を前記空間光変調素子近
傍に結像する結像レンズ系と、 前記結像レンズ系による前記透明ロッドの入口部分と共
役な位置であって、かつ前記P偏光とS偏光のうちの一
方に対応する位置に配され、直線偏光を回転させるλ/
2位相差板と、 を有することを特徴とする光学装置。A light source that outputs unpolarized light; a spatial light modulator that modulates light using polarized light; a transparent rod that has a uniform light intensity distribution at an exit portion by total reflection of light; A polarization separation unit that separates non-polarized light emitted from the light into P-polarized light and S-polarized light; and a condensing optic that guides the P-polarized light and the S-polarized light separated by the polarization separation unit to different positions at the entrance of the transparent rod A system, an imaging lens system that forms an image of an exit portion of the transparent rod in the vicinity of the spatial light modulator, and a position conjugate with an entrance portion of the transparent rod by the imaging lens system, and Λ / is arranged at a position corresponding to one of P-polarized light and S-polarized light and rotates linearly polarized light.
An optical device comprising: a two-phase retarder;
の空間変調部分の形状と、断面が相似あるいは相似に近
い形状をしていることを特徴とする請求項1に記載の光
学装置。2. The optical device according to claim 1, wherein the transparent rod has a cross section similar to or similar to the shape of the spatial modulation portion of the spatial light modulator.
透過したP偏光を、前記偏光分離部で反射したS偏光の
光軸方向に近くなるように反射する、反射鏡が設けられ
ていることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。3. The light-collecting optical system is provided with a reflecting mirror that reflects P-polarized light transmitted through the polarized light separating unit so as to be closer to the optical axis direction of S-polarized light reflected by the polarized light separating unit. The optical device according to claim 1, wherein:
できる、複数の分離された集光像に対応した形状を持つ
ことを特徴とする請求項1に記載の光学装置。4. The optical device according to claim 1, wherein the λ / 2 phase difference plate has a shape corresponding to a plurality of separated condensed images that can be formed at a position where the λ / 2 phase difference plate is arranged.
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- 1998-08-11 JP JP10227389A patent/JP2000056266A/en not_active Withdrawn
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