JP2002072139A - Illumination optical system and projector - Google Patents
Illumination optical system and projectorInfo
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- Polarising Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光源と、この光源
から射出された光束の光軸に直交する面内にマトリクス
状に複数の小レンズを配列して構成され、前記光束を複
数の部分光束に分割して、前記光軸に直交する面内に複
数の光源像を形成するレンズアレイと、各部分光束を2
種類の偏光光束に分離した後、偏光方向の揃った1種類
の偏光光束に変換する偏光変換素子とを備えた照明光学
系、およびこの照明光学系を備えたプロジェクタに関す
る。The present invention relates to a light source and a plurality of small lenses arranged in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis of a light beam emitted from the light source. A lens array that divides the light into light beams and forms a plurality of light source images in a plane perpendicular to the optical axis;
The present invention relates to an illumination optical system including a polarization conversion element that separates polarized light into different types of polarized light and then converts the polarized light into one type of polarized light having a uniform polarization direction, and a projector including the illumination optical system.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、光源と、この光源から射出さ
れた光束を画像情報に応じて変調する液晶パネル等の電
気光学装置と、この電気光学装置で変調された光束を拡
大投写する投写光学系とを備えたプロジェクタが利用さ
れている。このようなプロジェクタには、光源から電気
光学装置に至る光路上に光束分割光学素子および偏光変
換素子等を含む照明光学系が採用され、これにより光源
光を無駄なく利用し、かつ明るさや色ムラのない投写画
像を形成できるような工夫が施されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a light source, an electro-optical device such as a liquid crystal panel for modulating a light beam emitted from the light source in accordance with image information, and a projection optical device for enlarging and projecting the light beam modulated by the electro-optical device. A projector having a system is used. Such a projector employs an illumination optical system including a light beam splitting optical element and a polarization conversion element on the optical path from the light source to the electro-optical device, thereby using the light from the light source without waste, and improving brightness and color unevenness. The device has been devised so that a projection image without defects can be formed.
【0003】光束分割光学素子は、光源から射出された
光束を複数の部分光束に分割して、光軸に直交する面内
に複数の光源像を形成するものであり、例えば、光束分
割光学素子として、光源から射出された光束の光軸に直
交する面内にマトリクス状に複数の小レンズを配列して
構成されるレンズアレイが採用される。このようなレン
ズアレイを採用することにより、高圧水銀灯やメタルハ
ライドランプ等の光源から射出された光束が複数の部分
光束に分割されるため、電気光学装置の画像形成領域等
の照明領域に対して強度分布の揃った照明光束を照射す
ることができる。A light beam splitting optical element splits a light beam emitted from a light source into a plurality of partial light beams and forms a plurality of light source images in a plane perpendicular to the optical axis. For example, a lens array configured by arranging a plurality of small lenses in a matrix in a plane orthogonal to the optical axis of a light beam emitted from a light source is employed. By employing such a lens array, a light beam emitted from a light source such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp is divided into a plurality of partial light beams. It is possible to irradiate an illumination light beam with a uniform distribution.
【0004】また、偏光変換素子は、偏光方向がランダ
ムな入射光束を2種類の偏光光束に分離し、どちらか一
方の偏光光束の偏光方向を回転させることにより、偏光
方向が揃った光束を射出する光学素子である。具体的に
は、偏光変換素子は、レンズアレイで形成される複数の
光源像に対応する複数の偏光変換部を備え、この偏光変
換部は、偏光方向の異なる2種類の偏光光束のうち、一
方を透過し、他方を反射する偏光分離膜と、分離された
他方の偏光光束を反射する反射膜と、2種類の偏光光束
のいずれかの偏光方向を回転する位相差板とを含んで構
成される。このような偏光変換素子を採用することによ
り、光源から射出される光束の偏光方向を一方向に揃え
ることができるため、液晶パネルへの光路中に配置され
る偏光板で遮られる偏光光束を少なくして、光源光の利
用率を向上することができるという効果がある。Further, the polarization conversion element separates an incident light beam having a random polarization direction into two types of polarized light beams, and rotates one of the polarized light beams to emit a light beam having the same polarization direction. Optical element. Specifically, the polarization conversion element includes a plurality of polarization conversion units corresponding to a plurality of light source images formed by the lens array, and the polarization conversion unit is one of two types of polarized light beams having different polarization directions. And a reflection film that reflects the other polarized light beam that reflects the other polarized light beam, and a phase difference plate that rotates the polarization direction of one of the two types of polarized light beams. You. By adopting such a polarization conversion element, the polarization direction of the light beam emitted from the light source can be aligned in one direction, so that the amount of polarized light beam blocked by the polarizing plate disposed in the optical path to the liquid crystal panel is reduced. Thus, there is an effect that the utilization rate of the light source light can be improved.
【0005】上述した光源、レンズアレイおよび偏光変
換素子を含む照明光学系を設計する場合、従来は、光源
のアーク長を短くして、レンズアレイで形成される複数
の光源像を小さくし、形成される複数の光源像に応じて
偏光光束の分離方向に均一な幅寸法の偏光変換部を配列
することにより、偏光変換素子を小型化し、照明光学系
を含むプロジェクタの小型化を図っていた。Conventionally, when designing an illumination optical system including the above-described light source, lens array, and polarization conversion element, the arc length of the light source is shortened to reduce the size of a plurality of light source images formed by the lens array. By arranging a polarization conversion unit having a uniform width in the direction of separating the polarized light beam according to the plurality of light source images to be formed, the polarization conversion element is downsized, and the projector including the illumination optical system is downsized.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
プロジェクタにおいて、投写画像の高輝度化を図るため
に、近年、光源のハイワッテージ化が促進されている
が、このような光源としては、高寿命、高輝度を確保す
るために、アーク長の長いものが採用されてきている。
しかしながら、このようなアーク長の長い光源を採用す
ると、レンズアレイで形成される複数の光源像が大きく
なり、これに応じて配列される偏光変換部の幅寸法が大
きくなるため、偏光変換素子の大きさが大きくなり、照
明光学系を小型化してプロジェクタの小型化を図ること
が難しいという問題がある。In such a projector, the wattage of a light source has been promoted in recent years in order to increase the brightness of a projected image. However, such a light source has a long life. In order to ensure high luminance, a lamp having a long arc length has been adopted.
However, when such a light source having a long arc length is used, a plurality of light source images formed by the lens array become large, and the width dimension of the polarization conversion unit arranged in accordance therewith becomes large. There is a problem that it is difficult to reduce the size of the illumination optical system and downsize the projector.
【0007】本発明の目的は、光源のハイワッテージ化
に対応することができ、かつ小型化することのできる照
明光学系およびプロジェクタを提供することにある。An object of the present invention is to provide an illumination optical system and a projector which can cope with a high wattage light source and can be downsized.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の照明光学系は、光源と、この光源から射出
された光束の光軸に直交する面内にマトリクス状に複数
の小レンズを配列して構成され、前記光束を複数の光束
に分割して、前記光軸に直交する面内にマトリクス状に
複数の光源像を形成するレンズアレイと、各部分光束を
2種類の偏光光束に分離した後、偏光方向の揃った1種
類の偏光光束に変換する偏光変換素子とを備えた照明光
学系であって、前記偏光変換素子は、前記偏光光束の分
離方向に配列される複数の偏光変換部から構成され、各
偏光変換部は、その分離方向の寸法が各光源像の同方向
の寸法に基づき設定されていることを特徴とする。To achieve the above object, an illumination optical system according to the present invention comprises a light source and a plurality of small light sources arranged in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis of a light beam emitted from the light source. A lens array configured by arranging lenses, dividing the light beam into a plurality of light beams, and forming a plurality of light source images in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis; And a polarization conversion element that converts the polarized light into one kind of polarized light having a uniform polarization direction after the light is separated into light fluxes. , And each polarization conversion unit is characterized in that the dimension in the separation direction is set based on the dimension in the same direction of each light source image.
