JP5315809B2 - Projector device - Google Patents
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Description
本発明は、プロジェクタ装置に関する。 The present invention relates to a projector device.
従来のプロジェクタ装置では、光源光を偏光分離素子で互いに直交する2つの偏光光に分離し、一方の偏光光のみを投影に利用していた(例えば、特許文献1)。この場合、光源光の半分しか投影に利用されていないので、光源光の利用効率の向上を図った照明装置が提案されている(例えば、特許文献2)。
しかしながら、上述した各装置をプロジェクタ装置に用いた場合、追加する部品点数が多いため、装置全体が大型化するとともにコストアップが問題となる。 However, when each of the above-described devices is used in a projector device, since the number of parts to be added is large, the entire device becomes large and a cost increase becomes a problem.
請求項1に記載のプロジェクタ装置は、光源と、光源の光を集光する照明光学系と、照明光学系で集光された光が入射し、入射した光を互いに直交する2つの偏光光に分離して出射する偏光分離素子と、2つの偏光光の一方が入射し、入射した偏光光を表示画像に応じて変調して偏光分離素子へと出射する反射型表示素子と、反射型表示素子で変調された偏光光を偏光分離素子で検光して得られる投影画像を投影する投影光学系と、2つの偏光光の内の他方を反射して、偏光分離素子を介して光源へと戻す第1反射手段とを備え、第1反射手段は、反射された偏光光が前記光源の中心に戻るような反射特性を有する。
請求項2に記載のプロジェクタ装置は、光源と、光源の光を集光する照明光学系と、照明光学系で集光された光が入射し、入射した光を互いに直交する2つの偏光光に分離して出射する偏光分離素子と、2つの偏光光の一方が入射し、入射した偏光光を表示画像に応じて変調して偏光分離素子へと出射する反射型表示素子と、反射型表示素子で変調された偏光光を偏光分離素子で検光して得られる投影画像を投影する投影光学系と、2つの偏光光の内の他方を反射して、偏光分離素子を介して光源へと戻す第1反射手段とを備え、第1反射手段は、特定波長の光を反射することを特徴とする。
The projector device according to
The projector device according to
本発明によれば、装置の大型化およびコストアップを抑えつつ、光源光の利用効率の向上を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization efficiency of light source light can be aimed at, suppressing the enlargement and cost increase of an apparatus.
−第1の実施の形態−
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明によるプロジェクタ装置の一実施の形態を示す図である。プロジェクタ装置は、高輝度白色LED1、集光レンズ2、偏光ビームスプリッタ(PBS)3、液晶表示素子4と、反射ミラー5、吸収型の偏光子6Pおよび投影レンズ7を備えており、これらはケースに収納されて一体となっている。液晶表示素子4には、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の反射型液晶パネルが用いられ、モノクロタイプまたはカラータイプのいずれを用いても構わないが、以下ではカラータイプの液晶表示素子が用いられるとして説明する。液晶表示素子4は、図示しない制御回路等からの駆動信号に応じて液晶表示素子4の所定の画像表示領域4aに投射像を形成する。すなわち、画像表示領域4aは、投射像を形成するために利用される有効領域である。
-First embodiment-
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a projector apparatus according to the present invention. The projector device includes a high-intensity
なお、ここで用いられている白色LED1は蛍光体型LEDであって、その内部に青色LEDと、その青色LEDの前面に配されたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の蛍光体層とを有している。青色LEDから青色成分の光が出射されると、青色成分の光の一部が蛍光体に吸収され、蛍光体から黄色成分の光が発生する。この黄色成分の光と残りの青色成分の光とを混色することで白色光が実現されている。
The
白色LED1から発散するように出射された照明光は、集光レンズ2を介してPBS3へと入射する。集光レンズ2は、白色LED1から発散するように出射された光線が光軸と平行光となるように集光するレンズである。PBS3に入射した照明光は、PBS3の偏光分離部3aによりP偏光成分とS偏光光とに分離される。P偏光光は偏光分離部3aを透過して、PBS3の図示上側の面から液晶表示素子4へと出射される。一方、S偏光光は偏光分離部3aにより反射され、PBS3の左側の面から反射ミラー5へと出射される。
