JP2009169385A - Projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源の輝度が高い場合でも、光学素子の劣化が少なく、色再現性に優れた投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device that has little deterioration of optical elements and excellent color reproducibility even when the luminance of a light source is high.
反射型液晶表示素子を用いた投射型表示装置において、比較的単純な構造ながらも、光の利用効率を高めることができる投射型表示装置として、偏光変換素子を用いた投射型表示装置が知られている。
この偏光変換素子を用いた投射型表示装置の代表的な例として、光源から射出された光のうち、紫外線領域及び赤外線領域の光をフィルタにより除去し、その後、残りの光を偏光変換素子が含まれるインテグレータ光学系に入射するようにした投射型表示装置が、特許文献1に記載されている。
In a projection display device using a reflective liquid crystal display element, a projection display device using a polarization conversion element is known as a projection display device capable of improving the light utilization efficiency while having a relatively simple structure. ing.
As a typical example of the projection display device using this polarization conversion element, the light in the ultraviolet region and the infrared region is removed by a filter from the light emitted from the light source, and then the remaining light is converted by the polarization conversion element.
特許文献1には、おおむね以下のように記載されている。
図8は、従来の投射型表示装置100の光学系の概略構成図である。
光源101から略平行光束の光が射出され、射出されたこの光は赤外線反射フィルタ102に入射し、赤外線反射フィルタ102で赤外線を反射することで赤外成分が除去される。次に、赤外線反射フィルタ102を透過した光は、紫外線反射フィルタ103に入射することにより紫外成分が反射され除去される。そして、紫外線反射フィルタ103を透過した赤外成分及び紫外成分が除去された白色光は、フライアイレンズ系104を透過後に、偏光変換素子105でランダムな偏光から、直線偏光に変換される。
通常、ランダムな偏光を直線偏光に変換する場合、偏光フィルムを用いる。この場合、入射光量のうち半分の偏光成分は捨ててしまうが、偏光ビームスプリッタと1/2波長板で構成される偏光変換素子105を用いることによって、P偏光成分をS偏光に変換し入射光量のほぼ全てを利用することができる。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical system of a conventional
Light of a substantially parallel light beam is emitted from the
Usually, when converting randomly polarized light into linearly polarized light, a polarizing film is used. In this case, half of the incident light amount is discarded, but by using the
直線偏光に変換された白色光は、クロスダイクロイックミラー106で、青色(以下「B」と称す)光と、黄色(以下「Y」と称す)光とに色分離された後、Y光は、ダイクロイックミラー107で、緑色(以下「G」と称す)光と赤色(以下「R」という)光に色分解される。クロスダイクロイックミラー106及びダイクロイックミラー107から構成される色分解光学系での色分解により得られたR光,G光,B光は、それぞれ光軸上に配置された偏光ビームスプリッタ108R,108G,108Bに入射し、R光,G光,B光のS偏光成分が偏光ビームスプリッタ108R,108G,108Bの偏光分離部によって反射され、R光,G光,及びB光用の反射型液晶表示素子109R,109G,109Bに入射する。
The white light converted into linearly polarized light is color-separated into blue (hereinafter referred to as “B”) light and yellow (hereinafter referred to as “Y”) light by the cross
次に、各色光用反射型液晶表示素子109R,109G,109Bに入射したS偏光のR光,G光,及びB光はR,G,B各色の駆動信号によって変調作用を受け、変調された部分の光はP偏光になり、変調されていない部分の光はS偏光のままとして、P偏光とS偏光との混合光になり各色光用の反射型液晶表示素子109R,109G,109Bで反射し、反射型液晶表示素子109R,109G,109Bから射出する。
そして、R,G,B各色光は、再び各色光用の偏光ビームスプリッタ108R,108G,108Bにそれぞれ入射し、変調光(P偏光)のみが偏光分離部と透過した後、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム110に各色光それぞれ異なる入射面から入射し、色合成される。
色合成された光は、クロスダイクロイックプリズム110の所定の射出面から射出し、投射レンズ111によって拡大され、図示しないスクリーン上にカラー像を形成する。
Next, the S-polarized R light, G light, and B light incident on the reflective liquid crystal display elements 109R, 109G, and 109B for each color light were modulated and modulated by the drive signals of the R, G, and B colors. The light of the part becomes P-polarized light, the light of the part which is not modulated remains S-polarized light, and becomes mixed light of P-polarized light and S-polarized light and reflected by the reflective liquid crystal display elements 109R, 109G and 109B for each color light. Then, the light is emitted from the reflective liquid crystal display elements 109R, 109G, and 109B.
The R, G, and B color lights again enter the polarization beam splitters 108R, 108G, and 108B for the respective color lights, and only the modulated light (P-polarized light) is transmitted through the polarization separation unit. Each color light is incident on a certain cross
The color-combined light exits from a predetermined exit surface of the cross
ところで、映画館や大規模商業施設等で投射型表示装置を用い多くの人に対して投映像を視聴させる場合、映像を大画面化すると共に、単位面積当たりの照度を低下させないために、投射型表示装置からの射出光の明るさを明るくする必要がある。
投射型表示装置から投影される画像を明るくする技術としては、液晶表示素子のサイズを大きくすること、光学系のF値を小さくすること、光源を明るくすることの3種類の方法が知られている。
このうち、液晶表示素子のサイズを大きくすることと、光学系のF値を小さくすることとに関しては、投射型表示装置が大型化してしまい装置コストが向上してしまうことに加え、光学設計の大幅な変更が必要であるという問題があった。
一方、光源を明るくすることに関しては、光学設計の変更点も少なく、光源を交換するだけで容易に投映像の輝度を高めることができるという利点がある。例えば、一般的な投射型表示装置に用いられる超高圧水銀ランプの定格入力は300Wが最大であるが、キセノンランプでは定格入力が1KWから大きいもので10KWまで実用化されており、容易に投射型表示装置の輝度を向上することができる。
By the way, when a projection display device is used in a movie theater or a large-scale commercial facility to allow a large number of people to watch a projected image, projection is performed in order to enlarge the image and not reduce the illuminance per unit area. It is necessary to increase the brightness of the emitted light from the type display device.
There are three known techniques for brightening an image projected from a projection display device: increasing the size of a liquid crystal display element, decreasing the F value of an optical system, and brightening a light source. Yes.
Among these, regarding the increase in the size of the liquid crystal display element and the decrease in the F value of the optical system, the projection type display device is increased in size and the device cost is improved, and the optical design is improved. There was a problem that a major change was necessary.
On the other hand, with regard to brightening the light source, there are few changes in the optical design, and there is an advantage that the brightness of the projected image can be easily increased simply by replacing the light source. For example, the rated input of an ultra-high pressure mercury lamp used in a general projection display device has a maximum of 300 W, but the rated input of a xenon lamp is large from 1 KW to 10 KW and is practically used. The luminance of the display device can be improved.
しかしながら、光源の高輝度化で最大の課題となるのが光学部品の信頼性である。具体的には、偏光板,位相差板,偏光変換素子など有機材料を構成材料として含む光学部品は、高輝度化された光により有機材料の劣化が促進し、信頼性が低下するとい
う問題があった。
この光学部品の劣化の主な原因には、酸化プロセスによる劣化メカニズムと光化学反応による劣化メカニズムの二種類があり、いずれの場合にも、光学部品に照射される光の波長が短いほど(紫外線領域に近づくに従い)大きくなる光エネルギーが、または、光の波長が長くなるほど(赤外線領域に近づくに従い)大きくなる熱エネルギーが影響して引き起こされる。酸化プロセス及び光化学反応プロセスでは、有機材料に照射される光によってその有機材料を構成する高分子の化学結合が切断され,その結果クラックが発生したり、黄変などの色相変化が発生したりする。
特に、酸化プロセス及び光化学反応プロセスによって、光エネルギーと熱エネルギーの両方が同時に有機材料に与えられた場合、加速的に進行する。
この結果、偏光板,位相差板,偏光変換素子など有機材料を構成材料として含む光学部品には、透過率及び反射率の変化、偏光状態の変化等の光学特性の変化が起きることがあった。
However, the biggest issue in increasing the brightness of the light source is the reliability of the optical components. Specifically, optical components including organic materials such as polarizing plates, retardation plates, and polarization conversion elements as constituent materials have a problem in that deterioration of the organic materials is promoted by high-intensity light and reliability is reduced. there were.
