【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色毎に異なる偏光特性を有する像を投射する投射光学系および投射像を観察する光学系に関し、特に偏光特性を有する反射部材を含む投射光学系および観察光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンが普及するにしたがい、パソコンで作成した資料でプレゼンテーションすることが多い。その際、講演者と聴衆は互いの表情をみながら講演者は常に聴衆の方を向いて原稿を読み、話しをすることができるようにプロンプターを用いることが多くなってきた。現状のプロンプターは液晶パネルなどの表示装置をハーフミラーを通してみる構成になっている。しかし表示装置はバックライト付きの液晶パネルのためさほど明るさを確保できず、かつ講演者と聴衆が互いの表情をみることができるようにハーフミラーの反射率は押さえられているため、講演者が見る原稿像は比較的暗く見づらい場合がある。そのために会場を暗くせざるを得ず、話し手と聴衆が互いの表情を見ることができるというプロンプターのメリットが半減している。
【０００３】
そこで、プロンプターを明るくする方法として、液晶プロジェクターの投射像を適当なサイズでスクリーンに投射し、そのスクリーン像をハーフミラーを介して講演者が見る構成のプロンプターが特許登録２９１６８２５号公報に開示されている。しかしながら、ここで用いられているような液晶プロジェクターは近年画像の高精細化が求められており、赤、緑、青の３色の液晶パネルを用いてそれらの合成画像をスクリーン上に投影するものが一般的である。さらに、３色の液晶パネルからの光は、例えば緑色用液晶パネルからはＰ偏光、赤色用液晶パネル、青色用液晶パネルからはＳ偏光と言った具合に、偏光方向が異なる場合が多い。このような構成の液晶プロジェクターを前述の特許登録２９１６８２５号公報のプロンプターに用いた場合、液晶プロジェクターの光軸に対して傾けて配置されたハーフミラーからの反射光は、それぞれの色光の偏光方向の違いから色によって反射率が異なってしまい、その結果白色部分に色がついてしまう。
【０００４】
また、近年のプロジェクターにおいては、投射光学系をレンズではなく、屈折力を有する反射ミラーで構成する投射光学系が提案されている。しかし３板式液晶プロジェクターにおいて色光によって液晶パネルから出射される色光の偏光方向が異なる場合、入射光に対する反射率が偏光方向によって異なる反射ミラーを有する投射光学系を用いると、白色画像は色付いて投射されてしまうという欠点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は色毎に偏光方向の異なる画像光を出射する液晶パネル（画像形成素子）からの光をスクリーンに投射する光学系および投射像を観察する光学系において、偏光特性を有する（光の偏光方向によって反射率の異なる）反射部材を介しても白色画像に色付きのない投射像を形成できる、或いは色つきのない画像を観察することができるようにすることを目的にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記の目的を達成するために、本願発明請求項１に記載の観察光学系は、第１の偏光方向を有する少なくとも１つの第１色光と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を有する少なくとも１つの第２色光とを合成する色合成光学系と、該色合成光学系からの光を所定面上に投射する投射光学系と、前記第１の偏光方向の光に対する反射率と前記第２の偏光方向の光に対する反射率とが異なり、前記所定面からの光の少なくとも一部を反射する反射部材とを有する観察光学系であって、前記第１色光と前記第２色光とが合成された合成光路上に、波長板及び／又は偏光板を有することを特徴としている。
【０００７】
ここで、前記波長板が１／２波長板であり、該波長板の遅相軸の方向は、前記第１の偏光方向とも前記第２の偏光方向とも異なるようにしても良い。また、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向とが互いに略９０度をなしており、前記１／２波長板の遅相軸が、前記第１の偏光方向に対して、又は前記第２の偏光方向に対して２０度以上２５度以下（好ましくは２２．５度）の角度をなすようにしても良い。
【０００８】
また、前記波長板が１／４波長板であり、該波長板の遅相軸の方向は、前記第１の偏光方向とも前記第２の偏光方向とも異なるようにしても良い。また、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向とが互いに略９０度をなしており、前記１／４波長板の遅相軸が、前記第１の偏光方向に対して及び／又は前記第２の偏光方向に対して４０度以上５０度以下（好ましくは４５度）の角度をなすようにしても良い。
【０００９】
また、前記偏光板の透過軸の方向が、前記第１の偏光方向とも前記第２の偏光方向とも異なるように構成しても良い。ここで、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向とが互いに略９０度をなしており、前記偏光板の透過軸の方向が、前記第１の偏光方向に対して及び／又は前記第２の偏光方向に対して４０度以上５０度以下（好ましくは４５度）の角度をなすようにしても良い。
【００１０】
また、前記波長板が色選択性波長板であっても良い。ここで、前記色選択性波長板を透過した前記第１色光と前記第２色光とは、偏光方向が略一致（好ましくは偏光方向の差が５度以内）するように構成しても良い。
【００１１】
また、前記波長板は２枚構成でもよい。たとえば色合成光学系側から順に１／２波長板、１／４波長板を配置する構成がよい。
【００１２】
また、前記波長板及び又は前記偏光板が、前記色合成光学系と前記反射部材との間の光路上に配置されているのが好ましい。