Illumination light emitted so as to diverge from the
PBS3から液晶表示素子4に入射したP偏光光は、液晶表示素子4の液晶層を進行し、液晶表示素子4の反射面で反射された後に、液晶層を逆方向に進行して液晶表示素子4から偏光ビームスプリッタ3へと出射される。液晶表示素子4には画像信号が入力され、画像信号のレベルに応じて各画素に電圧が印加される。その際、電圧の印加状態に応じて液晶層の液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになる。その結果、液晶表示素子4からPBS3へと出射される光には、P偏光光からS偏光光へと変調された変調光とP偏光のままの非変調光とが含まれている。
The P-polarized light that has entered the liquid
PBS3から液晶表示素子4に入射したP偏光光は、液晶表示素子4の液晶層を進行し、液晶表示素子4の反射面で反射された後に、液晶層を逆方向に進行して液晶表示素子4から偏光ビームスプリッタ3へと出射される。液晶表示素子4には画像信号が入力され、画像信号のレベルに応じて各画素に電圧が印加される。その際、電圧の印加状態に応じて液晶層の液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになる。その結果、液晶表示素子4からPBS3へと出射される光には、P偏光光からS偏光光へと変調された変調光とP偏光のままの非変調光とが含まれている。
The P-polarized light that has entered the liquid
このように、液晶表示素子4に入射したP偏光光は、表示されている画像に応じて変調作用を受ける。液晶表示素子4から出射された光(P偏光光とS偏光光とが含まれている)はPBS3に再び入射し、偏光分離部3aによって偏光分離される。この偏光分離は検光とも呼ばれ、入射した光に含まれるS偏光光(変調光)は偏光分離部3aで反射され、吸収型偏光子6Pを通過した後に、投影レンズ7によって不図示のスクリーン上に投影される。
As described above, the P-polarized light incident on the liquid
一方、偏光分離部3aを透過したP偏光光は、光路を逆行して白色LED1へと入射する。このP偏光光は、白色LED1内で反射されて再びPBS3に入射したり、白色LED1の蛍光体の再励起に使われたりする。このP偏光光や再励起で発生した光は、再び液晶表示素子4を照明する照明光として利用されることになる。
On the other hand, the P-polarized light transmitted through the
PBS3と投影レンズ7との間に配置された吸収型偏光子6Pは、入射した光に含まれるP偏光光を吸収する偏光子である。実際のPBSではP偏光光とS偏光光とが完全に分離されず、反射光にはP偏光光が若干含まれている。このP偏光光は投影画像のコントラスト低下を招くので、偏光子6Pを挿入して投影光束に含まれているP偏光光を吸収するようにしている。なお、ここでは偏光子6PをPBS3と投影レンズ7との間に配置したが、PBS3と反射ミラー5との間に配置しても良いし、両方に配置してもかまわない。
The
一方、集光レンズ2から照明光としてPBS3へ入射し、偏光分離部3aにより反射されて反射ミラー5に入射したS偏光光は、反射ミラー5で反射されて光路を逆行し、白色LED1に入射する。このS偏光光は、上述したP偏光光の場合と同じように、白色LED1内で反射されて再びPBS3へ入射したり、白色LED1の蛍光体の再励起に使われたりする。再励起で発生した光は、照明光として利用されることになる。また、PBS3へ再入射したS偏光光は、偏光分離部3aおよび反射ミラー5で反射されて、白色LED1に再び入射する。このようなLED1と反射ミラー5との間で反射を繰り返す内に、S偏光光が回転し、そのP偏光成分が偏光分離部3aを透過して液晶表示素子4へと入射する。
On the other hand, the S-polarized light incident on the
このように、投影に用いることなく捨てていたS偏光光を、反射ミラー5により白色LED1へ戻して、反射による偏光回転効果および戻り光による再励起効果を利用するようにした。それにより、不要光の一部を液晶表示素子4の照明光として利用することが可能となり、光源で発生した光の利用効率を上げ投影像の明るさ向上を図ることができる。また、従来の光源をそのまま利用して、反射ミラー5を追加しただけなので、プロジェクタ装置が大型化するのを抑えつつ、光源光の利用効率の向上を図ることができる。
In this way, the S-polarized light that was thrown away without being used for projection is returned to the
従来は、偏光分離部3aで左方向に反射されたS偏光光は利用されることがなかったので、白色LED1で発生した光の約50%が利用されずに捨てられていたことになるが、図1のように一つの反射ミラー5を配置することで、投影像の明るさ向上を図ることができる。図2は、明るさ向上を確認するために行った実験を示す図である。実験では、反射ミラー5として平面ミラーを使用し、PBS3を挟んで白色LED1と対向するように、すなわち図1の液晶表示装置4が配置されている側に分光輝度計100を配置して、偏光分離部3aの透過光を計測した。
Conventionally, since the S-polarized light reflected in the left direction by the