There are two main causes for the deterioration of optical components: the deterioration mechanism due to the oxidation process and the deterioration mechanism due to the photochemical reaction. In either case, the shorter the wavelength of the light irradiated to the optical component (the ultraviolet region) The light energy increases as the light wavelength increases, or the heat energy increases as the light wavelength increases (as it approaches the infrared region). In the oxidation process and photochemical reaction process, the chemical bond of the polymer that composes the organic material is broken by the light irradiated to the organic material, resulting in cracks and hue changes such as yellowing. .
In particular, when both light energy and heat energy are simultaneously applied to the organic material by an oxidation process and a photochemical reaction process, the process proceeds at an accelerated rate.
As a result, changes in optical characteristics such as changes in transmittance and reflectance, changes in polarization state, and the like may occur in optical components including organic materials such as polarizing plates, retardation plates, and polarization conversion elements as constituent materials. .
とりわけ光源に近くに設置される偏光変換素子105は、光源から射出された光束が集光する部分であって特に高温になるため、明るさがそれほど明るくない従来の投射型表示装置でも、劣化を防ぐ目的で冷却手段が設けられていた。
ところが、光源を高輝度化した場合、偏光変換素子105を構成する有機材料であるポリカーボネート製の1/2波長板と、1/2波長板とプリズムとの貼り合せ、及びプリズムとプリズムとの貼合に使用される有機材料である紫外線硬化接着剤とに照射される光量が増大するため、酸化プロセス及び光化学反応プロセスが進行し、光学特性の劣化が起き、信頼性が低下することがあった。
更に、短波長帯域(約400nm)から長波長帯域(約700nm)に渡る広い帯域の光が同時に一つの偏光変換素子105に入射するため、酸化プロセス及び光化学反応プロセスの進行が加速し、有機材料の劣化が早まることがあった。
その結果、投映像の輝度劣化や、面内の輝度ムラ及び色ムラなど画質への悪影響が発生することがあった。
In particular, the
However, when the luminance of the light source is increased, the polycarbonate half-wave plate, which is an organic material constituting the
Furthermore, since light in a wide band extending from the short wavelength band (about 400 nm) to the long wavelength band (about 700 nm) is simultaneously incident on one
As a result, there is a case where an adverse effect on image quality such as luminance deterioration of a projected image, in-plane luminance unevenness and color unevenness may occur.
一方、偏光変換素子105に入射する光束の波長帯域が広いため、複数の誘電体膜の組合せてその膜厚を制御することによって最適化される偏光変換素子105の分光特性を、全ての入射する光束の波長帯域に合わせることは困難であった。そのため、R,G,B各色の色度点の制御には限界があり、色再現範囲を広げることができなかった。
更にまた、1組のフライアイレンズ系104と1つの偏光変換素子105でインテグレータ光学系が構成されており、インテグレータ光学系に入射する光束の波長帯域が広いため、色収差起因によりR,G,B各色で焦点位置か異なり、反射型液晶表示素子109R,109G,109Bに照射される照明領域のサイズが、R,G,B各色で異なってしまう問題も発生する可能性があった。
更にまた、フライアイレンズ系104が1組であるため、光源101の揺らぎがそのまま投影光の揺らぎに影響し、良好な投映像が得られない場合があった。
更にまた、光源の近くに偏光変換素子105を設置するということは、複数の偏光ビームスプリッタが接着によりアレイ状に一体化され、その一部に1/2波長板が接着された複雑な構造の偏光変換素子105を大型化する必要があり、そのコストも高くなっていた。
On the other hand, since the wavelength band of the light beam incident on the
Furthermore, an integrator optical system is constituted by one set of fly-
Furthermore, since the fly-
Furthermore, installing the
そこで、本発明は、投入される光の光エネルギー及び熱エネルギーによる光学素子の劣化を少なくすると共に、投映像の色再現範囲を広げると共に、良好な投映像が得られ、装置サイズを小さくすることができる投射型表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention reduces the deterioration of the optical element due to the light energy and thermal energy of the input light, widens the color reproduction range of the projected image, obtains a good projected image, and reduces the apparatus size. It is an object of the present invention to provide a projection display device that can perform the above-described operation.
1)上記の目的を達成するために、本実施形態の投射型表示装置1Aは、光源2と、光源2から射出した光束を、複数の部分光束からなる部分光束群とする第1のレンズアレイ5と、部分光束群を、第1の部分光束群及び第2の部分光束群に色分解し、互いに異なる方向に射出する第1の色分解手段6と、色分解された第1の部分光束群及び第2の部分光束群をそれぞれ合成し、照度分布が均一な第1の光束及び第2の光束にする第2のレンズアレイ8b及び第3のレンズアレイ8yと、合成された第1の光束及び第2の光束をそれぞれ偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第1の偏光光束及び第2の偏光光束としてそれぞれ射出する第1の偏光変換手段9b及び第2の偏光変換手段9yとを備え、第2の偏光光束の光路上に配設され、第2の偏光光束を第3の偏光光束及び第4の偏光光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第2の色分解手段14と、第1の偏光光束,第3の偏光光束及び第4の偏光光束の光路上にそれぞれ配設され、第1の偏光光束,第3の偏光光束及び第4の偏光光束を、入力画像信号に基づいて変調し、第1の変調光束,第2の変調光束及び第3の変調光束として射出する3個の液晶表示素子12r,12g,12bと、前記第1の変調光束,前記第2の変調光束及び前記第3の変調光束を合成して射出光束として射出する色合成手段15とを備える。
2)上記の目的を達成するために、本実施形態の投射型表示装置1Bは、光源2と、光源2から射出した光束を、第1の光束及び第2の光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第1の色分解手段6と、色分解された第1の光束及び第2の光束の照度分布をそれぞれ均一化する第1のインテグレータ光学系及び第2のインテグレータ光学系と、第1のインテグレータ光学系及び第2のインテグレータ光学系を透過した第1の光束及び第2の光束を、それぞれ偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第1の偏光光束及び第2の偏光光束としてそれぞれ射出する第1の偏光変換手段9b及び第2の偏光変換手段9yとを備え、第2の偏光光束の光路上に配設され、第2の偏光光束を第3の偏光光束及び第4の偏光光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第2の色分解手段14と、第1の偏光光束,第3の偏光光束及び第4の偏光光束の光路上にそれぞれ配設され、第1の偏光光束,第3の偏光光束及び第4の偏光光束を、入力画像信号に基づいて変調し、第1の変調光束,第2の変調光束及び第3の変調光束として射出する3個の液晶表示素子12r,12g,12bと、第1の変調光束,第2の変調光束及び第3の変調光束を合成して射出光束として射出する色合成手段15とを備える。
3)上記の目的を達成するために、本実施形態の投射型表示装置1Cは、光源2と、光源2から射出した光束を、第1の光束及び第2の光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第1の色分解手段6とを有し、第1の光束の光路上には、色分解された第1の光束を、複数の部分光束からなる第1の部分光束群とする第1のレンズアレイ5bと、第1の部分光束群の部分光束を合成し第1の合成光束にすることにより照度分布を均一にする第2のレンズアレイ8bと、合成された第1の合成光束を偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第1の偏光光束として射出する第1の偏光変換手段9bと、第1の偏光光束を、入力画像信号に基づいて変調し、第1の変調光束として射出する第1の液晶表示素子12bとを備え、第2の光束の光路上には、色分解された第2の光束を、複数の部分光束からなる第2の部分光束群とする第3のレンズアレイ5yと、第2の部分光束群を第3の部分光束群及び第4の部分光束群に色分解し、互いに異なる方向に射出する第2の色分解手段14と、色分解された第3の分光光束群及び第4の分光光束群の部分光束をそれぞれ合成し、照度分布が均一な第3の合成光束及び4の合成光束として射出することにより照度分布を均一にする第4のレンズアレイ8g及び第5のレンズアレイ8rと、合成された第3の合成光束及び第4の合成光束を偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第3の偏光光束及び第4の偏光光束として射出する第2の偏光変換手段9g及び第3の偏光変換手段9rと、第3の偏光光束及び第4の偏光光束を、入力画像信号に基づいてそれぞれ変調し、第2の変調光束及び第3の変調光束として射出する第2の液晶表示素子12g及び第3の液晶表示素子12rとを備え、更に、第1の変調光束,第2の変調光束及び第3の変調光束を合成して射出光束として射出する色合成手段15を備える。
