JP5368501B2 - Polarizing beam splitter and projection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarizing beam splitter capable of providing a compact projection device with high use efficiency of light, and provide a projection device using the polarizing beam splitter. <P>SOLUTION: A polarizing beam splitter (14) includes a polarization split surface (141) for transmitting a polarization component in a predetermined direction and reflecting a polarization component in a substantially orthogonal direction to the predetermined direction. The polarization split surface (141) is configured to include a curved surface so as to focus the reflected light in the polarization split surface (141). A projection device (1) is configured using the polarizing beam splitter (14). <P>COPYRIGHT: (C)2013,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、偏光ビームスプリッタ及びこれを用いた投影装置に関する。   The present invention relates to a polarizing beam splitter and a projection apparatus using the same.

近年、液晶表示素子やDMD等をライトバルブとして用いる投影型映像表示装置(以下、投影装置)の携帯機器への搭載が望まれており、これに伴い、投影装置に用いられる光学モジュールの小型化が要求されている。投影装置は、LED等の光源、光源から発生する光を導く導光体(例えば、ライトガイド)、レンズ、偏光ビームスプリッタ(以下、PBS)、液晶表示装置等の表示装置(例えば、反射型液晶表示装置)、投射レンズ等で構成される。   In recent years, there has been a demand for mounting a projection-type image display device (hereinafter referred to as a projection device) using a liquid crystal display element, DMD, or the like as a light valve on a portable device, and accordingly, miniaturization of an optical module used in the projection device. Is required. The projection device is a light source such as an LED, a light guide that guides light generated from the light source (for example, a light guide), a lens, a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS), a display device such as a liquid crystal display device (for example, a reflective liquid crystal). Display device), a projection lens, and the like.

上述した携帯機器向けの投影装置において、搭載される表示装置にも小型化が要求される。例えば、対角線長さで0.21インチ=約5.3mmと小型の表示装置を採用することがある。しかし、LED等の光源から発生する光をフレネルレンズ、ライトガイド、Fナンバーの小さいレンズ(例えば、略半球形状のレンズ)などを用いて集光しても、直径6〜8mm程度にまでしか集光できない。表示装置に入射されない光は映像の投影には用いられないため、光の利用効率が大幅に低下するという問題がある。   In the above-described projection device for portable devices, the mounted display device is also required to be downsized. For example, a small display device with a diagonal length of 0.21 inches = about 5.3 mm may be employed. However, even if light emitted from a light source such as an LED is condensed using a Fresnel lens, a light guide, a lens with a small F number (for example, a lens having a substantially hemispherical shape), the light is collected only to a diameter of about 6 to 8 mm. I can't shine. Since the light that is not incident on the display device is not used for image projection, there is a problem that the light use efficiency is significantly reduced.

ライトガイドや半球レンズ等を用いてLEDから発生する拡散光を効率的に収集し、所望の形状の光を成形する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。しかしながらライトガイドと半球レンズとで構成される照明装置は、半球レンズから投影面までの光路上において複数の集光点を有し、照度ムラが大きく照度均一性に欠けるという問題がある。このため、この照明装置を用いて投影装置を構成しても、投影される映像に照度ムラが生じてしまう。半球レンズに非球面レンズ等を組み合わせることで、照度ムラを改善することは可能であるが、レンズ枚数の増加により光学系が大型化してしまう。また、このような光学系はレンズ設計が容易ではないという問題もある。   A method is known in which diffused light generated from an LED is efficiently collected using a light guide, a hemispherical lens, or the like, and light having a desired shape is formed (see, for example, Patent Document 1). However, an illuminating device including a light guide and a hemispherical lens has a plurality of condensing points on an optical path from the hemispherical lens to the projection surface, and has a problem that illuminance unevenness is large and illuminance uniformity is lacking. For this reason, even if a projection device is configured using this illumination device, unevenness in illuminance occurs in the projected image. Although it is possible to improve illuminance unevenness by combining an aspherical lens or the like with a hemispherical lens, an increase in the number of lenses increases the size of the optical system. In addition, such an optical system has a problem that lens design is not easy.

特開2007−88377号公報JP 2007-88377 A

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、光の利用効率が高い小型の投影装置を実現可能な偏光ビームスプリッタ、及び当該偏光ビームスプリッタを用いた投影装置を提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a polarizing beam splitter capable of realizing a small projection device with high light utilization efficiency, and a projection device using the polarizing beam splitter. .

本発明の偏光ビームスプリッタは、所定方向の偏光成分を透過し、前記所定方向に略直交する方向の偏光成分を反射する偏光分離面を備えた偏光ビームスプリッタであって、前記偏光分離面において反射された光が集光されるように、前記偏光分離面が曲面と平面とで構成されたことを特徴とする。 The polarization beam splitter of the present invention is a polarization beam splitter having a polarization separation surface that transmits a polarization component in a predetermined direction and reflects a polarization component in a direction substantially orthogonal to the predetermined direction, and reflects on the polarization separation surface. The polarized light separation surface is composed of a curved surface and a flat surface so that the collected light is collected.

この構成によれば、偏光ビームスプリッタの偏光分離面が曲面を含んで構成されているため、偏光分離された光を集光することができる。このような偏光ビームスプリッタを投影装置に用いる場合、光の利用効率を高く保つと共にレンズ等の光学素子の数を削減して小型化可能である。このため、上記構成により、光の利用効率が高い小型の投影装置を実現可能な偏光ビームスプリッタが提供される。   According to this configuration, since the polarization separation surface of the polarization beam splitter is configured to include a curved surface, it is possible to condense the polarization-separated light. When such a polarizing beam splitter is used in a projection apparatus, it is possible to reduce the size by keeping the light use efficiency high and reducing the number of optical elements such as lenses. For this reason, the said structure provides the polarizing beam splitter which can implement | achieve the small projection apparatus with high utilization efficiency of light.

本発明の偏光ビームスプリッタにおいて、前記平面の中央部分に前記曲面が配置されても良い。また、本発明の偏光ビームスプリッタにおいて、前記偏光分離面が、拡散反射性を備えても良い。 In the polarizing beam splitter of the present invention, the curved surface may be arranged at a central portion of the plane. In the polarization beam splitter of the present invention, the polarization separation surface may have diffuse reflectivity.

本発明の偏光ビームスプリッタにおいて、前記偏光分離面が、ワイヤグリッド偏光子によって構成されても良い。この構成によれば、曲面においても光学特性が低下しにくいワイヤグリッド偏光子を用いるため、良好な光学特性の偏光ビームスプリッタが得られる。   In the polarization beam splitter of the present invention, the polarization separation surface may be constituted by a wire grid polarizer. According to this configuration, since the wire grid polarizer that hardly deteriorates optical characteristics even on a curved surface is used, a polarizing beam splitter with good optical characteristics can be obtained.

本発明の偏光ビームスプリッタにおいて、前記ワイヤグリッド偏光子の厚みが50μm以下であっても良い。   In the polarizing beam splitter of the present invention, the wire grid polarizer may have a thickness of 50 μm or less.

本発明の投影装置は、光源と、前記光源からの光を導いて光ビームを成形する導光体と、前記導光体からの光ビームの形状を補正する偏光素子と、前記偏光素子からの光ビームを偏光分離する上記の偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタにおいて反射され、集光された偏光ビームが入射される反射型表示装置と、を備えたことを特徴とする。   The projection device of the present invention includes a light source, a light guide that guides light from the light source to form a light beam, a polarizing element that corrects a shape of the light beam from the light guide, and a polarizing element from the polarizing element. The polarization beam splitter for polarizing and separating the light beam, and a reflective display device on which the polarized beam reflected and collected by the polarization beam splitter is incident.

この構成によれば、偏光ビームスプリッタの偏光分離面が曲面を含んで構成されているため、偏光分離された光を集光することができる。このため、このような偏光ビームスプリッタを投影装置に用いることで、光の利用効率を高く保つと共にレンズ等の光学素子の数を削減した投影装置が提供される。また、その結果、照度ムラがないように光ビームの形状を補正する素子を配置しても、十分に小型化することができる。   According to this configuration, since the polarization separation surface of the polarization beam splitter is configured to include a curved surface, it is possible to condense the polarization-separated light. For this reason, by using such a polarizing beam splitter for a projection apparatus, a projection apparatus is provided in which the light use efficiency is kept high and the number of optical elements such as lenses is reduced. As a result, even if an element for correcting the shape of the light beam is arranged so that there is no illuminance unevenness, it can be sufficiently downsized.