【0009】本発明において、上述したレンズアレイに
より形成される複数の光源像を観察すると、複数の光源
像は、光路中心から遠ざかるに従って、小さくなり、か
つ輝度も低くなる。具体的には、上記直交面内にマトリ
クス状に形成される複数の光源像において、光路中心か
ら偏光変換素子の分離方向に第1列目の光源像が最も輝
度が高く、次に第2列目の輝度が高く、かつ分離方向の
幅寸法が最も大きくなる。第3列目の光源像は、これら
第1列目、第2列目の光源像よりも輝度が低く、かつ分
離方向の幅寸法も小さくなり、さらに、第4列目以降
は、段階的に、輝度が低く、幅寸法が小さくなってい
く。In the present invention, when observing a plurality of light source images formed by the above-described lens array, the plurality of light source images become smaller and have lower brightness as the distance from the center of the optical path increases. Specifically, among a plurality of light source images formed in a matrix in the orthogonal plane, the light source image in the first column has the highest luminance in the direction of separation of the polarization conversion element from the center of the optical path, and then has the second column. The brightness of the eyes is high, and the width in the separation direction is the largest. The light source images in the third column have lower luminance and a smaller width in the separation direction than the light source images in the first and second columns. , The brightness is low and the width dimension is getting smaller.
【0010】また、偏光変換部は、上述したように、偏
光方向の異なる2種類の偏光光束のうち、一方を透過
し、他方を反射する偏光分離膜と、分離された他方の偏
光光束を反射する反射膜と、2種類の偏光光束のいずれ
かの偏光方向を回転する位相差板とを含んで構成され
る。このような本発明によれば、偏光変換部の分離方向
の寸法を、複数の光源像の分離方向の寸法に応じて設定
することにより、各光源像を分離・変換するために必要
最小限の大きさで偏光変換部を構成することができるた
め、偏光変換素子が必要以上に大きくなることはない。
従って、光源のハイワッテージ化により光源のアーク長
が長くなっても、各光源像に必要な大きさで偏光変換部
を構成することができ、偏光変換素子を小型化して、照
明光学系および光学系を含むプロジェクタの小型化が図
られる。Further, as described above, the polarization conversion section transmits the polarized light separating film that transmits one of the two types of polarized light beams having different polarization directions and reflects the other, and reflects the other separated polarized light beam. And a retardation plate that rotates one of the polarization directions of the two types of polarized light beams. According to the present invention, by setting the size of the polarization conversion unit in the separation direction according to the size of the plurality of light source images in the separation direction, the minimum necessary for separating and converting each light source image is obtained. Since the size of the polarization conversion unit can be configured, the polarization conversion element does not become unnecessarily large.
Therefore, even if the arc length of the light source is increased due to the high wattage of the light source, the polarization conversion unit can be configured with a size required for each light source image, and the polarization conversion element can be reduced in size, and the illumination optical system and the optical system can be reduced. , The size of the projector including the projector can be reduced.
【0011】また、他の本発明の照明光学系は、光源
と、この光源から射出された光束の光軸に直交する面内
にマトリクス状に複数の小レンズを配列して構成され、
前記光束を複数の部分光束に分割して、前記光軸に直交
する面内にマトリクス状に複数の光源像を形成するレン
ズアレイと、各部分光束を2種類の偏光光束に分離した
後、偏光方向の揃った1種類の偏光光束に変換する偏光
変換素子とを備えた照明光学系であって、前記偏光変換
素子は、前記偏光光束の分離方向に配列される複数の偏
光変換部から構成され、前記複数の偏光変換部のうち、
前記光軸を中心として前記分離方向に第2列目に配置さ
れる光源像と対応する第2列目の偏光変換部は、その分
離方向の寸法が他の偏光変換部の同方向の寸法よりも大
きくなっていることを特徴とする。Another illumination optical system according to the present invention comprises a light source and a plurality of small lenses arranged in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis of a light beam emitted from the light source.
A lens array that divides the light beam into a plurality of partial light beams and forms a plurality of light source images in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis, and separates each partial light beam into two types of polarized light beams; A polarization conversion element configured to convert the polarized light into one kind of polarized light having a uniform direction, wherein the polarization conversion element includes a plurality of polarization conversion units arranged in a direction in which the polarized light is separated. Among the plurality of polarization conversion units,
The polarization conversion units in the second column corresponding to the light source images arranged in the second column in the separation direction around the optical axis have dimensions in the separation direction larger than dimensions in the same direction of other polarization conversion units. Is also large.
【0012】すなわち、レンズアレイにより光軸と直交
する面内にマトリクス状に形成される光源像を観察する
と、光軸を中心として分離方向に配置される第2列目の
光源像の分離方向の寸法が最も大きくなり、かつ輝度の
高い光源像となる。従って、この第2列目の光源像を含
むように第2列目の偏光変換部を構成し、他の偏光変換
部をこれよりも小さくすることにより、光源光の利用率
を向上することができ、かつ他の偏光変換部を必要以上
に大きくする必要がなくなるため、偏光変換素子の小型
化を図り、前記目的を達成できる。That is, when observing the light source images formed in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis by the lens array, the light source images of the second row arranged in the separation direction with the optical axis as the center are separated. The light source image has the largest size and high brightness. Therefore, it is possible to improve the utilization rate of the light source light by configuring the polarization conversion unit in the second column to include the light source image in the second column and making the other polarization conversion units smaller than this. Since it is not necessary to increase the size of the other polarization conversion units more than necessary, the size of the polarization conversion element can be reduced, and the above object can be achieved.
【0013】以上において、他の偏光変換部の分離方向
の寸法は、光軸を中心として分離方向に配置される第1
列目の光源像と対応する偏光変換部の同方向の寸法によ
り規定されるのが好ましい。上述したように第1列目の
光源像は、光軸に最も近く輝度の高い光源像であり、第
3列目、第4列目の光源像は、この第1列目の光源像よ
りも輝度が低くかつ分離方向の寸法も小さい。従って、
第1列目の光源像と対応する偏光変換部の分離方向寸法
で第3列目、第4列目の偏光変換部を構成すれば、第3
列目および第4列目の光源像を確実に偏光分離膜に導入
することができる。このように他の偏光変換部の分離方
向の寸法を規定することにより、2種類の偏光変換部の
みで偏光変換素子を構成することができるため、偏光変
換素子の製造の簡単化が図られる。In the above description, the dimension of the other polarization conversion section in the separation direction is the first dimension arranged in the separation direction with the optical axis as the center.
It is preferable to be defined by the dimension in the same direction of the polarization converter corresponding to the light source image in the row. As described above, the light source images in the first column are the light source images closest to the optical axis and have high luminance, and the light source images in the third and fourth columns are lighter than the light source images in the first column. The luminance is low and the dimension in the separation direction is small. Therefore,
If the polarization conversion units in the third and fourth columns are configured in the separation direction dimensions of the polarization conversion unit corresponding to the light source image in the first column, the third
The light source images in the fourth and fourth rows can be reliably introduced into the polarization separation film. By defining the size of the other polarization converter in the separation direction in this way, the polarization converter can be configured with only two types of polarization converters, thereby simplifying the manufacture of the polarization converter.