図3は、透過光の分光計測結果を示す図である。図3の縦軸は分光放射照度を、横軸は波長をそれぞれ表しており、ラインL11は反射ミラー5が無い場合の計測結果を示し、ラインL12は反射ミラー5を用いた場合の計測結果を示す。上述したように白色LED1は蛍光体型LEDであるため、いずれの場合も、青色LEDで発生する青色成分のピーク(波長450nm付近の波長域の狭いピーク)と、YAG系蛍光体から発生する黄色成分のピーク(波長550nm付近の波長域の広いピーク)とが観測される。
FIG. 3 is a diagram illustrating a spectroscopic measurement result of transmitted light. 3, the vertical axis represents the spectral irradiance, the horizontal axis represents the wavelength, the line L11 indicates the measurement result when the
図3のラインL11,L12を比較すると、反射ミラー5を配置した場合のほうが黄色成分のピークの高さが大きく、蛍光体からの光が増加していることが分かる。この光量増加は、反射ミラー5で反射されて白色LEDに戻ったS偏光光によって、蛍光体が再励起された効果によるものと考えることができる。その結果、照度が約19%向上することが、実験の結果わかった。
Comparing the lines L11 and L12 in FIG. 3, it can be seen that the peak of the yellow component is larger when the
また、蛍光体型白色LEDの場合には、青色LEDの光で蛍光体を励起して黄色成分の蛍光を発生させ、擬似的に白色光を生成している。そのため、図3からもわかるように青色成分のピークが高く、青みがかった白色となっている。しかし、反射ミラー5を用いると黄色成分の光量が増加するため、白色光の光量アップに加えて、より自然な白色に近づくように色調の改善を図ることができる。
Further, in the case of a phosphor type white LED, the phosphor is excited by the light of the blue LED to generate yellow component fluorescence, and pseudo white light is generated. Therefore, as can be seen from FIG. 3, the peak of the blue component is high and the color is bluish white. However, when the reflecting
なお、この実験では、白色LED1の光軸上正面に分光輝度計100を配置しているため、LEDチップ面で反射による偏光回転効果は検出し難く、図3では再励起効果が顕著に現れている。この場合、光軸から離れた光を計測することで、偏光回転効果を確認することが可能である。
In this experiment, since the
−第2の実施の形態−
本発明の第2の実施の形態によるプロジェクタ装置について説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、図1に示すプロジェクタ装置が備える白色LED1にも反射部を設けた点が第1の実施の形態と異なる。
-Second Embodiment-
A projector apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described. Points that are not particularly described are the same as those in the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the
図4(a)は、白色LED1を拡大して示す断面図である。白色LED1は、ベース部材12、発光ダイオード素子(以下、LEDチップ)13、およびカバー14等を含んで構成されている。ベース部材12上に設けられたLEDチップ13は、青色発光体(LED)である光源を黄色発光蛍光体で覆った白色LEDである。すなわち、青色発光体から発せられた青色光は、黄色発光蛍光体を通過して青色成分の光として射出するとともに、黄色発光蛍光体を励起する。励起された蛍光体は黄色成分の光(蛍光)を発光する。その結果、LEDチップ13から白色光が射出される。
FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view of the
カバー14は、プラスチックなどの透明部材により半球面体で中空のドーム型形状に形成され、LEDチップ13を覆うようにベース部材12上に設けられている。カバー14は、その半球面体の中心とLEDチップ13の中心とがほぼ一致するように配置される。また、カバー14とベース部材12との間に生じる空間Sには、カバー12とほぼ同一の屈折率を有する透明なジェル状の物質が充填されている。
The
カバー14の外周面には、頂部近傍の所定領域を除く領域に反射膜が設けられている。すなわち、カバー14には、LEDチップ13から射出された光を透過させる透過部14aと、射出された光を反射させるための反射部13bとが形成されている。透過部14aはカバー14の頂部に設けられ、LEDチップ13から射出された白色光を透過して、集光レンズ2へ導く。図4(b)に示すように、この透過部14aの領域は、液晶表示素子4の画像表示領域4aの形状に基づいて形成される。すなわち、画像表示領域4aとカバー14を透過した光による照射範囲とが略一致するように、透過部14aの領域が開口部として設定されている。