4)上記の目的を達成するために、1)に記載の投射型表示装置1Aにおいて、第1の部分光束群及び第2の部分光束群のうちの一方は第1の色分解手段18を透過することによって色分解され、他方は前記第1の色分解手段18で反射することによって色分解され、第1の色分解手段18を透過することによって色分解された第1の部分光束群又は第2の部分光束群の一方の光路が、第1の色分解手段18から少なくとも1つの前記液晶表示素子12rまで直線である。
5)2)に記載の投射型表示装置1Bにおいて、第1の光束及び第2の光束のうちの一方は第1の色分解手段18を透過することによって色分解され、他方は第1の色分解手段18で反射することによって色分解され、第1の色分解手段18を透過することによって色分解された第1の光束又は第2の光束の一方の光路が、第1の色分解手段18から少なくとも1つの前記液晶表示素子12rまで直線である。
6)上記の目的を達成するために、3)に記載の投射型表示装置1Cにおいて、第1の光束及び第2の光束のうちの一方は第1の色分解手段18を透過することによって色分解され、他方は第1の色分解手段18で反射することによって色分解され、第1の色分解手段18を透過することによって色分解された第1の光束又は第2の光束の一方の光路が、第1の色分解手段18から少なくとも1つの前記液晶表示素子12rまで直線である。
1) In order to achieve the above object, the
2) In order to achieve the above object, the projection display device 1B of the present embodiment color-separates the
3) In order to achieve the above object, the
4) In order to achieve the above object, in the
5) In the projection display device 1B described in 2), one of the first light flux and the second light flux is color-separated by passing through the first color separation means 18, and the other is the first color. One optical path of the first light beam or the second light beam that is color-separated by being reflected by the
6) In order to achieve the above object, in the projection
本発明によれば、投入される光の光エネルギー及び熱エネルギーによる光学素子の劣化を少なくすると共に、光源から射出された光が分光された後の複数の光路上にそれぞれインテグレータ光学系を配設することにより、投映像の色再現範囲を広げ、良好な投映像が得られ、サイズを小さくすることができる。 According to the present invention, the deterioration of the optical element due to the light energy and heat energy of the input light is reduced, and the integrator optical system is disposed on each of the plurality of optical paths after the light emitted from the light source is dispersed. By doing so, the color reproduction range of the projected image can be expanded, a good projected image can be obtained, and the size can be reduced.
以下に、本実施形態に係る投射型表示装置の実施例について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態の投射型表示装置の光学系の第1の実施例の構成を示す概略平面図である。図2は、本実施形態の投射型表示装置に用いるキセノンランプの分光スペクトルを示すグラフである。図3は、本実施形態の投射型表示装置に用いる偏光変換素子の偏光変換の原理を説明する説明図である。図4は、本実施形態の投射型表示装置の光学系の第2の実施例の構成を示す概略平面図である。図5は、本実施形態の投射型表示装置の光学系の第3の実施例の構成を示す概略平面図である。図6は、本実施形態の投射型表示装置の光学系の第4の実施例の構成を示す概略平面図である。図7は、本実施形態の投射型表示装置の光学系の第5の実施例の構成を示す概略平面図である。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
Examples of the projection display device according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a first example of the optical system of the projection display apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a graph showing a spectral spectrum of a xenon lamp used in the projection display device of the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the principle of polarization conversion of the polarization conversion element used in the projection display device of this embodiment. FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of a second example of the optical system of the projection display apparatus according to the present embodiment. FIG. 5 is a schematic plan view showing the configuration of the third example of the optical system of the projection display apparatus according to the present embodiment. FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the fourth example of the optical system of the projection display apparatus of the present embodiment. FIG. 7 is a schematic plan view showing the configuration of the fifth example of the optical system of the projection display apparatus of the present embodiment.
Note that components having common functions are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and repeated descriptions of components once described are omitted.
(第1の実施例)
図1に示すように、本実施形態の投射型表示装置1Aの光学系は、キセノンランプ2aと凹面鏡2bとを有する光源2と、赤外線を透過しそれ以外の光束を反射する赤外線透過フィルタ3と、紫外線を反射しそれ以外の光束を透過する紫外線透過フィルタ4と、入射した光束を複数の部分光束に分割する第1フライアイレンズ5と、第1フライアイレンズ5から射出した複数の部分光束を青色(以下「B」と称す)光と黄色(以下「Y」と称す)光とに分光する2枚のBダイクロイックミラー6b,6yを有するクロスダイクロイックミラー6とを備えている。
更に、B光の光路には、B光の光束を90度折り曲げる反射ミラー7bと、第1フライアイレンズ5から射出した複数の部分光束が集光する位置に設置された第2フライアイレンズ8bと、ランダム偏光を1種類の直線偏光に変換する偏光変換素子9bと、偏光変換素子9bで1種類の直線偏光に変換された複数の部分光束を合成し、1種類の直線偏光の光束にまとめるコンデンサレンズ10bと、1つにまとまった光束をテレセントリックな照明光にするフィールドレンズ11bと、フィールドレンズ11bから射出した光束をB光用の反射型液晶表示素子12b方向に90度折り曲げると共に、B光用の反射型液晶表示素子12bからの反射光を透過する反射型偏光板13bとが配設されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the optical system of the
Further, in the optical path of the B light, a
更にまた、Y光の光路には、Y光の光束を90度折り曲げる反射ミラー7yと、第1フライアイレンズ5から射出した複数の部分光束が集光する位置に設置された第2フライアイレンズ8yと、ランダム偏光を1種類の直線偏光に変換する偏光変換素子9yと、偏光変換素子9yで1種類の直線偏光に変換された複数の部分光束を1つの光束にまとめるコンデンサレンズ10yと、1つにまとまったY光の光束を緑色(以下「G」と称す)光と赤色(以下「R」と称す)光とに分光するダイクロイックミラー14とが配設されている。
Furthermore, in the optical path of Y light, a
更にまた、ダイクロイックミラー14で分光されたG光及びR光の光路には、G光及びR光の光束をテレセントリックな照明光にするフィールドレンズ11g,11rと、フィールドレンズ11g,11rから射出した光束をG光用反射型液晶表示素子12g方向及びR光用反射型液晶表示素子12r方向にそれぞれ90度折り曲げると共に、G光用反射型液晶表示素子12g及びR光用反射型液晶表示素子12rからの反射光を透過する反射型偏光板13g,13rとが配設されている。
Furthermore, in the optical paths of the G light and R light split by the
更にまた、反射型液晶表示素子12b,12g,12rから射出し反射型偏光板13b,13g,13rを透過した光束の光路には、R,G,B各色の光束を合成するクロスダイクロイックプリズム15と、合成された光束を図示しないスクリーンに拡大投影するための投射レンズ16とが配設されている。
Furthermore, a cross
ここで、高輝度の光を射出することができる光源2として、キセノンランプ2aを用いたが、キセノンランプ2aの分光分布は、図2に示すように赤外帯域(図2に示すランプでは820nm付近)に鋭い輝線(PK)を持つ。このように赤外帯域に強いエネルギーを持つ光源光の場合、赤外線を除去するために紫外線/赤外線反射型フィルタを利用すると、反射した赤外線が光源に戻り、熱エネルギーの大きな赤外線により光源2のキセノンランプ2aが高温になり、キセノンランプ2aからの放射照度の低下とランプ2aに使用されている石英ガラスの劣化による破損とを引き起こす虞がある。そのため、赤外線領域の光を除去するために、赤外線を光源2方向に戻すことのない、赤外線透過フィルタ3を用いる。