本発明の投影装置において、前記偏光ビームスプリッタと前記反射型表示装置との間に、前記反射型表示装置の入光面に略相似する形状の光ビームを成形するライトガイドを備えても良い。この構成によれば、光の利用効率がより高い投影装置が提供される。   In the projection apparatus of the present invention, a light guide for forming a light beam having a shape substantially similar to the light incident surface of the reflective display device may be provided between the polarizing beam splitter and the reflective display device. According to this configuration, a projection apparatus with higher light utilization efficiency is provided.

本発明の投影装置において、前記ライトガイドと前記反射型表示装置との間に、前記光ビームの形状を補正するレンズを備えても良い。   In the projection device of the present invention, a lens for correcting the shape of the light beam may be provided between the light guide and the reflective display device.

本発明の投影装置において、前記偏光素子が、拡散反射性、及び正透過性を備えたワイヤグリッド偏光子であっても良い。また、本発明の投影装置において、前記偏光素子が、拡散反射性、及び拡散透過性を備えたワイヤグリッド偏光子であっても良い。また、本発明の投影装置において、前記偏光素子が、拡散反射性、及び拡散透過性を備えた樹脂多層複屈折ポリマー偏光子であっても良い。   In the projection device of the present invention, the polarizing element may be a wire grid polarizer having diffuse reflectivity and specular transmittance. In the projection device of the present invention, the polarizing element may be a wire grid polarizer having diffuse reflectivity and diffuse transmittance. In the projection apparatus of the present invention, the polarizing element may be a resin multilayer birefringent polymer polarizer having diffuse reflection properties and diffuse transmission properties.

本発明によれば、光の利用効率が高い小型の投影装置を実現可能な偏光ビームスプリッタ、及び当該偏光ビームスプリッタを用いた投影装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polarizing beam splitter which can implement | achieve the small projection apparatus with high utilization efficiency of light, and the projection apparatus using the said polarizing beam splitter can be provided.

実施の形態1に係る投影装置の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a projection apparatus according to Embodiment 1. FIG. 投影装置に用いられる偏光ビームスプリッタの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the polarization beam splitter used for a projection apparatus. 比較例に係る投影装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the projection apparatus which concerns on a comparative example. 実施の形態2に係る投影装置の構成を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing a configuration of a projection apparatus according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係る投影装置の構成を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing a configuration of a projection apparatus according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態4に係る投影装置の構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a projection apparatus according to a fourth embodiment. 投影装置において反射型表示装置に放射される光の放射照度分布を確認するためのシミュレーションモデル及びシミュレーション結果について示す図である。It is a figure shown about the simulation model for confirming the irradiance distribution of the light radiated | emitted to a reflection type display apparatus in a projector, and a simulation result. 拡散性を有する偏光フィルムの効果を確認するためのシミュレーションモデル及びシミュレーション結果について示す図である。It is a figure shown about the simulation model for confirming the effect of the polarizing film which has diffusibility, and a simulation result.

本発明者らは、曲面を含むように偏光ビームスプリッタの偏光分離面を構成することで、偏光ビームスプリッタに凹面鏡(又は凸面鏡)の機能を付与できることを見出した。そして、このような偏光ビームスプリッタを用いることにより、光の利用効率が高い小型の投影装置を実現可能であることを見出した。以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。   The present inventors have found that the polarization beam splitter can be provided with the function of a concave mirror (or convex mirror) by configuring the polarization separation surface of the polarization beam splitter to include a curved surface. Then, it has been found that by using such a polarizing beam splitter, a small projection device with high light utilization efficiency can be realized. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態に係る偏光ビームスプリッタを用いた投影装置の構成及び光路について示す模式図である。図1に示される投影装置1は、投影に用いられる光を発する光源11と、光源11からの光を導いて光ビームを成形するライトガイド(導光体)12と、ライトガイド12からの光ビームの形状を補正する拡散性(散乱性)を示す偏光フィルム(偏光素子)13と、偏光フィルム13からの光ビームを偏光分離する偏光分離面が曲面を含んで構成されるPBS(偏光ビームスプリッタ)14と、PBS14において分離された偏光ビームを成形するライトガイド15と、ライトガイド15からの偏光ビームが入射される反射型表示装置16と、反射型表示装置16で反射され、PBS14を透過した偏光ビームを投影する投影レンズ17と、を含む。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration and an optical path of a projection apparatus using the polarization beam splitter according to the present embodiment. A projection apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a light source 11 that emits light used for projection, a light guide (light guide) 12 that guides light from the light source 11 to form a light beam, and light from the light guide 12. A polarizing film (polarizing element) 13 that exhibits diffusivity (scattering) for correcting the shape of the beam, and a PBS (polarizing beam splitter) that includes a curved surface as a polarization separation surface that polarizes and separates the light beam from the polarizing film 13 ) 14, a light guide 15 for shaping the polarized beam separated in the PBS 14, a reflective display device 16 to which the polarized beam from the light guide 15 is incident, and the reflective display device 16 reflected and transmitted through the PBS 14. And a projection lens 17 that projects a polarized beam.

光源11は、略直方体形状を有し、その発光面がライトガイド12の入光面に近接するよう配置される。このように光源11の発光面とライトガイド12の入光面とを近接させることで、光源11における発光を効率よく利用できる。光源11は、例えば、単色光を発光可能なLEDである。白色光を発光するLEDとフィルタとを組み合わせて用いても良い。光源11は、接着などによってライトガイド12と密接していても良い。また、光源11の形状は円柱形状などであっても良い。   The light source 11 has a substantially rectangular parallelepiped shape and is disposed so that the light emitting surface thereof is close to the light incident surface of the light guide 12. Thus, by making the light emitting surface of the light source 11 and the light incident surface of the light guide 12 close to each other, the light emitted from the light source 11 can be used efficiently. The light source 11 is, for example, an LED that can emit monochromatic light. An LED that emits white light and a filter may be used in combination. The light source 11 may be in close contact with the light guide 12 by adhesion or the like. Further, the shape of the light source 11 may be a cylindrical shape.

ライトガイド12は、光源11からの光を成形して前方(図1の右方向)に照射するため、光源11の発光面側に配置される。高輝度タイプのLEDからの発光の拡散角は120度(片側60度)程度になっている。このように広い拡散角を有する光源11を用いる場合、光源からの発光は円錐状に拡散し、そのままでは効率よく利用できない。そこで、拡散する光を集光して前方に照射するためライトガイド12を用いる。光源11からライトガイド12に入射した光は、ライトガイド12の内面を全反射によって伝播するので光の拡散ロスを低減できる。   The light guide 12 is disposed on the light emitting surface side of the light source 11 in order to shape the light from the light source 11 and irradiate it forward (rightward in FIG. 1). The diffusion angle of light emitted from the high brightness type LED is about 120 degrees (60 degrees on one side). When the light source 11 having such a wide diffusion angle is used, the light emitted from the light source diffuses in a conical shape and cannot be used efficiently as it is. Therefore, the light guide 12 is used to collect the diffused light and irradiate it forward. The light incident on the light guide 12 from the light source 11 propagates through the inner surface of the light guide 12 by total reflection, so that the light diffusion loss can be reduced.

ライトガイド12の出光面から発せられる光の拡散角度を小さくするため、ライトガイド12の側面には入光面の面積より出光面の面積が大きくなるように傾斜をつけることが好ましい。ライトガイド12が六面体である場合、少なくとも2面が傾斜面であることが好ましく、4面が傾斜面である(すなわち、ライトガイド12が四角錐台形である)とより好ましい。傾斜面の角度(傾斜角度)は傾斜面毎に設定しても良く、傾斜面が曲面となるように曲率を有していてもよい。ライトガイド12は六面体であることに限定されず、円錐台などの形状であっても良い。このように、ライトガイド12の形状は、投影する光の照度分布に応じて設定することができる。   In order to reduce the diffusion angle of light emitted from the light exit surface of the light guide 12, it is preferable to incline the side surface of the light guide 12 so that the area of the light exit surface is larger than the area of the light entrance surface. When the light guide 12 is a hexahedron, at least two surfaces are preferably inclined surfaces, and four surfaces are more preferably inclined surfaces (that is, the light guide 12 has a quadrangular pyramid shape). The angle of the inclined surface (inclination angle) may be set for each inclined surface, or may have a curvature so that the inclined surface becomes a curved surface. The light guide 12 is not limited to being a hexahedron, and may have a shape such as a truncated cone. Thus, the shape of the light guide 12 can be set according to the illuminance distribution of the light to be projected.