【0014】また、上述したレンズアレイおよび偏光変
換素子の間に、第2レンズアレイが配置されている場
合、レンズアレイを構成する各小レンズの主光線が、偏
光変換素子に光軸と平行に入射するように、第2レンズ
アレイを構成する小レンズが、偏心されているのが好ま
しい。ここで、第2レンズアレイは、レンズアレイで分
割された各部分光束の主光線を、偏光変換素子に対して
光軸と平行に入射させるために設けられ、そのために
は、第2レンズアレイを構成する小レンズは、偏光変換
素子に光軸と平行に主光線が入射するように偏心された
偏心レンズを用いるのが好ましい。また、「偏光変換部
の配列に応じて設定する」には、例えば、第2レンズア
レイの小レンズ同士の境界部分が、偏光変換部を構成す
る反射ミラーの位置と対応するように第2レンズアレイ
を設計すればよい。このような第2レンズアレイを備え
ているため、各部分光束の主光線を偏光変換部の偏光分
離膜に対して、光軸と平行に入射させることができ、重
畳レンズによってこの各主光線は光軸上の一点、例え
ば、照明光学系から射出された光束を、画像情報に応じ
て変調する電気光学装置の画像形成領域上で交わらせる
ことができる。In the case where the second lens array is disposed between the above-mentioned lens array and the polarization conversion element, the principal ray of each small lens constituting the lens array is transmitted to the polarization conversion element in parallel with the optical axis. Preferably, the small lenses making up the second lens array are decentered so that they are incident. Here, the second lens array is provided to make the principal ray of each partial light beam split by the lens array incident on the polarization conversion element in parallel with the optical axis. It is preferable to use a decentered lens which is decentered so that a principal ray is incident on the polarization conversion element in parallel with the optical axis. Further, “set according to the arrangement of the polarization conversion unit” means, for example, that the boundary between the small lenses of the second lens array corresponds to the position of the reflection mirror constituting the polarization conversion unit. You just need to design the array. Since such a second lens array is provided, the principal ray of each partial light beam can be made incident on the polarization splitting film of the polarization conversion section in parallel with the optical axis. A point on the optical axis, for example, a light beam emitted from the illumination optical system can cross over an image forming area of an electro-optical device that modulates according to image information.
【0015】さらに、上述した偏光変換部が2種類の偏
光光束を分離するための偏光分離膜を有している場合、
光束分割光学素子としてのレンズアレイを構成する小レ
ンズは、この偏光分離膜の近傍で各部分光束による光源
像が結像するように偏心しているのが好ましい。このよ
うにレンズアレイの小レンズを偏心させることにより、
偏光分離膜における分離効率が向上し、光源光の利用率
を一層向上することができる。Further, when the above-mentioned polarization conversion section has a polarization separation film for separating two kinds of polarized light beams,
It is preferable that the small lenses constituting the lens array as the light beam splitting optical element are decentered so that a light source image by each partial light beam is formed near the polarization separation film. By decentering the small lenses of the lens array in this way,
The separation efficiency of the polarization separation film is improved, and the utilization rate of light from the light source can be further improved.
【0016】そして、本発明は、上述した照明光学系
と、この照明光学系から射出された光束を画像情報に応
じて変調する電気光学装置とを含むプロジェクタとして
も構成することができ、前記と同様の作用および効果を
享受することができるうえ、高輝度化および小型化が図
られたプロジェクタとすることができる。The present invention can also be configured as a projector including the above-described illumination optical system and an electro-optical device that modulates a light beam emitted from the illumination optical system according to image information. The same operation and effect can be obtained, and a projector with high luminance and small size can be obtained.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1には、本発明の実施形態に係
るプロジェクタ1の構造を示す模式図が示されている。
尚、以下の説明では、Z軸方向は光束の進行方向、Y軸
方向は、光束の進行方向に向かって12時の方向(図1
では紙面と直交する方向)、X軸方向は光束の進行方向
に向かって3時の方向を示す。このプロジェクタ1は、
照明光学系10、色分離光学系30、リレー光学系5
0、電気光学装置70、色合成光学系としてのクロスダ
イクロイックプリズム80、および投写光学系としての
投写レンズ90を備えている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a structure of a projector 1 according to an embodiment of the present invention.
In the following description, the Z-axis direction is the direction at which the light beam travels, and the Y-axis direction is the direction at 12:00 toward the traveling direction of the light beam (see FIG. 1).
, The X-axis direction indicates the direction of 3 o'clock toward the traveling direction of the light beam. This projector 1
Illumination optical system 10, color separation optical system 30, relay optical system 5
0, an electro-optical device 70, a cross dichroic prism 80 as a color combining optical system, and a projection lens 90 as a projection optical system.
【0018】このプロジェクタ1は、照明光学系10か
ら射出される光束を、色分離光学系30で赤色光R、緑
色光G、青色光Bに分離し、青色光Bのみリレー光学系
50を介して電気光学装置70に導入した後、各色光
R、G、B毎に電気光学装置70で画像情報に応じた変
調を施し、変調後の各色光R、G、Bをクロスダイクロ
イックプリズム80で合成し、投写光学系90を介し
て、投写画像をスクリーン100に拡大投写するように
構成されている。In the projector 1, a light beam emitted from the illumination optical system 10 is separated into red light R, green light G, and blue light B by a color separation optical system 30, and only the blue light B is transmitted via a relay optical system 50. After being introduced into the electro-optical device 70, the electro-optical device 70 modulates each of the color lights R, G, and B in accordance with image information, and synthesizes the modulated color lights R, G, and B with the cross dichroic prism 80. The projection image is configured to be enlarged and projected on the screen 100 via the projection optical system 90.
【0019】前記照明光学系10は、光源装置11、第
1レンズアレイ12、反射ミラー13と、第2レンズア
レイ14、偏光変換素子となるPBSアレイ15、およ
び重畳レンズ16を備えている。光源装置11は、光源
111およびリフレクタ112を備えている。光源11
1は、ハイワッテージ化に対応するために、2mm以上の
アーク長のメタルハライドランプが採用され、高輝度
化、高寿命化への対応が図られている。リフレクタ11
2は、パラボラリフレクタから構成され、光源111
は、リフレクタ112の焦点位置に配置されている。そ
して、光源111から射出された拡散光は、このリフレ
クタ112により、Z軸方向に射出方向が揃えられ、Z
軸方向に平行化された光束となる。The illumination optical system 10 includes a light source device 11, a first lens array 12, a reflection mirror 13, a second lens array 14, a PBS array 15 serving as a polarization conversion element, and a superposition lens 16. The light source device 11 includes a light source 111 and a reflector 112. Light source 11
In the case of 1, a metal halide lamp having an arc length of 2 mm or more is adopted in order to cope with a high wattage, and a high luminance and a long life are achieved. Reflector 11
2 is a parabolic reflector, and the light source 111
Are arranged at the focal position of the reflector 112. The diffused light emitted from the light source 111 has its emission direction aligned in the Z-axis direction by the reflector 112,
It becomes a light beam collimated in the axial direction.
【0020】第1レンズアレイ12は、光源装置11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
光学素子であり、光軸となるZ軸に直交する面内にマト
リクス状に配列される複数の小レンズ121を備えて構
成される。これら複数の小レンズ121は、後述するP
BSアレイ15の偏光分離膜151Bで各部分光束によ
る光源像が結像するように、偏心されており、その偏心
量は、第1レンズアレイ12の周縁部分にいくに従っ
て、多くなっている。また、各小レンズ121は、後述
する液晶パネル71R、71G、71Bの画像形成領域
と同様の縦横比に設定されている。反射ミラー13は、
第1レンズアレイ12により分割された各部分光束の射
出方向を90°折り曲げる光学素子であり、図1に示す
ように、光源111から投写光学系90に至る光路をコ
字形状とすることで、プロジェクタ1の平面形状をなる
べく小さくするために設けられている。The first lens array 12 is a light beam splitting optical element that splits the light beam emitted from the light source device 11 into a plurality of partial light beams, and is arranged in a matrix in a plane orthogonal to the Z axis which is the optical axis. And a plurality of small lenses 121. These plurality of small lenses 121 are provided by P
The light source image by each partial light beam is decentered by the polarization separation film 151 </ b> B of the BS array 15, and the amount of decentering increases toward the peripheral portion of the first lens array 12. Each of the small lenses 121 is set to have the same aspect ratio as the image forming areas of the liquid crystal panels 71R, 71G, and 71B described later. The reflection mirror 13
This is an optical element that bends the emission direction of each partial light beam divided by the first lens array 12 by 90 °. As shown in FIG. 1, the optical path from the light source 111 to the projection optical system 90 has a U-shape. The projector 1 is provided to reduce the planar shape of the projector 1 as much as possible.
