[go: up one dir, main page]

JP3554520B2 - Image display device - Google Patents

Image display device Download PDF

Info

Publication number
JP3554520B2
JP3554520B2 JP2000069002A JP2000069002A JP3554520B2 JP 3554520 B2 JP3554520 B2 JP 3554520B2 JP 2000069002 A JP2000069002 A JP 2000069002A JP 2000069002 A JP2000069002 A JP 2000069002A JP 3554520 B2 JP3554520 B2 JP 3554520B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
image display
polarization
colors
color separation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000069002A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001075174A (en
Inventor
浩 中西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2000069002A priority Critical patent/JP3554520B2/en
Priority to US09/587,361 priority patent/US6327093B1/en
Priority to TW089110971A priority patent/TW548426B/en
Priority to KR10-2000-0030808A priority patent/KR100481400B1/en
Publication of JP2001075174A publication Critical patent/JP2001075174A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3554520B2 publication Critical patent/JP3554520B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば液晶プロジェクタのような、光源から画像表示素子を経た光をスクリーンに拡大投影する画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子は、マトリクス状に規則的に配列された画素電極に画像信号に対応した駆動電圧をそれぞれ印加することによって液晶の光学特性を変化させ、画像や文字などを表示するように構成されている。上述した画素電極に独立した駆動電圧を印加する方式としては、単純マトリクス方式と、非線形2端子素子や3端子素子を液晶表示素子に設けた場合のアクティブマトリクス方式とがある。
【0003】
後者のアクティブマトリクス方式の場合には、MIM(金属−絶縁体−金属)素子やTFT(薄膜トランジスタ)素子等のスイッチング素子と、画素電極に駆動電圧を供給する為の配線電極とを設ける必要がある。
【0004】
このスイッチング素子に強い光が入射すると、OFF状態における素子抵抗が下がり、電圧印加時に充電した電荷が放電されるだけでなく、前記スイッチング素子や配線電極が形成された領域に存在する液晶部分には、正規の駆動電圧が印加されず、本来の表示動作が実行されないため、黒状態でも光が漏れてコントラスト比が低下するという難点がある。
【0005】
したがって、液晶表示素子が透過型である場合には、図15に示すように、TFT601などのスイッチング素子および画素電極605が設けられたTFT基板とは液晶層を挟んで対向する対向基板にブラックマトリクス602と称される遮光手段を設けて、上述した光入射領域に入射する光を遮断する必要がある。よって、透過型の液晶表示素子の場合には、各々遮光性のあるTFT601、ゲートバスライン603およびソースバスライン604に加えて、ブラックマトリクス602によっても遮光されるため、画素の区画中に占める有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さくなる。
【0006】
さらに、これらスイッチング素子や配線電極は、その電気的性能や製造技術等の制約から、ある程度以下の大きさで形成することは困難である。よって、液晶表示素子の高精細化、小型化に伴って、画素電極のピッチが小さくなるほど開口率がさらに低下する。
【0007】
そこで、この問題を解決する為に、反射型の液晶表示素子が開発されている。
【0008】
反射型液晶表示素子は、図16に示すようにスイッチング素子としてのTFT651の上に反射型の画素電極655を形成することができるため、同じ液晶表示サイズでは、前記透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくとることができ、投影型液晶表示装置における明るさの向上には非常に効果的である。
【0009】
このような反射型液晶表示素子を投影型画像表示装置に適用した方式が電子ディスプレイフォーラム97(P.3−27〜3−32)や特開平4−338721号公報に提案されている。
【0010】
電子ディスプレイフォーラム97では、図17に示すように、光源701から出射された光をダイクロイックミラーで、赤、緑、青(以下順にR、GおよびBと呼ぶ)の3原色の光に分離し、それぞれの光を対応する偏光ビームスプリッタ(PBS)702に入射させる。偏光ビームスプリッタ702では、入射光を互いに直交する2方向の直線偏光成分に分離し、一方の光が対応する反射型液晶表示素子704に入射する。反射型液晶表示素子704で反射され、偏光方向が変調されたR、GおよびBの光は、再度PBS702に入射し、クロスダイクロイックミラー703で合成された後、投影レンズ705でスクリーンに投影される。
【0011】
特開平4−338721号公報では、図18(a)、(b)に示すように、光源101からの光をPBS105で2つの直線偏光に分離後、一方の光をクロスダイクロイックプリズム(図18(a))やフィリップスタイププリズム(図18(b))の色分離・合成素子でR、GおよびBの光に分離し、反射型液晶表示素子107−R、107−G、107−Bで反射された光を同素子で色合成した後、PBS105に再度入射させ、偏光方向が変調された光のみ投影レンズ108に入射し、スクリーンに投影する。
【0012】
この方式は、3板式液晶プロジェクションと呼ばれ、光源からのR、GおよびBの光を効率良く利用できるため、非常に明るい画像が実現できる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射型液晶表示装置を用いた上記のような投影型画像表示装置は、次に説明するような課題を有する。
【0014】
電子ディスプレイフォーラム97に提案されている方法では、R、GおよびBの各色に対応したPBSがそれぞれ3つ必要であり、また、色分離用の光学系と色合成用クロスダイクロイックプリズムも必要となるため、システムのコストが非常に高くなるだけでなく、システムサイズが非常に大きくなるという欠点を有する。
【0015】
特開平4−338721号公報では、色分離と色合成を一つの素子で行い、また、PBSも一つで済むことから、システムサイズの小型化を図ることができるが、クロスダイクロイックプリズムを使う方式では、色分離を行う膜面に対して、通常45度の角度で光が入射するため、図19に示すように色分離面での分光特性の偏光依存性が大きく(図19では、Bの色分離面での分光特性を表示)、同素子で色分離と色合成を行うと光の使用できるバンド幅が大きく制限され、光利用効率が悪く、また、色純度も低下してしまう。
【0016】
フィリップスタイププリズムを用いた場合は、色分離面への光の入射角度はクロスダイクロイックプリズムと比べて小さいため、前記したような偏光依存性による影響は緩和されるが、フィリップスタイププリズム内を通過する光の光路が長く、入射した光をフィリップスタイププリズムの側面で蹴られることなく通過させるためには、プリズムと投影レンズを大型化しなくてはならず、コスト高となる。
【0017】
本発明は、上記の問題点を解決する為になされたものであり、その目的は、小型、軽量かつ、明るい反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置を実現することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像表示装置は、赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系(照明手段)と、前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子(光分離手段)と、前記光分離素子で分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子(色分離手段)と、前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系(投影手段)とを有し、そのことによって上記目的が達成される。
【0019】
前記光分離素子の光分離面と前記色分離素子の色分離面とのなす角が20°以下であることが好ましい。
【0020】
前記照明光学系は、3原色の光を出射する光源と、前記光源からの3原色の光のうちの少なくとも1色の光の偏光方向を変換させる第1の偏光制御素子(偏光制御手段)とを有する構成としてもよい。
【0021】
前記第1の偏光制御素子の光入射側の光路上に1方向の偏光方向のみを透過または反射させる偏光選択素子が配置されている構成としてもよい。
【0022】
前記色分離素子の色分離面が、2枚の基板間に挟まれている構成とすることが好ましい。このとき、前記光分離素子によって分離された光の光路上の少なくとも一方に透明基板が配置されていることが好ましい。特に、前記光分離素子によって分離された光のうち、前記色分離素子を経ずに前記複数の反射型画像表示素子のうちの1つに入射する光の光路上に、前記色分離素子が有する前記2枚の基板分の厚さを有する基板を配置することが好ましい。なお、この透明基板は、必要に応じて、色分離面が2枚の基板間に設けられた光分離素子以外の構成に対して用いてもよい。
【0023】
前記色分離素子は2つの3角柱プリズムを貼り合わせた4角柱プリズムであってもよい。
【0024】
前記4角柱プリズムヘの入射光及び出射光の主光線が、前記4角柱プリズムの光入射面及び出射面の面法線に対して略平行に入出射し、かつ、前記4角柱プリズムの光分離面の面法線に対して45°より小さい角度で入射することが好ましい。
【0025】
前記色分離素子の色分離面は、基板の一方の表面に形成されており、前記光分離素子側に向くように配置されており、且つ、青色の光を透過し、偏光方向が同じ前記2色の光は青色の光を含む構成としてもしてもよい。
【0026】
前記光分離素子の前記投影光学系側に前記赤、緑、青の3原色の光の偏光方向を同方向に揃える第2の偏光制御素子(偏光制御手段)が配置されている構成としてもよい。
【0027】
前記第2の偏光制御素子の光出射側の光路上に1方向の偏光方向のみを透過または反射させる偏光選択素子が配置されている構成としてもよい。
【0028】
前記光源と前記投影光学系との間の光路上に、少なくとも一枚の波長規制素子(波長規制手段)が挿入されていることが好ましい。
【0029】
前記波長規制素子が前記第1の偏光制御素子で偏光方向が変換される光と、それ以外の光の波長との境界の波長域の光をカットすることが好ましい。
【0030】
前記波長規制素子が前記光分離素子で分離された光の光路上の少なくとも一方に配置され、前記波長規制素子が挿入された光路に配置された前記反射型画像表示素子が対応する光以外の光をカットすることが好ましい。
【0031】
前記波長規制素子が、赤と緑の境界波長域、および緑と青の境界波長域の少なくとも一方の光をカットすることが好ましい。緑と青を光の偏光方向を揃えた場合には、赤と緑の境界波長域の光をカットすることが好ましく、赤と緑を光の偏光方向を揃えた場合には、緑と青の境界波長域の光をカットすることが好ましい。
【0032】
前記波長規制素子が、前記光分離素子と前記反射型画像表示素子との間に配置され、前記波長規制素子の光規制面が、前記反射型画像表示素子の画像表示面と角度を成して、すなわち非平行に、配置されていることが好ましい。前記波長規制素子の光規制面と、前記反射型画像表示素子の画像表示面とのなす角度が1.5°〜13.5°の範囲内にあることが好ましい。
【0033】
前記赤、緑、青の3原色の光のうち、偏光方向が同じ2色の光に緑の光が含まれていることが好ましい。
【0034】
前記光分離素子の光分離面のP偏光に対する透過率およびS偏光に対する反射率のどちらか一方が他方よりも高く、前記一方を有する偏光として前記光分離素子で分離された光が前記複数の反射型画像表示素子の内の2枚以上に入射する構成とすることが好ましい。
【0035】
前記光分離素子の光分離面のP偏光に対する透過率およびS偏光に対する反射率のどちらか一方が他方よりも高く、緑の光が前記一方を有する偏光として前記光分離素子で分離される構成とすることが好ましい。
【0036】
以下、本発明の作用について説明する。
【0037】
本発明の画像表示装置の照明光学系は、3原色の光のうちの1色の光の偏光方向が他の2色の光の偏光方向と異なるように、3原色の光を出射する。すなわち、3原色の光のうちの2色は同じ偏光方向を有する偏光であり、その偏光方向は、他の1色の光の偏光方向と異なる。光分離素子(「偏光分離素子」とも呼ばれる。)は、照明光学系から出射された光をその偏光方向に基づいて、偏光方向が互いに異なる光に分離する。従って、偏光方向が同じ2色の光と、他の1色の光とを分離する。本発明の画像表示装置が有する色分離素子は、偏光方向が同じ2色の光を分離する。
【0038】
したがって、本発明の画像表示装置は、色分離(および色合成)に、従来のようにクロスダイクロイックプリズムやフィリップスタイププリズムを用いる必要が無く、ダイクロイックプリズムやフィリップスタイププリズムの偏光依存性に起因する、明るさや色純度、コントラスト比の低下を改善し、かつ、画像表示装置の小型化ができるだけでなく、大幅にコストダウンが可能である。
【0039】
また、光分離素子(例えば、PBS)の光分離面と、色分離素子(例えばダイクロイックミラー)の色分離面とが20°(絶対値)以下の角度をなすよう配置する構成を採用することによって、さらにコントラスト比を向上することができる。光分離面と色分離面とがなす角は、10°以下が好ましく、略平行(約0°)がさらに好ましい。以下に、図20を参照しながら、この理由を説明する。
【0040】
光分離素子は、通常、入射光をP偏光とS偏光とに分離する。P偏光およびS偏光は、それぞれ、光分離面への光の入射光路と面法線と含む面に対する偏光方向によって規定される。光分離素子に入射する光は、一般に、完全な平行光ではなく、ある程度の広がり角θを有しているので、光分離素子によって反射光または透過光として分離された光の偏光方向(振動方向)は、完全な平行光が分離された結果得られるP偏光やS偏光の偏光方向と異なる。
【0041】
広がり角を有した光が、光分離素子105を通過後、図20(a)に示すように(光分離面とほぼ直交するように)配置されている色分離素子106’の色分離面に入射すると、この光は色分離面に対して、P偏光またはS偏光からずれた偏光方向を有していることになる。色分離面では、通常、直線偏光(光の入射面に対するP偏光およびS偏光)の偏光方向に依存する位相のずれが発生する。よって、広がり角を有した光は、この影響を受け、色分離素子106’から楕円偏光として出射されるため、コントラスト比の低下を招く。
【0042】
これに対して、図20(b)に示したように、色分離面を光分離面に対して略平行に配置にすると、この2つの面に対するS偏光およびP偏光の偏光方向はそれぞれ互いに一致する(例えば、色分離面に対するS偏光は光分離面に対してもS偏光である)。したがって、色分離面で位相のずれが発生したとしても、P偏光またはS偏光のどちらかの光しか存在しないため、偏光状態は変化しないため、コントラスト比を向上させることができる。
【0043】
図20(b)には、光分離素子の光分離面と色分離素子の色分離面を平行に配置した例を示したが、色分離面の角度は、図20(b)で示した角度(0°)から、例えば±20度程度ずれたとしても、その効果は低下するが、図20(a)の配置よりも高いコントラスト比が得られる。
【0044】
本発明の画像表示装置で用いられる照明光学系は、例えば、白色の光を出射する光源と、R、GおよびBの光の少なくとも1つの偏光方向を回転させる第1の偏光制御素子とによって構成される。この構成を採用することにって、効率よく所定の偏光方向の光を対応する反射型画像表示素子に入射させることができ、明るさをアップすることができる。なお、光源から出射されたR、GおよびBの光は、例えば、偏光板を用いて直線偏光とすることができる。
【0045】
第1の偏光制御素子としては、例えば、USP5、751、384に開示されているような素子を利用できる。この素子は、複数の波長板(「位相差板」とも言う。)をその軸(光学軸、例えば遅相軸)の角度を変えて互いに積層し、ある特定の波長域の光のみの偏光方向を回転させる機能を有する。例えば、図4に示すように、Bの光の偏光方向を回転させる偏光制御素子104を用いた場合、白色の直線偏光が偏光制御素子104に入射すると、出射光のうちRおよびGの光の偏光方向は維持され、Bの光の偏光方向のみ回転させることができる。
【0046】
また、色分離面が2枚の基板(平行平板)の間に挟まれた構造を有する色分離素子は、分離された2色の光に対して同程度の非点収差を生成するので、投影光学系によってこの非点収差を補償することが可能となる。分離された2色の光に対する非点収差の発生量を互いに一致させるためには、色分離面を挟む2枚の基板の屈折率および厚さは互いに等しいことが好ましい。以下に、図5および図21を参照しながら説明する。
【0047】
画像表示素子で変調された光によって形成された画像をスクリーンに投影する場合、投影レンズと画像表示素子との間に色分離素子などの平行平板が入ると、非点収差が発生し、スクリーン上の画像に非点収差に起因するゆがみが生ずる。
【0048】
図21に示した従来の色分離素子106’のように、平行平板の一方の面に色分離面(典型的には、誘電体多層膜)CPが形成されている色分離素子を用いた構成では、例えば反射型画像表示素子107−Rで反射され、色分離素子106’に入射する光は、色分離素子106’の表面(色分離面CP)で反射されるため、この光に対する非点収差は発生しないが、反射型画像表示素子107−Gで反射された光は、色分離素子106’(平行平板を含む)を通過するため、この光に対して非点収差が発生する。このように、反射型画像表示素子107−Rおよび107−Gからの光のうち一方の光に対してのみ非点収差が発生するので、投影光学系によって非点収差を補償することは困難である。
【0049】
そこで、図5に示したように、色分離面が2枚のガラス基板(透明な平行平板)106aおよび106bにサンドイッチされた色分離素子106を使用すると、反射型画像表示素子107−Rおよび107−Gで反射された光が、色分離素子106のガラス中を通過する距離が互いに同じとなるので、投影光学系によって非点収差を補償することが可能となり、非点収差による歪のない良好な画像を表示できる。
【0050】
また、色分離素子106のガラス基板106aおよび106bの間に挟持された色分離面への光の入射角度は、ガラス表面で光が屈折されるため、クロスダイクロイックプリズムの色分離面への入射角度(典型的には45°)よりも小さくなり、前述した色分離面の偏光依存性による問題は大幅に緩和される。
【0051】
また、例えば、R、GおよびBの光に対応した3枚の反射型画像表示素子を図1に示すように配置した場合、反射型画像表示素子107−Bに至るの光路上には色分離素子が必要ないため、非点収差が発生しない。一方、先に述べたように、反射型画像表示素子107−R、107−Gに至る光路においては、色分離素子106によって非点収差が発生する。従って、投影光学系(投影レンズ)108で投影されるR、GおよびBの光のうち、RとGの光に対してのみ非点収差が発生するので、この非点収差を投影光学系で補償することは困難である。
【0052】
これに対し、反射型画像表示素子107−Bで反射された光の光路上に透明基板109を挿入することにより、R、GおよびBの光に対して発生する非点収差の発生量を同じにできるため、投影光学系(投影レンズ)108による補償が可能になり、良好な画像が得られる。なお、図1から明らかなように、3つ色の光に対する非点収差を同じにするためには、透明基板109は色分離素子106が有する2枚の基板と同じ基板(厚さは2枚分)で、Bの光の光路に対して、RおよびGの光の光路に対する色分離素子106(光分離面)の配置角度と同じ角度で配置されることが好ましい。
【0053】
また、反射型画像表示素子で偏光方向が変調されたR、GおよびBの光は、その中の1色(図1の例では、Bの光)の偏光方向が他の2色(図1の例では、RおよびGの光)と異なるため、第2の偏光制御素子を光分離素子(光合成素子としても機能する)の投影光学系側に配置することで、R、GおよびBの光の偏光方向をそろえることができる。その結果、スクリーンとして明るい照明下でも高いコントラスト比が保てる偏光スクリーンを用いることが可能となる。偏光スクリーンは、スクリーン面に偏光板が貼り付けられており、ランダム偏光(非偏光)で入射した光の半分をカットする。この偏光板の透過軸とプロジェクタ(投影型画像表示装置)から出射される光の偏光方向とを一致させておけば、プロジェクタからの投影光はほとんどカットされず、且つ、外光の影響を半減できるので、高いコントラスト比の表示が可能となる。さらに、後述する偏光選択素子(典型的には偏光板)を第2の偏光制御素子の後方(投影光学系側)に配置することによって、コントラスト比をさらに向上することが可能となる。
【0054】
また、偏光選択素子を第1の偏光制御素子の光入射側の光路上に配置することにより、第1の偏光制御素子に直線偏光を入射させることが可能となり、その結果、第1の偏光制御素子及び光分離素子によって効率よく色分離・偏光分離(および色合成・偏光合成)が行え、明るく、コントラスト比の高い画像を表示することができる。
【0055】
また、偏光選択素子を第2の偏光制御素子の光出射側の光路上に設けることにより、本来光分離素子によって光源の方向に返される光が、光分離素子を通過しても、偏光選択素子でカットされるため、コントラスト比の高い画像を表示することができる。
【0056】
また、波長規制素子が挿入されていることにより、本来それぞれの反射型画像表示素子に照射されるべきでない波長域の光及び偏光方向の光を規制することができるため、色純度を向上することができると共にコントラスト比の低下を防止することができる。
【0057】
また、2色の光を他の1色の光と偏光方向を異ならせて照射するため、偏光方向が同じ2色の光と他の1色の光との境界波長域において、P偏光とS偏光が混在する波長域が存在する。その偏光が混在している波長域の光を波長規制素子でカットすることにより、コントラスト比及び色純度が向上する。
【0058】
また、偏光制御素子ではその特性によって、完全に偏光が回転できなかった光や本来偏光が回転してはいけない光の一部偏光の乱れが発生する。また、光分離素子も光を偏光方向にしたがって完全に分離することができないため、混色やコントラス比の低下が起こる。
【0059】
そこで、光分離素子と反射型画像表示素子107との間に、各反射型画像表示素子107に対応する色の光以外の光をカットする波長規制素子を挿入することにより、色純度及びコントラスト比の向上を図ることができる。
【0060】
また、赤と緑との境界波長領域および緑と青との境界波長域の少なくとも一方の光を波長規制素子にてカットすることにより、色純度を向上させることができる。この波長規制素子は、上記の各反射型画像表示素子に対応する色の光以外の光をカットする波長規制素子と同時に使用しても良い。この場合、両波長規制素子の分光特性を併せ持つものを用いることが好ましい。
【0061】
また、前記したように偏光が同じ2色の光と他の1色の光との波長の境界域においてP偏光とS偏光が混在する波長域が存在する。その偏光が混在している波長域はコントラスト比に影響を及ぼすため、カットすることが好ましい。
【0062】
RとBの偏光方向を揃えた場合は、図22の斜線部に示すGの短波長側(B側)と長波長側(R側)の光をカットする必要があるため、Gの波長帯域を確保した場合、RおよびBの波長帯域が狭くなり、逆にRおよびBの波長帯域を確保した場合はGの波長帯域が狭くなる。よって、明るさと色純度が低下してしまう。
【0063】
これに対して、RとGの偏光方向を揃えた場合又はBとGの偏光方向を揃えた場合、例えば図2に示すように(図2はRとGの偏光方向が同じ場合の例)、同図斜線部の波長帯域の光のみカットするだけで済むため、明るさの低下を抑制しながら、色純度を大幅に向上させることができる。
【0064】
また、波長規制素子を光分離素子と反射型画像表示素子との間に配置した構成において、波長規制素子の波長規制面が反射型画像表示素子の画像表示面と角度をなすように配置することによって、コントラスト比を向上することができる(図7(b)参照)。以下に理由を説明する。
【0065】
光分離素子の消光比(偏光選択比)が十分でないと、本来除去されるべき(他の反射型画像表示素子に向けて出射されるべき)不要な偏光が本来の偏光に混ざって反射型画像表示素子に向けて出射される。この不要な偏光は、光分離素子と反射型画像表示素子との間に配置された波長規制素子に入射し、波長規制面で反射される。従って、波長規制面が反射型画像表示素子の表面と平行に配置されていると、波長規制面で反射される不要な偏光は、投影光学系に向けて反射されることになり、表示のコントラスト比を低下させる。しかしながら、波長規制面が反射型画像表示素子の画像表示面と角度(0°を越え90°未満)をなすように配置しておくと、不要な偏光は、表示に用いられる本来の偏光とは異なる角度で投影光学系に向けて反射されるので、投影光学系によって容易に除去することができる。特に、波長規制素子の波長規制面が反射型画像表示素子の画像表示面と角度を約1.5°〜13.5°の範囲内に設定すれば、通常用いられるFナンバーが1〜8の投影レンズによって不要な偏光を容易に除去することができる。
【0066】
また、プリズム状の色分離素子を用いると、非点収差が発生しないので、表示品位を向上することができる。あるいは、投影光学系に対して非点収差を補償するための特別な設計を施す必要が無くなる。板状の色分離素子を用いた場合、図12に示すように、色分離面CPに対向する面での表面反射で、スクリーン上にゴースト(画像が2重に映る現象)が発生するが、プリズム状の色分離素子を用いると、反射型画像表示素子で反射された光はプリズムに入射する際にその表面で反射されても、反射型画像表示素子の方向に戻るので、スクリーンには入射しない。従って、プリズム表面で反射された光による表示品位の低下が起こらない。色分離プリズムは、典型的には、2個の三角柱プリズムを貼り合せた四角柱プリズムであり、貼り合わせ面に誘電体多層膜が形成されている。三角柱プリズムの貼り合わせ面(誘電体多層膜)が色分離面として機能する。
【0067】
色分離プリズムの色分離面への光の入射角が大きいと、色分離面の色分離特性(波長選択性)の偏光依存性が大きく、色分離の効率が低い。例えば、典型的な、直角三角柱プリズムを貼り合せた正方柱プリズムの分離面に対する入射角は45°であり、偏光依存性が大きく、色分離の効率が低い。そこで、例えば、頂角が鈍角の2等辺三角柱プリズムを貼り合せた平行四辺形柱プリズムを用いると、その色分離面への入射角を45°未満とすることが可能となり、色分離特性の偏光依存性を抑制することができる。その結果、色分離素子による色分離の効率を向上することができる。
【0068】
色分離素子として、サンドイッチ構造を有するダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることが好ましいが、透明基板の一方の表面に色分離面CPを有するダイクロイックミラー(図21参照)を用いてもよい。このとき、色分離面CPを光分離素子(PBS)の方向を向くように配置することによって、図12に示した配置よりも、ゴーストの発生を抑制することができる。さらに、透明基板の表面上に形成された(露出された)色分離面CPで反射されるRおよびGの色光には非点収差は発生せず、色分離面CPを透過するBの光にのみ非点収差が発生するが、Bの光の視感度は最も低いので、表示画像の解像度には影響しない。従って、視感度の最も低いBの色光を透過するダイクロイックミラーを用いることによって、ゴーストの発生をさらに抑制できるとともに、非点収差による解像度の低下を抑制することができる。
【0069】
さらに、前記の複数の波長板を互いに重ね合わせて作製した偏光制御素子では、RとBの光又はRとGの光の偏光方向を回転させるものは層数が増えるため、高価になる。これに対して、R又はBの光の偏光方向を回転させる偏光制御素子とすれば、RとBの光又はRとGの光の偏光方向を回転させるものより、層数が少なくて済むため、コストダウンが図れる。
【0070】
また、光分離素子の光分離面の偏光分離特性(P偏光を選択的に透過およびS偏光を選択的に反射)は、一般に光の波長範囲に依存する。また、P偏光に対する透過率とS偏光に対する反射率との両方を最適化すること困難であり、一方の特性(例えば、P偏光に対する透過率)を最適化すると、他方の特性(S偏光に対する反射率)が低下する。
【0071】
従って、光分離素子の光分離面のP偏光に対する透過率およびS偏光に対する反射率のどちらか一方を最適化し、最適化された特性を有する偏光が、2枚以上の反射型画像表示素子に入射するように配置することによって、表示品位を向上することができる。あるいは、3原色の光のうちで視感度が最も高いGの光が、最適化された特性を有する偏光として光分離素子で分離することによって、表示品位を向上することができる。
【0072】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照しながら具体的に説明する。
【0073】
図1は本発明による実施形態の投影型カラー画像表示装置100の模式図である。なお、以下の図面において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示す。
【0074】
画像表示装置100は、赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系100aと、照明光学系100aから出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子としてのPBS105と、偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子としてのダイクロイックミラー106と、PBS105およびダイクロイックミラー106によって分離された光(R、GおよびB)をそれぞれ変調する反射型画像表示素子107−R、107−Gおよび107−Bと、反射型画像表示素子107−R、GおよびBで変調された光を投影する投影光学系(投影レンズ)108とを有する。
【0075】
照明光学系100aは、白色光源101と、波長規制素子としてのトリミングフィルタ102と、偏光選択素子としての偏光板103と、偏光制御素子104とを有している。
【0076】
本実施形態では光源101として、120W、アーク長1.4mmのPhilips社製のUHPランプを用いた。光源101としては、この他にハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライドランプを用いることができる。
【0077】
光源101からの光は、放物面鏡101aで略平行光にされたのち、トリミングフィルタ102と偏光板103に入射する。
【0078】
偏光板103は、紙面に対して垂直方向の光のみを透過し、得られた直線偏光は偏光制御素子104に入射する。
【0079】
偏光制御素子104は、図2に示すような特性を有しており、入射光のうちBの光の偏光方向だけを紙面に対して平行方向に回転し、PBS105に入射させる。
【0080】
図2中の実線は、図3に示す光学系においてPBS105の光分離面PPで反射された光の特性であり、破線はPBS105の光分離面PPを透過した光の特性である。
【0081】
本実施形態では偏光制御素子104として、USP5、751、384に開示されているような素子を使用した。この素子は複数の波長板をその軸の角度を変えて積層し、ある特定の波長域の光のみの偏光方向を回転させる機能を有する。本実施形態のように、Bの偏光の偏光方向を回転させる素子を用いた場合、図4に示すように、白色の直線偏光が本素子に入射すると、その出射光のうちRおよびGの光の偏光方向は維持され、Bの光の偏光方向のみ回転させることができる。
【0082】
本実施形態では、偏光制御素子104として上記素子を用いたが、同様の機能を有するものであれば、いかなるものでも利用でき、例えばコレステリック液晶などを用いても良い。
【0083】
トリミングフィルタ102は、図2の斜線部で示す偏光制御素子104で偏光方向を回転させるBの光と偏光が回転しないGの光の境界の波長域をカットする働きと、RとGの境界波長域(570nm〜590nm)をカットする働きをあわせ持つ。
【0084】
偏光制御素子104を出射した光がPBS105に入射すると、RおよびGの光は、PBS105に対してS偏光となるため光分離面PPで反射され、Bの光はP偏光となるために光分離面PPを透過する。
【0085】
PBS105で反射されたRおよびGの光は、PBS105の光分離面PPと略平行に配置されたダイクロイックミラー106に入射し、Rの光は反射され、Gの光は透過する。ダイクロイックミラー106の色分離面CPは、PBS105の光分離面PPと略平行に配置されているので、上述したように、色分離面CPによる偏光状態の乱れが抑制され、コントラスト比が向上する。
【0086】
これらPBS105やダイクロイックミラー106を透過・反射した光は、それぞれ対応する反射型画像表示素子107−R、107−G、107−Bに入射して、画像信号に合わせて変調される。その後、RおよびGの光はダイクロイックミラー106に再度入射し、合成された後、再度PBS105に向けて反射される。Bの光も同様に変調された後にPBS105に向けて反射される。PBS105によって、偏光方向が変調された光のみが選択的に投影レンズ108に向けて出射される。このとき、PBS105は偏光合成素子または色合成素子として機能する。
【0087】
反射型画像表示素子107としては、0.9型XGAパネルで、垂直配向の液晶モードのものを用いた。液晶のモードとしては、この他にTNモードなど、いかなる反射型液晶表示素子でも使用できる。
【0088】
ダイクロイックミラー106は、図5に示すような構造になっており、誘電体面(色分離面)CPがガラス基板106aおよび106bにサンドイッチされて光学的に貼り合わされている。よって、ダイクロイックミラー106で色分離され、反射型画像表示素子107−R、107−Gで反射された光が、ダイクロイックミラー106で色合成される時に、それぞれの光(RとGの光)が通過するガラス中の光路長が同じになり、それによって発生する非点収差量も同じとなる。勿論、ガラス基板106aおよび106bとして、同じガラス基板(平行平板)を用いることが好ましい。なお、上述したように、ダイクロイックミラー106の色分離面CPは色合成面としても機能する。
【0089】
この構造によって、ダイクロイックミラー106では、ガラス基板106aおよび106bでの光の屈折により、色分離面CPへの光の入射角度が変化し、ダイクロイックミラー106の配置角度が変化した場合と同様の状態になるが、その変化量は20°以下であるため、コントラスト比を大幅に低下させるほどの影響は出ない。もちろん、ガラス基板106aおよび106bでの光の屈折を考慮して、色分離面CPへの入射角が20°以下とすることが好ましい。
【0090】
一方、反射型画像表示素子107−Bで反射された光は、透明ガラス基板109を通過した後に、PBS105に入射することになる。よって、この透明ガラス基板109の厚さをダイクロイックミラー106の厚さ(ガラス基板106aおよび106bの厚さの合計)と同じにしておけば、R、GおよびBの光に対する非点収差量は互いに同じとなる。なお、ガラス基板109の光路に対する配置角が、ダイクロイックミラー106の光路に対する配置角と等しいことが好ましいことは、言うまでもない。但し、非点収差量を一致させることができるかぎり、他の構成を用いてもよい。
【0091】
投影レンズ108は、これらの非点収差を補償(補正)する設計とした。上述したように、基板間に挟持された色分離面を有する色分離素子を用い、さらに、色分離素子を経ないで反射型画像表示素子に至る光路上に色分離素子と同じ厚さの透明基板を配置することによって、全ての色の光に対する非点収差を等しくできるので、投影レンズ108の設計を変更するだけで、非点収差を補償することが可能となる。
【0092】
本実施形態では、サンドイッチ構造のダイクロイックミラー106を用いたが、必要な解像度によっては、必ずしもサンドイッチ構造にする必要はなく、従来の色分離面がガラスの表面に形成されたタイプのものを用いても良い。この場合、解像度に最も影響するGの光に対応した反射型画像表示素子107−Gを非点収差が発生しない光路に配置するか、もしくは、反射型画像表示素子107−Gの非点収差をとるように投影レンズを設計するのが好ましい。また、同様に透明ガラス基板109も必要な解像度によっては、必ずしも配置する必要はない。
【0093】
PBS105と投影レンズ108の間には、偏光制御素子104と同特性の偏光制御素子110と紙面に対して垂直方向の偏光を通過させる偏光板111が配置されている。
【0094】
PBS105の投影レンズ108側に設けられた偏光制御素子110は、Bの光のみの偏光方向を回転し、R、GおよびBの偏光方向を揃える働きを持つ。偏光制御素子110として、偏光制御素子104と同様の素子を用いることができる。また、偏光制御素子110と投影レンズ108との間に設けられた偏光板111は、偏光制御素子110からの光のうちPBS105で本来カットされる光の漏れ光をカットし、コントラスト比を向上させる。このように、投影レンズ108によって投射され、表示に用いられるR、GおよびBの全ての光が同じ偏光であると、偏光スクリーン上に投影することによって、表示のコントラスト比を向上させることができる。
【0095】