Here, the
次に、本実施形態の投射型表示装置1Aの光学系の動作について説明する。
光源2から射出された光は、光路に対して45度傾斜して設置された赤外線透過フィルタ3によって波長が700nm近傍以上の赤外線を透過して光路から外に除去し、700nm近傍未満の波長帯域の光を反射する。赤外線が除去された光は、紫外線透過フィルタ4によって波長が400nm近傍以下の紫外線を光源方向に反射し、赤外線及び紫外線が除去された光を透過する。
紫外線透過フィルタ4を透過した光の光束の断面は光源2の凹面鏡2aの形状に基づき円形であるが、この光を矩形形状の液晶表示素子の有効画素エリアに効率的に当てるために、円形の光束を矩形の光束に変換する必要がある。そのため、小さい矩形の凸レンズがマトリクス状に形成された第1フライアイレンズ5を用い、紫外線透過フィルタ4を透過した光束を第1フライアイレンズ5に入射することによって複数の矩形の部分光束に分割する。第1フライアイレンズ5で複数の部分光束に分割された光は、クロスダイクロイックミラー6に入射し、約490nm未満の短波長であるB光と、約490nm以上の中・長波長であるY光とに分光される。
Next, the operation of the optical system of the
The light emitted from the
The cross section of the light beam transmitted through the
このクロスダイクロイックミラー6は、光の入射方向に対しそれぞれ45度傾斜し、且つ、直交した状態で設置された2枚のBダイクロイックミラー6b,6yが組み合わさったものである。入射した光は、一方のBダイクロイックミラー6bで入射した光のうちB光が反射され、他方のYダイクロイックミラー6yで入射した光のうちY光が反射されることにより、B光とY光とに分光される。
The cross
クロスダイクロイックミラー6で分光された光のうちB光は、入射方向に対して45度に傾斜した反射ミラー7bで反射して光路が90度折り曲げられた後、第1フライアイレンズ5の焦点位置に設置された第2フライアイレンズ8bに入射する。
第1フライアイレンズ5と第2フライアイレンズ8bとを有するインテグレータ光学系は、光源から射出された光束の形状と液晶表示素子の形状とを一致させると共に、液晶表示素子上の照度を均一することができるため、光源から射出された光束に色むらがある場合や、光束にチラツキがある場合に、スクリーン上での色ムラやチラツキを大幅に抑制することができる。
Of the light dispersed by the cross
The integrator optical system having the first fly-
第2フライアイレンズ8bから射出したB光は、偏光状態がそろっていない円偏光である。このB光は、偏光変換素子9bに入射し、1種類の直線偏光に変換される。
本実施形態の投射型表示装置1Aは、電気信号により偏光状態を変化させる方式を用いており、利用できる光はP偏光かS偏光の一方だけである。そこで、図3に示すように偏光変換素子9bは、円偏光から直線偏光に変換する際に、生成される2種類の互いに直交する直線偏光の光束のうち、投射型表示装置1Aで利用できない光束の偏光角を90 度回転し他方の偏光方向の光束に偏光方向を揃える機能を有する。
偏光変換素子9bは、偏光ビームスプリッタアレイ17aと、偏光ビームスプリッタアレイの射出面の一部に複屈折性を有する有機材料を有する1/2 波長板17bが選択的に貼り付けられたものである。偏光ビームスプリッタアレイ17aは、その断面が平行四辺形である柱状の透過部材が複数個、有機材料である紫外線硬化型接着剤によって貼り合わされており、その貼り合わせ面の界面には、偏光分離膜17cと反射膜17dとが交互に形成されている。また、1/2波長板17bは、偏光ビームスプリッタアレイ17aの偏光分離膜17cからの透過射出光の射出面に貼り付けられている。
偏光変換素子9bに偏光状態がそろっていない光が入射すると、偏光分離膜17cはS偏光を反射し、P偏光を透過する。偏光分離膜17cで反射されたS偏光は、反射膜17dで反射され射出する。一方、偏光分離膜17cで透過したP偏光は、射出面に貼り付けられた1/2 波長板17bによって、偏光方向が90度回転し、S偏光に変換され射出する。結果として、偏光変換素子9bから射出される光は、全てS偏光になる。
また、射出光をP偏光にしたい場合は、1/2波長板10bを反射膜17dからの射出光が通過する射出面に選択的に貼り合せればよい。
The B light emitted from the second fly-
The
The
When light that does not have the same polarization state enters the
If it is desired to make the emitted light P-polarized light, the half-
偏光変換素子9bにおいてS偏光に変換された複数の部分光束は、コンデンサレンズ10bで1つのS偏光の光束にまとめられる。
コンデンサレンズ10bから射出した光束は、フィールドレンズ11bで反射型液晶表示素子12bの表示エリアの大きさに合わせて屈折され、光路に対して45度傾斜して設置された反射型偏光板13bを透過し、B光用の反射型液晶表示素子12bに入射する。
The plurality of partial light beams converted into S-polarized light by the
The light beam emitted from the
反射型偏光板13bは、光学ガラス板上に、アルミニウムなどの金属膜を、例えば、140nm程度のピッチで規則正しくストライプ状に多数本並べて形成した反射面を有するものである。この反射型偏光板13bは、ストライプ状に形成された金属膜に垂直な偏光成分(例えば、S偏光光)をそのまま透過させ、且つ、ストライプ状に形成された金属膜に平行な偏光成分(例えば、P偏光光)を反射する特性を有している。
また、この反射型偏光板13bは、ガラスと金属膜とを有し有機材料を含まない一枚の板状の偏光分離板であるので、光源1 から発せられる光を吸収しにくく、複屈折による表示画像の品質低下を抑えることができる。
The reflective
In addition, since the reflective
同様にクロスダイクロイックミラー6から射出したY光に対してもほぼ同等の動作がおこなわれる。
すなわち、クロスダイクロイックミラー6で分光された光のうちY光は、入射方向に対して45度に傾斜した反射ミラー7yで反射して光路が90度折り曲げられた後、第1フライアイレンズ5の焦点位置に設置された第2フライアイレンズ8yに入射する。
第2フライアイレンズ8yから射出したY光は、偏光状態がそろっていない円偏光である。このY光は、偏光変換素子9yに入射し、S偏光に変換される。
偏光変換素子9yによってS偏光に変換された複数の部分光束は、コンデンサレンズ10yで1つのS偏光の光束にまとめられる。
Similarly, substantially the same operation is performed for the Y light emitted from the cross
That is, the Y light out of the light dispersed by the cross
The Y light emitted from the second fly-
The plurality of partial light beams converted into S-polarized light by the
コンデンサレンズ10yから射出した光束は、G光を反射し、R光を透過するダイクロイックミラー14で、G光とR光とに分光される。ダイクロイックミラー14で分光されたG光及びR光は、それぞれフィールドレンズ11g,11rで反射型液晶表示素子12g,12rの表示エリアの大きさに合わせて屈折され、光路に対して45度傾斜して設置された反射型偏光板13g,13rを透過し、それぞれG光用及びR光用の反射型液晶表示素子12g,12rに入射する。
The light beam emitted from the
R,G,Bそれぞれの映像信号に基づいた駆動電圧が、R光用反射型液晶表示素子12r,G光用反射型液晶表示素子12g及びB光用反射型液晶表示素子12bのそれぞれの液晶に印加され、液晶の配向状態が変化し、入射光を変調する。各反射型液晶表示素子で反射し変調されたR光,G光,B光は、各反射型偏光板13r,13g,13bで反射して光路が90度折り曲げられクロスダイクロイックプリズム 15の射出面15aを除く3ヶ所の入射面からクロスダイクロイックプリズム 15にそれぞれ入射する。クロスダイクロイックプリズム15では、入射したR光,G光,B光が合成され、射出面15aから射出される。クロスダイクロイックプリズム15から射出した光は、投影レンズ16で拡大され、図示しないスクリーンに投影される。
Driving voltages based on the R, G, and B video signals are applied to the respective liquid crystals of the R-light reflective liquid
この実施例によれば、光源2から射出された紫外線及び赤外線が除去された白色光が直接偏光変換素子に入射するのではなく、紫外線及び赤外線が除去され更にB光(短波長領域)とY光(長波長領域)とに分光された各光路上にそれぞれ設置されたB光用偏光変換素子9bとY光用偏光変換素子9yとにそれぞれ入射する。
それによって、偏光変換素子9b,9yを構成する部材のうち有機材料である1/2波長板17b及び偏光ビームスプリッタアレイ17aの接着剤に照射される光エネルギーが減少すると共に、短波長領域の光がB光用偏光変換素子9bのみに入射し、長波長領域の光がY光用偏光変換素子9yのみに入射するため、有機材料への光学的、熱的な負荷が減り、光源2が高輝度化した場合においても、光学特性の劣化が少なく長寿命である投射型表示装置1Aが供給できる。
According to this embodiment, the white light from which the ultraviolet rays and infrared rays emitted from the
As a result, the light energy applied to the adhesive of the half-
また、第2フライアイレンズ8b,8yと、偏光変換素子9b,9yと、コンデンサレンズ10b、10yとがB光用及びY光用の2組それぞれ独立して設置されるので、各偏光変換素子9b,9yに入射する光束のB波長帯域が狭まる。その結果、それぞれの偏光変換素子9b,9yの偏光分離膜17cを構成する光学薄膜の設計が容易になり、偏光分離膜の分光特性を向上することができるので、R光及びG光並びにB光の色度点を所望の色度図上の位置に配置することができ、色再現範囲を広げることができる。
更に、揺らぎを持った光源の光が、分光後に2個のインテグレータ光学系にそれぞれ入射する。各インテグレータ光学系では揺らぎの異なる光束になり、再び合成されると、スクリーン上に投影された画像は揺らぎが低減される。結果として、良好な投映像を得ることができる。
Further, since the second fly-
Further, the light from the light source having fluctuations enters each of the two integrator optical systems after spectroscopy. In each integrator optical system, light fluxes with different fluctuations are generated, and when they are combined again, fluctuations are reduced in the image projected on the screen. As a result, a good projected image can be obtained.