【0021】第2レンズアレイ14は、第1レンズアレ
イ12で分割された各部分光束の主光線をPBSアレイ
15の光束入射端面に対して垂直、すなわち、光軸と平
行に入射させる光学素子であり、第1レンズアレイ12
と同様にZ軸に直交する面内にマトリクス状に配列され
る複数の小レンズ141を備えて構成される。そして、
各小レンズ141は、各部分光束の主光線を光軸と平行
にPBSアレイ15に入射させるために、小レンズ14
1の配置に応じて偏心されている。尚、この第2レンズ
アレイ14は、各部分光束の主光線をPBSアレイ15
に光軸と平行に入射させる機能を具備していればよいた
め、第1レンズアレイ12の小レンズ121のように、
各小レンズ141の大きさを、液晶パネル71R、71
G、71Bの画像形成領域の縦横比に合わせる必要は、
必ずしもない。The second lens array 14 is an optical element that causes the principal ray of each partial light beam split by the first lens array 12 to be incident perpendicularly to the light incident end face of the PBS array 15, that is, in parallel with the optical axis. Yes, the first lens array 12
In the same manner as described above, a plurality of small lenses 141 are arranged in a matrix in a plane perpendicular to the Z axis. And
Each of the small lenses 141 is provided so that the principal ray of each partial light beam enters the PBS array 15 in parallel with the optical axis.
1 are eccentric according to the arrangement. It should be noted that the second lens array 14 transmits the principal ray of each partial light beam to the PBS array 15.
Since it is only necessary to have a function of making the light incident parallel to the optical axis, like the small lens 121 of the first lens array 12,
The size of each small lens 141 is adjusted by the size of the liquid crystal panels 71R and 71.
It is necessary to match the aspect ratio of the image forming area of G, 71B,
Not necessarily.
【0022】PBSアレイ15は、第1レンズアレイ1
2で分割され、第2レンズアレイ14を介して入射した
各部分光束を、互いに偏光方向の異なる2種類の偏光光
束に分離した後、偏光方向の揃った1種類の偏光光束に
変換する光学素子であり、図2に示すように、光軸とな
るZ軸を中心として対象配置される複数の偏光変換部1
51、152を備えて、各偏光変換部151、152
は、偏光光束の分離方向、すなわちX軸方向に沿って配
列されている。偏光変換部151は、図3に示すよう
に、偏光光束の分離方向となるX軸方向に積層される複
数の透光性部材151Aと、隣接する透光性部材151
Aの間に介装され、交互に配置される偏光分離膜151
Bおよび反射膜151Cとを含んで構成され、偏光変換
部151の光束入射側端面には、遮光板151Dが設け
られ、光束射出側端面には、位相差板151Eが設けら
れている。The PBS array 15 includes the first lens array 1
An optical element that divides each partial light beam divided by 2 and enters through the second lens array 14 into two types of polarized light beams having different polarization directions, and then converts the divided light beams into one type of polarized light beam having the same polarization direction. As shown in FIG. 2, a plurality of polarization conversion units 1 symmetrically arranged about the Z axis serving as the optical axis.
51, 152, each of the polarization converters 151, 152
Are arranged along the direction of separation of polarized light beams, that is, along the X-axis direction. As illustrated in FIG. 3, the polarization conversion unit 151 includes a plurality of translucent members 151 </ b> A stacked in the X-axis direction that is a direction in which the polarized light beam is separated, and an adjacent translucent member 151.
A interposed and alternately arranged polarization separation films 151
B and the reflection film 151C, a light-shielding plate 151D is provided on the light-incident side end surface of the polarization conversion unit 151, and a phase difference plate 151E is provided on the light-irradiation side end surface.
【0023】偏光分離膜151Bは、入射する非偏光な
光束を偏光方向が略直交する2種類の直線偏光光束に空
間的に分離する機能を有する。すなわち、偏光分離膜1
51Bに入射した光束は、偏光分離膜151Bを透過す
る透過光である第1の直線偏光光束と、偏光分離膜15
1Bで反射されその進行方向を略90°曲げられる反射
光である第2の直線偏光光束とに分離される。本実施形
態では、第1の直線偏光光束をP偏光光束、第2の直線
偏光光束をS偏光光束としており、偏光分離膜151B
は、反射光をX軸方向と略平行に反射するような特性及
び角度に形成されている。具体的には、偏光分離膜15
1Bは、複数の光源像が形成される面に対して略45°
となるように傾斜している。この偏光分離膜151B
は、誘電体多層膜により実現することができる。The polarization separation film 151B has a function of spatially separating an incident non-polarized light beam into two types of linearly polarized light beams whose polarization directions are substantially orthogonal. That is, the polarization separation film 1
The light beam incident on the polarization separation film 151B is a first linearly polarized light beam that is transmitted light transmitted through the polarization separation film 151B.
1B, and is separated into a second linearly polarized light beam, which is reflected light whose traveling direction is bent by approximately 90 °. In the present embodiment, the first linearly polarized light beam is a P-polarized light beam, and the second linearly polarized light beam is an S-polarized light beam.
Are formed to have a characteristic and an angle so as to reflect the reflected light substantially parallel to the X-axis direction. Specifically, the polarization separation film 15
1B is approximately 45 ° with respect to a surface on which a plurality of light source images are formed.
It is inclined to become. This polarization separation film 151B
Can be realized by a dielectric multilayer film.
【0024】反射膜151Cは、偏光分離膜151Bか
らの反射光を再度反射し、その進行方向を透過光の進行
方向と略同一方向に向ける機能を有する。この反射膜1
51Cの機能は、透光性部材151Aに形成された誘電
体多層膜やアルミニウム膜等で実現することができ、偏
光分離膜151Bと略平行に配置される。遮光板151
Dは、透光性部材151Aの光束入射端面に、反射膜1
51Cの配置に応じて設けられ、該光束入射端面に部分
光束が入射することを遮るものである。この部分に部分
光束が入射すると、正規の偏光状態とは逆の偏光状態と
なってしまうため、無駄な光となってしまう。そして、
この無駄な光は、PBSアレイ15や液晶パネル71
R、71G、71Bの温度上昇に寄与することとなり、
これを防止するために遮光板151Dが設けられてい
る。The reflecting film 151C has a function of reflecting the reflected light from the polarized light separating film 151B again and directing the traveling direction to the substantially same direction as the traveling direction of the transmitted light. This reflection film 1
The function of 51C can be realized by a dielectric multilayer film, an aluminum film, or the like formed on the translucent member 151A, and is disposed substantially parallel to the polarization separation film 151B. Light shield plate 151
D is a reflection film 1 on the light-incident end face of the translucent member 151A.
It is provided according to the arrangement of 51C, and blocks partial light beams from entering the light beam incident end face. When a partial light beam is incident on this portion, it becomes a polarization state opposite to the normal polarization state, resulting in wasted light. And
This wasted light is transmitted to the PBS array 15 and the liquid crystal panel 71.