PBS105と反射型画像表示素子107−R、107−Gとの間及びPBS105と反射型画像表示素子107−Bの間には、それぞれ図6(a)、(b)に示すような特性のダイクロイックミラー112、113が挿入されており、各反射型画像表示素子107−R、107−G、107−Bが対応する光以外の光をカットする働きを持つ。ダイクロイックミラー112、113で反射された不要光は、PBS105を介して光源101の方に戻る。なお、図6(a)はダイクロイックミラー112の分光特性(RとGとを選択的に透過)を示し、図6(b)はダイクロイックミラー113の分光特性(Bを選択的に透過)を示す。
【0096】
本実施形態では、ダイクロイックミラー112をPBS105の直後に配置したが、RとGの光をダイクロイックミラー106で光を分離した後に配置しても良い。この場合、その分光特性は、Gの反射型画像表示素子107−Gに対応するダイクロイックミラーはGのみ透過、Rの反射型画像表示素子107−Rに対応するダイクロイックミラーはRのみ透過するものを用いても良く、PBS105や偏光制御素子104の特性によっては、どちらか一方に配置しても良い。
【0097】
また、本実施形態では、PBS105で分離された光路の両方にそれぞれダイクロイックミラー112と113を配置したが、PBS105や偏光制御素子104の特性によってはダイクロイックミラー112、113を配置しなくても良く、一方だけに挿入しても良い。
【0098】
さらに、本実施形態では、BとGの光の境界波長域をカットする働きと、RとGの光の境界波長域をカットする働きをあわせ持つトリミングフィルタ102を使用したが、本フィルタではPBS105や偏光制御素子104の特性及び、使用する波長域によっては、必ずしも両方の境界波長域の光をカットする必要はなく、また、要求される表示性能によっては、必ずしも配置しなければいけないものではない。また、トリミングフィルタ102の配置位置は光源からスクリーンまでの光路上であればいかなる位置でも良い。
【0099】
上記構成を有するプロジェクタ100は、非常に明るく、高コントラスト比でありながら、コンパクトで低コストな液晶プロジェクションが実現できた。
【0100】
本実施形態では、Bの光の偏光方向を回転させる偏光制御素子104、110を用いたが、偏光方向を回転させる色はこれに限定されるものではなく、また、PBS105に入射する各色のP、S偏光が入れ替わっても良い。
【0101】
本実施形態では白色光をPBS105でRおよびGとBの光に分離したが、GおよびBとRなど組み合わせを変えることも可能である。この場合、偏光制御素子104、110で回転させる光の色を変えるだけで良い。
【0102】
また、本実施形態では、PBS105の光入射側及び出射側の両方に偏光板と偏光制御素子を配置したが、光出射側の偏光制御素子110と偏光板111は必ずしも必要ではない。
【0103】
次に、図1に示した画像表示装置100による表示の品位をさらに向上するための構造を説明する。図7(a)は、画像表示装置100におけるPBS105の周辺の光学素子の配置関係を模式的に示す図であり、図7(b)はそれを改変した配置を模式的に示している。なお、図7では、色分離用のダイクロイックミラー106を省略し、反射型画像表示素子107−Rおよび107−Gの一方を反射型画像表示素子107として示している。なお、参照符号107は任意の反射型画像表示素子に対しても用いる。
【0104】
画像表示装置100のように、波長規制のためのダイクロイックミラー112および113を、それぞれ対応する反射型画像表示素子107とPBS105との間に配置した場合、例えば、図7(a)に示したように、PBS105の光分離面PPを本来透過すべき光B(p)(BのP偏光)の一部がPBS105の消光比が完全でないため、PBS105の光分離面PPで反射されて、光B(p)’としてダイクロイックミラー112に入射する。B光のP偏光のうちの不要なものを光B(p)’として表すこととする。
【0105】
光B(p)’は、本来PBS105の光分離面PPを透過し、対応する反射型画像表示素子107−Bに入射する光であるため、ダイクロイックミラー112で反射され、再度PBS105に入射する。PBS105に入射した光B(p)’のほとんどは、PBS105の光分離面PPを透過し、投影レンズ(不図示)に入射するため、表示のコントラスト比を低下させる。
【0106】
ここで、図7(b)に示したように、ダイクロイックミラー112および113の光規制面と反射型画像表示素子107の画像表示面とが角度をなすように配置すると、ダイクロイックミラー112および113で反射された光B(p)’は、反射型画像表示素子107で反射された光(表示に用いられる光)と異なる角度でPBS105に入射する。従って、図8に模式的に示したように、投影レンズ108ではコントラスト比の低下の原因となる光B(p)’のみが瞳でけられる。その結果、PBS105の不完全な色分離特性に起因するコントラスト比の低下を防止することができる。
【0107】
通常、投影型画像表示装置に使用される投影レンズ108の受光角は、使用する画像表示素子のサイズによって変化するが、おおよそ3°〜27°(Fナンバー1〜8)の範囲である。従って、コントラス比の低下の原因となる不要光B(p)’が、図8の破線で示すように、投影レンズ108の受光角よりも大きな角度で入射するように、ダイクロイックミラー112の波長規制面(典型的には、誘電体多層膜)の反射型画像表示素子107の画像表面に対する角度θを、投影レンズの受光角に応じて、約1.5°〜13.5°の範囲内で調節することによって、不要光B(p)’がカットされ、効果的にコントラスト比の向上が図れる。なお、ダイクロイックミラー112の波長規制面をθだけ傾けると、反射光は入射光に対して2θの角をなすので、このとき、投影レンズの受光角は2θ以下であることが必要である。この関係を満足する範囲内で、投影レンズの受光角に応じてダイクロイックミラー112の波長規制面の反射型画像表示素子107の画像表面に対する角度θを調節する。
【0108】
PBS105の不完全な光分離特性に起因して、表示品位が低下することがある。図9を参照しながら、この現象を説明する。図9は、画像表示装置100におけるPBS105の周辺の光学素子の配置関係を模式的に示す図である。なお、簡単さのために、説明に不要な光学素子を省略している。
【0109】
図9に示したように、対応する反射型画像表示素子107−Gに入射した光G(S)(GのS偏光)が、反射型画像表示素子107−Gで変調されずに反射されたとき(典型的には、反射型画像表示素子107−Gが黒表示状態のとき)、再びPBS105に入射する光G(S)のほとんどは、PBS105の光分離面PPで反射され、光源(不図示)の方向に戻るが、PBS105の消光比が完全ではない為、その一部(「G(s)’」と表記する。)は、PBS105の光分離面PPを透過する。この光G(s)’のほとんどは、偏光板111によってカットされる。しかしながら、特に、偏光制御素子110がPBS105と偏光板111との間に配置されている場合、PBS105の光分離面PPを透過したG(s)’の一部の偏光方向が偏光制御素子110によって乱され、偏光板111を透過し、その結果、表示のコントラス比が低下する。
【0110】
また、図17に示した光学系では、照明光をR、GおよびBの光に色分離した後、それぞれの色光に対するPBS702に入射させているのに対し、本実施形態の画像表示装置100では、全ての色光がPBS105に入射するので、PBS105は、R、GおよびBの光のすべての波長域に対して高い消光比が要求される。しかしながら、広い波長域に亘って、P偏光およびS偏光の両方に対して高い消光比を有するPBS105を得ることは困難である。例えば、S偏光に対する特性(反射率)が良くなるように設計した場合、P偏光に対する特性(透過率)は低下する。すなわち、図10に示すような、色分離特性が得られる。
【0111】
図10に示したように、S偏光対して高い特性を示すPBSを図9のPBS105として用いると、光G(s)’を低減させることができ、コントラスト比を向上させることができる。
【0112】
一般に、PBS105の偏光分離特性をP偏光およびS偏光のどちらに対して最適化してもよいが、他方の偏光に対する偏光分離特性が低下するので、より多くの反射型画像表示素子(通常、R、GおよびBの3パネルが用いられるので、2枚以上)が配置されている側の偏光方向に最適化するか、あるいは、より視感度の高いGの光に対応した反射型画像表示素子が配置されている偏光に対して、PBS105の偏光分離特性を最適化することがより効果的である。
【0113】
図11(a)および(b)に、画像表示装置100に対して上述した構造を適用した投影型カラー画像表示装置200および300を模式的に示す。
【0114】
図11(a)の画像表示装置200では、ダイクロイックミラー112及び113は、それぞれが対応する反射型画像表示素子107の表示面に対して、約5°傾けて配置されている(図8中のθが約5°)。また、図11(b)では、ダイクロイックミラー112、113と同様の機能を有するダイクロイックミラー211、212および213をそれぞれ対応する反射型画像表示素子107の表示面に対して、約5°傾けて配置されている。
【0115】
画像表示装置200および300は、ともに、投影レンズ108として、Fno.が3.0(受光角±9.5°)のものを用い、反射型画像表示素子107に対して、±10°の平行度を有する照明光を入射させた。
【0116】
上記の構造を採用することによって、ダイクロイックミラー112および113、またはダイクロイックミラー211、212および213で反射された不要光が、PBS105の不完全な偏光分離特性によって、投影レンズ108の方向に出射されても、この不要光は図8の破線で示したように投影レンズ108の瞳を通過できないので、コントラスト比の低下が防止される。画像表示装置200および300は、明るさを低下させずに、画像表示装置100よりもさらに高コントラスト比な表示を実現することができた。
【0117】
画像表示装置200および300では、ダイクロイックミラー112および113、またはダイクロイックミラー211、212および213で反射された不要光がすべて投影レンズ108でカットされるように、ダイクロイックミラー112および113、またはダイクロイックミラー211、212および213を傾けたが、これらのダイクロイックミラーの傾き角を小さくし、不要光の一部が投影レンズ108を透過する構成を採用しても、画像表示装置100よりも、コントラスト比を向上することができる。
【0118】
また、画像表示装置200および300では、PBS105として、図10に示したように、S偏光に対する特性(反射率)がP偏光に対する特性(透過率)よりも優れているものを用いている。従って、PBS105の光分離面PPでP偏光よりも良好に分離されたS偏光が、3枚の反射型画像表示素子のうちの反射型画像表示素子107Gおよび107Rに入射し、偏光分離特性が劣るP偏光は反射型画像表示素子107Bにのみ入射する。このように、PBS105の偏光分離特性を最大限に利用することによって、コントラスト比を低下させる光をさらに低減することができる。
【0119】
画像表示装置200および300では、S偏光に対する偏光分離特性を最適化したPBS105を用い、2枚の反射型画像表示素子107Gおよび107RをS偏光側に配置したが、S偏光側に視感度の高いGに対応した反射型画像表示素子107G1枚を配置しても同様の効果が得られる。また、P偏光に対して偏光分離特性を最適化したPBS105を用いた場合、P偏光側に2枚の反射型画像表示素子107を配置した構成を採用してもよいし、P偏光側に視感度の高いG光に対応した反射型画像表示素子107Gを1枚配置した構成を採用しても、同様に効果が得られる。
【0120】
画像表示装置200および300では、偏光制御素子104でBの偏光方向を回転させたが、RとGの光の偏光方向を回転させても良く、PBSに入射する光のP偏光とS偏光が逆になっても良い。また、PBS105で分離された光路の両方にそれぞれダイクロイックミラー112と113及びダイクロイックミラー211、212および213を配置したが、PBS105や偏光制御素子104の特性によっては上記のダイクロイックミラーを配置する数を減らしても良い。さらに、PBS105の光入射側及び出射側の両方に偏光板と偏光制御素子を配置したが、光出射側の偏光制御素子110と偏光板111は必ずしも必要ではない。
【0121】
また、画像表示装置200および300においても、色分離面が2枚のガラス基板にサンドイッチされた色分離素子106を用いたが、必要な解像度によっては、必ずしもサンドイッチ構造の色分離素子106を用いる必要はなく、ガラス基板の一方の表面に色分離面が形成された従来の色分離素子106’(例えば図21参照)を用いてもよい。
【0122】
次に、色分離素子として、ダイクロイックプリズムを用いる構成とその動作を説明する。
【0123】
上述したように、色分離素子として、平行平板の一方の面上に色分離面を形成した従来のダイクロイックミラー106’を用いると、非点収差を発生するので、上述したように、その非点収差を補償するための特別な工夫(色分離素子106やガラス基板109の使用)が必要となる。
【0124】
さらに、従来のダイクロイックミラー106’のような平行平板状の色分離素子を用いると、図12に示すように、ガラス基板106a’の色分離面CPに対向する表面で反射された光(「ゴースト光」と呼ぶ。)によって、スクリーン上に画像が2重に映る現象、いわゆるゴースト現象が発生する。
【0125】
これに対し、図13(a)および(b)に示す投影型カラー画像表示装置400および500のように、プリズム状の色分離素子(ダイクロイックプリズム)206を用いると、非点収差が発生しないので、図1に示した画像表示装置100のような特別な工夫をすることなしに、表示品位を向上することができる。ダイクロイックプリズム206は、典型的には、2個の三角柱プリズムを貼り合せた四角柱プリズムであり、貼り合わせ面に誘電体多層膜が形成されており、貼り合わせ面が色分離面CPとして機能する。
【0126】
さらに、ダイクロイックプリズム206を用いると、反射型画像表示素子で反射された光は、ダイクロイックプリズム206に入射する際にその表面で反射されても、反射型画像表示素子の方向に戻るので、スクリーンには入射しない。従って、ダイクロイックプリズム206の表面で反射された光がゴースト現象を引き起こすことは無い。
【0127】
なお、画像表示装置400のダイクロイックプリズム206は、直角三角柱プリズムを貼り合せた正方柱プリズムなので、色分離面CPへの光の入射角が45°と比較的大きいので、偏光依存性が大きく、色分離の効率が低い。そこで、図13(b)の画像表示装置500のように、例えば、頂角が鈍角の2等辺三角柱プリズムを貼り合せた平行四辺形柱プリズムからなるダイクロイックプリズム206を用いると、色分離面CPへの入射角を45°未満となり、色分離特性の偏光依存性を抑制することができる。この例では、光入射角が40°となるダイクロイックプリズム206を用いた結果、色分離の効率を向上し、明るさ及び色純度を向上させることができた。
【0128】
なお、色分離素子としてプリズム素子を用いる場合には、それぞれの色の光の光路長を互いに等しくするために、図13(a)および(b)に示したように、ダイクロイックプリズム206を経ない光路にガラスブロック209を配置することが好ましい。
【0129】
色分離素子として、ダイクロイックプリズムを用いる画像表示装置の構成は、例示した画像表示装置400および500に限られず、上述した構成と適宜組み合わせることが可能で、ダイクロイックミラーに代えてダイクロイックプリズムを用いることによって、上述の効果を付加的に得ることができる。
【0130】
上述したように、色分離素子として、サンドイッチ構造を有するダイクロイックミラー106やダイクロイックプリズム206を用いることが好ましいが、従来のダイクロイックミラー106’を用いてもよい。図14に本発明による他の投影型カラー画像表示装置100’を模式的に示す。
【0131】
図14に示した画像表示装置100’は、図1に示した画像表示装置100におけるサンドイッチ型ダイクロイックミラー106を、ガラス基板の一方の表面に色分離面CPを有する従来のダイクロイックミラー106’に置き換えたものである。ダイクロイックミラー106’は、色分離面CPがPBS105の方向を向くように配置されている。また、ダイクロイックミラー106’として、Bの光を透過するものを用いる。さらに、ダイクロイックミラー106’を上述のように配置すると、GまたはRの色光は、露出されている色分離面CPで反射されるので、これらの色光には非点収差が発生しない。従って、図1の画像表示装置100における透明基板109は設けていない。
【0132】
画像表示装置100’においては、Bの光に対して非点収差が発生するが、RおよびGの光と合成され、スクリーン上に投影された画像の解像度には、ほとんど影響しない。これは、Bの光に対する人間の目の視感度は、RおよびGの光に対する視感度よりも低いので、投影表示された画像の解像度は、RおよびGの画像の解像度が支配的となるからである。
【0133】
さらに、ダイクロイックミラー106’の色分離面CPをPBS105側に向け、且つ、視感度の最も低いBの光を色分離面CPが透過する構成を採用することによって、スクリーン上でのゴーストの発生をほとんど視認できない程度に抑制することができる。
【0134】
図14に示した配置では、反射型画像表示素子107−Rおよび107−Gで反射された光は、直接、色分離面CPで反射されるので、ゴーストは発生しない。反射型画像表示素子107−Bで反射された光は、透明基板の色分離面CPが形成されていない面で反射されるが、この反射光は投影レンズに入射しない。また、色分離面CPに到達したBの光のほとんどは、色分離面CPを透過する。色分離面CPの特性によってBの光のその一部が反射され、この反射された光の一部が、透明基板の色分離面CPが形成されていない方の面で再度反射され、ゴーストとなる。しかしながら、このゴーストは、色分離面CPが反射型画像表示素子107側を向くよう配置された構成(図12参照)で発生するゴーストに比べると極めて軽度である。もちろん、色分離面CPが視感度の最も低いBの光を透過する構成を採用することがゴーストの発生を抑制するために好ましいが、他の色光を透過する構成を採用しても、図12に示した構成よりも、ゴーストの発生は抑制される。
【0135】
また、Bの光がダイクロイックミラー106’を透過する構成よりも効果は低いものの、必要とされる画質によっては、Bの光の次に視感度が低い、Rの光がダイクロイックミラー106’を透過する構成を採用してもよい。
【0136】
画像表示装置100’においては、BおよびGの光をPBS105で反射させる構成を採用したが、BおよびRの光を反射させてもよい。また、BおよびGの光、または、BおよびRの光を透過する構成を採用してもよい。
【0137】
上述したように、従来のダイクロイックミラー106’の透明基板の一方の表面に形成された色分離面CPをPBS105の方向を向くように配置することによって、ゴーストの発生を抑制することができる。さらに、視感度の最も低いBの色光を透過するダイクロイックミラー106’を用いることによって、ゴーストの発生をさらに抑制できるだけでなく、非点収差による解像度の低下を抑制することができる。
【0138】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、PBSに入射するR、GおよびBのうちの1色を他の色と偏光方向を異ならせることにより、PBSとダイクロイックミラーで色分離が行えるため、コンパクトかつ、低コストな画像表示装置(例えば、液晶プロジェクタ)を実現できる。
【0139】
また、R、GおよびBの光のうち偏光方向が同じ2色の光のうちの一方をGとすることで、使用できる光の帯域が広げられ、明るさ、色純度をアップできる。
【0140】
また、色分離用のダイクロイックミラーの色分離面をガラス基板で挟み込む構造をとり、かつ、色分離を行わない方の光路上に透明基板を挿入することで、各反射型画像表示素子に発生する非点収差の収差量が同じになり、投影レンズで収差を補正できるため、解像度の高い画像を実現することができる。
【0141】
さらに、S偏光とP偏光とが混在する波長域の光や各反射型画像表示素子に対応した光以外の光をカットする波長規制素子を設けることにより、R、GおよびBの色純度の向上やコントラストのアップを図ることができる。
【0142】
さらに、波長規制素子の波長規制面を反射型画像表示素子の画像表示面に対して傾斜して配置することによって、コントラスト比をさらに向上することができる。
【0143】
また、プリズム状の色分離素子を用いると、さらに表示品位を向上することができる。
【0144】
さらに、偏光分離特性がP偏光およびS偏光のうちのどちらか一方に対して最適化された光分離素子を用い、G光が最適化された偏光として分離されるように配置するか、あるいは、2枚以上の反射型画像表示素子を最適された偏光に対応して配置することによって、さらに表示品位を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る投影型カラー画像表示装置100の模式図である。
【図2】本発明の実施形態で用いた偏光制御素子の分光特性である。
【図3】偏光制御素子の分光特性測定に用いた光学系である。
【図4】偏光制御素子の機能の説明図である。
【図5】ダイクロイックミラーの構造図である。
【図6】本発明の実施形態で用いたダイクロイックミラーの分光特性である。
【図7】(a)は、投影型カラー画像表示装置100におけるPBS105の周辺の光学素子の配置関係を模式的に示す図であり、(b)はそれを改変した配置を模式的に示す図である。
【図8】図7(b)の配置によってコントラスト比の低下が防止できることを示す模式図である。
【図9】PBSの不完全な偏光分離特性によってコントラスト比が低下するメカニズムを説明するための模式図である。
【図10】本発明による実施形態の投影型カラー画像表示装置に用いられるPBSの偏光分離特性を示すグラフである。
【図11】(a)および(b)は、本発明による実施形態の投影型カラー画像表示装置200および300をそれぞれ模式的に示す図である。
【図12】従来のダイクロイックミラー106’によるゴースト現象を説明するための模式図である。
【図13】(a)および(b)は、本発明による実施形態の投影型カラー画像表示装置400および500をそれぞれ模式的に示す図である。
【図14】本発明による実施形態の投影型カラー画像表示装置100’を模式的に示す図である。
【図15】透過型液晶表示素子の画素部の説明図である。
【図16】反射型液晶表示素子の説明図である。
【図17】反射型液晶表示素子を用いた3板式液晶プロジェクションの説明図である。
【図18】反射型液晶表示素子を用いた別の3板式液晶プロジェクションの説明図である。
【図19】クロスダイクロイックプリズムの偏光依存性の説明図である。
【図20】色分離用ダイクロイックミラーの配置方向の説明図である。
【図21】従来の色分離用ダイクロイックミラーの説明図である。
【図22】赤と青の偏光方向を揃えた場合の偏光制御素子の分光特性である。
【符号の説明】
100 投影型カラー画像表示装置
100a 照明光学系
101 光源
102 トリミングフィルタ
103 偏光板
104 偏光制御素子
105 PBS
106 色分離用ダイクロイックミラー
107 反射型画像表示素子
108 投影レンズ(投影光学系)
109 透明基板
110 偏光制御素子
111 偏光板
112 ダイクロイックミラー
113 ダイクロイックミラー
206 色分離用ダイクロイックプリズム
209 ガラスブロック
211、212、213 ダイクロイックミラー
601 TFT
602 ブラックマトリクス
603 ゲートバスライン
604 ソースバスライン
601 反射型の画素電極
701 光源
702 PBS
703 クロスダイクロイックミラー
704 反射型液晶表示素子
705 投影レンズ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device, such as a liquid crystal projector, for enlarging and projecting light transmitted from a light source through an image display element onto a screen.
[0002]
[Prior art]
The liquid crystal display device is configured to change the optical characteristics of the liquid crystal by applying a driving voltage corresponding to an image signal to pixel electrodes arranged regularly in a matrix to display images, characters, and the like. I have. As a method of applying an independent drive voltage to the pixel electrodes described above, there are a simple matrix method and an active matrix method in which a non-linear two-terminal element or a three-terminal element is provided in a liquid crystal display element.
[0003]
In the case of the latter active matrix method, it is necessary to provide a switching element such as an MIM (metal-insulator-metal) element or a TFT (thin film transistor) element and a wiring electrode for supplying a driving voltage to the pixel electrode. .
[0004]
When strong light is incident on this switching element, the element resistance in the OFF state decreases, and not only the charge charged when a voltage is applied is discharged, but also the liquid crystal portion existing in the area where the switching element and the wiring electrode are formed. In addition, since a proper driving voltage is not applied and the original display operation is not performed, there is a problem that light leaks even in a black state and a contrast ratio is reduced.
[0005]
Therefore, when the liquid crystal display element is a transmissive type, as shown in FIG. 15, a black matrix is provided on a counter substrate facing a TFT substrate provided with a switching element such as a TFT 601 and a pixel electrode 605 with a liquid crystal layer therebetween. It is necessary to provide a light-blocking means called 602 to block light incident on the above-mentioned light incident area. Therefore, in the case of a transmissive liquid crystal display element, since the light is shielded by the black matrix 602 in addition to the TFT 601, the gate bus line 603, and the source bus line 604 each having a light shielding property, the effective pixel area is occupied in the pixel section. The area of the pixel opening, that is, the aperture ratio, is reduced.
[0006]
Further, it is difficult to form these switching elements and wiring electrodes in a size smaller than a certain size due to restrictions on electrical performance and manufacturing technology. Therefore, as the resolution of the liquid crystal display element becomes higher and smaller, the aperture ratio further decreases as the pitch of the pixel electrodes becomes smaller.
[0007]
In order to solve this problem, a reflection type liquid crystal display device has been developed.
[0008]
In the reflective liquid crystal display element, as shown in FIG. 16, a reflective pixel electrode 655 can be formed on a TFT 651 as a switching element. The ratio can be increased, which is very effective in improving the brightness of the projection type liquid crystal display device.
[0009]
A system in which such a reflection type liquid crystal display element is applied to a projection type image display device is proposed in Electronic Display Forum 97 (P.3-27 to 3-32) and JP-A-4-338721.
[0010]
In the electronic display forum 97, as shown in FIG. 17, light emitted from the light source 701 is separated by a dichroic mirror into light of three primary colors of red, green, and blue (hereinafter, referred to as R, G, and B in order). Each light is made incident on a corresponding polarizing beam splitter (PBS) 702. In the polarization beam splitter 702, the incident light is split into linearly polarized light components in two directions orthogonal to each other, and one of the light is incident on the corresponding reflective liquid crystal display element 704. The R, G, and B lights reflected by the reflective liquid crystal display element 704 and having their polarization directions modulated enter the PBS 702 again, are combined by the cross dichroic mirror 703, and then projected on the screen by the projection lens 705. .
[0011]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-338721, as shown in FIGS. 18A and 18B, after the light from the light source 101 is separated into two linearly polarized lights by the PBS 105, one of the lights is cross-dichroic prism (FIG. a)) or a Philips type prism (FIG. 18 (b)) to separate R, G, and B light by a color separation / combination element, and reflected by reflective liquid crystal display elements 107-R, 107-G, 107-B. After the combined light is subjected to color synthesis by the same element, the light is again incident on the PBS 105, and only the light whose polarization direction is modulated is incident on the projection lens 108 and projected on the screen.
[0012]
This method is called a three-panel type liquid crystal projection, and since R, G, and B light from a light source can be efficiently used, a very bright image can be realized.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described projection type image display device using the reflection type liquid crystal display device has the following problems.
[0014]
The method proposed in the Electronic Display Forum 97 requires three PBSs corresponding to each of R, G, and B colors, and also requires an optical system for color separation and a cross dichroic prism for color synthesis. Therefore, not only is the cost of the system very high, but also the system size is very large.
[0015]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-338721, the color separation and the color synthesis are performed by one element, and only one PBS is required, so that the system size can be reduced. However, a method using a cross dichroic prism is used. In FIG. 19, light is normally incident at an angle of 45 degrees with respect to the film surface on which color separation is performed, so that the polarization dependence of the spectral characteristics on the color separation surface is large as shown in FIG. If the same element performs color separation and color synthesis, the bandwidth in which light can be used is greatly limited, the light use efficiency is reduced, and the color purity is reduced.
[0016]