ライトガイド12の側面には、光反射性のあるアルミニウムなどの金属で構成される反射面を設けることが好ましい。このような反射面を設けることにより、全反射の臨界角を越えてライトガイド12の外に漏れ出た光を、再度、ライトガイド12の出光面より出光できる。このため、光の利用効率を改善できる。なお、このような反射面として、PET樹脂等の複屈折性基材に形成されたものを用いても良い。   It is preferable to provide a reflective surface made of a metal such as aluminum having light reflectivity on the side surface of the light guide 12. By providing such a reflection surface, the light leaking out of the light guide 12 beyond the critical angle of total reflection can be emitted again from the light emission surface of the light guide 12. For this reason, the utilization efficiency of light can be improved. In addition, you may use what was formed in birefringent base materials, such as PET resin, as such a reflective surface.

ライトガイド12の長さ、側面の傾斜角度、入光面の面積、出光面の面積など、ライトガイド12の各パラメータは、投影装置1の大きさなどに応じて設定できる。例えば、投影装置1が小型の場合、光源11として用いられるLEDの発光面の面積は1mm程度であるため、ライトガイド12の入光面の大きさは、1〜2mm程度になる。光の利用効率を考慮すると、ライトガイド12の長さは入光面の短辺の長さの2倍以上、傾斜角度は3〜15度(基準は入光面に垂直な軸)とすることが好ましい。ライトガイド12の出光面の面積は、ライトガイド12の長さや側面の傾斜角度によって決定される。ライトガイド12の材質は、ガラス、樹脂等の透明性が高い材質であれば特に限られず、加工性、コストなどを考慮して選択することができる。 Each parameter of the light guide 12 such as the length of the light guide 12, the inclination angle of the side surface, the area of the light incident surface, and the area of the light exit surface can be set according to the size of the projection apparatus 1. For example, when the projection apparatus 1 is small, the area of the light emitting surface of the LED used as the light source 11 is about 1 mm 2 , so the size of the light incident surface of the light guide 12 is about 1 to 2 mm 2 . Considering the light utilization efficiency, the length of the light guide 12 is at least twice the length of the short side of the light incident surface, and the inclination angle is 3 to 15 degrees (the reference is an axis perpendicular to the light incident surface). Is preferred. The area of the light exit surface of the light guide 12 is determined by the length of the light guide 12 and the inclination angle of the side surface. The material of the light guide 12 is not particularly limited as long as it is a highly transparent material such as glass or resin, and can be selected in consideration of workability, cost, and the like.

偏光フィルム13は、ライトガイド12から出光した光の偏光度を所定程度に揃えると共に光ビームの形状を補正可能なように、ライトガイド12の出光面側に配置される。ライトガイド12から出光した光をそのまま用いる場合やレンズなどで集光して用いる場合、投影された映像の照度分布に大きなムラを生じることがある。これを解消するため、拡散性(散乱性)を有する偏光フィルム13を用いる。なお、偏光フィルム13は拡散性を有する偏光素子であればフィルム形状でなくとも良く、例えば、PBSなどであっても良い。   The polarizing film 13 is disposed on the light exit surface side of the light guide 12 so that the degree of polarization of the light emitted from the light guide 12 is aligned to a predetermined level and the shape of the light beam can be corrected. When the light emitted from the light guide 12 is used as it is or when it is collected by a lens or the like, a large unevenness may occur in the illuminance distribution of the projected image. In order to eliminate this, a polarizing film 13 having diffusibility (scattering property) is used. The polarizing film 13 may not be a film shape as long as it is a polarizing element having diffusibility, and may be, for example, PBS.

拡散性を有する偏光フィルム13として、金属ワイヤグリッドが形成された樹脂基材表面に数ミクロンから数百ミクロンの微細な凹凸を付与したワイヤグリッド偏光子を用いることができる。このような構成のワイヤグリッド偏光子は、拡散透過性と拡散反射性とを有する。作製工程の加熱プレス等により任意の微細パターンを付与すること可能であり、拡散透過性、拡散反射性、および指向性を容易に制御可能である。例えば、ワイヤグリッド偏光子として、透明樹脂フィルム基材上に80nm〜130nmのピッチの微細な凹凸をUV樹脂等で形成した後、凹凸形状の一面にアルミニウム等の金属を蒸着したものが好適に用いられる。また、樹脂基材にあらかじめ所望の延伸を施しておき、樹脂基材の加熱による収縮を利用して凹凸を形成したワイヤグリッド偏光子を用いることもできる。このワイヤグリッド偏光子は、加熱温度や延伸倍率などを制御することにより凹凸形状を制御することで拡散性を自由に設定できる。   As the diffusible polarizing film 13, a wire grid polarizer in which fine unevenness of several microns to several hundreds of microns is provided on the surface of the resin base material on which the metal wire grid is formed can be used. The wire grid polarizer having such a configuration has diffuse transmittance and diffuse reflectivity. An arbitrary fine pattern can be applied by a heating press or the like in the manufacturing process, and diffuse transmittance, diffuse reflectivity, and directivity can be easily controlled. For example, a wire grid polarizer is preferably used in which fine irregularities with a pitch of 80 nm to 130 nm are formed on a transparent resin film substrate with UV resin, and then a metal such as aluminum is deposited on one surface of the irregularities. It is done. Moreover, the wire grid polarizer which gave desired extending | stretching to the resin base material beforehand, and formed the unevenness | corrugation using the shrinkage | contraction by heating of a resin base material can also be used. This wire grid polarizer can freely set the diffusivity by controlling the concavo-convex shape by controlling the heating temperature, the draw ratio, and the like.

ワイヤグリッド偏光子の拡散性は、凹凸形状の制御により設定できる。反射型表示装置16に効率よく照明されるよう、指向性を持たせることも可能である。光路外への拡散ロスを低減するため拡散性は高すぎない(微拡散性を有する)ことが好ましい。例えば、拡散角度は、好ましくは30度以下であり、より好ましくは20度以下であり、さらに好ましくは5〜10度である。以下の表に、拡散角度と照明光の特性との関係を示す。また、拡散性は、均等拡散でも異方性拡散でも良く、要求される照明効率、均整度などから設計できる。また、反射型表示装置16の形状(アスペクト比)等に合わせ、垂直方向及び水平方向の拡散性を制御することで、反射型表示装置16に対して均整度高く、かつ効率良く照明できる。このような制御は、例えば、反射型表示装置16のアスペクト比が10:7の場合、長辺側の拡散角度を大きく(小さく)することによって行うのが好ましい。このように、ワイヤグリッド偏光子の拡散角度は、投影装置1の光学設計に応じて設定できる。
The diffusivity of the wire grid polarizer can be set by controlling the uneven shape. It is possible to provide directivity so that the reflective display device 16 is efficiently illuminated. In order to reduce diffusion loss to the outside of the optical path, it is preferable that the diffusivity is not too high (has fine diffusibility). For example, the diffusion angle is preferably 30 degrees or less, more preferably 20 degrees or less, and further preferably 5 to 10 degrees. The following table shows the relationship between the diffusion angle and the illumination light characteristics. Further, the diffusibility may be uniform diffusion or anisotropic diffusion, and can be designed from the required illumination efficiency, uniformity, and the like. Further, by controlling the diffusibility in the vertical direction and the horizontal direction according to the shape (aspect ratio) of the reflective display device 16 and the like, the reflective display device 16 can be illuminated with high uniformity and efficiency. Such control is preferably performed by, for example, increasing (decreasing) the diffusion angle on the long side when the aspect ratio of the reflective display device 16 is 10: 7. Thus, the diffusion angle of the wire grid polarizer can be set according to the optical design of the projection apparatus 1.