(第2の実施例)
本実施形態に係る投射型表示装置1Bにおいては、図4に示すように光源2から射出した光をクロスダイクロイックミラー6でB光とY光とに分光した後に、それぞれB光用第1フライアイレンズとY光用第1フライアイレンズとを有するインテグレータ光学系に入射する構成としてもよい。
(Second embodiment)
In the projection type display device 1B according to the present embodiment, the light emitted from the
すなわち、この投射型表示装置1Bにおいては、光源2から射出した光は、赤外線透過フィルタ3で赤外線が除去され、紫外線反射フィルタ4で紫外線が除去された後、クロスダイクロイックミラー6に入射する。
入射した光は、クロスダイクロイックミラー6では、B光とY光とに分光され、それぞれ反射ミラー7b,7yで反射し光路を90度折り曲げられ、それぞれ第1フライアイレンズ5b,5yに入射する。第1フライアイレンズ5b,5yによって複数の矩形の部分光束に分割された光は、第1フライアイレンズ5b,5yのそれぞれの焦点位置に設置された第2フライアイレンズ8b,8yに入射する。第2フライアイレンズ8b,8yを射出したそれぞれの部分光束は、偏光変換素子9b,9yに入射し、ランダム偏光からS偏光に変換される。
That is, in the projection display apparatus 1B, the light emitted from the
The incident light is split into B light and Y light by the cross
偏光変換素子9b,9yから射出した光は、それぞれコンデンサレンズ10b,10yを透過した後、Y光はダイクロイックミラー14でG光とR光に分光される。Y光がダイクロイックミラー14で分光されたG光及びR光とB光とは、フィールドレンズ11r,11g,11bでそれぞれ反射型液晶表示素子の表示エリアの大きさに合わせて屈折され、反射型偏光板13r,13g,13bを透過し、それぞれR光用,G光用及びB光用の反射型液晶表示素子12r,12g,12bに入射する。
RGB各色の反射型液晶表示素子12r,12g、12bに入射した各色光が、各反射型液晶表示素子で反射され、各反射型液晶表示素子に供給された映像信号に基づき変調された後に、各色光が合成され投射レンズを通ってスクリーンに投影される動作については、第1の実施例と重複するので記載は省略する。
The light emitted from the
Each color light incident on the RGB reflective liquid
この実施例によれば、第1の実施例の効果に加えて、B光用のフライアイレンズ5b、8b及びY光用のフライアイレンズ5y,8yをそれぞれ構成する凸レンズの曲率をB光とY光とでそれぞれ最適な曲率で形成できるため、各色の反射型液晶表示素子12r,12g,12bの照明領域の大きさを合わせることができる。
また、インテグレータ光学系から各色の反射型液晶表示素子12r,12g,12bまでの焦点距離が短くなるため、インテグレータの光学系の大きさを小さくすることができ、それによって光学系全体の大きさも小さくすることができる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the curvatures of the convex lenses constituting the fly-
In addition, since the focal length from the integrator optical system to the reflective liquid
(第3の実施例)
本実施形態に係る投射型表示装置1Cにおいては、図5に示すように光源2から射出した光をクロスダイクロイックミラー6でB光とY光とに分光し、それぞれB光用第1フライアイレンズとY光用第1フライアイレンズとを透過した後に、Y光はダイクロイックミラーで分光され、R,G,Bの3個の第2フライアイレンズとR,G,Bの3個の偏光変換素子とを透過する構成にしてもよい。
(Third embodiment)
In the
すなわち、この投射型表示装置1Cにおいては、光源2から射出した光は、赤外線透過フィルタ3で赤外線が除去され、紫外線反射フィルタ4で紫外線が除去された後、クロスダイクロイックミラー6に入射する。
入射した光は、クロスダイクロイックミラー6では、B光とY光とに分光され、それぞれ反射ミラー7b,7yで反射され光路を90度折り曲げられ、それぞれ第1フライアイレンズ5b,5yに入射する。第1フライアイレンズ5b,5yによって複数の矩形の部分光束に分割された光のうちY光は、ダイクロイックミラー14にてG光とR光に分光される。R光,G光,及びB光は、第1フライアイレンズ5b,5yのそれぞれの焦点位置に設置された第2フライアイレンズ8r,8g,8bに入射する。第2フライアイレンズ8r,8g,8bを射出したそれぞれの部分光束は、偏光変換素子9r,9g,9bに入射し、ランダム偏光からS偏光に変換される。
That is, in the
The incident light is split into B light and Y light by the cross
偏光変換素子9r,9g,9bから射出した光は、それぞれコンデンサレンズ10r,10g,10bを透過した後、フィールドレンズ11r,11g,11bでそれぞれ反射型液晶表示素子の表示エリアの大きさに合わせて屈折され、反射型偏光板13r,13g,13bを透過し、それぞれR光用,G光用及びB光用の反射型液晶表示素子12r,12g,12bに入射する。
RGB各色の反射型液晶表示素子12r,12g、12bに入射した各色光が、各素子に供給された映像信号に基づき変調されると共に反射され、各色光が合成され投射レンズを通ってスクリーンに投影される動作については、第1の実施例と重複するので記載は省略する。
Lights emitted from the
Each color light incident on the reflective liquid
この実施例によれば、光源2から射出された紫外線及び赤外線が除去された白色光が直接偏光変換素子に入射するのではなく、紫外線及び赤外線が除去され更にB光(短波長領域),G光(短波長領域と長波長領域の間の領域)及びR光(長波長領域)に分光された各光路上にそれぞれ設置されたB光用偏光変換素子9b,G光用偏光変換素子9g及びR光用偏光変換素子9rにそれぞれ入射する。
それによって、偏光変換素子9b,9g,9rを構成する部材のうち有機材料である1/2波長板17b及び偏光ビームスプリッタアレイ17aの接着剤に照射される光エネルギーが減少すると共に、短波長領域の光がB光用偏光変換素子9bのみに入射し、長波長領域の光がR光用偏光変換素子9rのみに入射するため、有機材料への光学的、熱的な負荷が減り、光源2が高輝度化した場合においても、光学特性の劣化が少なく長寿命である投射型表示装置1Cが供給できる。
According to this embodiment, the white light from which the ultraviolet rays and infrared rays emitted from the
As a result, the light energy applied to the adhesive of the half-
また、第2フライアイレンズ8b,8g,8r,偏光変換素子9b,9g,9r及びコンデンサレンズ10b,10g,10rがB光用とG光用とR光用との3組それぞれ独立して設置されるので、従来単一であったフライアイレンズ,偏光変換素子及びコンデンサレンズの系の場合と異なり、各偏光変換素子9b,9g,9rに入射する光束の波長帯域がより一層狭まる。その結果、それぞれの偏光変換素子9b,9g,9rの偏光分離膜17cを構成する光学薄膜の設計が容易になり、偏光分離膜の分光特性を向上することができるので、R光及びG光並びにB光の色度点を所望の色度図上の位置に配置することができ、色再現範囲を広げることができる。
更に、揺らぎを持った光源の光が、分光後に3個のインテグレータ光学系にそれぞれ入射する。入射した光は、各インテグレータ光学系では揺らぎの異なる光となり、再び合成されると、スクリーン上に投影された画像は揺らぎが低減される。結果として、第1の実施例より良好な投映像を得ることができる。
更にまた、インテグレータ光学系を複数持つことにより、波長の違いによる色収差が原因で発生する結像特性の差を減少できる。すなわち各フライアイレンズ5b,5y,8b,8g及び8rをそれぞれ構成する凸レンズの曲率を各色で独立して最適な形に形成できるため、各色の反射型液晶表示素子12r,12g,12bの照明領域の大きさを第2の実施例より精度良く合わせることができる。
また、インテグレータ光学系から各色の反射型液晶表示素子12r,12g,12bまでの焦点距離が短くなるため、インテグレータの光学系の大きさを小さくすることができ、それによって光学系全体の大きさも小さくすることができる。
Further, the second fly-
Further, the light from the light source with fluctuations enters each of the three integrator optical systems after spectroscopy. The incident light becomes light with different fluctuations in each integrator optical system, and when synthesized again, fluctuations are reduced in the image projected on the screen. As a result, it is possible to obtain a better projected image than in the first embodiment.