When a Philips type prism is used, the angle of incidence of light on the color separation surface is smaller than that of the cross dichroic prism, so that the influence of the polarization dependence as described above is reduced, but the light passes through the Philips type prism. The optical path of the light is long, and in order to allow the incident light to pass through without being kicked by the side surface of the Philips type prism, the prism and the projection lens must be increased in size, which increases the cost.
[0017]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to realize a projection type image display device using a small, lightweight, and bright reflective liquid crystal display element.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The image display device of the present invention provides an illumination optical system (illumination) that emits light of three primary colors, red, green, and blue, with the polarization directions of the two colors being different from the polarization directions of the other one color. Means), a light separating element (light separating means) for separating light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction, and a plurality of reflective image display elements for modulating the light separated by the light separating element. A color separation element (color separation means) for separating the two colors of light having the same polarization direction, and a projection optical system (projection means) for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements; Thereby, the above object is achieved.
[0019]
It is preferable that the angle formed between the light separating surface of the light separating element and the color separating surface of the color separating element is 20 ° or less.
[0020]
The illumination optical system includes: a light source that emits light of three primary colors; a first polarization control element (polarization control unit) that converts a polarization direction of light of at least one of the three primary colors from the light source. May be provided.
[0021]
A configuration may be adopted in which a polarization selection element that transmits or reflects only one polarization direction is disposed on an optical path on the light incident side of the first polarization control element.
[0022]
It is preferable that the color separation surface of the color separation element be sandwiched between two substrates. At this time, it is preferable that a transparent substrate is disposed on at least one of the optical paths of the light separated by the light separating element. In particular, among the lights separated by the light separation element, the color separation element has on the optical path of light that enters one of the plurality of reflective image display elements without passing through the color separation element. It is preferable to dispose a substrate having the thickness of the two substrates. In addition, this transparent substrate may be used for a configuration other than the light separation element in which the color separation surface is provided between the two substrates, if necessary.
[0023]
The color separating element may be a quadrangular prism formed by bonding two triangular prisms together.
[0024]
Principal rays of the incident light and the outgoing light to and from the quadrangular prism enter and exit substantially parallel to a surface normal of a light incident surface and an exit surface of the quadrangular prism, and a light separating surface of the quadrangular prism. It is preferable that the light is incident at an angle smaller than 45 ° with respect to the normal to the surface.
[0025]
The color separation surface of the color separation element is formed on one surface of the substrate, is arranged so as to face the light separation element side, transmits blue light, and has the same polarization direction. The color light may include blue light.
[0026]
A second polarization control element (polarization control means) for aligning the polarization directions of the three primary colors of red, green, and blue lights in the same direction may be arranged on the projection optical system side of the light separation element. .
[0027]
A configuration may be adopted in which a polarization selection element that transmits or reflects only one polarization direction is disposed on an optical path on the light emission side of the second polarization control element.
[0028]
It is preferable that at least one wavelength regulating element (wavelength regulating means) is inserted on an optical path between the light source and the projection optical system.
[0029]
It is preferable that the wavelength regulating element cuts light in a wavelength region at a boundary between the light whose polarization direction is converted by the first polarization control element and the wavelength of the other light.
[0030]
The wavelength regulating element is disposed on at least one of the optical paths of the light separated by the light separating element, and light other than the light corresponding to the reflection type image display element disposed on the optical path into which the wavelength regulating element is inserted. Is preferably cut.
[0031]
It is preferable that the wavelength regulating element cuts light of at least one of a boundary wavelength region between red and green and a boundary wavelength region between green and blue. When the polarization directions of green and blue light are aligned, it is preferable to cut the light in the boundary wavelength region between red and green, and when the polarization directions of red and green are aligned, the green and blue light It is preferable to cut off light in the boundary wavelength region.
[0032]
The wavelength regulating element is disposed between the light separating element and the reflective image display element, and the light regulating surface of the wavelength regulating element forms an angle with the image display surface of the reflective image display element. That is, they are preferably arranged non-parallel. It is preferable that the angle between the light-regulating surface of the wavelength-limiting element and the image display surface of the reflection-type image display element is in the range of 1.5 ° to 13.5 °.
[0033]
It is preferable that, of the three primary colors of red, green, and blue, two colors having the same polarization direction include green light.
[0034]
One of the transmittance for the P-polarized light and the reflectance for the S-polarized light of the light separating surface of the light separating element is higher than the other, and the light separated by the light separating element as the polarized light having the one is the plurality of reflections. It is preferable that the light is incident on two or more of the image display elements.
[0035]
One of the transmittance for P-polarized light and the reflectance for S-polarized light of the light separating surface of the light separating element is higher than the other, and green light is separated by the light separating element as polarized light having the one. Is preferred.
[0036]
Hereinafter, the operation of the present invention will be described.
[0037]
The illumination optical system of the image display device of the present invention emits light of three primary colors so that the polarization direction of one color light of the three primary colors is different from the polarization direction of the other two colors of light. That is, two of the three primary colors are polarized light having the same polarization direction, and the polarization direction is different from the polarization direction of the other one color light. The light separating element (also referred to as a “polarization separating element”) separates light emitted from the illumination optical system into lights having different polarization directions based on the polarization direction. Therefore, light of two colors having the same polarization direction is separated from light of another color. The color separation element included in the image display device of the present invention separates two colors of light having the same polarization direction.
[0038]
Therefore, the image display device of the present invention does not need to use a cross dichroic prism or a Philips type prism for color separation (and color synthesis) as in the related art, and is caused by the polarization dependence of the dichroic prism or the Philips type prism. It is possible to improve the brightness, the color purity, and the contrast ratio, to reduce the size of the image display device, and to significantly reduce the cost.
[0039]
Further, by adopting a configuration in which the light separating surface of the light separating element (for example, PBS) and the color separating surface of the color separating element (for example, dichroic mirror) form an angle of 20 ° (absolute value) or less. , The contrast ratio can be further improved. The angle formed by the light separating surface and the color separating surface is preferably 10 ° or less, and more preferably substantially parallel (about 0 °). The reason will be described below with reference to FIG.
[0040]
The light separating element usually separates incident light into P-polarized light and S-polarized light. Each of the P-polarized light and the S-polarized light is defined by a polarization direction with respect to a plane including an incident optical path of light to the light separation surface and a surface normal. The light incident on the light separating element generally has not a perfect parallel light but a certain spread angle θ, and therefore, the polarization direction (the vibration direction) of the light separated as reflected light or transmitted light by the light separating element. ) Is different from the polarization direction of P-polarized light or S-polarized light obtained as a result of separation of perfect parallel light.
[0041]
After the light having the divergence angle has passed through the light separation element 105, the light having a divergence angle is applied to the color separation surface of the color separation element 106 'arranged as shown in FIG. When incident, this light will have a polarization direction that is deviated from P-polarized light or S-polarized light with respect to the color separation plane. In the color separation plane, a phase shift that depends on the polarization direction of linearly polarized light (P-polarized light and S-polarized light with respect to the light incident surface) usually occurs. Therefore, the light having the divergence angle is affected by this and is emitted as elliptically polarized light from the color separation element 106 ', which causes a decrease in the contrast ratio.
[0042]
On the other hand, as shown in FIG. 20 (b), when the color separation surface is arranged substantially parallel to the light separation surface, the polarization directions of the S-polarized light and the P-polarized light with respect to the two surfaces coincide with each other. (For example, S-polarized light on the color separation surface is also S-polarized light on the light separation surface). Therefore, even if a phase shift occurs on the color separation surface, since only one of the P-polarized light and the S-polarized light exists, the polarization state does not change, and the contrast ratio can be improved.
[0043]
FIG. 20B shows an example in which the light separating surface of the light separating element and the color separating surface of the color separating element are arranged in parallel, but the angle of the color separating surface is the angle shown in FIG. Even if the angle deviates from (0 °) by, for example, about ± 20 degrees, the effect is reduced, but a higher contrast ratio than the arrangement of FIG. 20A can be obtained.
[0044]
The illumination optical system used in the image display device of the present invention includes, for example, a light source that emits white light, and a first polarization control element that rotates at least one polarization direction of R, G, and B light. Is done. By employing this configuration, light of a predetermined polarization direction can be efficiently made incident on the corresponding reflection-type image display device, and the brightness can be increased. The R, G, and B light emitted from the light source can be converted into linearly polarized light using, for example, a polarizing plate.
[0045]
As the first polarization control element, for example, an element as disclosed in US Pat. No. 5,751,384 can be used. In this element, a plurality of wavelength plates (also referred to as “retardation plates”) are stacked on each other while changing the angle of the axis (optical axis, for example, slow axis), and the polarization direction of only light in a specific wavelength range is obtained. Has the function of rotating. For example, as shown in FIG. 4, when a polarization control element 104 for rotating the polarization direction of the B light is used, when white linearly polarized light enters the polarization control element 104, the R and G lights of the outgoing light are emitted. The polarization direction is maintained, and only the polarization direction of the B light can be rotated.
[0046]
A color separation element having a structure in which a color separation surface is sandwiched between two substrates (parallel flat plates) generates astigmatism of the same degree for the separated two colors of light. The optical system makes it possible to compensate for this astigmatism. In order to make the amounts of astigmatism generated for the separated two colors of light coincide with each other, it is preferable that the two substrates sandwiching the color separation surface have the same refractive index and the same thickness. This will be described below with reference to FIGS. 5 and 21.
[0047]
When projecting an image formed by light modulated by an image display element onto a screen, if a parallel flat plate such as a color separation element enters between the projection lens and the image display element, astigmatism occurs, and the image is displayed on the screen. Is distorted due to astigmatism.
[0048]
A configuration using a color separation element in which a color separation surface (typically, a dielectric multilayer film) CP is formed on one surface of a parallel plate like a conventional color separation element 106 ′ shown in FIG. For example, light reflected on the reflective image display element 107-R and incident on the color separation element 106 'is reflected on the surface (color separation plane CP) of the color separation element 106'. Although no aberration occurs, the light reflected by the reflective image display element 107-G passes through the color separation element 106 '(including a parallel flat plate), so that astigmatism is generated with respect to this light. As described above, since astigmatism occurs only in one of the lights from the reflective image display elements 107-R and 107-G, it is difficult to compensate for astigmatism by the projection optical system. is there.
[0049]
Therefore, as shown in FIG. 5, when the color separation element 106 whose color separation surface is sandwiched between two glass substrates (transparent parallel flat plates) 106a and 106b is used, the reflection type image display elements 107-R and 107 are used. Since the light reflected by -G has the same distance through the glass of the color separation element 106, the astigmatism can be compensated by the projection optical system, and there is no distortion due to astigmatism. Images can be displayed.
[0050]
The angle of incidence of light on the color separation surface sandwiched between the glass substrates 106a and 106b of the color separation element 106 is the angle of incidence on the color separation surface of the cross dichroic prism because the light is refracted on the glass surface. (Typically 45 °), and the above-described problem due to the polarization dependence of the color separation surface is greatly reduced.
[0051]
Further, for example, when three reflective image display elements corresponding to R, G, and B light are arranged as shown in FIG. 1, color separation on the optical path leading to the reflective image display element 107-B is performed. Since no element is needed, no astigmatism occurs. On the other hand, as described above, in the optical path leading to the reflective image display elements 107-R and 107-G, astigmatism occurs due to the color separation element 106. Therefore, among the R, G, and B lights projected by the projection optical system (projection lens) 108, only the R and G lights have astigmatism. It is difficult to compensate.
[0052]
On the other hand, by inserting the transparent substrate 109 on the optical path of the light reflected by the reflective image display element 107-B, the amount of astigmatism generated for the R, G, and B light is the same. Therefore, compensation by the projection optical system (projection lens) 108 becomes possible, and a good image can be obtained. As is clear from FIG. 1, in order to make the astigmatisms for the three colors of light the same, the transparent substrate 109 is the same as the two substrates of the color separation element 106 (the thickness is two). It is preferable that the color separation element 106 (light separation surface) is disposed at the same angle with respect to the light path of R light and the light path of R light as to the light path of B light.