R, 71G, and 71B contribute to the temperature rise,
In order to prevent this, a light shielding plate 151D is provided.
【0025】位相差板151Eは、透過光または反射光
の内の一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏
光方向に略一致させる機能を有し、偏光変換部151の
光束射出側端面に、偏光分離膜151Bの配置に応じて
設けられ、偏光分離膜151Bを透過した光束の偏光方
向を変換する。本実施形態では、位相差板151Eとし
て1/2波長板が使用され、偏光分離膜151Bを透過
した光束の偏光方向が略90°回転され、その結果、偏
光分離膜151Bで反射し、さらに反射膜151Cで反
射された光束と偏光方向が揃えられ、1種類の偏光光
束、すなわち、すべてがS偏光光束として射出されるこ
ととなる。The phase difference plate 151E has a function of making the polarization direction of one of the transmitted light and the reflected light substantially coincide with the polarization direction of the other polarized light beam. Are provided in accordance with the arrangement of the polarization separation film 151B, and convert the polarization direction of a light beam transmitted through the polarization separation film 151B. In the present embodiment, a half-wave plate is used as the retardation plate 151E, and the polarization direction of the light beam transmitted through the polarization separation film 151B is rotated by about 90 °, and as a result, the light is reflected by the polarization separation film 151B and further reflected. The light beam reflected by the film 151C has the same polarization direction as the light beam, and one type of polarized light beam, that is, all of the light beams are emitted as S-polarized light beams.
【0026】なお、偏光分離膜151Bにて分離された
2つの偏光光束の偏光方向を1種類の偏光光束に統一す
ることが可能である限り、位相差板の種類およびその位
置は限定されない。例えば、偏光分離膜151Bの透過
光が射出される射出側端面、および反射光が射出される
射出側端面のそれぞれに位相差の異なる2種類の位相差
板を配置して、各位相差板を通過する偏光光束の偏光方
向を揃えるような構成とすることもできる。このような
偏光変換部151は、透光性の板状体の表面に偏光分離
膜151Bを、裏面に反射膜151Cを蒸着等により形
成したものと、何も膜形成を行わない板状体とを積層接
着した後、厚さ方向に45°の角度で切断することによ
り製造することができる。The type of retardation plate and its position are not limited as long as the polarization directions of the two polarized light beams separated by the polarization separating film 151B can be unified into one type of polarized light beam. For example, two types of retardation plates having different phase differences are arranged on the emission-side end face from which the transmitted light of the polarization separation film 151B is emitted and the emission-side end face from which the reflected light is emitted, respectively, and pass through each phase difference plate. It is also possible to adopt a configuration in which the polarization directions of the polarized light beams are adjusted. Such a polarization converter 151 includes a light-transmitting plate-like member having a polarization separation film 151B formed on the surface and a reflective film 151C formed on the back surface by vapor deposition or the like, and a plate-like member having no film formed thereon. Can be manufactured by laminating and bonding, and then cutting at an angle of 45 ° in the thickness direction.
【0027】偏光変換部152も偏光変換部151と同
様の構造を有するが、X軸方向に沿った幅寸法が異な
り、これに伴い、Z軸方向に沿った奥行寸法が偏光変換
部151と相違する。この偏光変換部152の幅寸法、
奥行寸法は、第1レンズアレイ12で分割形成された複
数の光源像の大きさに基づいて設定される。すなわち、
図4に示すように、光源装置11から射出された光束
は、第1レンズアレイ12により複数の部分光束に分割
され、光軸Oを基点にX軸方向に第1列目の光源像S
1、第2列目の光源像S2、第3列目の光源像S3を形
成する。そして、偏光変換部152の幅寸法W2は、第
2列目の光源像S2が偏光分離膜151Bによって2つ
の偏光光束に分離されるため、光源像S2の寸法L2の
略2倍の寸法に設定される。一方、第1列目の光源像S
1および第3列目の光源像S3の偏光変換を行う偏光変
換部151の幅寸法W1は、第1列目の光源像S1を含
むように光源像S1の寸法L1よりも略2倍の寸法に設
定される。このように第2列目の偏光変換部152の幅
寸法W2を大きくするのは、図4に示されるように、第
1レンズアレイ12によって分割された部分光束が、光
軸Oから放射状に拡がる光源像を形成する特性があるた
めである。すなわち、第1列目の光源像S1は、Y軸方
向に拡がる傾向が強いため、光源像S1のX軸方向の幅
寸法L1は大きくならない。これに対して、第2列目の
光源像S2は、X軸方向に拡がる傾向が強いため、その
分幅寸法L2が大きくなってしまうからである。The polarization converter 152 also has the same structure as the polarization converter 151, but has a different width dimension along the X-axis direction, and accordingly, a different depth dimension along the Z-axis direction than the polarization converter 151. I do. Width dimension of the polarization conversion section 152,
The depth dimension is set based on the size of a plurality of light source images divided and formed by the first lens array 12. That is,
As shown in FIG. 4, the light beam emitted from the light source device 11 is divided into a plurality of partial light beams by the first lens array 12, and the light source image S in the first column in the X-axis direction with the optical axis O as a base point.
First, a light source image S2 in the second column and a light source image S3 in the third column are formed. The width dimension W2 of the polarization conversion unit 152 is set to approximately twice the dimension L2 of the light source image S2 because the light source image S2 in the second column is separated into two polarized light beams by the polarization separation film 151B. Is done. On the other hand, the light source image S in the first column
The width dimension W1 of the polarization conversion unit 151 that performs polarization conversion of the light source images S3 in the first and third columns is substantially twice as large as the dimension L1 of the light source images S1 so as to include the light source images S1 in the first column. Is set to The reason why the width W2 of the polarization conversion unit 152 in the second column is increased in this way is that the partial light beams split by the first lens array 12 spread radially from the optical axis O, as shown in FIG. This is because there is a characteristic of forming a light source image. That is, since the light source image S1 in the first column has a strong tendency to spread in the Y-axis direction, the width dimension L1 in the X-axis direction of the light source image S1 does not increase. On the other hand, the light source image S2 in the second column has a strong tendency to spread in the X-axis direction, so that the width dimension L2 increases accordingly.
【0028】重畳レンズ16は、図2に示すように、P
BSアレイ15で偏光変換された各部分光束を後述する
液晶パネル71R、71G、71Bの画像形成領域上で
重畳させるための光学素子であり、この重畳レンズ16
による光源像の結像位置は、液晶パネル71R、71G
の画像形成領域面に設定されている。上述した第1レン
ズアレイ12、およびPBSアレイ15の位置関係は、
Z軸方向から見た場合、第1レンズアレイ12を構成す
る小レンズ121の主光線が、PBSアレイ15の偏光
分離膜151Bの略中央を通過するような位置関係とさ
れ、離間寸法も、小レンズ121による光源像の結像位
置が偏光分離膜151Bの略中央となるような寸法とさ
れている。一方、第2レンズアレイ14とPBSアレイ
15との位置関係は、第2レンズアレイ14を構成する
小レンズ141同士の境界部分が、PBSアレイ15の
反射膜151Cの略中央と重なるような位置関係とされ
ている。As shown in FIG. 2, the superimposing lens 16
This is an optical element for superimposing the respective partial luminous fluxes polarized by the BS array 15 on the image forming areas of the liquid crystal panels 71R, 71G, and 71B described later.
Position of the light source image by the liquid crystal panels 71R, 71G
Of the image forming area. The positional relationship between the first lens array 12 and the PBS array 15 described above is as follows.