上述した拡散透過性と拡散反射性とを有するワイヤグリッド偏光子に代えて、拡散反射性と正透過性(拡散性を有さない透過)を有する偏光素子を用いても良い。このような偏光素子は、拡散透過性と拡散反射性とを有するワイヤグリッド偏光子の両面を直角プリズムや樹脂フィルム等に接着し、これらを一体化することで得られる。直角プリズムや樹脂フィルム等との接着は、接着剤等を用いて行うことができる。ワイヤグリッド偏光子を接着剤等により直角プリズム等に接着した場合、反射面は拡散性を示すが、ワイヤグリッド偏光子が十分に薄いため、透過光の拡散性は極めて低くなる。つまり、実質的に透過光は拡散しない。このため、透過光は拡散せず、反射光は拡散するという特異な性質が得られる。透過光の拡散角度は、好ましくは10度以下、より好ましくは0〜5度であり、反射光の拡散角度は、光路外への拡散ロスを低減するため、好ましくは30度以下、より好ましくは20度以下、さらに好ましくは5〜15度である。   Instead of the above-described wire grid polarizer having diffuse transmission and diffuse reflection, a polarizing element having diffuse reflection and regular transmission (transmission without diffusion) may be used. Such a polarizing element can be obtained by bonding both surfaces of a wire grid polarizer having diffuse transmittance and diffuse reflectivity to a right-angle prism, a resin film or the like and integrating them. Adhesion with a right-angle prism, a resin film, or the like can be performed using an adhesive or the like. When the wire grid polarizer is bonded to a right-angle prism or the like with an adhesive or the like, the reflecting surface exhibits diffusibility, but the diffusibility of transmitted light is extremely low because the wire grid polarizer is sufficiently thin. That is, the transmitted light is not substantially diffused. For this reason, the peculiar property that the transmitted light does not diffuse and the reflected light diffuses is obtained. The diffusion angle of transmitted light is preferably 10 degrees or less, more preferably 0 to 5 degrees, and the diffusion angle of reflected light is preferably 30 degrees or less, more preferably, in order to reduce the diffusion loss outside the optical path. It is 20 degrees or less, more preferably 5 to 15 degrees.

なお、偏光フィルム13の配置位置は、光源11からPBS14までの光路間であれば特に限られない。また、偏光フィルム13として、屈折率の異なる樹脂層を多層化した反射型の偏光子、例えば、3M社製DBEFなどを用いても良い。また、PBS14によって、十分な偏光度と十分な拡散性とを得られる場合には、偏光フィルム13を省略しても良い。   The arrangement position of the polarizing film 13 is not particularly limited as long as it is between the light paths from the light source 11 to the PBS 14. Further, as the polarizing film 13, a reflective polarizer in which resin layers having different refractive indexes are multilayered, for example, DBEF manufactured by 3M may be used. Moreover, when sufficient polarization degree and sufficient diffusibility can be obtained with PBS 14, the polarizing film 13 may be omitted.

PBS14は、偏光フィルム13からの光を偏光分離可能なように偏光フィルムの裏面側(ライトガイド12と反対側)に配置される。PBS14は、偏光分離面141が曲面を含むように構成されており、入射した光を偏光分離するとともに、偏光分離面141において反射された光を集光する。PBS14を投影装置1に用いることで、光の利用効率を高く保つと共にレンズ等の光学素子の数を削減することが可能になる。つまり、PBS14を用いることにより、光の利用効率が高い小型の投影装置を実現可能である。   PBS14 is arrange | positioned at the back surface side (opposite side to the light guide 12) of a polarizing film so that the light from the polarizing film 13 can carry out polarization separation. The PBS 14 is configured such that the polarization separation surface 141 includes a curved surface, and separates the incident light by polarization and condenses the light reflected by the polarization separation surface 141. By using the PBS 14 for the projection apparatus 1, it is possible to keep the light use efficiency high and reduce the number of optical elements such as lenses. That is, by using the PBS 14, it is possible to realize a small projection apparatus with high light utilization efficiency.

図2は、PBS14の構成及び光路について示す模式図である。図2Aに示されるように、PBS14aにおいて偏光分離面141aは略円孤状に形成されており、反射側の一面Aが凹面鏡を構成している。このため、偏光分離面141aにおいて反射された一方の偏光の光は、反射光の出光面142a側において集光される。他方の偏光の光は、偏光分離面141aを透過し、実質的に拡散されずに透過光の出光面143aから出光する。反射光の集光度は、偏光分離面141aの曲率半径によって変更することができる。例えば、曲率半径をある程度小さくすることで、反射光の集光度を高めることが可能である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the PBS 14 and the optical path. As shown in FIG. 2A, in the PBS 14a, the polarization separation surface 141a is formed in a substantially circular arc shape, and the reflection-side surface A constitutes a concave mirror. For this reason, the light of one polarized light reflected on the polarization separation surface 141a is collected on the light output surface 142a side of the reflected light. The other polarized light is transmitted through the polarization separation surface 141a and exits from the light exit surface 143a of the transmitted light without being substantially diffused. The concentration of the reflected light can be changed by the radius of curvature of the polarization separation surface 141a. For example, it is possible to increase the degree of concentration of reflected light by reducing the radius of curvature to some extent.

図2Bに示されるPBS14bのように、偏光分離面が曲面141bと平面141cとで構成されても良い。図2Bでは、平面141cの中央部分に曲面141bが配置されており、曲面141bにおいて反射された光は集光される。図2Bにおいて、偏光分離面において反射された一方の偏光の光は、反射光の出光面142b側において集光され、偏光分離面141bを透過した他方の偏光の光は、実質的に拡散されずに透過光の出光面143bから出光する。曲面141bにおいて反射された光は集光し、平面141cにおいて反射された光は集光しないため、曲面141bと平面141cとの面積を制御することで集光度を変更可能である。   As in the PBS 14b shown in FIG. 2B, the polarization separation surface may be composed of a curved surface 141b and a flat surface 141c. In FIG. 2B, a curved surface 141b is arranged at the central portion of the flat surface 141c, and the light reflected on the curved surface 141b is collected. In FIG. 2B, one polarized light reflected on the polarization separation surface is collected on the light exit surface 142b side of the reflected light, and the other polarized light transmitted through the polarization separation surface 141b is not substantially diffused. The light exits from the light exit surface 143b of the transmitted light. Since the light reflected on the curved surface 141b is collected and the light reflected on the flat surface 141c is not collected, the light collection degree can be changed by controlling the area of the curved surface 141b and the flat surface 141c.

PBS14の反射光の出光面142の形状は、反射型表示装置16の入光面の形状と相似であることが好ましい。また、PBS14は十分に小型であることが好ましい。このように、PBS14を小型化すると共に、その形状を反射型表示装置16の形状に対応させることで、投影装置1における光の利用効率を高め、照度を大きくできる。   The shape of the light exit surface 142 of the reflected light of the PBS 14 is preferably similar to the shape of the light incident surface of the reflective display device 16. Moreover, it is preferable that PBS14 is small enough. As described above, by reducing the size of the PBS 14 and making its shape correspond to the shape of the reflective display device 16, the light use efficiency in the projection device 1 can be increased and the illuminance can be increased.

PBS14には、ガラス等の透明性が高い材質が用いられる。例えば、PBS14として、2個の直角プリズムを貼り合わせたものを用いることができる。また、PBS14の偏光分離面141には、例えば、上述したワイヤグリッド偏光子を用いることができる。ワイヤグリッド偏光子は樹脂基材を用いて構成されているため、曲面を形成することが容易である。また、ワイヤグリッド偏光子は、曲面に貼り合わせても光学特性が低下しにくいため、これを用いることにより良好な光学特性のPBS14が得られる。なお、曲面への形状追従性の観点から、ワイヤグリッド偏光子の厚みは50μm以下とすることが好ましく、40μm以下であるとより好ましい。   The PBS 14 is made of a highly transparent material such as glass. For example, the PBS 14 can be a laminate of two right angle prisms. Further, for example, the above-described wire grid polarizer can be used for the polarization separation surface 141 of the PBS 14. Since the wire grid polarizer is configured using a resin base material, it is easy to form a curved surface. Moreover, since the optical characteristics of the wire grid polarizer are unlikely to deteriorate even when the wire grid polarizer is bonded to a curved surface, a PBS 14 with good optical characteristics can be obtained by using the wire grid polarizer. In addition, from the viewpoint of shape followability to a curved surface, the thickness of the wire grid polarizer is preferably 50 μm or less, and more preferably 40 μm or less.

PBS14は拡散(散乱)反射性を有していることが好ましい。この場合、偏光フィルム13を省略可能になるため、投影装置1をさらに小型化すると共に、部品コストを低減できる。また、PBS14を用いることにより、偏光分離面141において反射した偏光を十分に集光できるため、PBS14の反射光の出光面142側に配置されるライトガイド15を省略することも可能である。   The PBS 14 preferably has diffuse (scattering) reflectivity. In this case, since the polarizing film 13 can be omitted, the projector 1 can be further miniaturized and the component cost can be reduced. Further, since the polarized light reflected on the polarization separation surface 141 can be sufficiently collected by using the PBS 14, the light guide 15 disposed on the light output surface 142 side of the reflected light of the PBS 14 can be omitted.