【００１３】
また、上述のような観察光学系を用いて、液晶画像素子（液晶パネル）やその他の原画の情報を形成する画像形成素子からの光を観察することが可能な観察装置を構成しても構わない。
【００１４】
また、本願発明の目的を達成する投射光学系としては、第１の偏光方向を有する少なくとも１つの第１色光と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を有する少なくとも１つの第２色光とを合成する色合成光学系と、該色合成光学系からの光を所定面上に結像する結像光学系とを有する投射光学系であって、前記結像光学系が前記第１の偏光方向の光に対する反射率と前記第２の偏光方向の光に対する反射率とが異なる反射部材を有しており、前記色合成光学系と前記反射部材との間に、波長板及び／又は偏光板を有するように構成するのが好ましい。ここで、上述の観察光学系において好ましい構成をこの投射光学系に適用しても構わないし、また、この投射光学系を用いて、原画情報を形成する画像形成素子からの光を投射する投射装置を構成しても構わない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１６】
（第１実施例）
本発明の第１の実施例としてプロンプター（観察装置）に適用した例を示す。図１は本発明に関するプロンプターの構成を説明する図である。図中、１は液晶プロジェクター、１Ｌは投射レンズ、１１は液晶パネル、１２はダイクロイックプリズム、２は結像レンズ、３は位相板、４は反射ミラー、５はスクリーン（拡散板、光偏向部材、光屈折部材、半透過膜等）、６はハーフミラー、７は演台である。図中の液晶プロジェクター１は詳細な光学系を図示していないが、３枚の液晶パネルを使用し、それぞれＲＧＢの各色の照明光によりカラー投射できるフロントプロジェクターである。図１において液晶プロジェクター１の投射レンズ１Ｌから投射される投射像は結像レンズ２によってスクリーン５上に適当な大きさに結像される。講演者はスクリーン５上の画像をハーフミラー６で反射して見ることができる。ハーフミラー６の反射率を１０％前後（５％以上２０％以下程度が好ましい）にしておけば講演者はスクリーン上の像を見ることができ、同時にハーフミラー６を通して聴衆を見ることができる。また聴衆もハーフミラー６を通して講演者を見ることができる。スクリーン５に結像される投射像の大きさは講演者が無理なく画面全体をみることができるように視野角が１０度くらい（７度以上２０度以下が好ましい）になるように設定するのがよい。したがって、液晶プロジェクター１の液晶パネルサイズ及び投射レンズ１Ｌの焦点距離に応じて結像レンズ２の焦点距離を適切な値に設定するのがよい。図１の構成は液晶プロジェクター１の特性を生かしてスクリーン５上に明るく高コントラストの投射像を形成でき、講演者はそのスクリーン５上の投射像をみることができる。なおスクリーン５の近傍にフィールドレンズを配置すると照明効率が上がるため講演者はさらに明るい投射像をみることができる。この場合にはスクリーン５は外しても投射像全体をほぼ均等な明るさで観察できる。
【００１７】
上記の構成のプロンプターにおいて、ハーフミラー６は４５度入射のためコーテイング無しでもコーテイング有りでも偏光特性を有する。通常誘電体膜のコーテイングによって所望の反射特性を得ている。図２に平均反射率１０％程度の偏光特性の１例を示す。図中Ｓ，Ｐはハーフミラーに入射するＳ偏光、Ｐ偏光の反射率を示す。図２に示すようにＳ偏光、Ｐ偏光で反射特性が大きく異なる。一方、液晶プロジェクター１はダイクロイックプリズム１２により３色の液晶パネル像を合成して投射する構成をとっているために色毎に偏光方向の異なる直線偏光の光束を投射レンズから射出している。図６にＲＧＢ ３色の液晶パネルとダイクロイックプリズムとの関係を示す。図中、１１Ｒ，１１Ｇ、１１ＢはそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの画像を表示する液晶パネル、１２はダイクロイックプリズムである。この場合、一般に知られているダイクロイックプリズムの透過、反射特性から１１Ｇから射出されるＧ像の射出光束は紙面に平行方向の直線偏光に、１１Ｒ，１１Ｂから射出されるＲ，Ｂ像の射出光束は紙面に垂直方向の直線偏光にするのがよい。このように直線偏光の方向を設定すると各色の光束はダイクロイックプリズム１２において効率よく反射あるいは透過した後にダイクロイックプリズム１２から射出される。この図６は図１の構成において上方向から見た図である。図６の構成を図１に適用すると、投射レンズ１Ｌから射出された光束はハーフミラー６に対してＧの光束はＳ偏光、Ｂ、Ｒの光束はＰ偏光で入射するので、位相板３がない場合、図２に示す反射特性からハーフミラー６での反射率はＧの光束に対しては高く、ＲとＢの光束に対しては低くなる。したがってハーフミラー６に白色の光束が入射した場合、色毎の反射率の違いによりハーフミラー６で反射して見たスクリーン像は緑がかった色になる。そのため図１のプロンプターにおいて結像レンズ２の射出側に位相板３を配置して色毎にハーフミラー６における反射率の違いが生じないようにしている。
【００１８】
位相板３として１／４波長板、１／２波長板、波長選択性の１／２波長板のいずれかを選択すればよい。
【００１９】
位相板３を１／４波長板にすると１／４波長板の遅相軸が各色の直線偏光方向に対し４５度（４０度以上５０度以下にするのが好ましい。）を成すように配置するのがよい。図３（ａ）に各色の偏光方向に対する１／４波長板の遅相軸の配置を示す。この場合投射レンズ１Ｌを射出した各色の直線偏光が１／４波長板を通過した後に円偏光に変換される。そのためハーフミラー６に入射する各色の光束は同等の反射率を有することになり、講演者は白色に対して色付きのない画像を見ることができる。ここで、１／４波長板の遅相軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて１／４波長板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２０】
ここで、位相板３を結像レンズ２側から順に１／２波長板、１／４波長板の２枚構成としてもよい。この場合上記の１／２波長板と１／４波長板の機能が組み合わされてハーフミラー６に対し各色の光束はＳ偏光、Ｐ偏光の両成分を同等に有することになり各色のハーフミラー６の反射率は同等になる。
【００２１】
位相板３を１／２波長板とすると、１／２波長板の遅相軸が所定の色光の直線偏光方向に対し２２．５度（２０度以上２５度以下が好ましい）或いは６７．５度（６５度以上７０度以下が好ましい）を成すように配置するのがよい。図３（ｂ）に各色の偏光方向に対する１／２波長板の遅相軸の配置を示す。この場合、投射レンズ１Ｌを射出した直線偏光が１／２波長板を通過した後各色の偏光方向が４５度方向に変換される。その結果ハーフミラー６に対し各色の光束はＳ偏光、Ｐ偏光の両成分を同等に有することになり各色のハーフミラー６の反射率は同等になる。ここで、１／２波長板の遅相軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて１／２波長板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２２】
位相板３をＲ，Ｂの光束のみに作用する波長選択性（波長選択性）の１／２波長板にすると、Ｒ，Ｂの光束の偏光方向に対して１／２波長板の遅相軸が４５度（４０度以上５０度以下が好ましい）を成すように配置するのがよい。図３（ｃ）に各色の偏光方向に対する波長選択性の１／２波長板の遅相軸の配置を示す。投射レンズ１Ｌから射出されたＲ，Ｂの光束は位相板３を通過後偏光方向が９０度回転してハーフミラー６に対しＳ偏光となる。波長板で作用を受けないＧの光束は位相板通過後もＳ偏光であるので、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の色光の偏光方向が実質的に同じになる（３色の色光の偏光方向のお互いのずれが５度以内に収まるようにしても構わない。）ので、ハーフミラー６で反射される画像に色付きは発生しない。ハーフミラーにおける反射率はＰ偏光よりＳ偏光の方が高いので講演者は明るい画像を見ることができる。なお位相板３をＧの光束にのみ作用する波長選択性の１／２波長板にしてもよい。この場合Ｇの光束の偏光方向に対し１／２波長板の遅相軸が４５度を成すように配置することになる。この構成において位相板３を通過後ＲＧＢの光束すべてがハーフミラー６に対してＰ偏光となりハーフミラー６で反射される画像は色付きを発生しない。ただし観察光量はすべての光束がＳ偏光の場合に比し減少する。なお、本実施例で用いられている波長選択性の１／２波長板の具体的な例としては、特許公開公報２００１−６６４３４に開示されている位相板を積層した構成のものが挙げられる。ここで、この波長選択性波長板の遅相軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて波長選択性波長板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２３】
位相板３の代わりに直線偏光板を配置しても白色の色付きを防止できる。この場合、直線偏光板は透過軸方向が各色の直線偏光方向に対し４５度（４０度以上５０度以下にするのが好ましい）で配置するのがよい。図３（ｄ）に各色の偏光方向に対する直線偏光板の透過軸方向の配置を示す。投射レンズ１Ｌから射出された光束は直線偏光板を通過後３色ともほぼ同量の４５度方向の直線偏光となる。ハーフミラー６に対し各色の光束はＳ偏光、Ｐ偏光成分をほぼ同等に有することになり、色付きのない画像を見ることができる。ただし、４５度方向の直線偏光成分のみの通過となるため光量は減少する。ここで、偏光板の透過軸と各色の直線偏光方向との角度を微調整できるようにしても構わない。この微調整は公知の回転機構を用いて偏光板を回転させても良いし、手動で行っても構わない。
【００２４】
また位相板３を配置せずに、ハーフミラー６の射出側に直線偏光板を配置しても色付きを防止できる。ハーフミラー６で反射されたＳ偏光、Ｐ偏光の光量がほぼ同等になるように直線偏光板の透過軸方向を設定すればよい。具体的には透過軸方向をＳ偏光とＰ偏光の中間の方向に対してＰ偏光寄りに設定するとよい。この場合、直線偏光板の偏光方向成分のみの透過光量となるため観察光量は減少する。ここでも、前述したのと同様に、偏光板を公知の回転機構を用いて偏光板の透過軸と偏光光の偏光方向との角度を調整できるようにしても構わない。また、勿論手動で行えるようにしても構わない。
【００２５】
（第２の実施例）
次に第２の実施例として自由曲面ミラーで構成される投射光学系に適用した例を示す。図４は投射光学系を示す図である。図中、１１はＧ像を形成する液晶パネル、１２はダイクロイックプリズム、１３は位相板、１４は自由曲面ミラー６面で構成される投射光学系である。自由曲面ミラーは光学的パワーを有する反射ミラーであり自由曲面ミラー６面で結像系である投射光学系１４を構成している。なおＢ，Ｒ像の液晶パネルは図示していないが、紙面に垂直方向の前後に配置されている。第１実施例で示したと同様、ダイクロイックプリズム１２から射出される光束はＧ像では投射光学系１４を構成する自由曲面ミラーに対しＳ偏光であり、Ｂ，Ｒ像では投射光学系１４を構成する自由曲面ミラーに対しＰ偏光である。図４の投射光学系の構成は高仰角でスクリーンに投射できる。前記自由曲面ミラーは金属膜に誘電体膜の保護膜あるいは複数の誘電体膜で構成される増反射膜を有し、かつ入射光束が斜入射になるので反射率に偏光特性を生じる。自由曲面ミラー１面の反射特性の一例を図５に示す。図中、Ｓ，ＰはＳ偏光、Ｐ偏光に対する反射率を示す。図４の実施例の投射光学系１４は自由曲面ミラー６面で構成されているので偏光方向によって各色の光束の反射率は異なる。その結果、位相板１３なしの場合、色毎に自由曲面ミラー１４からの射出光量が異なるので白色で投射されたはずの像が色付くことになる。図４ではダイクロイックプリズム１２と投射光学系１４の間に位相板１３を配置して色付きの問題を解消している。位相板１３として、１／４波長板、１／２波長板、波長選択性の１／２波長板のいずれかを選択すればよい。それぞれの位相板の遅相軸は第１実施例のプロンプターと同様、投射光束の偏光状態に合わせて適切な方向に設定するのがよい。それによって投射光学系内の各自由曲面ミラーにおいて色毎に反射率の違いが生じなくなり、色付きのない画像をスクリーンに投射できる。
【００２６】
位相板１３の代わりに直線偏光板を配置しても白色の投射像の色付きを解消できる。この場合、直線偏光板を透過後、Ｒ，Ｇ，Ｂ像の光量がほぼ同等になるように直線偏光板の透過軸方向を設定する必要がある。直線偏光板の透過軸方向の成分のみの透過となるためスクリーンに投射される透過光量は減少する。直線偏光板は自由曲面ミラー１４の射出側に配置しても問題を解消できる。この場合、Ｓ偏光の透過光量、Ｐ偏光の透過光量はすでに異なっているので、直線偏光板の透過軸方向はほぼ同等になるように設定する必要がある。具体的には透過軸方向をＳ偏光とＰ偏光の中間の方向に対してＰ偏光寄りに設定するのがよい。なおこの場合もスクリーンに投射される透過光量は減少する。
【００２７】
この第２実施例は、投射光学系を使用する投射装置としてフロントプロジェクターおよびリアプジェクション装置の両方に適用できる。
【００２８】
上記のすべての実施例において液晶パネルは色毎に偏光特性の異なる光束を射出する他の表示パネル（画像形成素子）に置き換えても同様の効果を有する装置を構成できる。また、前述したように、偏光手段としての位相板あるいは偏光板に投射光学系の光軸回りに回転する機能を持たせることによって各偏光方向の色光の透過光量を調節し、カラーバランスを調整することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、色毎に偏光特性の異なる合成像を反射部材を介して投射像とする光学系および投射像を観察する光学系において偏光による影響を解消し色付きのない投射像を形成および観察できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す図
【図２】本発明の第１実施例に関するハーフミラーの反射率の一例を示す図
【図３】本発明に関する位相板および偏光板の軸を示す図
【図４】本発明の第２実施例を示す図
【図５】本発明の第２実施例に関する自由曲面ミラーの反射率の一例を示す図
【図６】液晶パネルとダイクロイックプリズムとの関係を示す図
【符号の説明】
１ 液晶プロジェクター
２ 結像レンズ
３ 位相板
４ 反射ミラー
５ スクリーン
６ ハーフミラー
７ 演台
１１ 液晶パネル
１２ ダイクロイックプリズム
１３ 位相板
１４ 投射光学系[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection optical system for projecting an image having different polarization characteristics for each color and an optical system for observing a projected image, and more particularly to a projection optical system including a reflection member having polarization characteristics and an observation optical system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the spread of personal computers, presentations are often made using materials created on personal computers. At that time, the speaker and the audience often use a prompter so that the speaker can always read the manuscript and talk while facing the audience while looking at each other's facial expressions. The current prompter has a configuration in which a display device such as a liquid crystal panel is viewed through a half mirror. However, since the display device cannot provide enough brightness due to the backlit liquid crystal panel, and the reflectance of the half mirror is suppressed so that the speaker and the audience can see each other's facial expressions, May be relatively dark and difficult to see. This has forced the venue to be dark, halving the benefits of the prompter, which allows the speaker and audience to see each other's facial expressions.