When viewed from the Z-axis direction, the chief ray of the small lens 121 constituting the first lens array 12 has a positional relationship such that it passes through substantially the center of the polarization separation film 151B of the PBS array 15, and the separation dimension is small. The dimensions are such that the position of the light source image formed by the lens 121 is substantially at the center of the polarization separation film 151B. On the other hand, the positional relationship between the second lens array 14 and the PBS array 15 is such that the boundary between the small lenses 141 constituting the second lens array 14 overlaps substantially the center of the reflective film 151C of the PBS array 15. It has been.
【0029】このような照明光学系10の設計は、以下
のような手順で行われる。 (1)まず、第1レンズアレイ12の大きさ、分割数を決
定する。 (2)第1レンズアレイ12および第2レンズアレイ14
間および重畳レンズ16の焦点距離を決定する。The design of the illumination optical system 10 is performed in the following procedure. (1) First, the size and the number of divisions of the first lens array 12 are determined. (2) First lens array 12 and second lens array 14
The focal length of the intermediate and superimposing lens 16 is determined.
【0030】(3)光源111のアーク像の大きさを基に
PBSアレイ15の偏光変換部151、152のピッチ
を決める。 (4)PBSアレイ15の偏光変換部151、152のピ
ッチを基に、PBSアレイ15の変換効率が良くなるよ
うに、第1レンズアレイ12の各小レンズ121を偏心
させる。 (5)最後に、第2レンズアレイ14の大きさを決め、各
主光線の射出光が光軸と平行になるように、第2レンズ
アレイ14の小レンズ141を偏心させる。(3) The pitch of the polarization converters 151 and 152 of the PBS array 15 is determined based on the size of the arc image of the light source 111. (4) Each small lens 121 of the first lens array 12 is decentered based on the pitch of the polarization conversion units 151 and 152 of the PBS array 15 so that the conversion efficiency of the PBS array 15 is improved. (5) Finally, the size of the second lens array 14 is determined, and the small lenses 141 of the second lens array 14 are decentered so that the emission light of each principal ray is parallel to the optical axis.
【0031】前記色分離光学系30は、2枚のダイクロ
イックミラー31、32と、反射ミラー33とを備え、
これらのミラー31、32、33により照明光学系10
から射出された複数の部分光束を赤色光R、緑色光G、
青色光Bの3色の色光に分離する機能を有している。ダ
イクロイックミラー31は、照明光学系10から射出さ
れた光束のうち、赤色光Rのみを分離して、他の緑色光
Gおよび青色光Bを透過する機能を備えている。ダイク
ロイックミラー32は、ダイクロイックミラー31を透
過した緑色光Gおよび青色光Bのうち、緑色光Gを反射
して、青色光Bを透過する機能を備えている。前記リレ
ー光学系50は、入射側レンズ51、リレーレンズ5
3、および反射ミラー55、57を備え、色分離光学系
30で分離された色光、例えば、青色光Bを液晶パネル
71Bまで導く機能を有している。入射側レンズ51お
よびリレーレンズ53は、図1から判るように、赤色光
Rおよび緑色光Gの光路に比較して青色光Bの光路が長
くなっているために設けられ、重畳レンズ16、入射側
レンズ51、およびリレーレンズ53の組レンズによる
光束の結像位置が、液晶パネル71Bの画像形成領域と
される。The color separation optical system 30 includes two dichroic mirrors 31 and 32 and a reflection mirror 33,
The illumination optical system 10 is
A plurality of partial luminous fluxes emitted from red light R, green light G,
It has a function of separating the light into three color lights of blue light B. The dichroic mirror 31 has a function of separating only the red light R of the light flux emitted from the illumination optical system 10 and transmitting the other green light G and blue light B. The dichroic mirror 32 has a function of reflecting the green light G and transmitting the blue light B among the green light G and the blue light B transmitted through the dichroic mirror 31. The relay optical system 50 includes an incident side lens 51, a relay lens 5
3 and reflection mirrors 55 and 57, and has a function of guiding color light, for example, blue light B, separated by the color separation optical system 30 to the liquid crystal panel 71B. As can be seen from FIG. 1, the incident side lens 51 and the relay lens 53 are provided because the optical path of the blue light B is longer than the optical paths of the red light R and the green light G. The image forming position of the luminous flux by the combined lens of the side lens 51 and the relay lens 53 is defined as an image forming area of the liquid crystal panel 71B.
【0032】前記電気光学装置70は、3枚の電気光学
装置となる液晶パネル71R、71G、71Bを備え、
これらは、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング
素子として用いたものであり、色分離光学系30で分離
された各色光は、これら3枚の液晶パネル71R、71
G、71Bによって、画像情報に応じて変調されて光学
像を形成する。前記色合成光学系となるクロスダイクロ
イックプリズム80は、3枚の液晶パネル71R、71
G、71Bから射出された各色光R、G、Bごとに変調
された画像を合成してカラー画像を形成するものであ
る。尚、クロスダイクロイックプリズム80には、赤色
光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多
層膜とが、4つ直角プリズムの界面に沿って略X字状に
形成され、これらの誘電体多層膜によって3つの色光
R、G、Bが合成される。投写レンズ90は、投写画像
をスクリーン100上に拡大投写するものであり、複数
のレンズからなる組レンズを金属製の筐体内に組み込ん
だユニットとして構成されている。The electro-optical device 70 includes liquid crystal panels 71R, 71G, and 71B serving as three electro-optical devices.
These use, for example, a polysilicon TFT as a switching element, and each color light separated by the color separation optical system 30 is supplied to the three liquid crystal panels 71R and 71R.
G and 71B modulate according to image information to form an optical image. The cross dichroic prism 80 serving as the color synthesizing optical system includes three liquid crystal panels 71R and 71R.
A color image is formed by synthesizing an image modulated for each color light R, G, B emitted from G, 71B. In the cross dichroic prism 80, a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in an approximately X shape along the interface of the four right-angle prisms. The three color lights R, G, and B are combined by the dielectric multilayer film. The projection lens 90 is for projecting a projection image on the screen 100 in an enlarged manner, and is configured as a unit in which a group lens including a plurality of lenses is incorporated in a metal housing.
【0033】次に、上述した構造を具備するプロジェク
タ1の作用を説明する。 (1)光源111から射出された光束は、リフレクタ11
2で方向を揃えられ、Z軸方向に射出される。 (2)第1レンズアレイ12で複数の部分光束に分割さ
れ、反射ミラー13で進行方向を、90°折り曲げられ
た後、各部分光束は、第2レンズアレイ14により方向
が調整され、PBSアレイ15に入射する。Next, the operation of the projector 1 having the above-described structure will be described. (1) The light beam emitted from the light source 111 is reflected by the reflector 11
2, the light is emitted in the Z-axis direction. (2) After being divided into a plurality of partial light beams by the first lens array 12 and bending the traveling direction by 90 ° by the reflection mirror 13, the direction of each partial light beam is adjusted by the second lens array 14, and the PBS array 15 is incident.
【0034】(3)PBSアレイ15でS偏光光に揃えら
れた光束は、重畳レンズ16によって集光され、色分離
光学系30で赤色光R、緑色光G、青色光Bに分離され
る。 (4)各色光R、G、Bは、液晶パネル71R、71G、
71Bの画像形成領域上で結像し、液晶パネル71R、
71G、71Bにより画像情報に応じた変調が施された
後、クロスダイクロイックプリズム80で各色光R、
G、B毎の画像が合成される。合成された画像は、投写
レンズ90により、スクリーン100上に拡大投写され
る。(3) The luminous flux adjusted to S-polarized light by the PBS array 15 is condensed by the superimposing lens 16 and separated by the color separation optical system 30 into red light R, green light G, and blue light B. (4) Each of the color lights R, G, and B is a liquid crystal panel 71R, 71G,
An image is formed on the image forming area 71B, and the liquid crystal panel 71R,
After the modulation according to the image information is performed by 71G and 71B, each color light R,
Images for each of G and B are combined. The synthesized image is enlarged and projected on the screen 100 by the projection lens 90.