[0053]
The R, G, and B lights whose polarization directions are modulated by the reflection type image display element have one color (the B light in the example of FIG. 1) of the other two colors (FIG. 1). In the example of R, G and R), the second polarization control element is arranged on the projection optical system side of the light separating element (which also functions as a light combining element), so that the R, G and B light Can have the same polarization direction. As a result, a polarizing screen that can maintain a high contrast ratio even under bright illumination can be used as the screen. The polarizing screen has a polarizing plate attached to the screen surface, and cuts half of incident light with random polarization (non-polarization). If the transmission axis of this polarizing plate and the polarization direction of the light emitted from the projector (projection type image display device) are matched, the projection light from the projector is hardly cut and the influence of external light is reduced by half. As a result, a display with a high contrast ratio can be performed. Further, by disposing a polarization selecting element (typically a polarizing plate) described later behind the second polarization control element (on the side of the projection optical system), it is possible to further improve the contrast ratio.
[0054]
Further, by arranging the polarization selection element on the optical path on the light incident side of the first polarization control element, it becomes possible to cause linearly polarized light to enter the first polarization control element. The element and the light separation element can efficiently perform color separation / polarization separation (and color synthesis / polarization synthesis), and can display a bright image having a high contrast ratio.
[0055]
Further, by providing the polarization selection element on the light path on the light emission side of the second polarization control element, even if light originally returned to the light source by the light separation element passes through the light separation element, the polarization selection element , An image with a high contrast ratio can be displayed.
[0056]
Further, since the wavelength regulating element is inserted, it is possible to regulate the light in the wavelength range and the light in the polarization direction which should not be radiated to each reflective image display element, thereby improving the color purity. And a decrease in the contrast ratio can be prevented.
[0057]
In addition, since the two-color light is irradiated with the polarization direction different from that of the other one light, the P-polarized light and the S-polarized light in the boundary wavelength region between the two-color light having the same polarization direction and the other one color light. There is a wavelength range in which polarized light is mixed. The contrast ratio and the color purity are improved by cutting the light in the wavelength region where the polarized light is mixed by the wavelength regulating element.
[0058]
Also, due to the characteristics of the polarization control element, partial polarization disorder of light whose polarization cannot be completely rotated or light whose polarization should not be rotated originally occurs. Further, since the light separating element cannot completely separate light according to the polarization direction, color mixing and a decrease in contrast ratio occur.
[0059]
Therefore, by inserting a wavelength regulating element that cuts light other than the light of the color corresponding to each reflection type image display element 107 between the light separation element and the reflection type image display element 107, the color purity and the contrast ratio are improved. Can be improved.
[0060]
Further, the color purity can be improved by cutting at least one of the boundary wavelength region between red and green and the boundary wavelength region between green and blue with the wavelength regulating element. This wavelength regulating element may be used simultaneously with the wavelength regulating element that cuts light other than the light of the color corresponding to each of the above-mentioned reflective image display elements. In this case, it is preferable to use one having both the spectral characteristics of both wavelength regulating elements.
[0061]
Further, as described above, there is a wavelength region where P-polarized light and S-polarized light are mixed in the boundary region of the wavelength between two colors of light having the same polarization and light of another one color. Since the wavelength range in which the polarized light is mixed affects the contrast ratio, it is preferable to cut the wavelength range.
[0062]
When the polarization directions of R and B are aligned, it is necessary to cut the light on the short wavelength side (B side) and the long wavelength side (R side) of G shown by the hatched portion in FIG. Is secured, the R and B wavelength bands are narrowed, and conversely, if the R and B wavelength bands are secured, the G wavelength band is narrowed. Therefore, brightness and color purity are reduced.
[0063]
On the other hand, when the polarization directions of R and G are aligned or the polarization directions of B and G are aligned, for example, as shown in FIG. 2 (FIG. 2 is an example where the polarization directions of R and G are the same). In addition, since it is only necessary to cut off the light in the wavelength band indicated by the hatched portion in the drawing, the color purity can be significantly improved while suppressing the decrease in brightness.
[0064]
In the configuration in which the wavelength regulating element is arranged between the light separating element and the reflection type image display element, the wavelength regulating surface of the wavelength regulating element is arranged so as to form an angle with the image display surface of the reflection type image display element. Thus, the contrast ratio can be improved (see FIG. 7B). The reason will be described below.
[0065]
If the extinction ratio (polarization selectivity) of the light separating element is not sufficient, unnecessary polarized light that should be removed (should be emitted toward another reflective image display element) is mixed with the original polarized light, resulting in a reflection type image. The light is emitted toward the display element. The unnecessary polarized light is incident on a wavelength regulating element disposed between the light separating element and the reflection type image display element, and is reflected on the wavelength regulating surface. Therefore, if the wavelength regulating surface is arranged in parallel with the surface of the reflection type image display element, unnecessary polarized light reflected by the wavelength regulating surface will be reflected toward the projection optical system, and the display contrast will be reduced. Decrease the ratio. However, if the wavelength regulating surface is arranged so as to form an angle (more than 0 ° and less than 90 °) with the image display surface of the reflection type image display device, unnecessary polarized light is different from the original polarized light used for display. Since the light is reflected toward the projection optical system at different angles, it can be easily removed by the projection optical system. In particular, if the wavelength regulating surface of the wavelength regulating element is set at an angle of about 1.5 ° to 13.5 ° with respect to the image display surface of the reflective image display element, the normally used F number is 1 to 8. Unnecessary polarized light can be easily removed by the projection lens.
[0066]
When a prism-shaped color separation element is used, astigmatism does not occur, so that display quality can be improved. Alternatively, there is no need to provide the projection optical system with a special design for compensating for astigmatism. When a plate-shaped color separation element is used, as shown in FIG. 12, a ghost (a phenomenon in which an image is reflected twice) occurs on a screen due to surface reflection on a surface facing the color separation surface CP. When a prism-shaped color separation element is used, the light reflected by the reflection type image display element returns to the direction of the reflection type image display element even if it is reflected on the surface when entering the prism, so that it is incident on the screen. do not do. Therefore, the display quality does not deteriorate due to the light reflected on the prism surface. The color separation prism is typically a quadrangular prism in which two triangular prisms are bonded together, and a dielectric multilayer film is formed on a bonding surface. The bonding surface (dielectric multilayer film) of the triangular prism functions as a color separation surface.
[0067]
When the angle of incidence of light on the color separation surface of the color separation prism is large, the polarization dependence of the color separation characteristics (wavelength selectivity) of the color separation surface is large, and the efficiency of color separation is low. For example, the incident angle with respect to the separation surface of a typical square prism with a right-angled triangular prism bonded to the separation surface is 45 °, the polarization dependence is large, and the efficiency of color separation is low. Therefore, for example, when a parallelogram prism having an isosceles triangular prism with an obtuse angle bonded thereto is used, the angle of incidence on the color separation surface can be made smaller than 45 °, and the polarization of the color separation characteristics can be reduced. Dependency can be suppressed. As a result, the efficiency of color separation by the color separation element can be improved.
[0068]
As the color separation element, a dichroic mirror or a dichroic prism having a sandwich structure is preferably used, but a dichroic mirror having a color separation surface CP on one surface of a transparent substrate (see FIG. 21) may be used. At this time, by arranging the color separation surface CP so as to face the direction of the light separation element (PBS), generation of ghost can be suppressed more than the arrangement shown in FIG. Further, astigmatism does not occur in the R and G color lights reflected by the (exposed) color separation surface CP formed on the surface of the transparent substrate, and the B light transmitted through the color separation surface CP Only astigmatism occurs, but since the visibility of the B light is the lowest, it does not affect the resolution of the displayed image. Therefore, by using a dichroic mirror that transmits the B color light having the lowest luminous efficiency, it is possible to further suppress the occurrence of ghost and to suppress the reduction in resolution due to astigmatism.
[0069]
Further, in a polarization control element manufactured by laminating a plurality of wavelength plates on top of each other, those that rotate the polarization directions of R and B light or R and G light increase the number of layers and are therefore expensive. On the other hand, if the polarization control element rotates the polarization direction of the R or B light, the number of layers can be reduced as compared with the case where the polarization direction of the R and B light or the R and G light is rotated. Cost can be reduced.
[0070]
Further, the polarization separation characteristics (selectively transmitting P-polarized light and selectively reflecting S-polarized light) of the light separating surface of the light separating element generally depend on the wavelength range of light. In addition, it is difficult to optimize both the transmittance for P-polarized light and the reflectance for S-polarized light. If one characteristic (for example, the transmittance for P-polarized light) is optimized, the other characteristic (for example, the reflectance for S-polarized light) may be reduced. Rate) decreases.
[0071]
Therefore, one of the transmittance for the P-polarized light and the reflectance for the S-polarized light of the light separating surface of the light separating element is optimized, and the polarized light having the optimized characteristics is incident on two or more reflective image display elements. The display quality can be improved by arranging them in such a manner as to be performed. Alternatively, the display quality can be improved by separating the G light having the highest luminosity out of the three primary colors as polarized light having optimized characteristics by the light separating element.
[0072]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0073]
FIG. 1 is a schematic diagram of a projection type color image display device 100 according to an embodiment of the present invention. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by common reference numerals.
[0074]
The image display device 100 includes an illumination optical system 100a that emits light of three primary colors, red, green, and blue, with the polarization directions of the two colors being different from the polarization directions of the other color light, and an illumination system 100a. A PBS 105 as a light separating element for separating light emitted from the optical system 100a according to a polarization direction, a dichroic mirror 106 as a color separating element for separating the two colors of light having the same polarization direction, and a PBS 105 and a dichroic mirror 106 Reflective image display elements 107-R, 107-G, and 107-B that modulate the separated lights (R, G, and B), respectively, and light that is modulated by the reflective image display elements 107-R, G, and B. And a projection optical system (projection lens) 108 for projecting
[0075]
The illumination optical system 100a has a white light source 101, a trimming filter 102 as a wavelength regulating element, a polarizing plate 103 as a polarization selection element, and a polarization control element 104.
[0076]
In the present embodiment, a Philips UHP lamp having a power of 120 W and an arc length of 1.4 mm is used as the light source 101. As the light source 101, a halogen lamp, a xenon lamp, or a metal halide lamp can be used.
[0077]
The light from the light source 101 is converted into substantially parallel light by the parabolic mirror 101a, and then enters the trimming filter 102 and the polarizing plate 103.
[0078]
The polarizing plate 103 transmits only light in a direction perpendicular to the paper surface, and the obtained linearly polarized light enters the polarization control element 104.
[0079]
The polarization control element 104 has characteristics as shown in FIG. 2, and rotates only the polarization direction of the B light out of the incident light in a direction parallel to the plane of the paper and makes it incident on the PBS 105.
[0080]
The solid line in FIG. 2 shows the characteristics of the light reflected on the light separation surface PP of the PBS 105 in the optical system shown in FIG. 3, and the broken line shows the characteristics of the light transmitted through the light separation surface PP of the PBS 105.
[0081]
In this embodiment, as the polarization control element 104, an element disclosed in US Pat. No. 5,751,384 is used. This element has a function of laminating a plurality of wavelength plates while changing the angle of their axes, and rotating the polarization direction of only light in a specific wavelength range. When an element for rotating the polarization direction of B polarized light is used as in the present embodiment, as shown in FIG. 4, when white linearly polarized light enters this element, R and G light out of the emitted light Is maintained, and only the polarization direction of the B light can be rotated.
[0082]
In the present embodiment, the above-described element is used as the polarization control element 104, but any element having the same function can be used. For example, a cholesteric liquid crystal may be used.
[0083]
The trimming filter 102 functions to cut the wavelength range at the boundary between the B light whose polarization direction is rotated by the polarization control element 104 indicated by the hatched portion in FIG. 2 and the G light whose polarization is not rotated, and the boundary wavelength between R and G. It also has the function of cutting the region (570 nm to 590 nm).
[0084]
When the light emitted from the polarization control element 104 enters the PBS 105, the R and G lights become S-polarized with respect to the PBS 105 and are reflected on the light separation plane PP, and the B light becomes P-polarized with respect to the PBS 105. Transmit through the plane PP.
[0085]