ライトガイド15は、反射型表示装置16の入光面の形状に合わせて光を成形可能なようにPBS14の反射光の出光面142側に配置されている。例えば、PBS14の入光面における光ビームの直径が6mm〜8mm程度の場合、PBS14として少なくとも直径6mmの照明光を受け入れ可能な大きさが必要となる。PBS14を略6mm角のキューブ状とすると、反射光の出光面142の面積は36mmである。対角0.21インチ、アスペクト比10:7の反射型表示装置16を用いる場合、その入光面の寸法は、横約4.3mm、縦約3.2mmであるからその面積は約14mmである。この場合、光の利用効率は38.8%程度(14/36=0.388)である。このような場合であっても、ライトガイド15を用いることで光の利用効率は大幅に改善し、ほぼロス無く反射型表示装置14へ照明可能になる。ライトガイド15は、ライトガイド12と同様に構成可能であるから詳細については省略する。 The light guide 15 is disposed on the light output surface 142 side of the reflected light of the PBS 14 so that light can be shaped in accordance with the shape of the light incident surface of the reflective display device 16. For example, when the diameter of the light beam on the light incident surface of the PBS 14 is about 6 mm to 8 mm, the PBS 14 needs to be large enough to accept illumination light having a diameter of 6 mm. When the PBS 14 has a cube shape of approximately 6 mm square, the area of the light exit surface 142 for reflected light is 36 mm 2 . When the reflective display device 16 having a diagonal size of 0.21 inches and an aspect ratio of 10: 7 is used, the dimensions of the light incident surface are about 4.3 mm wide and about 3.2 mm long, so the area is about 14 mm 2. It is. In this case, the light use efficiency is about 38.8% (14/36 = 0.388). Even in such a case, the use efficiency of the light is greatly improved by using the light guide 15, and the reflective display device 14 can be illuminated with almost no loss. Since the light guide 15 can be configured in the same manner as the light guide 12, the details are omitted.

反射型表示装置16は、ライトガイド15の出光面側に配置されている。反射型表示装置16として、代表的には、反射型の液晶表示装置(LCD、LCOS)が用いられる。反射型表示装置16において反射された光は偏光方向が略垂直方向に変更されるため、PBS14の偏光分離面141を透過して、PBS14の出光面142と反対の面側に配置された投影レンズ17によって投影される。投影レンズ17は1枚のレンズで構成されても良いし、複数枚のレンズを組み合わせて構成されても良い。   The reflective display device 16 is disposed on the light exit surface side of the light guide 15. As the reflective display device 16, a reflective liquid crystal display device (LCD, LCOS) is typically used. Since the polarization direction of the light reflected by the reflective display device 16 is changed to a substantially vertical direction, the projection lens is transmitted through the polarization separation surface 141 of the PBS 14 and disposed on the surface opposite to the light exit surface 142 of the PBS 14. 17 is projected. The projection lens 17 may be composed of a single lens or a combination of a plurality of lenses.

以上のように構成された投影装置1において、光源11からの光は、ライトガイド12を通じてビーム状になり、偏光フィルム13においてビーム形状が補正された後、PBS14に入射する。PBS14では、ビームの一方の偏光成分が偏光分離面141において反射されて出光面142から出光し、集光する。他方の偏光成分は偏光分離面141を透過する。出光面142から出光した一方の偏光方向のビームは、ライトガイド15によって反射型表示装置16の形状に整えられ、反射型表示装置16に入射する。反射型表示装置16に入射されたビームは反射型表示装置16の表示映像に応じて反射され、偏光分離面14及び投影レンズ17を通じて図示しないスクリーンなどに投影される。   In the projection apparatus 1 configured as described above, the light from the light source 11 becomes a beam shape through the light guide 12 and is incident on the PBS 14 after the beam shape is corrected by the polarizing film 13. In the PBS 14, one polarization component of the beam is reflected by the polarization separation surface 141, exits from the light exit surface 142, and is collected. The other polarization component is transmitted through the polarization separation surface 141. The beam in one polarization direction emitted from the light exit surface 142 is adjusted to the shape of the reflective display device 16 by the light guide 15 and enters the reflective display device 16. The beam incident on the reflective display device 16 is reflected according to the display image of the reflective display device 16 and projected onto a screen or the like (not shown) through the polarization separation surface 14 and the projection lens 17.

このような構成の投影装置1では、PBS14の偏光分離面141が曲面を含んで構成されているため、偏光分離された光を集光することができる。このようなPBS14を用いた投影装置1は、他に光学素子を付加することなく光の利用効率を高く保つことができる。また、PBS14の集光特性により、例えば、図3に示される投影装置3(光源31、ライトガイド32、集光レンズ33、偏光フィルム34、PBS35、ライトガイド36、反射型表示装置37、投影レンズ38によって構成される)のように集光レンズ33を用いなくとも十分な性能を得ることができる。つまり、PBS14により、レンズ、ライトガイド、偏光素子等の光学素子の数を削減し小型化可能である。また、その結果、照度ムラがないように光ビームの形状を補正する偏光フィルム13などの光学素子を配置しても、十分に小型化可能である。このように、本実施の形態により、照度ムラがなく光の利用効率が高い小型の投影装置1を実現できる。   In the projection apparatus 1 having such a configuration, the polarization separation surface 141 of the PBS 14 is configured to include a curved surface, so that the polarized and separated light can be collected. The projection apparatus 1 using such a PBS 14 can keep the light use efficiency high without adding other optical elements. Further, due to the condensing characteristic of the PBS 14, for example, the projection device 3 (light source 31, light guide 32, condensing lens 33, polarizing film 34, PBS 35, light guide 36, reflection display device 37, projection lens shown in FIG. A sufficient performance can be obtained without using the condenser lens 33 as shown in FIG. That is, the number of optical elements such as lenses, light guides, and polarizing elements can be reduced and the size can be reduced by the PBS 14. As a result, even if an optical element such as a polarizing film 13 that corrects the shape of the light beam so as not to cause unevenness in illuminance is arranged, the size can be sufficiently reduced. As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a small-sized projection apparatus 1 that has no uneven illuminance and high light use efficiency.

本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、図1に示される投影装置の変形例について説明する。図4は、本実施の形態に係る投影装置の構成及び光路について示す模式図である。図4に示される投影装置1aは、投影に用いられる光を発する光源11と、光源11の光から光ビームを成形するフレネルレンズ(導光体)21と、フレネルレンズ21からの光ビームの形状を補正する拡散性を示す偏光フィルム(偏光素子)13と、偏光フィルム13からの光ビームを偏光分離する偏光分離面が曲面を含んで構成されるPBS(偏光ビームスプリッタ)14と、PBS14において分離された偏光ビームを成形するライトガイド15と、ライトガイド15からの偏光ビームが入射される反射型表示装置16と、反射型表示装置16で反射され、PBS14を透過した偏光ビームを投影する投影レンズ17と、を含む。すなわち、投影装置1のライトガイド12がフレネルレンズ21に変更されている。以下において、実施の形態1との相違点について主に説明し、繰り返しの説明は省略する。また、上述した実施の形態1と同一の構成については同一の符号を用いる。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a modification of the projection apparatus shown in FIG. 1 will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration and optical path of the projection apparatus according to the present embodiment. A projection apparatus 1a shown in FIG. 4 includes a light source 11 that emits light used for projection, a Fresnel lens (light guide) 21 that shapes a light beam from the light from the light source 11, and the shape of the light beam from the Fresnel lens 21. A polarizing film (polarizing element) 13 that exhibits diffusibility for correcting the light, a PBS (polarizing beam splitter) 14 that includes a curved surface as a polarization separation surface for polarizing and separating the light beam from the polarizing film 13, and separation in the PBS 14 A light guide 15 for shaping the polarized beam, a reflective display device 16 on which the polarized beam from the light guide 15 is incident, and a projection lens that projects the polarized beam reflected by the reflective display device 16 and transmitted through the PBS 14. 17. That is, the light guide 12 of the projection apparatus 1 is changed to the Fresnel lens 21. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and repeated description will be omitted. The same reference numerals are used for the same configurations as those in the first embodiment.

フレネルレンズ21は、ライトガイド12と同様に、光源11からの光を成形して前方(図1の右方向)に照射する。このため、フレネルレンズ12は、光源11の発光面側に配置される。また、フレネルレンズ21は、LEDからの光が十分に入射するように光源に近接して配置される。フレネルレンズ21により、光源11から発生する拡散光は略平行光に整えられて偏光フィルム13に入射することになる。フレネルレンズ21はライトガイド12や通常のレンズなどと比較して小型化できるため、本実施の形態に示すフレネルレンズ21を用いる投影装置1aは、ライトガイド12を用いる投影装置1と比較してさらに小型化が可能である。   Similar to the light guide 12, the Fresnel lens 21 shapes the light from the light source 11 and irradiates it forward (to the right in FIG. 1). For this reason, the Fresnel lens 12 is disposed on the light emitting surface side of the light source 11. Further, the Fresnel lens 21 is arranged close to the light source so that light from the LED is sufficiently incident. The diffused light generated from the light source 11 is adjusted to substantially parallel light by the Fresnel lens 21 and enters the polarizing film 13. Since the Fresnel lens 21 can be reduced in size as compared with the light guide 12 or a normal lens, the projection apparatus 1a using the Fresnel lens 21 shown in the present embodiment is further compared with the projection apparatus 1 using the light guide 12. Miniaturization is possible.

投影装置1aにおいて、光源11からの光は、フレネルレンズ21を通じて略平行光となり、偏光フィルム13においてビーム形状が補正された後、PBS14に入射する。PBS14では、ビームの一方の偏光成分が偏光分離面141において反射されて出光面142から出光し、集光する。他方の偏光成分は偏光分離面141を透過する。出光面142から出光した一方の偏光方向のビームは、ライトガイド15によって反射型表示装置16の形状に整えられ、反射型表示装置16に入射する。反射型表示装置16に入射されたビームは反射型表示装置16の表示映像に応じて反射され、ライトガイド15、偏光分離面14及び投影レンズ17を通じて図示しないスクリーンなどに投影される。   In the projection device 1a, the light from the light source 11 becomes substantially parallel light through the Fresnel lens 21, and is incident on the PBS 14 after the beam shape is corrected in the polarizing film 13. In the PBS 14, one polarization component of the beam is reflected by the polarization separation surface 141, exits from the light exit surface 142, and is collected. The other polarization component is transmitted through the polarization separation surface 141. The beam in one polarization direction emitted from the light exit surface 142 is adjusted to the shape of the reflective display device 16 by the light guide 15 and enters the reflective display device 16. The beam incident on the reflective display device 16 is reflected according to the display image of the reflective display device 16 and projected onto a screen (not shown) or the like through the light guide 15, the polarization separation surface 14, and the projection lens 17.

本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、図1に示される投影装置の別の変形例について説明する。図5は、本実施の形態に係る投影装置の構成及び光路について示す模式図である。図5に示される投影装置1bは、投影に用いられる光を発する光源11と、光源11からの光を導いて光ビームを成形するライトガイド(導光体)12と、ライトガイド12からの光ビームの形状を補正する拡散性(散乱性)を示すPBS(偏光素子)22と、PBS22からの光ビームを集光する集光レンズ23と、集光レンズ23からの光ビームを偏光分離する偏光分離面が曲面を含んで構成されるPBS(偏光ビームスプリッタ)14と、PBS14において分離された偏光ビームを成形するライトガイド15と、ライトガイド15からの偏光ビームが入射される反射型表示装置16と、反射型表示装置16で反射され、PBS14を透過した偏光ビームを投影する投影レンズ17と、を含む。すなわち、投影装置1の偏光フィルム13がPBS22に変更され、PBS22とPBS14との間に集光レンズ23が追加されている。以下において、実施の形態1との相違点について主に説明し、繰り返しの説明は省略する。また、上述した実施の形態1と同一の構成については同一の符号を用いる。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, another modification of the projection apparatus shown in FIG. 1 will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration and optical path of the projection apparatus according to the present embodiment. A projection apparatus 1b shown in FIG. 5 includes a light source 11 that emits light used for projection, a light guide (light guide) 12 that guides light from the light source 11 to form a light beam, and light from the light guide 12. A PBS (polarizing element) 22 that exhibits diffusivity (scattering) for correcting the shape of the beam, a condensing lens 23 that condenses the light beam from the PBS 22, and a polarization that polarizes and separates the light beam from the condensing lens 23. A PBS (polarization beam splitter) 14 having a separation surface including a curved surface, a light guide 15 for shaping the polarization beam separated in the PBS 14, and a reflective display device 16 into which the polarization beam from the light guide 15 is incident. And a projection lens 17 that projects the polarized beam reflected by the reflective display device 16 and transmitted through the PBS 14. That is, the polarizing film 13 of the projection device 1 is changed to the PBS 22, and the condenser lens 23 is added between the PBS 22 and the PBS 14. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and repeated description will be omitted. The same reference numerals are used for the same configurations as those in the first embodiment.

PBS22は、ライトガイド12から出光された光の偏光度を所定程度に揃えると共に、光の形状を補正するため、入光面がライトガイド12の出光面と向かい合うように配置される。また、光の形状を補正するため、PBS22は拡散性を有している。PBS22の偏光分離面221は、偏光分離された光が集光されるように曲面を含んで構成されることが好ましいが、偏光分離面221は曲面を含まなくとも良い。PBS22として、例えば、PBS14と同様の構成のものを用いることができる。なお、PBS22の偏光分離面221を反射せずに透過する光は、PBS221の透過光の出光面側において吸収させることが好ましい。これにより光路内での不要な光を低減し、投影装置1bのコントラストを改善することができる。   The PBS 22 is arranged so that the light incident surface faces the light exit surface of the light guide 12 in order to align the degree of polarization of the light emitted from the light guide 12 to a predetermined level and to correct the shape of the light. Further, in order to correct the shape of light, the PBS 22 has diffusibility. The polarization separation surface 221 of the PBS 22 is preferably configured to include a curved surface so that the polarized and separated light is collected, but the polarization separation surface 221 may not include a curved surface. As the PBS 22, for example, one having the same configuration as the PBS 14 can be used. In addition, it is preferable to absorb the light transmitted through the polarization separation surface 221 of the PBS 22 without being reflected on the light exit surface side of the transmitted light of the PBS 221. Thereby, unnecessary light in the optical path can be reduced and the contrast of the projection device 1b can be improved.

集光レンズ23は、PBS22からの光ビームを集光するため、入光面がPBS22の反射光の出光面と向かい合うように配置される。集光レンズ23は、例えば、半球状の凸レンズである。なお、PBS22が集光可能に構成される場合、集光レンズ23は省略することが可能である。   The condensing lens 23 is disposed so that the light incident surface faces the light exit surface of the reflected light from the PBS 22 in order to condense the light beam from the PBS 22. The condenser lens 23 is, for example, a hemispherical convex lens. When the PBS 22 is configured to be able to collect light, the condensing lens 23 can be omitted.

投影装置1bにおいて、光源11からの光は、ライトガイド12を通じてビーム状になり、PBS22に入射する。PBS22では、ビームの一方の偏光成分が偏光分離面221において反射されて出光する。他方の偏光成分は偏光分離面221を透過する。PBS22において反射された光は、集光レンズ23で集光された後、PBS14に入射する。PBS14では、ビームの一方の偏光成分が偏光分離面141において反射されて出光面142から出光し、集光する。他方の偏光成分は偏光分離面141を透過する。出光面142から出光した一方の偏光方向のビームは、ライトガイド15によって反射型表示装置16の形状に整えられ、反射型表示装置16に入射する。反射型表示装置16に入射されたビームは反射型表示装置16の表示映像に応じて反射され、ライトガイド15、偏光分離面14及び投影レンズ17を通じて図示しないスクリーンなどに投影される。   In the projection apparatus 1b, the light from the light source 11 becomes a beam through the light guide 12 and enters the PBS 22. In the PBS 22, one polarization component of the beam is reflected by the polarization separation surface 221 and emitted. The other polarization component is transmitted through the polarization separation surface 221. The light reflected by the PBS 22 is collected by the condenser lens 23 and then enters the PBS 14. In the PBS 14, one polarization component of the beam is reflected by the polarization separation surface 141, exits from the light exit surface 142, and is collected. The other polarization component is transmitted through the polarization separation surface 141. The beam in one polarization direction emitted from the light exit surface 142 is adjusted to the shape of the reflective display device 16 by the light guide 15 and enters the reflective display device 16. The beam incident on the reflective display device 16 is reflected according to the display image of the reflective display device 16 and projected onto a screen (not shown) or the like through the light guide 15, the polarization separation surface 14, and the projection lens 17.

本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、図1に示される投影装置の別の変形例について説明する。図6は、本実施の形態に係る投影装置の構成及び光路について示す模式図である。図6に示される投影装置1cは、投影に用いられる光を発する光源11と、光源11からの光を導いて光ビームを成形するライトガイド(導光体)12と、ライトガイド12からの光ビームの形状を補正する拡散性(散乱性)及び集光性を示すPBS(偏光素子)24と、PBS24からの光ビームを偏光分離する偏光分離面が曲面を含んで構成されるPBS(偏光ビームスプリッタ)14と、PBS14において分離された偏光ビームを成形するライトガイド15と、ライトガイド15からの偏光ビームを補正する補正レンズ25と、補正レンズ25からの光が入射される反射型表示装置16と、反射型表示装置16で反射され、PBS14を透過した偏光ビームを投影する投影レンズ17と、を含む。すなわち、投影装置1の偏光フィルム13がPBS24に変更され、ライトガイド15と反射型表示装置16との間に補正レンズ25が追加されている。以下において、実施の形態1との相違点について主に説明し、繰り返しの説明は省略する。また、上述した実施の形態1と同一の構成については同一の符号を用いる。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, another modification of the projection apparatus shown in FIG. 1 will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration and optical path of the projection apparatus according to the present embodiment. A projection device 1c shown in FIG. 6 includes a light source 11 that emits light used for projection, a light guide (light guide) 12 that guides light from the light source 11 to form a light beam, and light from the light guide 12. A PBS (polarizing element) 24 that exhibits diffusibility (scattering) and condensing properties for correcting the shape of the beam, and a PBS (polarized beam) that includes a curved surface as a polarization separation surface that polarizes and separates the light beam from the PBS 24. Splitter) 14, a light guide 15 for shaping the polarized beam separated in the PBS 14, a correction lens 25 for correcting the polarized beam from the light guide 15, and a reflective display device 16 into which light from the correction lens 25 is incident. And a projection lens 17 that projects the polarized beam reflected by the reflective display device 16 and transmitted through the PBS 14. That is, the polarizing film 13 of the projection device 1 is changed to the PBS 24, and the correction lens 25 is added between the light guide 15 and the reflective display device 16. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and repeated description will be omitted. The same reference numerals are used for the same configurations as those in the first embodiment.

PBS24は、ライトガイド12から出光された光の偏光度を所定程度に揃え、光の形状を補正し、光を集光するため、入光面がライトガイド12の出光面と向かい合うように配置される。光の形状を補正するため、PBS24は拡散性を有している。また、偏光分離された光を集光するため、PBS24の偏光分離面241は曲面を含んで構成されている。このように、PBS24が集光機能を有することで、集光レンズを省略することができる。PBS24は、PBS14と近接して配置することが好ましい。また、PBS24は、PBS14と接着しても良い。PBS24として、PBS14と同様の構成のものを用いることができる。なお、PBS24の偏光分離面241を反射せずに透過する偏光は、PBS241の透過光の出光面側において吸収させることが好ましい。これにより光路内での不要な光を低減し、投影装置1cのコントラストを改善することができる。   The PBS 24 is arranged so that the light incident surface faces the light exit surface of the light guide 12 in order to align the degree of polarization of the light emitted from the light guide 12 to a predetermined level, correct the shape of the light, and collect the light. The In order to correct the shape of light, the PBS 24 has diffusibility. Further, in order to collect the light that has undergone polarization separation, the polarization separation surface 241 of the PBS 24 is configured to include a curved surface. In this way, the PBS 24 has a light condensing function, so that the condensing lens can be omitted. The PBS 24 is preferably arranged close to the PBS 14. The PBS 24 may be adhered to the PBS 14. As the PBS 24, one having the same configuration as the PBS 14 can be used. In addition, it is preferable to absorb the polarized light that is transmitted without reflecting the polarization separation surface 241 of the PBS 24 on the light output surface side of the transmitted light of the PBS 241. Thereby, unnecessary light in the optical path can be reduced, and the contrast of the projection device 1c can be improved.

補正レンズ25は、ライトガイド15からの光ビームを補正して反射型表示装置16に入射させるため、入光面がPBS22の反射光の出光面と向かい合うように、かつ、出光面が反射型表示装置16の入光面と向かい合うように配置される。   The correction lens 25 corrects the light beam from the light guide 15 and makes it incident on the reflective display device 16, so that the light incident surface faces the light output surface of the reflected light of the PBS 22, and the light output surface is a reflective display. It arrange | positions so that the light-incidence surface of the apparatus 16 may be opposed.

投影装置1cにおいて、光源11からの光は、ライトガイド12を通じてビーム状になり、PBS24に入射する。PBS24では、ビームの一方の偏光成分が偏光分離面241において反射されて出光し、集光する。他方の偏光成分は偏光分離面241を透過する。PBS24において反射された光はPBS14に入射する。PBS14では、ビームの一方の偏光成分が偏光分離面141において反射されて出光面142から出光し、集光する。他方の偏光成分は偏光分離面141を透過する。出光面142から出光した一方の偏光方向のビームは、ライトガイド15及び補正レンズ25によって反射型表示装置16の形状に整えられ、反射型表示装置16に入射する。反射型表示装置16に入射されたビームは反射型表示装置16の表示映像に応じて反射され、補正レンズ25、ライトガイド15、偏光分離面14及び投影レンズ17を通じて図示しないスクリーンなどに投影される。   In the projection device 1c, the light from the light source 11 becomes a beam through the light guide 12 and enters the PBS 24. In the PBS 24, one polarization component of the beam is reflected by the polarization separation surface 241 to be emitted and collected. The other polarization component is transmitted through the polarization separation surface 241. The light reflected by the PBS 24 enters the PBS 14. In the PBS 14, one polarization component of the beam is reflected by the polarization separation surface 141, exits from the light exit surface 142, and is collected. The other polarization component is transmitted through the polarization separation surface 141. The beam in one polarization direction emitted from the light exit surface 142 is adjusted to the shape of the reflective display device 16 by the light guide 15 and the correction lens 25 and is incident on the reflective display device 16. The beam incident on the reflective display device 16 is reflected according to the display image of the reflective display device 16 and projected onto a screen (not shown) or the like through the correction lens 25, the light guide 15, the polarization separation surface 14, and the projection lens 17. .

なお、このような構成の投影装置1cは、ライトガイド12、PBS24、PBS14、ライトガイド15、補正レンズ25などの一体化が可能となるため、各部材間における光の界面反射や拡散ロスを低減し、光の利用効率をさらに改善できる。   The projection apparatus 1c having such a configuration can integrate the light guide 12, the PBS 24, the PBS 14, the light guide 15, the correction lens 25, and the like, thereby reducing light interface reflection and diffusion loss between the members. In addition, the light utilization efficiency can be further improved.

本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

次に、発明の効果を確認するために行ったシミュレーション結果について説明する。   Next, simulation results performed to confirm the effects of the invention will be described.

図7は、投影装置において反射型表示装置に放射される光の放射照度分布を確認するためのシミュレーションモデル及びシミュレーション結果について示す図である。図7Aは、光源501、ライトガイド502、PBS503、PBS504、ライトガイド505で構成されるシミュレーションモデル(図6の投影装置1cの光学系の一部に相当)を示しており、図7Bは、ライトガイド505の出光面506における放射照度分布を示している。図7Aにおいて、PBS503の偏光分離面は曲率半径が20mmの曲面であり、拡散(散乱)反射性を有している。また、PBS504の偏光分離面は曲率半径が22mmの曲面となっている。図7Bから、実施の形態に係る投影装置によって均質性の高い放射照度分布を実現できることが分かる。   FIG. 7 is a diagram illustrating a simulation model and a simulation result for confirming the irradiance distribution of the light emitted to the reflective display device in the projection device. 7A shows a simulation model (corresponding to a part of the optical system of the projection apparatus 1c in FIG. 6) including a light source 501, a light guide 502, a PBS 503, a PBS 504, and a light guide 505, and FIG. The irradiance distribution on the light exit surface 506 of the guide 505 is shown. In FIG. 7A, the polarization separation surface of PBS 503 is a curved surface having a radius of curvature of 20 mm and has diffuse (scattering) reflectivity. Further, the polarization separation surface of the PBS 504 is a curved surface having a curvature radius of 22 mm. It can be seen from FIG. 7B that a highly uniform irradiance distribution can be realized by the projection apparatus according to the embodiment.

図8は、拡散性(散乱性)を有する偏光フィルム(実施の形態における偏光フィルム13に相当)の効果を確認するためのシミュレーションモデル及びシミュレーション結果について示す図である。図8Aは、光源511、ライトガイド512、集光レンズ513、偏光フィルム514、スクリーン515で構成されるシミュレーションモデルを示しており、図8Bは偏光フィルム514が拡散性を有する場合のスクリーン515における放射照度分布を示しており、図8Cは偏光フィルム514が拡散性を有さない場合のスクリーン515における放射照度分布を示している。図8B及び図8Cから、偏光フィルム514に拡散性を付与した場合、放射照度ムラを大幅に低減できることが分かる。   FIG. 8 is a diagram illustrating a simulation model and a simulation result for confirming the effect of a polarizing film having diffusibility (scattering property) (corresponding to the polarizing film 13 in the embodiment). FIG. 8A shows a simulation model composed of a light source 511, a light guide 512, a condenser lens 513, a polarizing film 514, and a screen 515, and FIG. 8B shows radiation on the screen 515 when the polarizing film 514 has diffusibility. FIG. 8C shows the irradiance distribution on the screen 515 when the polarizing film 514 does not have diffusibility. From FIG. 8B and FIG. 8C, it can be seen that when diffusibility is imparted to the polarizing film 514, irradiance unevenness can be significantly reduced.

以上のように、本発明によれば、PBSの偏光分離面が曲面を含んで構成されているため、偏光分離された光を集光することができる。このようなPBSを用いた投影装置は、他に光学素子を付加することなく光の利用効率を高く保つことができる。また、PBSの集光特性により、集光レンズを用いなくとも十分な性能を得ることができる。つまり、PBSにより、レンズ、ライトガイド、偏光素子等の光学素子の数を削減し、投影装置の小型化が可能である。また、その結果、照度ムラがないように光ビームの形状を補正する偏光素子を配置しても十分に小型化可能である。このように、本発明により、光の利用効率が高い小型の投影装置を実現可能なPBSを提供できる。また、照度ムラがなく光の利用効率が高い小型の投影装置を提供できる。   As described above, according to the present invention, since the polarization separation surface of the PBS includes a curved surface, it is possible to condense the light separated by polarization. Such a projection apparatus using PBS can keep the light use efficiency high without adding any other optical element. Further, due to the light condensing characteristic of PBS, sufficient performance can be obtained without using a condensing lens. That is, the number of optical elements such as lenses, light guides, and polarizing elements can be reduced with PBS, and the projection apparatus can be downsized. As a result, even if a polarizing element that corrects the shape of the light beam so that there is no illuminance unevenness is provided, it can be sufficiently downsized. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a PBS capable of realizing a small projection apparatus with high light utilization efficiency. In addition, it is possible to provide a small projection device that has no uneven illuminance and high light utilization efficiency.

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施することができる。例えば、反射型表示装置としては液晶表示装置以外にDMD、DLPなどを適用することもできる。   In addition, this invention is not limited to description of the said embodiment, It can change suitably in the aspect in which the effect is exhibited, and can be implemented. For example, as the reflective display device, DMD, DLP, etc. can be applied in addition to the liquid crystal display device.

また、添付図面に示されている構成の大きさや形状等については、発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。   In addition, the size, shape, and the like of the configuration shown in the accompanying drawings can be changed as appropriate within the scope of the effects of the invention. In addition, the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.

本発明の偏光ビームスプリッタ及び投影装置は、携帯型のコンピュータや携帯電話機等の小型の携帯機器に好適に用いられる。   The polarizing beam splitter and the projection apparatus of the present invention are suitably used for small portable devices such as portable computers and mobile phones.

1、1a、1b、1c、3 投影装置
11、31 光源
12、15、32、36 ライトガイド
13 偏光フィルム
14、14a、14b、22、24、35 PBS
16、37 反射型表示装置
17、38 投影レンズ
21 フレネルレンズ
23、33 集光レンズ
25 補正レンズ
1, 1a, 1b, 1c, 3 Projector 11, 31 Light source 12, 15, 32, 36 Light guide 13 Polarizing film 14, 14a, 14b, 22, 24, 35 PBS
16, 37 Reflective display device 17, 38 Projection lens 21 Fresnel lens 23, 33 Condensing lens 25 Correction lens

Claims (11)

所定方向の偏光成分を透過し、前記所定方向に略直交する方向の偏光成分を反射する偏光分離面を備えた偏光ビームスプリッタであって、
前記偏光分離面において反射された光が集光されるように、前記偏光分離面が曲面と平面とで構成されたことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
A polarization beam splitter comprising a polarization separation surface that transmits a polarization component in a predetermined direction and reflects a polarization component in a direction substantially orthogonal to the predetermined direction,
The polarization beam splitter, wherein the polarization separation surface includes a curved surface and a flat surface so that the light reflected on the polarization separation surface is collected.
前記平面の中央部分に前記曲面が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の偏光ビームスプリッタ。The polarizing beam splitter according to claim 1, wherein the curved surface is arranged at a central portion of the plane. 前記偏光分離面が、拡散反射性を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の偏光ビームスプリッタ。 The polarization separation plane, the polarization beam splitter according to claim 1 or claim 2, further comprising a diffuse reflective. 前記偏光分離面が、ワイヤグリッド偏光子によって構成されたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の偏光ビームスプリッタ。 The polarization separation plane, the polarization beam splitter according to any one of claims 1 to claim 3, characterized in that it is constituted by a wire grid polarizer. 前記ワイヤグリッド偏光子の厚みが50μm以下であることを特徴とする請求項に記載の偏光ビームスプリッタ。 The polarizing beam splitter according to claim 4 , wherein the wire grid polarizer has a thickness of 50 μm or less. 光源と、
前記光源からの光を導いて光ビームを成形する導光体と、
前記導光体からの光ビームの形状を補正する偏光素子と、
前記偏光素子からの光ビームを偏光分離する請求項1から請求項のいずれかに記載の偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタにおいて反射され、集光された偏光ビームが入射される反射型表示装置と、を備えたことを特徴とする投影装置。
A light source;
A light guide that guides light from the light source to form a light beam;
A polarizing element for correcting the shape of the light beam from the light guide;
The polarizing beam splitter according to any one of claims 1 to 5 , wherein the light beam from the polarizing element is polarized and separated.
A projection display apparatus comprising: a reflective display device on which a polarized beam reflected and collected by the polarization beam splitter is incident.
前記偏光ビームスプリッタと前記反射型表示装置との間に、前記反射型表示装置の入光面に略相似する形状の光ビームを成形するライトガイドを備えたことを特徴とする請求項に記載の投影装置。 Between the polarizing beam splitter and the reflective display device, according to claim 6, further comprising a light guide to shape the light beam shape substantially similar to the light incident surface of the reflective display device Projection device. 前記ライトガイドと前記反射型表示装置との間に、前記光ビームの形状を補正するレンズを備えたことを特徴とする請求項に記載の投影装置。 The projection device according to claim 7 , further comprising a lens that corrects a shape of the light beam between the light guide and the reflective display device. 前記偏光素子が、拡散反射性、及び正透過性を備えたワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項から請求項のいずれかに記載の投影装置。 The polarizing element, diffuse reflective, and projection device according to claim 6, characterized in that the wire grid polarizer having a positive transparency to claim 8. 前記偏光素子が、拡散反射性、及び拡散透過性を備えたワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項から請求項のいずれかに記載の投影装置。 The polarizing element, diffuse reflective, and projection apparatus according to any of claims 8 claims 6, characterized in that the wire grid polarizer having a diffusely transmissive. 前記偏光素子が、拡散反射性、及び拡散透過性を備えた樹脂多層複屈折ポリマー偏光子であることを特徴とする請求項から請求項のいずれかに記載の投影装置。 The polarizing element, diffuse reflective, and projection apparatus according to any of claims 8 claims 6, characterized in that the resin multilayer birefringent polymeric polarizers having a diffusely transmissive.
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