【0035】このような本実施形態によれば、以下のよ
うな効果がある。第2列目の光源像S2を含むように偏
光変換部152の幅寸法W2を設定し、他の偏光変換部
151の幅寸法W1をこれよりも小さく設定しているた
め、光源111からの光の利用率を向上することがで
き、かつPBSアレイ15の大きさが必要以上に大きく
なることがない。また、第1列目の光源像S1および第
3列目の光源像S3の偏光変換を行う偏光変換部151
を、第1列目の光源像S1に基づいて規定しているた
め、PBSアレイ15を2種類の偏光変換部151、1
52で構成することができ、製造の簡単化が図られるう
え、最も輝度の高い第1列目の光源像S1を形成する部
分光束をすべて利用して、光源光の利用率が一層高くな
る。According to the present embodiment, the following effects can be obtained. Since the width W2 of the polarization conversion unit 152 is set to include the light source image S2 in the second column and the width W1 of the other polarization conversion units 151 is set smaller than this, the light from the light source 111 is set. And the size of the PBS array 15 does not become unnecessarily large. Further, a polarization conversion unit 151 that performs polarization conversion of the light source image S1 in the first column and the light source image S3 in the third column.
Is defined based on the light source image S1 in the first column, so that the PBS array 15 is divided into two types of polarization conversion units 151, 1
52, the manufacturing is simplified, and the utilization rate of the light source light is further increased by using all the partial light beams forming the light source image S1 in the first row having the highest luminance.
【0036】さらに、第2レンズアレイ14およびPB
Sアレイ15の位置関係が、各小レンズ141同士の境
界部分と、反射膜151Cとが対応するように設定され
ているため、偏光変換部151、152に対して各主光
線を光軸に平行に入射させることができる。従って、偏
光分離膜151Bを透過する偏光光束の光路長と、反射
する偏光光束の光路長とが異なっても、各偏光光束の主
光線を同じ位置で光軸と交わらせて重畳させることがで
きる。そして、第1レンズアレイ12を構成する小レン
ズ121が、PBSアレイ15の偏光分離膜151Bの
中央部分で各部分光束を集光するように偏心されている
ので、偏光分離膜151Bにおける分離効率が向上し、
光源111の光の利用率を一層向上することができる。Further, the second lens array 14 and the PB
Since the positional relationship of the S array 15 is set such that the boundary between the small lenses 141 and the reflective film 151C correspond to each other, each principal ray is parallel to the optical axis with respect to the polarization conversion units 151 and 152. Can be incident. Therefore, even if the optical path length of the polarized light beam transmitted through the polarization separation film 151B is different from the optical path length of the reflected polarized light beam, the principal rays of each polarized light beam can be overlapped by crossing the optical axis at the same position at the same position. . Since the small lenses 121 constituting the first lens array 12 are decentered so as to converge each partial light beam at the center of the polarization separation film 151B of the PBS array 15, the separation efficiency in the polarization separation film 151B is reduced. Improve,
The light utilization rate of the light source 111 can be further improved.
【0037】尚、本発明は、上述した実施形態に限られ
るものではなく、以下に示すような変形をも含むもので
ある。前記実施形態では、PBSアレイ15を2種類の
偏光変換部151、152で構成していたが、本発明は
これに限られない。すなわち、図4に示される光源像S
1〜S3の大きさに応じた3種類の偏光変換部を偏光光
束の分離方向に配列することにより、PBSアレイを構
成してもよい。これにより、光源像S3を分離する偏光
変換部の大きさを一層小さくすることができるため、照
明光学系の小型化には、一層好ましい。The present invention is not limited to the above embodiment, but includes the following modifications. In the above embodiment, the PBS array 15 is constituted by the two types of polarization conversion units 151 and 152, but the present invention is not limited to this. That is, the light source image S shown in FIG.
The PBS array may be configured by arranging three types of polarization conversion units corresponding to the sizes of 1 to S3 in the direction of separating the polarized light beam. Thereby, the size of the polarization conversion unit that separates the light source image S3 can be further reduced, which is more preferable for downsizing the illumination optical system.
【0038】また、前記実施形態では、第1レンズアレ
イ12は、光源から射出された光束を図4に示すような
部分光束に分割するように構成され、これに基づいてP
BSアレイ15における偏光変換部151、152の大
きさ、数が設定されていたが、部分光束の分割数は、電
気光学装置の大きさ、光源の大きさ等により適宜に設定
でき、これに応じて偏光変換素子を構成する偏光変換部
の大きさ、数を設定すればよい。さらに、前記実施形態
では、電気光学装置70として液晶パネル71R、71
G、71Bが採用されていたが、これに限られない。す
なわち、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以
外の電気光学装置を用いたプロジェクタに本発明を採用
してもよく、さらには、前記実施形態のようなフロント
タイプのプロジェクタのみならず、リアタイプのプロジ
ェクタに本発明を採用してもよい。In the above embodiment, the first lens array 12 is configured to split the light beam emitted from the light source into partial light beams as shown in FIG.
Although the size and number of the polarization conversion units 151 and 152 in the BS array 15 are set, the number of divisions of the partial light beam can be appropriately set according to the size of the electro-optical device, the size of the light source, and the like. Then, the size and the number of the polarization conversion units constituting the polarization conversion element may be set. Further, in the above embodiment, the liquid crystal panels 71R, 71R as the electro-optical device 70.
G and 71B have been adopted, but are not limited to this. That is, the present invention may be applied to a projector using an electro-optical device other than a liquid crystal device, such as a device using a micromirror. The present invention may be applied to a projector.
【0039】また、前記実施形態ではプロジェクタ1
は、色分離光学系30で3色の色光R、G、Bに分離
し、各色光R、G、B毎に液晶パネル71R、71G、
71Bで光変調を行う3板式のプロジェクタであったが
これに限られず、2板式、単板式のプロジェクタに本発
明を採用してもよい。その他、本発明の実施の際の具体
的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範
囲で他の構造等としてもよい。In the above embodiment, the projector 1
Are separated into three color lights R, G, and B by the color separation optical system 30, and the liquid crystal panels 71R, 71G,
Although the projector is a three-panel projector that performs light modulation at 71B, the present invention is not limited thereto, and the present invention may be applied to a two-panel projector or a single-panel projector. In addition, specific structures, shapes, and the like at the time of carrying out the present invention may be other structures and the like as long as the object of the present invention can be achieved.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、偏
光変換部の分離方向の寸法を、光源像の寸法に応じて設
定することにより、必要最小限の大きさで偏光変換部を
構成することができるため、偏光変換素子が必要以上に
大きくなることがなく、ハイワッテージ化されたアーク
長の長い光源に対応することができ、かつ小型化するこ
とのできる、照明光学系およびプロジェクタとすること
ができる。As described above, according to the present invention, the size of the polarization conversion section in the separation direction is set in accordance with the size of the light source image, so that the polarization conversion section can be formed with a minimum necessary size. Since the polarization conversion element can be configured, the polarization conversion element does not become unnecessarily large, and can correspond to a light source having a long arc length with a high wattage, and can be downsized. can do.
【図1】本発明の実施形態に係るプロジェクタの構造を
表す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a structure of a projector according to an embodiment of the invention.
【図2】前記実施形態におけるレンズアレイおよび偏光
変換素子の位置関係を表す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a positional relationship between a lens array and a polarization conversion element in the embodiment.