The R and G lights reflected by the PBS 105 are incident on a dichroic mirror 106 arranged substantially parallel to the light separation surface PP of the PBS 105, where the R light is reflected and the G light is transmitted. Since the color separation plane CP of the dichroic mirror 106 is arranged substantially parallel to the light separation plane PP of the PBS 105, as described above, disturbance of the polarization state due to the color separation plane CP is suppressed, and the contrast ratio is improved.
[0086]
The light transmitted and reflected by the PBS 105 and the dichroic mirror 106 are incident on the corresponding reflective image display elements 107-R, 107-G, and 107-B, and are modulated according to the image signals. Thereafter, the R and G lights again enter the dichroic mirror 106, are combined, and are reflected again toward the PBS 105. The B light is similarly modulated and reflected toward the PBS 105. Only light whose polarization direction is modulated by the PBS 105 is selectively emitted toward the projection lens 108. At this time, the PBS 105 functions as a polarization combining element or a color combining element.
[0087]
As the reflective image display element 107, a 0.9-type XGA panel having a vertically aligned liquid crystal mode was used. As a liquid crystal mode, any reflection type liquid crystal display device such as a TN mode can be used.
[0088]
The dichroic mirror 106 has a structure as shown in FIG. 5, in which a dielectric surface (color separation surface) CP is sandwiched between glass substrates 106a and 106b and optically bonded. Therefore, when the lights separated by the dichroic mirror 106 and reflected by the reflective image display elements 107-R and 107-G are color-combined by the dichroic mirror 106, the respective lights (R and G lights) are The optical path length in the passing glass becomes the same, and the amount of astigmatism generated thereby becomes the same. Of course, it is preferable to use the same glass substrate (parallel plate) as the glass substrates 106a and 106b. Note that, as described above, the color separation plane CP of the dichroic mirror 106 also functions as a color synthesis plane.
[0089]
With this structure, the dichroic mirror 106 changes the incident angle of light on the color separation plane CP due to refraction of light on the glass substrates 106a and 106b, and is in a state similar to the case where the arrangement angle of the dichroic mirror 106 changes. However, since the amount of change is not more than 20 °, there is no effect that significantly lowers the contrast ratio. Of course, the angle of incidence on the color separation plane CP is preferably set to 20 ° or less in consideration of refraction of light on the glass substrates 106a and 106b.
[0090]
On the other hand, the light reflected by the reflection type image display element 107-B passes through the transparent glass substrate 109 and then enters the PBS 105. Therefore, if the thickness of the transparent glass substrate 109 is set to be the same as the thickness of the dichroic mirror 106 (the sum of the thicknesses of the glass substrates 106a and 106b), the astigmatism amounts with respect to the R, G, and B lights are mutually different. Will be the same. It is needless to say that the arrangement angle of the glass substrate 109 with respect to the optical path is preferably equal to the arrangement angle of the dichroic mirror 106 with respect to the optical path. However, another configuration may be used as long as the astigmatism amounts can be matched.
[0091]
The projection lens 108 is designed to compensate (correct) these astigmatisms. As described above, a color separation element having a color separation surface sandwiched between substrates is used, and a transparent layer having the same thickness as the color separation element is provided on the optical path to the reflective image display element without passing through the color separation element. By arranging the substrates, astigmatism for all colors of light can be equalized, so that astigmatism can be compensated only by changing the design of the projection lens 108.
[0092]
In the present embodiment, the dichroic mirror 106 having the sandwich structure is used. However, depending on the required resolution, the dichroic mirror 106 is not necessarily required to have the sandwich structure, and a conventional type in which the color separation surface is formed on the surface of glass is used. Is also good. In this case, the reflective image display element 107-G corresponding to the G light that most affects the resolution is disposed on an optical path where astigmatism does not occur, or the astigmatism of the reflective image display element 107-G is reduced. It is preferred to design the projection lens to take. Similarly, the transparent glass substrate 109 need not necessarily be arranged depending on the required resolution.
[0093]
Between the PBS 105 and the projection lens 108, a polarization control element 110 having the same characteristics as the polarization control element 104 and a polarizing plate 111 for passing polarized light in a direction perpendicular to the plane of the drawing are arranged.
[0094]
The polarization control element 110 provided on the projection lens 108 side of the PBS 105 has a function of rotating the polarization direction of only the B light and aligning the R, G, and B polarization directions. As the polarization control element 110, an element similar to the polarization control element 104 can be used. Further, the polarizing plate 111 provided between the polarization control element 110 and the projection lens 108 cuts out leak light of light originally cut by the PBS 105 out of the light from the polarization control element 110 and improves the contrast ratio. . As described above, if all the R, G, and B lights projected by the projection lens 108 and used for display have the same polarization, the contrast ratio of the display can be improved by projecting the light on the polarizing screen. .
[0095]
A dichroic having characteristics as shown in FIGS. 6A and 6B is provided between the PBS 105 and the reflective image display elements 107-R and 107-G and between the PBS 105 and the reflective image display element 107-B, respectively. Mirrors 112 and 113 are inserted, and each of the reflective image display elements 107-R, 107-G and 107-B has a function of cutting light other than the corresponding light. The unnecessary light reflected by the dichroic mirrors 112 and 113 returns to the light source 101 via the PBS 105. 6A shows the spectral characteristics of the dichroic mirror 112 (selectively transmitting R and G), and FIG. 6B shows the spectral characteristics of the dichroic mirror 113 (selectively transmitting B). .
[0096]
In the present embodiment, the dichroic mirror 112 is arranged immediately after the PBS 105. However, the R and G lights may be arranged after the light is separated by the dichroic mirror 106. In this case, the spectral characteristics are such that the dichroic mirror corresponding to the G reflective image display element 107-G transmits only G, and the dichroic mirror corresponding to the R reflective image display element 107-R transmits only R. It may be used, and depending on the characteristics of the PBS 105 and the polarization control element 104, it may be arranged on one of them.
[0097]
Further, in the present embodiment, the dichroic mirrors 112 and 113 are disposed on both of the optical paths separated by the PBS 105, but the dichroic mirrors 112 and 113 may not be disposed depending on the characteristics of the PBS 105 and the polarization control element 104. You may insert in only one side.
[0098]
Further, in the present embodiment, the trimming filter 102 having both the function of cutting the boundary wavelength region of B and G light and the function of cutting the boundary wavelength region of R and G light is used. Depending on the characteristics of the polarization control element 104 and the wavelength region to be used, it is not always necessary to cut off the light in both boundary wavelength regions, and depending on the required display performance, it is not always necessary to dispose the light. . The position of the trimming filter 102 may be any position on the optical path from the light source to the screen.
[0099]
The projector 100 having the above configuration can realize a compact and low-cost liquid crystal projection while being extremely bright and having a high contrast ratio.
[0100]
In the present embodiment, the polarization control elements 104 and 110 for rotating the polarization direction of the B light are used. However, the color for rotating the polarization direction is not limited to this. , S-polarized light may be exchanged.
[0101]
In the present embodiment, the white light is separated into R, G, and B light by the PBS 105, but a combination such as G, B, and R can be changed. In this case, it is only necessary to change the color of the light to be rotated by the polarization control elements 104 and 110.
[0102]
Further, in the present embodiment, the polarizing plate and the polarization control element are arranged on both the light incident side and the emission side of the PBS 105, but the polarization control element 110 and the polarizing plate 111 on the light emission side are not necessarily required.
[0103]
Next, a structure for further improving the display quality of the image display device 100 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 7A is a diagram schematically illustrating an arrangement relationship of optical elements around the PBS 105 in the image display device 100, and FIG. 7B is a schematic diagram illustrating an arrangement obtained by modifying the optical element. In FIG. 7, the dichroic mirror 106 for color separation is omitted, and one of the reflective image display elements 107-R and 107-G is shown as the reflective image display element 107. Note that reference numeral 107 is also used for any reflective image display device.
[0104]
As in the image display device 100, when the dichroic mirrors 112 and 113 for regulating the wavelength are arranged between the corresponding reflective image display element 107 and the PBS 105, for example, as shown in FIG. In addition, part of the light B (p) (P-polarized light of B) that should originally pass through the light separation surface PP of the PBS 105 is reflected by the light separation surface PP of the PBS 105 because the extinction ratio of the PBS 105 is not perfect, and the light B The light enters the dichroic mirror 112 as (p) ′. Unnecessary P-polarized light of B light is represented as light B (p) ′.
[0105]
Since the light B (p) ′ is light that originally passes through the light separation surface PP of the PBS 105 and enters the corresponding reflective image display element 107-B, it is reflected by the dichroic mirror 112 and enters the PBS 105 again. Most of the light B (p) ′ incident on the PBS 105 passes through the light separation surface PP of the PBS 105 and is incident on a projection lens (not shown), thereby lowering the display contrast ratio.
[0106]
Here, as shown in FIG. 7B, when the light control surfaces of the dichroic mirrors 112 and 113 and the image display surface of the reflection type image display element 107 are arranged at an angle, the dichroic mirrors 112 and 113 can be used. The reflected light B (p) 'enters the PBS 105 at an angle different from the light reflected by the reflective image display element 107 (light used for display). Therefore, as shown schematically in FIG. 8, in the projection lens 108, only the light B (p) ′ which causes a decrease in the contrast ratio is eclipsed by the pupil. As a result, it is possible to prevent a decrease in the contrast ratio due to the imperfect color separation characteristics of the PBS 105.
[0107]
Usually, the light receiving angle of the projection lens 108 used in the projection type image display device varies depending on the size of the image display element used, but is generally in the range of 3 ° to 27 ° (F number 1 to 8). Therefore, the wavelength control of the dichroic mirror 112 is performed so that the unnecessary light B (p) ′ which causes a decrease in the contrast ratio is incident at an angle larger than the light receiving angle of the projection lens 108 as shown by the broken line in FIG. The angle θ of the surface (typically, a dielectric multilayer film) with respect to the image surface of the reflective image display element 107 is within a range of about 1.5 ° to 13.5 ° according to the light receiving angle of the projection lens. By adjusting, unnecessary light B (p) ′ is cut, and the contrast ratio can be effectively improved. When the wavelength regulating surface of the dichroic mirror 112 is tilted by θ, the reflected light forms an angle of 2θ with respect to the incident light. At this time, the light receiving angle of the projection lens needs to be 2θ or less. Within the range that satisfies this relationship, the angle θ of the wavelength regulating surface of the dichroic mirror 112 with respect to the image surface of the reflective image display element 107 is adjusted according to the light receiving angle of the projection lens.
[0108]
Due to imperfect light separation characteristics of the PBS 105, display quality may be degraded. This phenomenon will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an arrangement relationship of optical elements around the PBS 105 in the image display device 100. Note that, for simplicity, optical elements unnecessary for description are omitted.
[0109]
As shown in FIG. 9, light G (S) (S-polarized light of G) incident on the corresponding reflective image display element 107-G is reflected without being modulated by the reflective image display element 107-G. At this time (typically, when the reflective image display element 107-G is in the black display state), most of the light G (S) incident on the PBS 105 again is reflected by the light separating surface PP of the PBS 105, and Returning to the direction shown in the figure, since the extinction ratio of the PBS 105 is not perfect, a part thereof (denoted as “G (s) ′”) passes through the light separation surface PP of the PBS 105. Most of the light G (s) ′ is cut by the polarizing plate 111. However, in particular, when the polarization control element 110 is disposed between the PBS 105 and the polarizing plate 111, the polarization direction of a part of G (s) ′ transmitted through the light separation surface PP of the PBS 105 is changed by the polarization control element 110. The light is disturbed and transmitted through the polarizing plate 111, and as a result, the contrast ratio of the display decreases.
[0110]
In the optical system shown in FIG. 17, the illumination light is separated into R, G, and B light, and then is incident on the PBS 702 for each color light. On the other hand, in the image display device 100 of the present embodiment, , All the color lights are incident on the PBS 105, so that the PBS 105 is required to have a high extinction ratio for all the wavelength ranges of the R, G, and B lights. However, it is difficult to obtain a PBS 105 having a high extinction ratio for both P-polarized light and S-polarized light over a wide wavelength range. For example, when the characteristics (reflectance) for S-polarized light are designed to be good, the characteristics (transmittance) for P-polarized light are reduced. That is, color separation characteristics as shown in FIG. 10 are obtained.
[0111]
As shown in FIG. 10, when a PBS exhibiting high characteristics with respect to S-polarized light is used as the PBS 105 in FIG. 9, the light G (s) ′ can be reduced and the contrast ratio can be improved.
[0112]
In general, the polarization splitting characteristic of the PBS 105 may be optimized for either P-polarized light or S-polarized light. However, since the polarization splitting characteristic for the other polarized light is reduced, more reflective image display elements (usually, R, Since three panels of G and B are used, the polarization direction on the side where two or more panels are disposed is optimized, or a reflective image display element corresponding to G light with higher visibility is disposed. It is more effective to optimize the polarization separation characteristics of the PBS 105 for the polarized light.
[0113]
FIGS. 11A and 11B schematically show projection color image display devices 200 and 300 in which the above-described structure is applied to the image display device 100.
[0114]
In the image display device 200 of FIG. 11A, the dichroic mirrors 112 and 113 are arranged at an angle of about 5 ° with respect to the display surface of the corresponding reflective image display element 107 (see FIG. 8). θ is about 5 °). In FIG. 11B, dichroic mirrors 211, 212, and 213 having the same functions as the dichroic mirrors 112, 113 are arranged at an angle of about 5 ° with respect to the corresponding display surface of the reflective image display element 107. Have been.
[0115]