[0003]
Therefore, as a method of brightening the prompter, Japanese Patent No. 2916825 discloses a prompter in which a projected image of a liquid crystal projector is projected on a screen at an appropriate size, and the screen image is viewed by a speaker via a half mirror. I have. However, in recent years, liquid crystal projectors such as those used here are required to have high definition images, and use a liquid crystal panel of three colors of red, green, and blue to project a composite image thereof on a screen. Is common. Furthermore, the light from the three-color liquid crystal panels often has different polarization directions, for example, P-polarized light from the green liquid crystal panel, and S-polarized light from the red liquid crystal panel and the blue liquid crystal panel. When the liquid crystal projector having such a configuration is used for the prompter of the above-mentioned Patent Registration No. 2916825, the reflected light from the half mirror disposed at an angle with respect to the optical axis of the liquid crystal projector has a polarization direction of each color light. Due to the difference, the reflectance differs depending on the color, and as a result, the white portion is colored.
[0004]
In recent projectors, a projection optical system has been proposed in which the projection optical system is not a lens but a reflection mirror having a refractive power. However, when the polarization direction of the color light emitted from the liquid crystal panel is different depending on the color light in the three-panel type liquid crystal projector, a white image is colored and projected by using a projection optical system having a reflection mirror whose reflectance for incident light varies depending on the polarization direction. Disadvantage.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has a polarization characteristic (polarization of light) in an optical system for projecting light from a liquid crystal panel (image forming element) that emits image light having a different polarization direction for each color onto a screen and an optical system for observing a projected image. It is an object of the present invention to form a non-colored projected image on a white image or to observe a non-colored image even through a reflecting member having a different reflectance depending on the direction.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in order to achieve the above object, the observation optical system according to claim 1 of the present application includes at least one first color light having a first polarization direction and a second color light having a second polarization different from the first polarization direction. A color combining optical system that combines at least one second color light having a polarization direction of: a projection optical system that projects light from the color combining optical system onto a predetermined surface; A reflection member having a reflectance different from the reflectance for light in the second polarization direction and a reflecting member for reflecting at least a part of light from the predetermined surface, wherein the first color light and the second A wave plate and / or a polarizing plate are provided on a combined optical path in which two-color light is combined.
[0007]
Here, the wave plate may be a half-wave plate, and a direction of a slow axis of the wave plate may be different from the first polarization direction and the second polarization direction. Further, the first polarization direction and the second polarization direction are substantially 90 degrees with each other, and the slow axis of the half-wave plate is oriented with respect to the first polarization direction or An angle of 20 degrees or more and 25 degrees or less (preferably 22.5 degrees) may be formed with respect to the second polarization direction.
[0008]
Further, the wave plate may be a quarter wave plate, and a direction of a slow axis of the wave plate may be different from the first polarization direction and the second polarization direction. Further, the first polarization direction and the second polarization direction are substantially 90 degrees with each other, and the slow axis of the quarter-wave plate is oriented relative to the first polarization direction. An angle of 40 degrees or more and 50 degrees or less (preferably 45 degrees) with respect to the second polarization direction may be formed.
[0009]
Further, a configuration may be adopted in which the direction of the transmission axis of the polarizing plate is different from the first polarization direction and the second polarization direction. Here, the first polarization direction and the second polarization direction are substantially 90 degrees from each other, and the direction of the transmission axis of the polarizing plate is relative to the first polarization direction and / or An angle of 40 degrees or more and 50 degrees or less (preferably 45 degrees) may be formed with respect to the second polarization direction.
[0010]
Further, the wave plate may be a color-selective wave plate. Here, the first color light and the second color light transmitted through the color-selective wavelength plate may be configured so that the polarization directions are substantially the same (preferably, the polarization direction difference is within 5 degrees).
[0011]
Further, the wave plate may have a two-plate structure. For example, a configuration in which a 波長 wavelength plate and a 波長 wavelength plate are sequentially arranged from the color combining optical system side is preferable.
[0012]
In addition, it is preferable that the wave plate and / or the polarizing plate be disposed on an optical path between the color combining optical system and the reflection member.
[0013]
Further, an observation device capable of observing light from a liquid crystal image element (liquid crystal panel) or another image forming element for forming information of an original image may be configured by using the above-described observation optical system. Absent.
[0014]
The projection optical system that achieves the object of the present invention includes at least one first color light having a first polarization direction and at least one first light having a second polarization direction different from the first polarization direction. A projection optical system having a color synthesizing optical system for synthesizing two-color light and an imaging optical system for imaging light from the color synthesizing optical system on a predetermined surface, wherein the imaging optical system is the second optical system. A reflective member having a different reflectance for light in the first polarization direction and a different reflectance for light in the second polarization direction; and a wave plate and / or a reflector between the color combining optical system and the reflective member. Alternatively, it is preferable to include a polarizing plate. Here, a preferable configuration in the above-described observation optical system may be applied to the projection optical system, and a projection apparatus that projects light from an image forming element that forms original image information using the projection optical system. May be configured.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0016]
(First embodiment)
An example in which the invention is applied to a prompter (observation device) will be described as a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a prompter according to the present invention. In the figure, 1 is a liquid crystal projector, 1L is a projection lens, 11 is a liquid crystal panel, 12 is a dichroic prism, 2 is an imaging lens, 3 is a phase plate, 4 is a reflection mirror, 5 is a screen (diffusion plate, light deflecting member, Reference numeral 6 denotes a half mirror, and 7 denotes a podium. Although a detailed optical system is not shown in the drawing, the liquid crystal projector 1 is a front projector that uses three liquid crystal panels and can perform color projection with illumination light of each color of RGB. In FIG. 1, a projection image projected from a projection lens 1 </ b> L of the liquid crystal projector 1 is formed into an appropriate size on a screen 5 by an imaging lens 2. The speaker can reflect and view the image on the screen 5 with the half mirror 6. If the reflectance of the half mirror 6 is set to about 10% (preferably about 5% to 20%), the speaker can see the image on the screen, and at the same time, can see the audience through the half mirror 6. The audience can also see the speaker through the half mirror 6. The size of the projected image formed on the screen 5 is set so that the viewing angle is about 10 degrees (preferably 7 degrees or more and 20 degrees or less) so that the speaker can easily see the entire screen. Is good. Therefore, it is preferable to set the focal length of the imaging lens 2 to an appropriate value according to the size of the liquid crystal panel of the liquid crystal projector 1 and the focal length of the projection lens 1L. The configuration of FIG. 1 can form a bright and high-contrast projected image on the screen 5 by utilizing the characteristics of the liquid crystal projector 1, and the speaker can see the projected image on the screen 5. When a field lens is arranged near the screen 5, the illumination efficiency is increased, so that the speaker can see a brighter projected image. In this case, even if the screen 5 is removed, the entire projected image can be observed with substantially uniform brightness.
[0017]
In the prompter having the above configuration, since the half mirror 6 is incident at 45 degrees, the half mirror 6 has a polarization characteristic with or without a coating. Usually, a desired reflection characteristic is obtained by coating a dielectric film. FIG. 2 shows an example of a polarization characteristic with an average reflectance of about 10%. In the figure, S and P indicate the reflectance of S-polarized light and P-polarized light incident on the half mirror. As shown in FIG. 2, the reflection characteristics are significantly different between S-polarized light and P-polarized light. On the other hand, since the liquid crystal projector 1 has a configuration in which the liquid crystal panel images of three colors are combined and projected by the dichroic prism 12, linearly polarized light beams having different polarization directions for each color are emitted from the projection lens. FIG. 6 shows the relationship between the RGB three-color liquid crystal panel and the dichroic prism. In the figure, 11R, 11G and 11B are liquid crystal panels for displaying R, G and B images, respectively, and 12 is a dichroic prism. In this case, the emission light flux of the G image emitted from 11G is converted into linearly polarized light parallel to the paper surface, and the emission light flux of the R and B images emitted from 11R and 11B due to the transmission and reflection characteristics of a generally known dichroic prism. Is preferably linearly polarized light perpendicular to the paper surface. When the direction of the linearly polarized light is set in this manner, the luminous flux of each color is efficiently reflected or transmitted by the dichroic prism 12, and then emitted from the dichroic prism 12. FIG. 6 is a diagram viewed from above in the configuration of FIG. When the configuration of FIG. 6 is applied to FIG. 1, the light beam emitted from the projection lens 1L enters the half mirror 6 with the G light beam entering as S-polarized light and the B and R light beams entering as P-polarized light. When there is no light beam, the reflectance at the half mirror 6 is high for the G light beam and low for the R and B light beams from the reflection characteristics shown in FIG. Therefore, when a white light beam enters the half mirror 6, the screen image reflected and viewed by the half mirror 6 has a greenish color due to the difference in reflectance for each color. Therefore, the phase plate 3 is arranged on the exit side of the imaging lens 2 in the prompter of FIG. 1 so that the reflectance of the half mirror 6 does not differ for each color.
[0018]
Any of a quarter-wave plate, a half-wave plate, and a half-wave plate with wavelength selectivity may be selected as the phase plate 3.
[0019]
When the phase plate 3 is a quarter-wave plate, the retardation axis of the quarter-wave plate is arranged at 45 degrees (preferably 40 degrees or more and 50 degrees or less) with respect to the linear polarization direction of each color. Is good. FIG. 3A shows the arrangement of the slow axis of the quarter-wave plate with respect to the polarization direction of each color. In this case, the linearly polarized light of each color emitted from the projection lens 1L is converted into circularly polarized light after passing through the 波長 wavelength plate. Therefore, the luminous fluxes of the respective colors incident on the half mirror 6 have the same reflectance, and the speaker can see an image having no color with respect to white. Here, the angle between the slow axis of the quarter-wave plate and the direction of linear polarization of each color may be finely adjusted. This fine adjustment may be performed by rotating the quarter-wave plate using a known rotation mechanism, or may be performed manually.
[0020]
Here, the phase plate 3 may have a two-layer structure of a 、 wavelength plate and a 波長 wavelength plate in order from the imaging lens 2 side. In this case, the functions of the above-described half-wave plate and quarter-wave plate are combined, so that the luminous flux of each color has both S-polarized light and P-polarized light components equally with respect to the half mirror 6. Have the same reflectance.
[0021]
When the phase plate 3 is a half-wave plate, the slow axis of the half-wave plate is 22.5 degrees (preferably 20 degrees or more and 25 degrees or less) or 67.5 degrees with respect to the direction of linear polarization of predetermined color light. (Preferably not less than 65 degrees and not more than 70 degrees). FIG. 3B shows the arrangement of the slow axis of the half-wave plate with respect to the polarization direction of each color. In this case, after the linearly polarized light emitted from the projection lens 1L passes through the half-wave plate, the polarization direction of each color is converted to a 45-degree direction. As a result, the luminous flux of each color has both the S-polarized light component and the P-polarized light component equally to the half mirror 6, and the reflectance of the half mirror 6 of each color becomes equal. Here, the angle between the slow axis of the half-wave plate and the direction of linear polarization of each color may be finely adjusted. This fine adjustment may be performed by rotating the half-wave plate using a known rotation mechanism, or may be performed manually.
[0022]
If the phase plate 3 is a half-wave plate of wavelength selectivity (wavelength selectivity) acting only on the R and B light fluxes, the slow axis of the half-wave plate with respect to the polarization direction of the R and B light fluxes Is preferably 45 degrees (preferably 40 degrees or more and 50 degrees or less). FIG. 3C shows the arrangement of the slow axes of the half-wave plates having wavelength selectivity with respect to the polarization direction of each color. After passing through the phase plate 3, the R and B light beams emitted from the projection lens 1 </ b> L rotate the polarization direction by 90 degrees and become S-polarized light with respect to the half mirror 6. Since the G light flux not affected by the wavelength plate is S-polarized light even after passing through the phase plate, the polarization directions of the three color lights of R, G, and B become substantially the same (the polarization directions of the three color lights). May be set within 5 degrees.) Therefore, coloring of the image reflected by the half mirror 6 does not occur. Since the reflectance of the half mirror is higher for the S-polarized light than for the P-polarized light, the speaker can see a bright image. The phase plate 3 may be a wavelength-selective half-wave plate that acts only on the G light beam. In this case, the half-wave plate is arranged so that the slow axis forms 45 degrees with respect to the polarization direction of the G light beam. In this configuration, after passing through the phase plate 3, all the RGB light beams become P-polarized light with respect to the half mirror 6, and the image reflected by the half mirror 6 does not have coloring. However, the amount of observation light decreases as compared with the case where all the light beams are S-polarized light. As a specific example of the wavelength-selective half-wave plate used in the present embodiment, a half-wave plate having a configuration in which phase plates disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2001-66434 are laminated is exemplified. Here, the angle between the slow axis of the wavelength-selective wavelength plate and the linear polarization direction of each color may be finely adjusted. This fine adjustment may be performed by rotating the wavelength-selective wave plate using a known rotation mechanism, or may be performed manually.
[0023]
Even if a linear polarizing plate is arranged instead of the phase plate 3, white coloring can be prevented. In this case, the linear polarizing plate is preferably arranged such that the transmission axis direction is at 45 degrees (preferably 40 degrees or more and 50 degrees or less) with respect to the linear polarization direction of each color. FIG. 3D shows the arrangement of the linear polarizing plate in the transmission axis direction with respect to the polarization direction of each color. After passing through the linear polarizing plate, the light beam emitted from the projection lens 1L becomes substantially the same amount of linearly polarized light in the 45-degree direction for all three colors. The luminous flux of each color has almost the same S-polarized light component and P-polarized light component with respect to the half mirror 6, so that an image without coloring can be seen. However, since only the linearly polarized light component in the 45-degree direction passes through, the amount of light decreases. Here, the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the linear polarization direction of each color may be finely adjusted. This fine adjustment may be performed by rotating the polarizing plate using a known rotation mechanism, or may be performed manually.
[0024]
Even if a linear polarizing plate is arranged on the emission side of the half mirror 6 without disposing the phase plate 3, the coloring can be prevented. The transmission axis direction of the linear polarizing plate may be set so that the amounts of S-polarized light and P-polarized light reflected by the half mirror 6 become substantially equal. Specifically, the transmission axis direction may be set closer to the P-polarized light with respect to the intermediate direction between the S-polarized light and the P-polarized light. In this case, the amount of transmitted light is only the component of the polarization direction of the linear polarizing plate, and thus the amount of observation light is reduced. Here, as described above, the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the polarization direction of the polarized light may be adjusted using a known rotation mechanism. Of course, it may be possible to perform the operation manually.
[0025]
(Second embodiment)
Next, an example in which the present invention is applied to a projection optical system including a free-form surface mirror will be described as a second embodiment. FIG. 4 is a diagram showing a projection optical system. In the figure, 11 is a liquid crystal panel for forming a G image, 12 is a dichroic prism, 13 is a phase plate, and 14 is a projection optical system composed of six free-form mirrors. The free-form surface mirror is a reflection mirror having optical power, and the free-form surface mirror 6 constitutes a projection optical system 14 which is an image forming system. Although the liquid crystal panels for the B and R images are not shown, they are arranged before and after in the direction perpendicular to the paper surface. As shown in the first embodiment, the light beam emitted from the dichroic prism 12 is S-polarized with respect to the free-form surface mirror forming the projection optical system 14 in the G image, and forms the projection optical system 14 in the B and R images. P-polarized light for a free-form mirror. The configuration of the projection optical system of FIG. 4 can project onto a screen at a high elevation angle. The free-form surface mirror has a metal film having a protective film of a dielectric film or a reflection-enhancing film composed of a plurality of dielectric films, and the incident light flux is obliquely incident, so that a polarization characteristic occurs in the reflectance. FIG. 5 shows an example of the reflection characteristics of one free-form surface mirror. In the figure, S and P indicate the reflectance for S-polarized light and P-polarized light. Since the projection optical system 14 of the embodiment shown in FIG. 4 is composed of six free-form surface mirrors, the reflectance of the light flux of each color differs depending on the polarization direction. As a result, when the phase plate 13 is not provided, the amount of light emitted from the free-form surface mirror 14 differs for each color, so that the image projected as white is colored. In FIG. 4, the phase plate 13 is disposed between the dichroic prism 12 and the projection optical system 14 to solve the problem of coloring. Any of a quarter-wave plate, a half-wave plate, and a half-wave plate with wavelength selectivity may be selected as the phase plate 13. The slow axis of each phase plate is preferably set in an appropriate direction according to the polarization state of the projection light beam, as in the prompter of the first embodiment. As a result, the reflectance of each free-form surface mirror in the projection optical system does not differ for each color, and an uncolored image can be projected on the screen.
[0026]
Even if a linearly polarizing plate is arranged instead of the phase plate 13, coloring of the white projected image can be eliminated. In this case, it is necessary to set the transmission axis direction of the linear polarizing plate so that the light amounts of the R, G, and B images after passing through the linear polarizing plate become substantially equal. Since only the component in the transmission axis direction of the linear polarizing plate is transmitted, the amount of transmitted light projected on the screen decreases. Even if the linear polarizing plate is arranged on the exit side of the free-form surface mirror 14, the problem can be solved. In this case, since the transmitted light amount of the S-polarized light and the transmitted light amount of the P-polarized light are already different, it is necessary to set the transmission axis directions of the linear polarizing plates to be substantially equal. Specifically, the transmission axis direction is preferably set closer to the P-polarized light than the intermediate direction between the S-polarized light and the P-polarized light. In this case as well, the amount of transmitted light projected on the screen decreases.
[0027]
The second embodiment can be applied to both a front projector and a rear projection device as a projection device using a projection optical system.
[0028]
In all of the above embodiments, the liquid crystal panel can be replaced with another display panel (image forming element) that emits a light beam having a different polarization characteristic for each color to form a device having the same effect. Also, as described above, the phase balance as a polarizing means or the polarizing plate has a function of rotating around the optical axis of the projection optical system, thereby adjusting the amount of transmitted color light in each polarization direction and adjusting the color balance. be able to.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, an optical system for projecting a composite image having different polarization characteristics for each color through a reflecting member and an optical system for observing the projected image eliminate the influence of polarization and form a projection image without coloring and It has the effect of being observable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a diagram showing an example of the reflectance of a half mirror according to the first embodiment of the present invention; FIG. 3 is an axis of a phase plate and a polarizing plate according to the present invention; FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an example of the reflectance of a free-form surface mirror according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a liquid crystal panel and a dichroic prism. Diagram showing the relationship of [Description of reference numerals]
Reference Signs List 1 liquid crystal projector 2 imaging lens 3 phase plate 4 reflection mirror 5 screen 6 half mirror 7 lectern 11 liquid crystal panel 12 dichroic prism 13 phase plate 14 projection optical system