【図3】前記実施形態における偏光変換素子の構造を表
す断面図である。FIG. 3 is a sectional view illustrating a structure of a polarization conversion element in the embodiment.
【図4】前記実施形態におけるレンズアレイにより分割
形成される複数の光源像を表す正面図である。FIG. 4 is a front view showing a plurality of light source images divided and formed by a lens array in the embodiment.
1 プロジェクタ 10 照明光学系 12 第1レンズアレイ(レンズアレイ) 14 第2レンズアレイ 15 PBSアレイ(偏光変換素子) 111 光源 121 小レンズ 141 小レンズ 151、152 偏光変換部 151B 偏光分離膜 W1、W2 分離方向の寸法 S1、S2、S3 光源像 Reference Signs List 1 projector 10 illumination optical system 12 first lens array (lens array) 14 second lens array 15 PBS array (polarization conversion element) 111 light source 121 small lens 141 small lens 151, 152 polarization conversion unit 151B polarization separation film W1, W2 separation Direction dimensions S1, S2, S3 Light source image
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/13357 G03B 21/00 E 5C058 G03B 21/00 21/14 A 21/14 H04N 5/74 A H04N 5/74 G02F 1/1335 530 Fターム(参考) 2H049 BA05 BA43 BB01 BC01 BC22 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA15 EA18 HA12 HA13 HA14 HA15 HA18 HA20 HA21 HA24 HA26 HA28 MA20 2H091 FA05Z FA10Z FA11X FA11Z FA14Z FA21Z FA26Z FA29Z FA34Z FA41Z GA13 LA11 LA15 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 DA05 5C058 AA06 BA05 BA06 EA12 EA13 EA14 EA26 EA51 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G02F 1/13357 G03B 21/00 E 5C058 G03B 21/00 21/14 A 21/14 H04N 5/74 A H04N 5/74 G02F 1/1335 530 F-term (reference) 2H049 BA05 BA43 BB01 BC01 BC22 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA15 EA18 HA12 HA13 HA14 HA15 HA18 HA20 HA21 HA24 HA26 HA28 MA20 2H091 FA05Z FA10Z FA11Z FA21Z FAZZ FA14Z LA11 LA15 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 DA05 5C058 AA06 BA05 BA06 EA12 EA13 EA14 EA26 EA51
Claims (7)
軸に直交する面内にマトリクス状に複数の小レンズを配
列して構成され、前記光束を複数の部分光束に分割し
て、前記光軸に直交する面内にマトリクス状に複数の光
源像を形成するレンズアレイと、各部分光束を2種類の
偏光光束に分離した後、偏光方向の揃った1種類の偏光
光束に変換する偏光変換素子とを備えた照明光学系であ
って、 前記偏光変換素子は、前記偏光光束の分離方向に配列さ
れる複数の偏光変換部から構成され、 各偏光変換部は、その分離方向の寸法が各光源像の同方
向の寸法に基づき設定されていることを特徴とする照明
光学系。1. A light source, comprising a plurality of small lenses arranged in a matrix in a plane orthogonal to the optical axis of a light beam emitted from the light source, dividing the light beam into a plurality of partial light beams, A lens array that forms a plurality of light source images in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis, and separates each partial light beam into two types of polarized light beams, and then converts them into one type of polarized light beam having a uniform polarization direction. An illumination optical system comprising: a polarization conversion element, wherein the polarization conversion element is configured by a plurality of polarization conversion sections arranged in a direction in which the polarized light flux is separated, and each polarization conversion section has a dimension in the separation direction. Are set based on the size of each light source image in the same direction.
軸に直交する面内にマトリクス状に複数の小レンズを配
列して構成され、前記光束を複数の部分光束に分割し
て、前記光軸に直交する面内にマトリクス状に複数の光
源像を形成するレンズアレイと、各部分光束を2種類の
偏光光束に分離した後、偏光方向の揃った1種類の偏光
光束に変換する偏光変換素子とを備えた照明光学系であ
って、 前記偏光変換素子は、前記偏光光束の分離方向に配列さ
れる複数の偏光変換部から構成され、 前記複数の偏光変換部のうち、前記光軸を中心として前
記分離方向に第2列目に配置される光源像と対応する第
2列目の偏光変換部は、その分離方向の寸法が他の偏光
変換部の同方向の寸法よりも大きくなっていることを特
徴とする照明光学系。2. A light source, comprising a plurality of small lenses arranged in a matrix in a plane orthogonal to an optical axis of a light beam emitted from the light source, dividing the light beam into a plurality of partial light beams, A lens array that forms a plurality of light source images in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis, and separates each partial light beam into two types of polarized light beams, and then converts them into one type of polarized light beam having a uniform polarization direction. An illumination optical system comprising: a polarization conversion element, wherein the polarization conversion element includes a plurality of polarization conversion units arranged in a direction in which the polarized light flux is separated; The polarization conversion units in the second column corresponding to the light source images arranged in the second column in the separation direction around the axis have a dimension in the separation direction larger than that in the same direction of the other polarization conversion units. An illumination optical system, comprising:
を中心として前記分離方向に配置される第1列目の光源
像と対応する偏光変換部の同方向の寸法により規定され
ることを特徴とする照明光学系。3. The illumination optical system according to claim 2, wherein the dimension of the other polarization conversion section in the separation direction is a first row of light source images arranged in the separation direction about the optical axis. An illumination optical system characterized by being defined by the same dimension of the polarization conversion section corresponding to the above.
明光学系において、 前記レンズアレイおよび前記偏光変換素子の間には、第
2レンズアレイが配置され、 この第2レンズアレイを構成する小レンズの配置は、前
記偏光変換素子を構成する偏光変換部の配列に応じて設
定されていることを特徴とする照明光学系。4. The illumination optical system according to claim 1, wherein a second lens array is disposed between said lens array and said polarization conversion element. The illumination optical system is characterized in that the arrangement of the constituent small lenses is set in accordance with the arrangement of the polarization converters constituting the polarization conversion element.
記偏光変換素子に光軸と平行に入射するように、前記第
2レンズアレイを構成する小レンズが、偏心されている
ことを特徴とする照明光学系。5. The illumination optical system according to claim 4, wherein the principal ray of each of the small lenses constituting the lens array is incident on the polarization conversion element in parallel with an optical axis. An illumination optical system characterized in that the small lens constituting (1) is decentered.
明光学系において、 前記偏光変換部は、2種類の偏光光束を分離するための
偏光分離膜を有し、 前記レンズアレイを構成する小レンズは、この偏光分離
膜の近傍で各部分光束による光源像が結像するように偏
心していることを特徴とする照明光学系。6. The illumination optical system according to claim 1, wherein the polarization conversion unit has a polarization separation film for separating two types of polarized light beams, and An illumination optical system characterized in that the small lens is decentered so that a light source image is formed by each partial light beam in the vicinity of the polarization separation film.
明光学系と、この照明光学系から射出された光束を、画
像情報に応じて変調する電気光学装置とを備えているこ
とを特徴とするプロジェクタ。7. An illumination optical system according to claim 1, further comprising an electro-optical device for modulating a light beam emitted from the illumination optical system in accordance with image information. A projector characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000252640A JP2002072139A (en) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Illumination optical system and projector |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2000252640A JP2002072139A (en) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Illumination optical system and projector |
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JP2002072139A true JP2002072139A (en) | 2002-03-12 |
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JP (1) | JP2002072139A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7498832B2 (en) | 2016-02-29 | 2024-06-12 | マジック リープ, インコーポレイテッド | Virtual and augmented reality systems and methods |
-
2000
- 2000-08-23 JP JP2000252640A patent/JP2002072139A/en not_active Withdrawn
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