Image display devices 200 and 300 are both Fno. Was used (light receiving angle ± 9.5 °), and illumination light having a parallelism of ± 10 ° was incident on the reflective image display element 107.
[0116]
By employing the above structure, unnecessary light reflected by the dichroic mirrors 112 and 113 or the dichroic mirrors 211, 212 and 213 is emitted toward the projection lens 108 by the imperfect polarization separation characteristics of the PBS 105. However, since this unnecessary light cannot pass through the pupil of the projection lens 108 as shown by the broken line in FIG. 8, a decrease in the contrast ratio is prevented. The image display devices 200 and 300 were able to realize a display with a higher contrast ratio than the image display device 100 without lowering the brightness.
[0117]
In the image display devices 200 and 300, the dichroic mirrors 112 and 113 or the dichroic mirror 211 are arranged such that all unnecessary light reflected by the dichroic mirrors 112 and 113 or the dichroic mirrors 211, 212 and 213 is cut by the projection lens 108. , 212 and 213 are tilted. However, even if the tilt angle of these dichroic mirrors is reduced and a configuration in which a part of unnecessary light is transmitted through the projection lens 108 is adopted, the contrast ratio is improved as compared with the image display apparatus 100. can do.
[0118]
Further, in the image display devices 200 and 300, as shown in FIG. 10, a PBS 105 having a characteristic (reflectance) for S-polarized light is better than a characteristic (transmittance) for P-polarized light, as shown in FIG. Accordingly, the S-polarized light separated better than the P-polarized light at the light separation surface PP of the PBS 105 enters the reflection image display elements 107G and 107R of the three reflection image display elements, and the polarization separation characteristics are inferior. The P-polarized light enters only the reflection type image display element 107B. As described above, by maximizing the polarization splitting characteristic of the PBS 105, light that lowers the contrast ratio can be further reduced.
[0119]
In the image display devices 200 and 300, the two reflective image display elements 107G and 107R are arranged on the S-polarized side using the PBS 105 in which the polarization separation characteristic for the S-polarized light is optimized. The same effect can be obtained even if one reflective image display element 107G corresponding to G is arranged. In addition, when the PBS 105 in which the polarization separation characteristic is optimized for the P-polarized light is used, a configuration in which two reflective image display elements 107 are arranged on the P-polarized light side may be adopted, The same effect can be obtained by adopting a configuration in which one reflective image display element 107G corresponding to G light with high sensitivity is arranged.
[0120]
In the image display devices 200 and 300, the polarization direction of the B light is rotated by the polarization control element 104. However, the polarization directions of the R light and the G light may be rotated. It may be reversed. In addition, the dichroic mirrors 112 and 113 and the dichroic mirrors 211, 212 and 213 are arranged on both of the optical paths separated by the PBS 105. May be. Furthermore, although the polarizing plate and the polarization control element are arranged on both the light incident side and the light emission side of the PBS 105, the polarization control element 110 and the polarizing plate 111 on the light emission side are not necessarily required.
[0121]
Also, in the image display devices 200 and 300, the color separation element 106 in which the color separation surface is sandwiched between two glass substrates is used. However, depending on the required resolution, the color separation element 106 having a sandwich structure is not necessarily used. Instead, a conventional color separation element 106 '(for example, see FIG. 21) in which a color separation surface is formed on one surface of a glass substrate may be used.
[0122]
Next, a configuration using a dichroic prism as a color separation element and its operation will be described.
[0123]
As described above, when a conventional dichroic mirror 106 ′ having a color separation surface formed on one surface of a parallel plate is used as a color separation element, astigmatism occurs. A special device (use of the color separation element 106 and the glass substrate 109) for compensating aberration is required.
[0124]
Further, when a parallel-plate color separation element such as a conventional dichroic mirror 106 'is used, as shown in FIG. 12, the light reflected on the surface of the glass substrate 106a' facing the color separation plane CP ("ghost"). This causes a phenomenon in which an image is double reflected on the screen, a so-called ghost phenomenon.
[0125]
On the other hand, as in the case of the projection type color image display devices 400 and 500 shown in FIGS. 13A and 13B, when a prism-shaped color separation element (dichroic prism) 206 is used, astigmatism does not occur. The display quality can be improved without special measures such as the image display device 100 shown in FIG. The dichroic prism 206 is typically a quadrangular prism formed by bonding two triangular prisms together, a dielectric multilayer film is formed on a bonding surface, and the bonding surface functions as a color separation surface CP. .
[0126]
Further, when the dichroic prism 206 is used, the light reflected by the reflection type image display element returns to the direction of the reflection type image display element even if it is reflected by the surface when entering the dichroic prism 206. Does not enter. Therefore, the light reflected on the surface of the dichroic prism 206 does not cause a ghost phenomenon.
[0127]
Since the dichroic prism 206 of the image display device 400 is a square prism formed by bonding right-angled triangular prisms, the angle of incidence of light on the color separation surface CP is relatively large at 45 °. Low efficiency of separation. Therefore, as in the image display device 500 of FIG. 13B, for example, if a dichroic prism 206 composed of a parallelogram prism bonded to an isosceles triangular prism having an obtuse angle is used, the color separation plane CP is reduced. Becomes less than 45 °, and the polarization dependence of the color separation characteristics can be suppressed. In this example, as a result of using the dichroic prism 206 having a light incident angle of 40 °, the efficiency of color separation was improved, and the brightness and color purity were able to be improved.
[0128]
When a prism element is used as the color separation element, the light does not pass through the dichroic prism 206 as shown in FIGS. 13A and 13B in order to equalize the optical path lengths of the lights of the respective colors. It is preferable to dispose the glass block 209 in the optical path.
[0129]
The configuration of the image display device using the dichroic prism as the color separation element is not limited to the image display devices 400 and 500 illustrated above, and can be appropriately combined with the above-described configuration, and by using the dichroic prism instead of the dichroic mirror. The above-described effects can be additionally obtained.
[0130]
As described above, the dichroic mirror 106 or the dichroic prism 206 having a sandwich structure is preferably used as the color separation element, but a conventional dichroic mirror 106 'may be used. FIG. 14 schematically shows another projection type color image display device 100 ′ according to the present invention.
[0131]
The image display device 100 'shown in FIG. 14 replaces the sandwich dichroic mirror 106 in the image display device 100 shown in FIG. 1 with a conventional dichroic mirror 106' having a color separation surface CP on one surface of a glass substrate. It is something. The dichroic mirror 106 'is arranged so that the color separation plane CP faces the PBS 105. Further, a dichroic mirror 106 'that transmits B light is used. Further, when the dichroic mirror 106 'is arranged as described above, the G or R color light is reflected by the exposed color separation surface CP, and therefore, no astigmatism occurs in these color lights. Therefore, the transparent substrate 109 in the image display device 100 of FIG. 1 is not provided.
[0132]
In the image display device 100 ′, astigmatism is generated with respect to the B light, but is combined with the R and G lights, and hardly affects the resolution of the image projected on the screen. This is because the visibility of the human eye with respect to the B light is lower than the visibility with respect to the R and G light, so that the resolution of the projected and displayed image is dominated by the resolution of the R and G images. It is.
[0133]
Further, by adopting a configuration in which the color separation surface CP of the dichroic mirror 106 'is directed toward the PBS 105 and the color separation surface CP transmits B light having the lowest visibility, the occurrence of ghost on the screen is reduced. It can be suppressed to a level that can hardly be visually recognized.
[0134]
In the arrangement shown in FIG. 14, the light reflected by the reflective image display elements 107-R and 107-G is directly reflected by the color separation plane CP, so that no ghost occurs. The light reflected by the reflective image display element 107-B is reflected by a surface of the transparent substrate on which the color separation surface CP is not formed, but this reflected light does not enter the projection lens. Most of the B light that reaches the color separation surface CP passes through the color separation surface CP. A part of the B light is reflected by the characteristics of the color separation surface CP, and a part of the reflected light is reflected again on the surface of the transparent substrate on which the color separation surface CP is not formed, and a ghost and Become. However, this ghost is much lighter than a ghost generated in a configuration in which the color separation surface CP is arranged to face the reflective image display element 107 (see FIG. 12). Of course, it is preferable to adopt a configuration in which the color separation plane CP transmits the B light with the lowest luminosity in order to suppress the occurrence of ghost. The occurrence of ghost is suppressed as compared with the configuration shown in FIG.
[0135]
Further, although the effect is lower than the configuration in which the B light is transmitted through the dichroic mirror 106 ', depending on the required image quality, the visibility is the second lowest after the B light, and the R light is transmitted through the dichroic mirror 106'. A configuration may be adopted.
[0136]
In the image display device 100 ′, the configuration in which the B and G lights are reflected by the PBS 105 is adopted, but the B and R lights may be reflected. Further, a configuration that transmits B and G light or B and R light may be adopted.
[0137]
As described above, the ghost can be suppressed by arranging the color separation surface CP formed on one surface of the transparent substrate of the conventional dichroic mirror 106 'so as to face the PBS 105. Furthermore, by using the dichroic mirror 106 'that transmits the B color light having the lowest luminosity, it is possible not only to further suppress the occurrence of ghost, but also to suppress the reduction in resolution due to astigmatism.
[0138]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by making one of R, G, and B colors incident on the PBS different in polarization direction from the other colors, color separation can be performed between the PBS and the dichroic mirror. A low-cost image display device (for example, a liquid crystal projector) can be realized.
[0139]
Further, by setting one of the two colors of light of the same polarization direction among the R, G, and B lights to be G, the band of usable light can be widened, and the brightness and color purity can be increased.
[0140]
In addition, a structure in which the color separation surface of the dichroic mirror for color separation is sandwiched between glass substrates, and a transparent substrate is inserted on the optical path on which color separation is not performed, which is generated in each reflective image display element. Since the aberration amount of astigmatism becomes the same and the aberration can be corrected by the projection lens, an image with high resolution can be realized.
[0141]
Furthermore, by providing a wavelength regulating element that cuts light other than light corresponding to each reflective image display element and light in a wavelength range where S-polarized light and P-polarized light are mixed, the color purity of R, G, and B is improved. And the contrast can be improved.
[0142]
Furthermore, the contrast ratio can be further improved by arranging the wavelength regulating surface of the wavelength regulating element at an angle with respect to the image display surface of the reflective image display element.
[0143]
When a prism-shaped color separation element is used, display quality can be further improved.
[0144]
Further, a polarization separation characteristic is optimized using one of the P-polarized light and the S-polarized light using a light separating element, and is arranged so that G light is separated as optimized polarized light, or The display quality can be further improved by arranging two or more reflective image display elements corresponding to the optimum polarization.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a projection type color image display device 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows spectral characteristics of a polarization control element used in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an optical system used for measuring spectral characteristics of a polarization control element.
FIG. 4 is an explanatory diagram of functions of a polarization control element.
FIG. 5 is a structural diagram of a dichroic mirror.
FIG. 6 shows spectral characteristics of a dichroic mirror used in the embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a diagram schematically illustrating an arrangement relationship of optical elements around a PBS 105 in the projection type color image display device 100, and FIG. 7B is a diagram schematically illustrating an arrangement obtained by modifying the optical element. It is.
FIG. 8 is a schematic diagram showing that the arrangement of FIG. 7B can prevent a decrease in contrast ratio.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which a contrast ratio is reduced by incomplete polarization separation characteristics of a PBS.
FIG. 10 is a graph showing polarization separation characteristics of a PBS used in a projection type color image display device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are diagrams schematically showing projection type color image display devices 200 and 300 according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a ghost phenomenon by a conventional dichroic mirror 106 ′.
FIGS. 13A and 13B are diagrams schematically showing projection color image display devices 400 and 500 according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIG. 14 is a diagram schematically showing a projection type color image display device 100 ′ according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a pixel portion of a transmissive liquid crystal display element.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a reflection type liquid crystal display element.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a three-panel liquid crystal projection using a reflective liquid crystal display element.
FIG. 18 is an explanatory diagram of another three-panel liquid crystal projection using a reflective liquid crystal display element.
FIG. 19 is an explanatory diagram of polarization dependence of a cross dichroic prism.
FIG. 20 is an explanatory diagram of an arrangement direction of a dichroic mirror for color separation.
FIG. 21 is an explanatory view of a conventional dichroic mirror for color separation.
FIG. 22 shows spectral characteristics of the polarization control element when the polarization directions of red and blue are aligned.
[Explanation of symbols]
100 Projection type color image display device
100a illumination optical system
101 light source
102 Trimming filter
103 Polarizing plate
104 Polarization control element
105 PBS
Dichroic mirror for 106 color separation
107 Reflective image display device
108 Projection lens (projection optical system)
109 Transparent substrate
110 Polarization control element
111 polarizing plate
112 dichroic mirror
113 dichroic mirror
206 dichroic prism for color separation
209 Glass block
211, 212, 213 Dichroic mirror
601 TFT
602 black matrix
603 Gate bus line
604 source bus line
601 Reflective pixel electrode
701 Light source
702 PBS
703 Cross dichroic mirror
704 reflective liquid crystal display device
705 Projection lens