On the outer peripheral surface of the
反射部14bは、LEDチップ13から側面方向に射出された光、すなわち、そのままでは集光レンズ2には入射せず、照明光として利用されない光を光源に戻して再利用するために設けられる。この反射部14bは、たとえばアルミなどをカバー14の表面に蒸着したものである。反射部14bは半球面状のカバー14の外周面に設けられ、カバー14の中心とLEDチップ13の中心とがほぼ一致している。したがって、LEDチップ13から射出され反射部14bで反射された光は、半球のほぼ中心に位置するLEDチップ13に入射する。上述したように、透過部14aの領域は集光レンズ2の開口数、および集光レンズ2とLEDチップ13との距離に基づいて決定されているので、集光レンズ2に入射しない光はすべて反射部14bで反射されてLEDチップ13に戻される。
The reflecting
反射部14bで反射されてLEDチップ13に到達した光のうち青色成分の反射光は、LEDチップ13を構成する黄色発光蛍光体を励起する。上述したように、LEDチップ13の青色発光体から放射された青色成分の光も黄色発光蛍光体を励起し、それに加えて青色成分の反射光が入射するので黄色発光蛍光体の発光光量が増加する。また、反射部14bの反射光のうち青色成分の反射光であって、上記の励起に使われなかった成分は、LEDチップ13内部にも入射し、内部で反射や屈折を繰り返して再びLEDチップ13の外部に向かって射出する。また、反射部14bで反射されてLEDチップ13に到達した光のうち黄色成分の光は、LEDチップ13の内部で反射や屈折を繰り返し、再びLEDチップ13の外部に向かって射出する。
Of the light that is reflected by the reflecting
上述のようにして再びLEDチップ13から発した光の一部は透過部14aを透過し、その他の光は反射部14bで反射されて再びLEDチップ13へ戻る。そして、LEDチップ13へ戻った光は再度上述したようにLEDチップ13から射出される。したがって、LEDチップ13の側面方向へ射出された光は、透過部14aを透過する光として利用することができるようになる。このため、反射部14bで反射された光が再利用されて、透過部14aを透過する光量が増加し、集光レンズ2の白色LED1が射出した光の集光効率が上昇した状態と等価になる。
As described above, part of the light emitted from the
以上で説明した第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態により得られた作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
(1)白色LED1を構成するカバー14に反射部14bを設け、LEDチップ13から射出される光のうち集光レンズ2に入射しない光をLEDチップ13に戻して再利用するようにした。すなわち、反射部14bで反射された光はLEDチップ13に入射して励起や反射を繰り返して、集光レンズ2へ向けて射出されるようにした。したがって、図5に示す従来技術の白色LED11のように、LEDチップ11aの側面方向に射出された有効利用できない光LAを利用することができるので、白色LED1から射出した光の集光効率を高くし、出射光量を増加することができる。
According to the second embodiment described above, in addition to the functions and effects obtained by the first embodiment, the following functions and effects are obtained.
(1) The
(2)白色LED1のカバー14の外周面に、画像表示領域4aに対応する形状を有する透過部14aと、射出された光を反射させるための反射部14bとを設けた。そして、反射部14bは、LEDチップ12から射出した光のうち、画像表示領域4aに入射しない光をLEDチップ12へ戻し、画像表示領域4aへ向かう光として射出させるようにした。したがって、画像表示領域4aに導かれない光は全量が反射部14bで反射されて再利用可能となり、光の利用効率を高くして白色LED1から集光レンズ2に入射する光の光量を増加させることができる。
(2) On the outer peripheral surface of the
以上で説明した第1および第2の実施の形態によるプロジェクタ装置は以下のように変形できる。
−変形例1−
偏光分離部3aで反射されるP偏光光に代えて、S偏光光を投影に用いることもできる。この場合、プロジェクタ装置は図6に示すような構成となる。偏光分離部3aで反射されたS偏光光は、液晶表示素子4に入射する。液晶表示素子4で変調されてP偏光光となった投影光は、偏光分離部3aおよびS偏光光を吸収する偏光子6Sを透過して、投影レンズ7によりスクリーン上に投影される。このように、図6の場合には、照明光の内のP偏光光が従来利用されていなかった偏光成分であり、図1におけるS偏光光の場合におけるのと同様の作用効果を奏する。
The projector apparatus according to the first and second embodiments described above can be modified as follows.
-Modification 1-
Instead of the P-polarized light reflected by the
−変形例2−
反射ミラー5を独立して設けるものに限られない。たとえば、図7に示すように、白色LED1、集光レンズ2、PBS3、液晶表示素子4と、偏光子6Pおよび投影レンズ7をケース8内に収めて一体とし、ケース8の内面に蒸着膜を形成することにより反射ミラー5とすることができる。反射ミラー5とPBS3との距離は後述する変形例3に記載の寸法dに設定される。このように、変形例2では、ケース8の内面に形成された蒸着膜を反射ミラー5としているため、部品点数の削減により装置の小型・軽量化が図れる。
-Modification 2-
The
−変形例3−
図8は、第3の変形例を説明する図である。上述したように集光レンズ2は白色LED1からの光を平行光とする光学系であるが、実際には理想的な平行光とならず、平行光から外れた光束も含まれることになる。これは、光源が理想的な点光源でないことや、プロジェクタ装置の小型化を図るために平行光とするのが難しいことなどに起因している。そのため、光線L1のように集光レンズ2から斜め方向に出射され、PBS3に入射する光束も発生する。
-Modification 3-
FIG. 8 is a diagram for explaining a third modification. As described above, the condensing
光線L1は、集光レンズ2からPBS3へ入射したが、偏光分離面3aに入射することなく反射ミラー側に出射される光を示したものであって、PBS3の端の部分を通って反射ミラー側に出射される光線を示したものである。このとき、PBS3と反射ミラー5との距離dが次式(1)を満たしていれば、反射された光線L1が再びPBS3に入射して投影像に悪影響を与えるようなことがない。角度θは、光線L1のPBS3の出射面に対する角度であり、aはPBS3の一辺の長さである。
d>(a/2)・tanθ …(1)
The light beam L1 is incident on the
d> (a / 2) · tan θ (1)
図8に示した反射ミラー5の位置は、d=(a/2)・tanθの場合を示したものであり、反射ミラー5で反射された光線L1は、PBS3の上側の端の部分に入射している。光線L2は、距離dが(a/2)・tanθよりも小さい場合を示しており、再びPBS3内に入射してゴースト等の原因となる。一方、光線L3は距離dが(a/2)・tanθよりも大きい場合を示しており、反射ミラー5で反射された光は、PBS3に再入射しない。
The position of the reflecting
なお、距離dを式(1)のように設定した場合でも、光線L3に示すようにPBS3と反射ミラー5の隙間から外部に漏れ出て散乱光としての影響が出てくる。そこで、図8に示すような遮光部材10を設けることで、このような散乱光を防止することができる。
Even when the distance d is set as shown in the equation (1), the light leaks to the outside through the gap between the
−変形例4−
図9は、本実施の形態の第4の変形例を示す図である。集光レンズ2から出射される光が完全な平行光であれば、偏光分離部3aで反射されたS偏光光は反射ミラー5に垂直に入射し、反射光は光路を逆行して白色LED1へと戻る。しかしながら、図8において説明したように、集光レンズ2から出射される実際の光は平行光からずれている。そのため、図9(a)に示すように、光軸から離れた光束は偏光分離部3aに対して45度からずれた角度で入射し、偏光分離部3aで反射されて反射ミラー5に入射するS偏光光も、光軸から遠ざかるほど斜めに入射することになる。その結果、反射光は光路を逆行するような方向には反射されず、その一部は白色LED1に戻らないことになる。
-Modification 4-
FIG. 9 is a diagram showing a fourth modification of the present embodiment. If the light emitted from the
そこで、変形例4では、平行光でないS偏光光が反射ミラー5の反射面に対して垂直に入射するように、反射ミラー5の反射面を光学パワーを有するような面形状とした。反射ミラー5の面形状は、集光レンズ2の光学特性に応じて設定される。すなわち、図9(a)に示すように、集光レンズ2から出射される光束が、進行するにつれて拡がるような形状である場合には、反射ミラー5の反射面形状を凹面形状とする。一方、図9(b)に示すように、集光レンズ2から出射される光束が、進行するにつれて窄まるような形状である場合には、反射ミラー5の反射面形状を凸面形状とする。
Therefore, in the fourth modification, the reflecting surface of the reflecting
このように、変形例4では、PBS3から出射されたS偏光光が反射ミラー5に垂直に入射するように、反射ミラー5にパワーを持たせるようにしたので、反射ミラー5で反射されたS偏光光は、全て光路を逆行して光源である白色LED1に戻ることになる。その結果、従来は捨てていたS偏光光の利用効率を、さらに向上させることができる。
As described above, in the fourth modification, since the reflecting
なお、ここでは、反射されたS偏光光が光路を逆行するように反射ミラー5の光学特性(パワー)を設定したが、面光源の場合には、より光源中心側に集光するような反射特性を持たせるようにしても良い。光源中心に入射させることで、再出射される光は光源中心から出射されるような傾向となりやすい。その結果、再出射された集光レンズ2を通過した光は、より平行光に近い光へとされる。特に、再励起により蛍光体から発生する光に対しては、光を光源中心に集めることによる効果は大きい。また、変形例3で説明した構成は、上述したようなパワーを有する反射ミラー5に対しても同様に適用することができる。
Here, the optical characteristic (power) of the reflecting
−変形例5−
図10は、本実施の形態の第5の変形例を示す図である。上述した実施の形態では、光源として白色LED1を用いていたが、変形例5では、図10(a)に示すように、R光,G光,B光を発生する独立した3つのLED1R,1G,1Bを、光源として用いる構成とした。
-Modification 5-
FIG. 10 is a diagram illustrating a fifth modification of the present embodiment. In the above-described embodiment, the
図10(a)は反射ミラー5に平面ミラーを用いる場合を示し、図10(b)は反射ミラー5に凹面鏡を用いる場合を示した。いずれの場合も、各LED1R,1G,1Bから出射されるR光,G光,B光は、それぞれ集光レンズ2を介してクロスダイクロイックプリズム20に三方向から入射する。クロスダイクロイックプリズム20に入射したR光,G光およびB光は、それぞれ図示上方へと出射され、PBS3に入射する。
FIG. 10A shows a case where a plane mirror is used as the
各R光,G光およびB光は、PBS3によりS偏光光とP偏光光とに分離され、各P偏光光は液晶表示素子4へと入射し、各S偏光光は反射ミラー5に入射する。R光,G光およびB光の各S偏光光は反射ミラー5で反射されて光路を逆行し、クロスダイクロイックプリズム20に入射する。クロスダイクロイックプリズム20は、入射したR光のS偏光光はLEDIR方向へと出射し、G光のS偏光光はLEDIG方向へと出射し、B光のS偏光光はLEDIB方向へと出射する。そのため、上述した実施の形態と同様に、光源光の利用効率の向上を図ることができ、投影像の明るさ向上を図ることができる。
The R light, G light, and B light are separated into S-polarized light and P-polarized light by the
図10(b)に示す構成の場合、3つの集光レンズ2R,2G,2Bの光学特性が同一であれば反射ミラー5のパワーを全ての集光レンズ2R,2G,2Bに対応させることができるが、各集光レンズ2R,2G,2Bの光学特性が異なっている場合には、光量を増加させたい色光の集光レンズの光学特性に合わせて反射ミラー5のパワーを設定する。例えば、比感度の一番高いG光にパワーを合わせることで、投影像の明るさ向上をより図ることができる。また、投影像の色バランスを調整する目的であれば、LEDの発光効率が悪く光量の最も小さな色光の集光レンズに、パワーを合わせるようにすれば良い。
In the configuration shown in FIG. 10B, if the optical characteristics of the three
−変形例6−
図11は、本実施の形態の第6の変形例を示す図である。上述した図10(b)に示すプロジェクタ装置では、3つの独立したLED1R,1G,1Bを用い、反射ミラー5のパワーをいずれの色光に合わせるかによって、投影像の明るさ向上がより改善されるようにしたり、投影像の色バランスの調整を行ったりした。変形例6のプロジェクタ装置では、図1のように白色LED1を用いた場合にも同様な効果が得られるような構成とした。
-Modification 6
FIG. 11 is a diagram illustrating a sixth modification of the present embodiment. In the projector apparatus shown in FIG. 10B described above, the brightness of the projected image is further improved by using three
図11(a)に示す例では、反射ミラー5とPBS3との間にカラーフィルタ30を挿入することで、図10(b)の場合と同様な効果が得られるようにした。例えば、カラーフィルタ30としてG光を透過するカラーフィルタを用いれば、G光のS偏光光のみが白色LED1に戻るので、液晶表示素子4に入射するG光が増加し、投影像の明るさが向上する。一方、色バランスを調整する場合には、カラーフィルタ30として、光量の小さな色光を透過するカラーフィルタを用いれば良い。
In the example shown in FIG. 11A, the same effect as in FIG. 10B is obtained by inserting the
図11(b)に示す例では、図11(a)の反射ミラー5とカラーフィルタ30との代わりに、特定波長域の光のみを反射するダイクロイックミラー40を用いることで、同様の効果が得られるような構成とした。
In the example shown in FIG. 11B, the same effect can be obtained by using a
図11(c)に示す例では、図11(b)の構成に対して、λ/4波長板50を集光レンズ2とPBS3との間に配置するようにした。λ/4波長板50の周波数λは、ダイクロイックミラー40で反射される色光の波長に合わせるように設定されている。例えば、ダイクロイックミラー40がG光を反射するように設計されている場合には、ダイクロイックミラー40で反射されたG光のS偏光光は、偏光分離部3で反射された後に、λ/4波長板50により楕円偏光とされる。そのG光の楕円偏光が白色LED1で反射されて再びλ/4波長板50を通過すると、S偏光光に対して90度回転したP偏光光とされる。
In the example shown in FIG. 11C, the λ / 4
その結果、このG光のP偏光光は、PBS3の偏光分離部3aを透過して液晶表示素子4に入射することになる。λ/4波長板50を用いない場合、S偏光光の反射による偏光回転効果を利用して光量増加を図るようにしているため、戻ってきたS偏光光の一部だけが液晶表示素子4の照明光として利用される。しかし、λ/4波長板50を用いると、戻ってきたS偏光光はλ/4波長板50によりP偏光光へと偏光回転されることになり、反射による偏光回転だけの場合に比べて光源光の利用効率がより一層向上する。なお、液晶表示素子4の画像を読み出す偏光光としてS偏光光を用いる構成の場合も、同様の効果を奏する。
As a result, the P-polarized light of the G light is transmitted through the
なお、図11(a)〜(c)のいずれの場合にも、反射ミラー5またはダイクロイックミラー40にパワーを持たせることで、図9に示す装置の場合と同様の効果を奏することができる。また、図11(a),(b)の構成においても、散乱光の悪影響を抑制するために、反射ミラー5またはダイクロイックミラー40とPBS3との間隔を、上述した距離dよりも大きく設定するのが好ましい。さらに、図8に示すような遮蔽部材10を設けるようにしても良い。
In any of the cases shown in FIGS. 11A to 11C, the same effect as in the case of the apparatus shown in FIG. 9 can be obtained by giving power to the
−変形例7−
白色LED1の反射部14bは、青色成分を反射するダイクロックミラーで構成してもよい。LEDチップ13から射出されダイクロックミラーで反射されてLEDチック13へ入射する光を青色成分のみの光とすることができる。その結果、反射光に黄色成分の光が含まれている場合に比べて、再び射出される白色光のうち黄色成分の光が多くなることが抑制される。
-Modification 7-
The
−変形例8−
上述した実施の形態では、互いに直交する2つの偏光光に分離する光学素子としてブロック状のPBS3を用いたが、ワイヤグリッド偏光子や複屈折性反射型偏光子のような平板型の光学素子を用いても良い。図12はワイヤグリッド偏光子60を用いた構成を示しており、図12(a)は平面型の反射ミラー5を用いた場合であり、図12(b)はパワーを有する反射ミラー5を用いた場合である。
-Modification 8-
In the above-described embodiment, the block-
以上で説明した実施の形態と変形例の一つ、もしくは複数の変形例を組み合わせることが可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。 It is possible to combine the embodiment described above with one or a plurality of modifications, and it is also possible to combine the modifications. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.
1・・・白色LED 1R、1G、1B・・・LED 2・・・集光レンズ
3・・・偏光ビームスプリッタ(PBS) 3a・・・偏光分離部 4・・・液晶表示素子
5・・・反射ミラー 6P、6S・・・偏光子 7・・・投影レンズ 8・・・ケース
10・・・遮光部材 14・・・カバー 14a・・・透過部 14b・・・反射部
20・・・クロスダイクロイックプリズム 30・・・カラーフィルタ
40・・・ダイクロックミラー 50・・・λ/4波長板 60・・・ワイヤグリッド偏光子
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記光源の光を集光する照明光学系と、
前記照明光学系で集光された光が入射し、入射した光を互いに直交する2つの偏光光に分離して出射する偏光分離素子と、
前記2つの偏光光の一方が入射し、入射した偏光光を表示画像に応じて変調して前記偏光分離素子へと出射する反射型表示素子と、
前記反射型表示素子で変調された偏光光を前記偏光分離素子で検光して得られる投影画像を投影する投影光学系と、
前記2つの偏光光の内の他方を反射して、前記偏光分離素子を介して前記光源へと戻す第1反射手段とを備え、
前記第1反射手段は、反射された偏光光が前記光源の中心に戻るような反射特性を有することを特徴とするプロジェクタ装置。 A light source;
An illumination optical system for condensing the light of the light source;
A polarized light separating element that receives the light condensed by the illumination optical system, separates the incident light into two polarized light beams orthogonal to each other, and
A reflective display element in which one of the two polarized lights is incident, and the incident polarized light is modulated in accordance with a display image and emitted to the polarization separation element;
A projection optical system for projecting a projection image obtained by analyzing the polarized light modulated by the reflective display element by the polarization separation element;
First reflecting means for reflecting the other of the two polarized lights and returning it to the light source via the polarization separating element;
The projector apparatus according to claim 1, wherein the first reflecting means has a reflection characteristic such that the reflected polarized light returns to the center of the light source.
前記光源の光を集光する照明光学系と、
前記照明光学系で集光された光が入射し、入射した光を互いに直交する2つの偏光光に分離して出射する偏光分離素子と、
前記2つの偏光光の一方が入射し、入射した偏光光を表示画像に応じて変調して前記偏光分離素子へと出射する反射型表示素子と、
前記反射型表示素子で変調された偏光光を前記偏光分離素子で検光して得られる投影画像を投影する投影光学系と、
前記2つの偏光光の内の他方を反射して、前記偏光分離素子を介して前記光源へと戻す第1反射手段とを備え、
前記第1反射手段は、特定波長の光を反射することを特徴とするプロジェクタ装置。 A light source;
An illumination optical system for condensing the light of the light source;
A polarized light separating element that receives the light condensed by the illumination optical system, separates the incident light into two polarized light beams orthogonal to each other, and
A reflective display element in which one of the two polarized lights is incident, and the incident polarized light is modulated in accordance with a display image and emitted to the polarization separation element;
A projection optical system for projecting a projection image obtained by analyzing the polarized light modulated by the reflective display element by the polarization separation element;
First reflecting means for reflecting the other of the two polarized lights and returning it to the light source via the polarization separating element;
The projector device characterized in that the first reflecting means reflects light of a specific wavelength.
前記第1反射手段は、反射された偏光光が反射前の光路を逆行するような反射特性を有することを特徴とするプロジェクタ装置。 In the projector apparatus of Claim 1 or 2,
The projector apparatus according to claim 1, wherein the first reflecting means has a reflection characteristic such that the reflected polarized light travels backward in the optical path before reflection.
前記第1反射手段と前記偏光分離素子との間隔を、前記光源から前記偏光分離素子に入射して前記偏光分離素子で偏光分離されることなく前記第1反射手段に入射した光が、前記反射型表示素子に到達するときの入射臨界間隔よりも大きく設定したことを特徴とするプロジェクタ装置。 In the projector apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
The distance between the first reflecting means and the polarization separating element is determined so that light that enters the polarization separating element from the light source and is not separated by the polarization separating element but is incident on the first reflecting means is reflected by the light. A projector apparatus characterized in that it is set to be larger than the critical incident interval when reaching the mold display element.
前記偏光分離素子で偏光分離されることなく前記第1反射手段に入射して反射された光が、前記第1反射手段と前記偏光分離素子との間の領域から外部へ進行するのを阻止する遮蔽部材を設けたことを特徴とするプロジェクタ装置。 The projector device according to claim 4, wherein
Light that is incident on and reflected by the first reflecting means without being separated by the polarization separating element is prevented from traveling outward from the region between the first reflecting means and the polarization separating element. A projector apparatus comprising a shielding member.
前記特定波長域内の波長に関するλ/4波長板を、前記照明光学系と前記偏光分離素子との間に配設したことを特徴とするプロジェクタ装置。 The projector device according to claim 2,
A projector apparatus, wherein a λ / 4 wavelength plate relating to a wavelength within the specific wavelength range is disposed between the illumination optical system and the polarization separation element.
偏光方向が前記第1反射手段に入射する偏光光と同一の偏光光を透過するとともに、前記入射する偏光光と直交する偏光光を吸収する偏光子を、前記偏光分離素子と前記投影光学系との間、および前記偏光分離素子と前記第1反射手段との間の少なくとも一方に配置したことを特徴するプロジェクタ装置。 In the projector apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 6,
A polarizer that transmits polarized light having a polarization direction that is the same as the polarized light that is incident on the first reflecting means and that absorbs polarized light that is orthogonal to the incident polarized light, the polarization separation element and the projection optical system, And at least one of the polarization separation element and the first reflecting means.
前記光源が、蛍光体型LEDであることを特徴とするプロジェクタ装置。 In the projector apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 7,
The projector apparatus, wherein the light source is a phosphor type LED.
前記光源から射出された光のうち前記照明光学系に入射しない光を反射して、前記光源へ戻す第2反射手段をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ装置。 In the projector apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 8 ,
A projector apparatus, further comprising: a second reflecting unit that reflects light that is not incident on the illumination optical system out of light emitted from the light source and returns the light to the light source.
前記第2反射手段は、所定の曲面形状を備えることを特徴とするプロジェクタ装置。 The projector device according to claim 9 , wherein
The projector device characterized in that the second reflecting means has a predetermined curved surface shape.
前記第2反射手段は、反射された光が前記光源の中心へと戻るような反射特性を有することを特徴とするプロジェクタ装置。 The projector device according to claim 10 , wherein
The projector apparatus according to claim 2, wherein the second reflecting means has a reflection characteristic such that the reflected light returns to the center of the light source.
前記第2反射手段は、前記反射型表示素子の有効領域に対応する形状に形成された開口部を備え、
前記有効領域に入射しない光を反射して前記光源へ戻し、前記光源へ戻された光を前記有効領域へ入射させることを特徴とするプロジェクタ装置。 The projector device according to any one of claims 9 to 11 ,
The second reflecting means includes an opening formed in a shape corresponding to an effective area of the reflective display element,
A projector apparatus that reflects light that is not incident on the effective area and returns the light to the light source, and causes the light returned to the light source to enter the effective area.
前記第2反射手段は、特定波長域の光を反射することを特徴とするプロジェクタ装置。 The projector device according to any one of claims 9 to 12 ,
The projector device, wherein the second reflecting means reflects light in a specific wavelength range.
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