Furthermore, by having a plurality of integrator optical systems, it is possible to reduce differences in imaging characteristics caused by chromatic aberration due to wavelength differences. That is, since the curvature of the convex lens constituting each fly-
In addition, since the focal length from the integrator optical system to the reflective liquid
(第4の実施例)
本実施形態に係る投射型表示装置1Dにおいては、図6に示すように光源2から射出した光をダイクロイックミラー18でB光とY光とに分光し、分光された一方の光のみ反射ミラー7bで反射し光路を90度折り曲げた後、第1フライアイレンズ8bに入射させ、他方は直接第1フライアイレンズ8yに入射させる構造としてもよい。
(Fourth embodiment)
In the
すなわち、この投射型表示装置1Dにおいては、光源2から射出した光は、赤外線透過フィルタ3で赤外線が除去され、紫外線反射フィルタ4で紫外線が除去された後、光路に対して45度傾斜して配置されたダイクロイックミラー18に入射する。
ダイクロイックミラー18は、B光を反射しY光を透過する機能を有し、ダイクロイックミラー18で反射されたB光は、反射ミラー7bで反射され光路を90度折り曲げられ、B光用の第1フライアイレンズ5bに入射する。一方、ダイクロイックミラー18を透過したY光は、直接Y光用の第1フライアイレンズ5yに入射する。
以下、各色光が反射型液晶表示素子12b,12g,12rに入射し、反射型液晶表示素子12b,12g,12rで反射され投射レンズ16を通ってスクリーンに投影される部分に関しては、第1の実施例と同様のため記載は省略する。
That is, in the
The
Hereinafter, with respect to a portion where each color light is incident on the reflective liquid
本実施例の記載において、ダイクロイックミラー18の特性として、B光を反射しY光を透過するとしたが、B光を透過しY光を透過するとしても良いことは言うまでも無い。
また、第1の実施例にダイクロイックミラー18を用いた場合に関して説明したが、第2の実施例及び第3の実施例に関しても、クロスダイクロイックミラー6の変わりにダイクロイックミラー18を用いても良いことは言うまでも無い。
In the description of this embodiment, the characteristics of the
Although the case where the
この実施例によれば、第1色分解手段をクロスダイクロイックミラー6からダイクロイックミラー18に変えることによって、光学系の構成が単純化すると共に、ダイクロイックミラー18を透過する光路においては、光源2から反射型液晶表示素子12rまでの光路が直線になるため、光利用効率が向上すると共に、光軸ズレが発生しにくくなり、スクリーン上での色ムラも発生しにくくなる。
According to this embodiment, the first color separation means is changed from the cross
(第5の実施例)
本実施形態に係る投射型表示装置1Eにおいては、赤外波長領域に強い輝線のピークを持たない光源用いた場合、図7に示すように光源2から射出した光を紫外線/赤外線反射フィルタで紫外線及び赤外線を除去した後に、クロスダイクロイックミラー6でB光とY光とに分光する構成にしてもよい。
(Fifth embodiment)
In the
比較的多くのプロジェクタに搭載されている超高圧水銀ランプの輝度は、キセノンランプ2aほどは高くないが、赤外帯域に輝線が無いため紫外線/赤外線反射型フィルタ19を利用した場合でも、紫外線/赤外線反射型フィルタ19で反射して光源2に戻る赤外線の絶対量が少なく、光源2で超高圧水銀ランプからの放射照度の低下と超高圧水銀ランプに使用されている石英ガラスの劣化による破損に問題は発生することは少ない。
The brightness of the ultra-high pressure mercury lamp mounted on a relatively large number of projectors is not as high as that of the
すなわち、この超高圧水銀ランプ2cを用いた投射型表示装置1Eにおいては、光源2から射出した光は、紫外線/赤外線反射型フィルタ19で紫外線及び赤外線が同時に除去された後、第1フライアイレンズ5で複数の矩形の部分光束に分割され、クロスダイクロイックミラー6に入射し、B光とY光とに分光される。
以下、各色光が反射型液晶表示素子12b,12g,12rに入射し、反射型液晶表示素子12b,12g,12rで反射され投射レンズ16を通ってスクリーンに投影される部分に関しては、第1の実施例と同様のため記載は省略する。
また、第1の実施例に紫外線/赤外線反射型フィルタ19を用いた場合に関して説明したが、第2の実施例,第3の実施例及び第4の実施例に関しても、キセノンランプ2aの代わりに超高圧水銀ランプ2cを用い、赤外線透過フィルタ3及び紫外線反射フィルタ4の代わりに紫外線/赤外線反射型フィルタ19を用いても良いことは言うまでも無い。
That is, in the
Hereinafter, with respect to a portion where each color light is incident on the reflective liquid
Further, although the case where the ultraviolet / infrared
この実施例によれば、赤外線及び紫外線を除去する光学系において、光路が直線状に形成されるため、光軸ズレが少なく光利用効率の高く、スクリーン上での色ムラも発生しにくい。
更に、赤外線フィルタで光路を折り曲げることが無いため、光学系のサイズ小さくできる。
According to this embodiment, in the optical system that removes infrared rays and ultraviolet rays, since the optical path is formed in a straight line, the optical axis shift is small, the light utilization efficiency is high, and color unevenness on the screen hardly occurs.
Furthermore, since the optical path is not bent by the infrared filter, the size of the optical system can be reduced.
なお、第1の実施例から第5の実施例において、各反射型偏光板13r,13g,13bとクロスダイクロイックプリズム15との間に、各色光用の反射型偏光板13r,13g,13bにより反射された各色の画像光から不要な偏光成分を除去するための各色光用の透過型偏光板20r,20g,20bを設置してもよい。
更に、第1の実施例から第5の実施例において、各フィールドレンズ11r,11g,11bと各反射型偏光板13r,13g,13bの間に、各色光用の反射型偏光板13r,13g,13bの偏光分離特性を向上させるために、各色光用の偏光子21r,21g,21bを設置してもよい。
更にまた、第1の実施例から第5の実施例において、反射型偏光板13r,13g,13bの代わりに偏光ビームスプリッタを用いることもできる。
更にまた、第1の実施例から第5の実施例において、反射型液晶表示素子を使用して場合について説明したが、透過型液晶表示素子を用いることができることは言うまでも無い。
In the first to fifth embodiments, the light is reflected by the
Further, in the first to fifth embodiments, the
Furthermore, in the first to fifth embodiments, a polarizing beam splitter can be used instead of the reflective
Furthermore, in the first to fifth embodiments, the case where the reflective liquid crystal display element is used has been described, but it goes without saying that the transmissive liquid crystal display element can be used.
以上、説明したように、偏光変換手段である偏光変換素子を分光された複数の光路上にそれぞれ使うことにより、それぞれの偏光変換素子に入射する光束が、分光された光束になりそれぞれの光束の絶対光量が少なくなるため、偏光変換素子の寿命を長くすることができた。
また、第1色分解手段であるクロスダイクロイックミラー又はダイクロイックミラーで所定の波長領域に分光を行うので、分光によって波長帯域が限定された光がそれぞれの偏光変換素子に別々に入射する。そのため、偏光変換素子の信頼性に大きく影響する短波長帯域の光エネルギーと、長波長帯域の熱エネルギーが光学的に分離され、従来に無く高い信頼性の確保が可能になった。
As described above, by using the polarization conversion elements, which are polarization conversion means, on each of the plurality of split light paths, the light beams incident on the respective polarization conversion elements become the split light beams and Since the absolute light quantity decreases, the lifetime of the polarization conversion element can be extended.
Further, since the cross dichroic mirror or the dichroic mirror which is the first color separation means performs the spectrum in a predetermined wavelength region, the light whose wavelength band is limited by the spectrum is separately incident on each polarization conversion element. Therefore, the light energy in the short wavelength band and the thermal energy in the long wavelength band, which greatly affect the reliability of the polarization conversion element, are optically separated, and high reliability can be ensured as never before.
また、複数の偏光変換素子を用いることにより、それぞれの偏光変換素子に入射する光束の波長帯域が限定されるため、偏光変換素子に用いる光学薄膜の膜設計が容易になり、偏光分離膜の分光特性を向上することができる。その結果、R光及びG光並びにB光の色度点を所望の色度図上の位置に配置することができ、色再現範囲を広げることができた。
更にまた、第一フライアイレンズ,第二フライアイレンズ及び偏光変換素子を有するインテグレータ光学系を複数持つため、各フライアイレンズの曲率をそれぞれ各波長帯域に合わせて形成することにより、反射型液晶表示素子に照射される照明領域のサイズを、R,G,B各色で合わせることができ、照明領域に余裕ができるようになった。
更にまた、揺らぎを持った光源の光が、分光後に2個のインテグレータ光学系にそれぞれ入射し、それぞれ揺らぎの異なる光束になった後に再び合成されるため、揺らぎが低減された良好な投映像を得ることができた。
更にまた、反射型液晶表示素子の近くに偏光変換素子を設置することができるので、インテグレータ光学系を小さくすることができ、結果として投射型表示装置の光学系のサイズを小さくすることができた。
In addition, by using a plurality of polarization conversion elements, the wavelength band of the light beam incident on each polarization conversion element is limited, so that the optical thin film used for the polarization conversion element can be easily designed, and the polarization separation film can be separated. The characteristics can be improved. As a result, the chromaticity points of R light, G light, and B light can be arranged at desired positions on the chromaticity diagram, and the color reproduction range can be expanded.
Furthermore, since it has a plurality of integrator optical systems having a first fly-eye lens, a second fly-eye lens, and a polarization conversion element, the reflective liquid crystal is formed by forming the curvature of each fly-eye lens in accordance with each wavelength band. The size of the illumination area irradiated on the display element can be matched with each color of R, G, and B, so that there is room in the illumination area.
Furthermore, the light from the light source with fluctuations enters each of the two integrator optical systems after spectroscopy, and is combined again after becoming light fluxes with different fluctuations. Therefore, a good projection image with reduced fluctuations can be obtained. I was able to get it.
Furthermore, since the polarization conversion element can be installed near the reflective liquid crystal display element, the integrator optical system can be reduced, and as a result, the size of the optical system of the projection display apparatus can be reduced. .
1A,1B,1C,1D,1E…投射型表示装置、2…光源、2a…キセノンランプ、2b…凹面鏡、2c…超高圧水銀ランプ、3…赤外線透過フィルタ、4…紫外線反射フィルタ、5…第1フライアイレンズ、6…クロスダイクロイックプリズム、6b…Bダイクロイックミラー、6y…Yダイクロイックミラー、7b、7y…反射ミラー、8b、8y、8r、8g…第2フライアイレンズ、9b,9y,9r,9g…偏光変換素子、10b,10y,10r,10g…コンデンサレンズ、11r,11g,11b…フィールドレンズ、12r,12g,12b…反射型液晶表示素子、13r,13g,13b…反射型偏光板、14…ダイクロイックミラー、15…クロスダイクロイックプリズム、16…投影レンズ、17a…偏光ビームスプリッタアレイ、17b…1/2波長板、17c…偏光分離膜、17d…反射膜、18…第1ダイクロイックミラー、19…紫外線/赤外線反射型フィルタ、20r,20g,20b…透過型偏光板 1A, 1B, 1C, 1D, 1E ... Projection type display device, 2 ... Light source, 2a ... Xenon lamp, 2b ... Concave mirror, 2c ... Super high pressure mercury lamp, 3 ... Infrared transmission filter, 4 ... Ultraviolet reflection filter, 5 ... No. 1 fly eye lens, 6 ... cross dichroic prism, 6b ... B dichroic mirror, 6y ... Y dichroic mirror, 7b, 7y ... reflecting mirror, 8b, 8y, 8r, 8g ... second fly eye lens, 9b, 9y, 9r, 9g: Polarization conversion element, 10b, 10y, 10r, 10g ... condenser lens, 11r, 11g, 11b ... field lens, 12r, 12g, 12b ... reflection type liquid crystal display element, 13r, 13g, 13b ... reflection type polarizing plate, 14 ... Dichroic mirror, 15 ... Cross dichroic prism, 16 ... Projection lens, 17a ... Polarized beam Purittaarei, 17b ... 1/2-wavelength plate, 17c ... polarization separation film, 17d ... reflective film, 18 ... first dichroic mirror, 19 ... ultraviolet / infrared reflective filters, 20r, 20 g, 20b ... type polarizing plate
Claims (6)
前記光源から射出した光束を、複数の部分光束からなる部分光束群とする第1のレンズアレイと、
前記部分光束群を、第1の部分光束群及び第2の部分光束群に色分解し、互いに異なる方向に射出する第1の色分解手段と、
色分解された前記第1の部分光束群及び前記第2の部分光束群をそれぞれ合成し、照度分布が均一な第1の光束及び第2の光束にする第2のレンズアレイ及び第3のレンズアレイと、
合成された前記第1の光束及び前記第2の光束をそれぞれ偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第1の偏光光束及び第2の偏光光束としてそれぞれ射出する第1の偏光変換手段及び第2の偏光変換手段と、
を備え、
前記第2の偏光光束の光路上に配設され、前記第2の偏光光束を第3の偏光光束及び第4の偏光光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第2の色分解手段と、
前記第1の偏光光束,前記第3の偏光光束及び前記第4の偏光光束の光路上にそれぞれ配設され、前記第1の偏光光束,前記第3の偏光光束及び前記第4の偏光光束を、入力画像信号に基づいて変調し、第1の変調光束,第2の変調光束及び第3の変調光束として射出する3個の液晶表示素子と、
前記第1の変調光束,前記第2の変調光束及び前記第3の変調光束を合成して射出光束として射出する色合成手段と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。 A light source;
A first lens array in which a light beam emitted from the light source is a partial light beam group including a plurality of partial light beams;
First color separation means for color-separating the partial light flux group into a first partial light flux group and a second partial light flux group and emitting them in different directions;
A second lens array and a third lens that combine the first partial light flux group and the second partial light flux group that have been color-separated to form a first light flux and a second light flux with uniform illumination distribution. An array,
The first light beam and the second light beam, which are linearly polarized light having only one direction of polarization angle, are converted by polarization-separating each of the synthesized first light beam and second light beam, and then the polarization angle is converted. A first polarization conversion unit and a second polarization conversion unit that respectively emit as light beams;
With
A second color separation unit disposed on an optical path of the second polarized light beam, color-separating the second polarized light beam into a third polarized light beam and a fourth polarized light beam, and emitting them in different directions; ,
The first polarized light beam, the third polarized light beam, and the fourth polarized light beam are respectively disposed on optical paths of the first polarized light beam, the third polarized light beam, and the fourth polarized light beam. Three liquid crystal display elements that are modulated based on an input image signal and are emitted as a first modulated light beam, a second modulated light beam, and a third modulated light beam;
Color combining means for combining the first modulated light beam, the second modulated light beam, and the third modulated light beam and emitting them as an emitted light beam;
A projection type display device comprising:
前記光源から射出した光束を、第1の光束及び第2の光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第1の色分解手段と、
色分解された前記第1の光束及び前記第2の光束の照度分布をそれぞれ均一化する第1のインテグレータ光学系及び第2のインテグレータ光学系と、
前記第1のインテグレータ光学系及び前記第2のインテグレータ光学系を透過した前記第1の光束及び前記第2の光束を、それぞれ偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第1の偏光光束及び第2の偏光光束としてそれぞれ射出する第1の偏光変換手段及び第2の偏光変換手段と、
を備え、
前記第2の偏光光束の光路上に配設され、前記第2の偏光光束を第3の偏光光束及び第4の偏光光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第2の色分解手段と、
前記第1の偏光光束,前記第3の偏光光束及び前記第4の偏光光束の光路上にそれぞれ配設され、前記第1の偏光光束,前記第3の偏光光束及び前記第4の偏光光束を、入力画像信号に基づいて変調し、第1の変調光束,第2の変調光束及び第3の変調光束として射出する3個の液晶表示素子と、
前記第1の変調光束,前記第2の変調光束及び前記第3の変調光束を合成して射出光束として射出する色合成手段と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。 A light source;
First color separation means for color-separating a light beam emitted from the light source into a first light beam and a second light beam and emitting the light beams in different directions;
A first integrator optical system and a second integrator optical system for uniformizing illuminance distributions of the color-separated first light flux and the second light flux, respectively;
The first and second light fluxes transmitted through the first integrator optical system and the second integrator optical system are polarized and separated, respectively, and then converted into a polarization angle, thereby obtaining a polarization angle in one direction. First polarized light conversion means and second polarized light conversion means for emitting linearly polarized first polarized light flux and second polarized light flux respectively having
With
A second color separation unit disposed on an optical path of the second polarized light beam, color-separating the second polarized light beam into a third polarized light beam and a fourth polarized light beam, and emitting them in different directions; ,
The first polarized light beam, the third polarized light beam, and the fourth polarized light beam are respectively disposed on optical paths of the first polarized light beam, the third polarized light beam, and the fourth polarized light beam. Three liquid crystal display elements that are modulated based on an input image signal and are emitted as a first modulated light beam, a second modulated light beam, and a third modulated light beam;
Color combining means for combining the first modulated light beam, the second modulated light beam, and the third modulated light beam and emitting them as an emitted light beam;
A projection type display device comprising:
前記光源から射出した光束を、第1の光束及び第2の光束に色分解し、互いに異なる方向に射出する第1の色分解手段と、
を有し、
前記第1の光束の光路上には、
色分解された前記第1の光束を、複数の部分光束からなる第1の部分光束群とする第1のレンズアレイと、
前記第1の部分光束群の部分光束を合成し第1の合成光束にすることにより照度分布を均一にする第2のレンズアレイと、
合成された前記第1の合成光束を偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第1の偏光光束として射出する第1の偏光変換手段と、
前記第1の偏光光束を、入力画像信号に基づいて変調し、第1の変調光束として射出する第1の液晶表示素子と、
を備え、
前記第2の光束の光路上には、
色分解された前記前記第2の光束を、複数の部分光束からなる第2の部分光束群とする第3のレンズアレイと、
前記第2の部分光束群を第3の部分光束群及び第4の部分光束群に色分解し、互いに異なる方向に射出する第2の色分解手段と、
色分解された前記第3の分光光束群及び前記第4の分光光束群の部分光束をそれぞれ合成し、照度分布が均一な第3の合成光束及び4の合成光束として射出することにより照度分布を均一にする第4のレンズアレイ及び第5のレンズアレイと、
合成された前記第3の合成光束及び前記第4の合成光束を偏光分離した後に、偏光角を変換することにより、一方向の偏光角のみを有する直線偏光の第3の偏光光束及び第4の偏光光束として射出する第2の偏光変換手段及び第3の偏光変換手段と、
前記第3の偏光光束及び前記第4の偏光光束を、入力画像信号に基づいてそれぞれ変調し、第2の変調光束及び第3の変調光束として射出する第2の液晶表示素子及び第3の液晶表示素子と、
を備え、
更に、前記第1の変調光束,前記第2の変調光束及び前記第3の変調光束を合成して射出光束として射出する色合成手段を備えることを特徴とする投射型表示装置。 A light source;
First color separation means for color-separating a light beam emitted from the light source into a first light beam and a second light beam and emitting the light beams in different directions;
Have
On the optical path of the first light flux,
A first lens array in which the color-separated first light beam is a first partial light beam group including a plurality of partial light beams;
A second lens array for making the illuminance distribution uniform by combining the partial light beams of the first partial light beam group into a first combined light beam;
A first polarization conversion unit that emits a linearly polarized first polarized light beam having only one polarization angle by converting a polarization angle after polarization separation of the synthesized first combined light beam;
A first liquid crystal display element that modulates the first polarized light beam based on an input image signal and emits the first polarized light beam as a first modulated light beam;
With
On the optical path of the second light flux,
A third lens array in which the color-separated second light flux is a second partial light flux group composed of a plurality of partial light fluxes;
A second color separation means for color-separating the second partial light beam group into a third partial light beam group and a fourth partial light beam group and emitting them in different directions;
The third spectral light beam group and the fourth spectral light beam group that have been color-separated are synthesized, respectively, and emitted as a third synthetic light beam and a four synthetic light beam having a uniform illuminance distribution, thereby generating an illuminance distribution. A fourth lens array and a fifth lens array to be uniform;
The third combined light beam and the fourth combined light beam that have been combined are polarized and separated, and then the polarization angle is converted, whereby the linearly polarized third polarized light beam having only one direction of polarization angle and the fourth A second polarization conversion unit and a third polarization conversion unit that emit as a polarized light beam;
A second liquid crystal display element and a third liquid crystal that respectively modulate the third polarized light beam and the fourth polarized light beam based on an input image signal and emit the modulated light as a second modulated light beam and a third modulated light beam. A display element;
With
The projection display apparatus further comprises color combining means for combining the first modulated light beam, the second modulated light beam, and the third modulated light beam and emitting them as an emitted light beam.
前記第1の色分解手段を透過することによって色分解された前記第1の部分光束群又は前記第2の部分光束群の一方の光路が、前記第1の色分解手段から少なくとも1つの前記液晶表示素子まで直線であることを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。 One of the first partial light flux group and the second partial light flux group is color-separated by transmitting through the first color separation means, and the other is reflected by the first color separation means. Color separation,
One optical path of the first partial light flux group or the second partial light flux group that has been color-separated by passing through the first color separation means is at least one liquid crystal from the first color separation means. The projection display device according to claim 1, wherein the display element is a straight line.
前記第1の色分解手段を透過することによって色分解された前記第1の光束又は前記第2の光束の一方の光路が、前記第1の色分解手段から少なくとも1つの前記液晶表示素子まで直線であることを特徴とする請求項2記載の投射型表示装置。 One of the first light flux and the second light flux is color-separated by passing through the first color separation means, and the other is color-separated by being reflected by the first color separation means,
One optical path of the first light flux or the second light flux separated by passing through the first color separation means is a straight line from the first color separation means to at least one liquid crystal display element. The projection display device according to claim 2, wherein:
前記第1の色分解手段を透過することによって色分解された前記第1の光束又は前記第2の光束の一方の光路が、前記第1の色分解手段から少なくとも1つの前記液晶表示素子まで直線であることを特徴とする請求項3記載の投射型表示装置。 One of the first light flux and the second light flux is color-separated by passing through the first color separation means, and the other is color-separated by being reflected by the first color separation means,
One optical path of the first light flux or the second light flux separated by passing through the first color separation means is a straight line from the first color separation means to at least one liquid crystal display element. The projection display apparatus according to claim 3, wherein
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