Claims (18)

赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子と、
偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子と、
前記光分離素子および前記色分離素子によって分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有し、
前記色分離素子の色分離面が、2枚の基板間に挟まれている画像表示装置。
An illumination optical system that emits light of the three primary colors of red, green, and blue with the polarization directions of the two colors of light being different from the polarization directions of the other one of the colors;
A light separating element that separates light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction,
A color separation element that separates the two colors of light having the same polarization direction;
A plurality of reflective image display elements that modulate the light separated by the light separation element and the color separation element,
A projection optical system for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements,
Has,
An image display device wherein a color separation surface of the color separation element is sandwiched between two substrates .
前記光分離素子によって分離された光の光路上の少なくとも一方に透明基板が配置されている請求項1記載の画像表示装置。The image display apparatus according to claim 1, wherein that have a transparent substrate on at least one is disposed on the optical path of the light separated by the light separating element. 赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子と、
偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子と、
前記光分離素子および前記色分離素子によって分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有し、
前記色分離素子が2つの3角柱プリズムを貼り合わせた4角柱プリズムであり、
前記4角柱プリズムヘの入射光及び出射光の主光線が、前記4角柱プリズムの光入射面及び出射面の面法線に対して略平行に入出射し、かつ、前記4角柱プリズムの光分離面の面法線に対して45°より小さい角度で入射する画像表示装置。
An illumination optical system that emits light of the three primary colors of red, green, and blue with the polarization directions of the two colors of light being different from the polarization directions of the other one of the colors;
A light separating element that separates light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction,
A color separation element that separates the two colors of light having the same polarization direction;
A plurality of reflective image display elements that modulate the light separated by the light separation element and the color separation element,
A projection optical system for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements,
Has,
The color separation element is a quadrangular prism formed by bonding two triangular prisms,
Principal rays of the incident light and the outgoing light to and from the quadrangular prism enter and exit substantially parallel to a surface normal of a light incident surface and an exit surface of the quadrangular prism, and a light separating surface of the quadrangular prism. Image display device which is incident at an angle smaller than 45 ° with respect to the surface normal of
赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子と、
偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子と、
前記光分離素子および前記色分離素子によって分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有し、
前記色分離素子の色分離面は、基板の一方の表面に形成されており、前記光分離素子側に向くように配置されており、且つ、青色の光を透過し、偏光方向が同じ前記2色の光は青色の光を含む画像表示装置。
An illumination optical system that emits light of the three primary colors of red, green, and blue with the polarization directions of the two colors of light being different from the polarization directions of the other one of the colors;
A light separating element that separates light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction,
A color separation element that separates the two colors of light having the same polarization direction;
A plurality of reflective image display elements that modulate the light separated by the light separation element and the color separation element,
A projection optical system for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements,
Has,
The color separation surface of the color separation element is formed on one surface of the substrate, is arranged so as to face the light separation element side, transmits blue light, and has the same polarization direction. An image display device in which the color light includes blue light .
赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子と、
偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子と、
前記光分離素子および前記色分離素子によって分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有し、
前記照明光学系は、3原色の光を出射する光源と、前記光源からの3原色の光のうちの少なくとも1色の光の偏光方向を変換させる第1の偏光制御素子とを有しており、
前記光分離素子の前記投影光学系側に前記赤、緑、青の3原色の光の偏光方向を同方向に揃える第2の偏光制御素子が配置されている画像表示装置。
An illumination optical system that emits light of the three primary colors of red, green, and blue with the polarization directions of the two colors of light being different from the polarization directions of the other one of the colors;
A light separating element that separates light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction,
A color separation element that separates the two colors of light having the same polarization direction;
A plurality of reflective image display elements that modulate the light separated by the light separation element and the color separation element,
A projection optical system for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements,
Has,
The illumination optical system includes a light source that emits light of three primary colors, and a first polarization control element that changes a polarization direction of at least one of the light of the three primary colors from the light source. ,
An image display device, wherein a second polarization control element for aligning the polarization directions of the three primary colors of red, green, and blue lights in the same direction is disposed on the projection optical system side of the light separation element .
前記第2の偏光制御素子の光出射側の光路上に1方向の偏光方向のみを透過または反射させる偏光選択素子が配置されている請求項5記載の画像表示装置。The image display apparatus in one direction of the polarization direction only transmission or polarization selective reflecting that have been arranged according to claim 5, wherein the optical path of the light emission side of said second polarization control element. 赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1 色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子と、
偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子と、
前記光分離素子および前記色分離素子によって分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有し、
前記光源と前記投影光学系との間の光路上に、少なくとも一枚の波長規制素子が挿入され、
前記波長規制素子が、前記光分離素子と前記反射型画像表示素子との間に配置され、前記波長規制素子の光規制面が、前記反射型画像表示素子の画像表示面と角度を成して配置されている画像表示装置。
An illumination optical system that emits light of the three primary colors of red, green, and blue with the polarization directions of the two colors of light being different from the polarization directions of the other one of the colors;
A light separating element that separates light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction,
A color separation element that separates the two colors of light having the same polarization direction;
A plurality of reflective image display elements that modulate the light separated by the light separation element and the color separation element,
A projection optical system for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements,
Has,
On the optical path between the light source and the projection optical system, at least one wavelength regulating element is inserted,
The wavelength regulating element is disposed between the light separating element and the reflective image display element, and the light regulating surface of the wavelength regulating element forms an angle with the image display surface of the reflective image display element. The image display device that is arranged .
前記照明光学系は、3原色の光を出射する光源と、前記光源からの3原色の光のうちの少なくとも1色の光の偏光方向を変換させる第1の偏光制御素子とを有しており、
前記波長規制素子が前記第1の偏光制御素子で偏光方向が変換される光と、それ以外の光の波長との境界の波長域の光をカットする請求項7に記載の画像表示装置。
The illumination optical system includes a light source that emits light of three primary colors, and a first polarization control element that changes a polarization direction of at least one of the light of the three primary colors from the light source. ,
8. The image display device according to claim 7 , wherein the wavelength regulating element cuts light in a wavelength region at a boundary between the light whose polarization direction is converted by the first polarization control element and the wavelength of the other light .
前記波長規制素子が前記光分離素子で分離された光の光路上の少なくとも一方に配置され、前記波長規制素子が挿入された光路に配置された前記複数の反射型画像表示素子のいずれかが対応する光以外の光をカットする請求項7または8記載の画像表示装置。The wavelength regulating element is disposed on at least one of the optical paths of the light separated by the light separating element, and any one of the plurality of reflective image display elements disposed on the optical path into which the wavelength regulating element is inserted corresponds. The image display device according to claim 7, wherein light other than light to be emitted is cut . 前記波長規制素子が、赤と緑の境界波長域、および緑と青の境界波長域の少なくとも一方の光をカットする請求項7から9のいずれかに記載の画像表示装置。The image display device according to any one of claims 7 to 9 , wherein the wavelength regulating element cuts off at least one of a boundary wavelength region between red and green and a boundary wavelength region between green and blue . 前記波長規制素子の光規制面と、前記反射型画像表示素子の画像表示面とのなす角度が1.5°〜13.5°の範囲内にある請求項7から10のいずれかに記載の画像表示装置。11. The angle according to claim 7, wherein an angle between the light-regulating surface of the wavelength-limiting element and the image display surface of the reflection-type image display element is in a range of 1.5 ° to 13.5 ° . Image display device. 赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子と、
偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子と、
前記光分離素子および前記色分離素子によって分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有し、
前記光分離素子の光分離面のP偏光に対する透過率およびS偏光に対する反射率のどちらか一方が他方よりも高く、
前記一方を有する偏光として前記光分離素子で分離された光が前記複数の反射型画像表示素子の内の2枚以上に入射する画像表示装置。
An illumination optical system that emits light of the three primary colors of red, green, and blue with the polarization directions of the two colors of light being different from the polarization directions of the other one of the colors;
A light separating element that separates light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction,
A color separation element that separates the two colors of light having the same polarization direction;
A plurality of reflective image display elements that modulate the light separated by the light separation element and the color separation element,
A projection optical system for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements,
Has,
Either the transmittance for P-polarized light or the reflectance for S-polarized light of the light separating surface of the light separating element is higher than the other,
An image display device in which light separated by the light separating element as polarized light having one of the above is incident on two or more of the plurality of reflective image display elements .
赤、緑、青の3原色の光を、そのうちの2色の光の偏光方向を他の1色の光の偏光方向と異ならせて出射する照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を偏光方向によって分離する光分離素子と、
偏光方向が同じ前記2色の光を分離する色分離素子と、
前記光分離素子および前記色分離素子によって分離された光を変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記複数の反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有し、
前記光分離素子の光分離面のP偏光に対する透過率およびS偏光に対する反射率のどちらか一方が他方よりも高く、緑の光が前記一方を有する偏光として前記光分離素子で分離される画像表示装置。
An illumination optical system that emits light of the three primary colors of red, green, and blue with the polarization directions of the two colors of light being different from the polarization directions of the other one of the colors;
A light separating element that separates light emitted from the illumination optical system according to a polarization direction,
A color separation element that separates the two colors of light having the same polarization direction;
A plurality of reflective image display elements that modulate the light separated by the light separation element and the color separation element,
A projection optical system for projecting light modulated by the plurality of reflective image display elements,
Has,
One of the transmittance for P-polarized light and the reflectance for S-polarized light of the light separating surface of the light separating element is higher than the other, and green light is separated by the light separating element as polarized light having the one. apparatus.
前記光分離素子の光分離面と前記色分離素子の色分離面とのなす角が20°以下である請求項1から13のいずれかに記載の画像表示装置。14. The image display device according to claim 1, wherein an angle formed between a light separating surface of the light separating element and a color separating surface of the color separating element is 20 ° or less . 前記赤、緑、青の3原色の光のうち、偏光方向が同じ2色の光に緑の光が含まれている請求項1から14のいずれかに記載の画像表示装置。15. The image display device according to claim 1, wherein , among the three primary colors of red, green, and blue, two colors of light having the same polarization direction include green light . 前記照明光学系は、3原色の光を出射する光源と、前記光源からの3原色の光のうちの少なくとも1色の光の偏光方向を変換させる第1の偏光制御素子とを有する請求項1から4、7、9から13のいずれかに記載の画像表示装置。2. The illumination optical system includes a light source that emits light of three primary colors, and a first polarization control element that converts a polarization direction of at least one of the light of the three primary colors from the light source. 14. The image display device according to any one of items 1 to 4, 7, 9 to 13 . 前記第1の偏光制御素子の光入射側の光路上に1方向の偏光方向の偏光のみを透過または反射させる偏光選択素子が配置されている請求項5、6、8または16のいずれかに記載の画像表示装置。17. The polarization selector according to claim 5, wherein a polarization selector that transmits or reflects only polarized light in one polarization direction is disposed on an optical path on a light incident side of the first polarization control element. Image display device. 前記第1の偏光制御素子は、複数の波長板をその軸の角度を変えて互いに積層して形成されている請求項5、6、8、16または17のいずれかに記載の画像表示装置。18. The image display device according to claim 5, wherein the first polarization control element is formed by laminating a plurality of wavelength plates with different axes at different angles .
JP2000069002A 1999-06-04 2000-03-13 Image display device Expired - Fee Related JP3554520B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000069002A JP3554520B2 (en) 1999-07-08 2000-03-13 Image display device
US09/587,361 US6327093B1 (en) 1999-06-04 2000-06-02 Image display apparatus
TW089110971A TW548426B (en) 1999-06-04 2000-06-05 Image display apparatus
KR10-2000-0030808A KR100481400B1 (en) 1999-06-04 2000-06-05 Image display apparatus

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19387599 1999-07-08
JP11-193875 1999-07-08
JP2000069002A JP3554520B2 (en) 1999-07-08 2000-03-13 Image display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001075174A JP2001075174A (en) 2001-03-23
JP3554520B2 true JP3554520B2 (en) 2004-08-18

Family

ID=26508143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000069002A Expired - Fee Related JP3554520B2 (en) 1999-06-04 2000-03-13 Image display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3554520B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3726291A4 (en) * 2017-12-14 2021-06-30 Nitto Denko Corporation Projector and optical member used in projector

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6674579B2 (en) * 2001-03-30 2004-01-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Color correction to target white points by adjustment of two colors
US7330230B2 (en) 2001-06-26 2008-02-12 Sony Corporation Reflection type liquid crystal display element, display unit, projection optical system, and projection display system
US7106401B2 (en) 2001-06-26 2006-09-12 Sony Corporation Reflex liquid crystal display device, display apparatus, projection optical system, and projection display system
KR20030010947A (en) * 2001-07-27 2003-02-06 (주)유니드시스템 A Reflection Type LCD Projector
US7159987B2 (en) 2003-04-21 2007-01-09 Seiko Epson Corporation Display device, lighting device and projector
JP2005208256A (en) * 2004-01-21 2005-08-04 Fujinon Corp Trimming filter, color separation optical system, color composite optical system, imaging apparatus and projector
KR20100099747A (en) * 2007-12-28 2010-09-13 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Light combiner
JP2011524019A (en) * 2008-05-15 2011-08-25 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Optical element and color synthesizer
EP2283391B1 (en) * 2008-05-15 2014-07-23 3M Innovative Properties Company Optical element and color combiner
JP2011150159A (en) * 2010-01-22 2011-08-04 Seiko Epson Corp Projector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3726291A4 (en) * 2017-12-14 2021-06-30 Nitto Denko Corporation Projector and optical member used in projector

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001075174A (en) 2001-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6327093B1 (en) Image display apparatus
US6183090B1 (en) Projection type image display apparatus
KR920000145B1 (en) Improved optical system for full color liquid crystal light valve image projection
US6885422B2 (en) Apparatus and method for displaying image
US6379010B1 (en) Projection type display
KR101244062B1 (en) Liquid crystal projector
US7255444B2 (en) Optical unit and projection-type image display apparatus using the same
US6157420A (en) Projection-type image display apparatus
JPH06289222A (en) Polarizing device and projecting type display device using the same
US6089718A (en) Projection display device
JP3614001B2 (en) Projection device
JP3554520B2 (en) Image display device
US7631972B2 (en) Wavelength-selective polarization conversion element, illumination optical system, projection display optical system, and image projection apparatus
JP2003270636A (en) Liquid crystal panel, liquid crystal device, and projector using liquid crystal device
JP3490886B2 (en) Projection type image display device
US6022110A (en) Projection color liquid crystal display apparatus
JP3757701B2 (en) Light flux compression unit, optical engine, and video display device using the same
JP2007304607A (en) Projection display
KR19990055242A (en) Projection type image display device
JP3723409B2 (en) Wavelength selection element and display device using the same
JP3452843B2 (en) Image display device
CN118151478A (en) Optical system and projection device
JP3641558B2 (en) Cross dichroic mirror and image projection apparatus using the same
JP4608292B2 (en) Optical path shift optical system, pixel shift projection optical system, and pixel shift projection apparatus
JPH11133414A (en) Projection display device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040203

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040405

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040427

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040507

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080514

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees