JP2006039135A - Optical device and projection type image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば反射型の液晶プロジェクタ等に用いられる光学装置、及び、例えば反射型の液晶プロジェクタ等の投影型画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an optical device used for, for example, a reflective liquid crystal projector and a projection image display device such as, for example, a reflective liquid crystal projector.
従来より、照明装置と、照射された光を画像信号に応じて変調する光変調素子と、照明装置から出射された光を光変調素子に対して照射する分離光学系と、光変調素子の像を結像させる投影光学系とを備えた投射型画像表示装置が提案されている(例えば特許文献1参照。)。 Conventionally, an illumination device, a light modulation element that modulates irradiated light according to an image signal, a separation optical system that irradiates the light modulation element with light emitted from the illumination device, and an image of the light modulation element A projection-type image display device including a projection optical system that forms an image is proposed (see, for example, Patent Document 1).
投射型画像表示装置は、一般に、光源として放電ランプが用いられ、画像変調素子としては透過型液晶素子やDMD(Digital Micro mirror Device)等が多く用いられている。さらに、近年では、光変調素子としてより高解像度な反射型液晶素子を用いた投射型画像表示装置も実用化されている。 In general, a projection-type image display apparatus uses a discharge lamp as a light source, and a transmissive liquid crystal element, a DMD (Digital Micromirror Device), or the like is often used as an image modulation element. Furthermore, in recent years, a projection type image display apparatus using a reflective liquid crystal element having a higher resolution as a light modulation element has been put into practical use.
投射型画像表示装置では、白色光を出射する光源を有し、光源からの白色光をダイクロイックミラーで、赤、緑、青の3色に色分離し、それぞれの色を対応した光変調素子に照明する。光変調素子は、赤、緑、青の映像信号に応じて照射光を変調する。そして、光変調素子で変調された後クロスプリズムなどの色合成手段で合成され、投影レンズによりスクリーン上に投影される。 The projection type image display device has a light source that emits white light, and the white light from the light source is separated into three colors of red, green, and blue by a dichroic mirror, and each color is converted into a corresponding light modulation element. Illuminate. The light modulation element modulates irradiation light in accordance with red, green, and blue video signals. Then, after being modulated by the light modulation element, it is synthesized by a color synthesizing means such as a cross prism and projected on a screen by a projection lens.
光変調素子として反射型液晶素子を使う場合には、偏光が利用される。この場合は、光源から出射された光を偏光変換素子を用いて一方向の偏光に変換し、その後、3色に色分離させてそれぞれの色に対応する反射型液晶素子へ入射させることになる。図32に反射型液晶素子を用いた従来の投影型画像表示装置における、液晶素子近傍のデバイス構成を示す模式図を示す。 When a reflective liquid crystal element is used as the light modulation element, polarized light is used. In this case, the light emitted from the light source is converted into unidirectional polarized light using a polarization conversion element, and then separated into three colors and incident on a reflective liquid crystal element corresponding to each color. . FIG. 32 is a schematic diagram showing a device configuration in the vicinity of a liquid crystal element in a conventional projection image display apparatus using a reflective liquid crystal element.
従来の投影型画像表示装置110は、図32に示すように、偏光ビームスプリッタ(PBS)111と、反射型液晶素子112と、直線偏光子113とを備えている。
As shown in FIG. 32, the conventional projection type
先に述べた偏光変換素子では、可視領域全体で、かつ広い入射角に対して高いPS変換特性を得ることは困難である。そのため、従来の投影型画像表示装置110では、再度、直線偏光子113を透過することによって、より偏光度の高い光束とし、PBS111に入射する。PBS111に入射した光束は、その大部分が反射して反射型液晶素子112に入射する。白色を表示する場合はここでP偏光に変換されてPBS111に再入射してそのまま透過し、投影レンズを介してスクリーン上に像を形成する。一方、黒色の場合は、S偏光のままPBS111に再入射して反射し、もとの光路に戻ることになる。
With the polarization conversion element described above, it is difficult to obtain high PS conversion characteristics over the entire visible region and for a wide incident angle. Therefore, in the conventional projection-type
ところで、このような従来の反射型液晶素子を用いた投影型画像表示装置110では、以下に示すような問題点がある。
Incidentally, the projection type
図33に示すように、PBS111に入射される入射光は、光軸xに平行な光だけではなく、光軸xに対して角度をもっている。そのため、PBS111からは、光軸zと平行ではない光(光軸zに対して角度を持った光)が出射される。
As shown in FIG. 33, incident light incident on the
PBS111から出射される光線は、光軸zとのなす角度Θ(極角)が大きくなると、反射型液晶素子112により反射されてPBS111に戻ったときに、直線偏光の偏光方向が理想的な方向から回転してしまう。そのため、黒色の場合、S偏光のままPBS111に再入射し、PBS111で反射してもとの光路に戻るはずであるが、再入射時に理想的な方向からの回転分だけP偏光が含まれてしまい、その分が透過してスクリーン上に投影される。従って、投影画像のコントラストを低下させてしまっていた。
When the angle Θ (polar angle) formed with the optical axis z increases, the light beam emitted from the
このような問題を解決する方法として、図34に示すように、PBS111と反射型液晶素子112との間に、1/4波長板114を設ける光学補償方法が提案されている(特許文献1参考。)。この光学補償方法では、PBS111への入射光軸xとPBS111からの反射光軸zとを含む平面に対して、進相軸又は遅相軸が直行するように1/4波長板114を配置している。
As a method for solving such a problem, an optical compensation method in which a
このようにすると、反射型液晶素子112により反射された多数の光線の偏光方向が、理想的なS偏光の偏光方向となり、コントラストを悪化させることはなくなる。
In this way, the polarization direction of a number of light beams reflected by the reflective
具体的には、PBS111でS偏光成分として反射した光線とZ軸方向とのなす角(極角)をΘ、同光線のXY平面への射影とX軸とのなす角(方位角)をΦとした場合(図33参照。)、Φ=0度、90度、270度、360度を満たす光線は、複屈折を示さない状態の画像変調素子で反射した後、理想的なS偏光成分としてPBS111に再入射するため、コントラストを悪化させることはなくなる。
Specifically, the angle (polar angle) formed between the light beam reflected as the S-polarized component by the
しかし、この方法では、他の方位角Φを有する光線、例えばΦ=45度の光線に対しては、PBS111への再入射の際、理想的なS波偏光成分のみとはならずP偏光成分も存在してしまうことになる。つまり、すべての方位角Φを有する光線に対して最適に補償できているわけではなく、それゆえに投影される映像のコントラストを悪化させる要因となっていた。
However, in this method, a light beam having another azimuth angle Φ, for example, a light beam of Φ = 45 degrees, is not only an ideal S wave polarization component but also a P polarization component when re-entering the
本発明はこれらの問題を解決し、コントラストの高く高品位な画像を提供できる光学装置及び投影型画像表示装置を実現することを目的とする。 An object of the present invention is to solve these problems and to realize an optical device and a projection-type image display device that can provide high-definition images with high contrast.
本発明に係る光学装置は、所定方向の偏光を反射し、反射した偏光方向と直交する方向の偏光を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板とを備え、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に平行とされ、上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、さらに、上記位相差板は、常光線に対する屈折率noよりも、異常光線に対する屈折率neが大きいことを特徴とする。 An optical device according to the present invention includes a polarization beam splitter having a light separation surface that reflects polarized light in a predetermined direction and transmits polarized light in a direction orthogonal to the reflected polarization direction, and light reflected or transmitted by the polarized beam splitter. The quarter wave plate arranged at the incident position and the position where the light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and a phase difference corresponding to the angle of the incident light with respect to the optical axis is incident. A three-dimensional space represented by coordinates of the X, Y, and Z axes, the X axis being the direction perpendicular to the plane of incidence of the polarizing beam splitter, and the Z axis being When the light beam parallel to the X axis is parallel to the light beam reflected by the light separation surface of the polarization beam splitter and the Y axis is the direction perpendicular to the X axis and the Z axis, the light separation of the polarization beam splitter is performed. The plane is the X axis-Z axis The optical axis of the quarter wave plate is parallel to the Y axis, and the optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis. is a further, the phase difference plate, than the refractive index n o for the ordinary ray, and wherein the refractive index n e for extraordinary ray is large.
本発明に係る光学装置は、所定方向の偏光を反射し、反射した偏光方向と直交する方向の偏光を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板とを備え、 3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に垂直且つ光軸に垂直とされ、上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、さらに、上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも常光線に対する屈折率noが大きいことを特徴とする。 An optical device according to the present invention includes a polarization beam splitter having a light separation surface that reflects polarized light in a predetermined direction and transmits polarized light in a direction orthogonal to the reflected polarization direction, and light reflected or transmitted by the polarized beam splitter. The quarter wave plate arranged at the incident position and the position where the light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and a phase difference corresponding to the angle of the incident light with respect to the optical axis is incident. A three-dimensional space represented by coordinates of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, the X-axis being a direction perpendicular to the incident surface of the polarizing beam splitter, and the Z-axis being When the light beam parallel to the X axis is parallel to the light beam reflected by the light separation surface of the polarization beam splitter and the Y axis is the direction perpendicular to the X axis and the Z axis, the light separation of the polarization beam splitter is performed. The plane is the X axis-Z axis The optical axis of the quarter wave plate is perpendicular to the plane and has a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis, the optical axis of the quarter wave plate is perpendicular to the Y axis and the optical axis, and the optical axis of the retardation plate is , is parallel to the optical axis, further, the phase difference plate, wherein the refractive index n o for the ordinary ray than the refractive index n e for extraordinary ray is large.
本発明に係る投影型画像表示装置は、光を発光する発光手段と、入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、上記光変調手段により反射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に平行とされ、上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、さらに、上記位相差板は、常光線に対する屈折率noよりも、異常光線に対する屈折率neが大きいことを特徴とする。 A projection-type image display apparatus according to the present invention includes a light emitting means for emitting light, and a polarization beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light. A quarter-wave plate disposed at a position where the light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and a position at which a light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident. A phase difference plate that generates a phase difference corresponding to the angle of incident light with respect to the incident light, a light modulation unit that changes the polarization direction of the incident light according to an image signal, and reflects the incident light; A projection optical system for projecting the emitted light to the outside, and the light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, and the quarter wavelength plate and the retardation plate Transmitted light modulation The light irradiated on the stage and reflected by the light modulation means passes through the quarter-wave plate and the phase difference plate, passes or reflects the light separation surface of the polarization beam splitter, and enters the irradiation means. The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X axis, Y axis, and Z axis. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, and the Z axis is a light beam parallel to the X axis. When the direction parallel to the light beam reflected by the separation surface and the Y axis is the direction perpendicular to the X axis and the Z axis, the light separation surface of the polarizing beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X axis and the Z axis. And having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis, the optical axis of the quarter wave plate is parallel to the Y axis, and the optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis, further, the phase difference plate, than the refractive index n o for the ordinary ray, the refractive index for extraordinary ray e which are characterized by large.
本発明に係る投影型画像表示装置は、光を発光する発光手段と、入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、上記光変調手段から出射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に垂直且つ光軸に垂直とされ、上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、さらに、上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも常光線に対する屈折率noが大きいことを特徴とする。 A projection-type image display apparatus according to the present invention includes a light emitting means for emitting light, and a polarization beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light. A quarter-wave plate disposed at a position where the light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and a position at which a light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident. A phase difference plate that generates a phase difference corresponding to the angle of incident light with respect to the incident light, a light modulation unit that changes the polarization direction of the incident light according to an image signal, and reflects the incident light; A projection optical system for projecting the emitted light to the outside, and the light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, and the quarter wavelength plate and the retardation plate Transmitted light modulation The light emitted to the stage and emitted from the light modulation means is transmitted through the quarter-wave plate and the phase difference plate, is transmitted or reflected through the light separation surface of the polarization beam splitter, and is incident on the irradiation means. The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X axis, Y axis, and Z axis. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, and the Z axis is a light beam parallel to the X axis. When the direction parallel to the light beam reflected by the separation surface and the Y axis is the direction perpendicular to the X axis and the Z axis, the light separation surface of the polarizing beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X axis and the Z axis. And the optical axis of the quarter-wave plate is perpendicular to the Y axis and perpendicular to the optical axis, and the optical axis of the retardation plate is an optical axis. is parallel to, further, the phase difference plate, pairs ordinary ray than the refractive index n e for extraordinary ray Characterized in that that refractive index n o is large.
本発明に係る投影型画像表示装置は、光を発光する発光手段と、入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、上記光変調手段により反射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に平行とされ、上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、上記光変調手段は、VA(Vrtically Aligned)方式の反射型液晶素子とされ、さらに、上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも、常光線に対する屈折率noが大きいことを特徴とする。 A projection-type image display apparatus according to the present invention includes a light emitting means for emitting light, and a polarization beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light. A quarter-wave plate disposed at a position where the light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and a position at which a light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident. A phase difference plate that generates a phase difference corresponding to the angle of incident light with respect to the incident light, a light modulation unit that changes the polarization direction of the incident light according to an image signal, and reflects the incident light; A projection optical system for projecting the emitted light to the outside, and the light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, and the quarter wavelength plate and the retardation plate Transmitted light modulation The light irradiated on the stage and reflected by the light modulation means passes through the quarter-wave plate and the phase difference plate, passes or reflects the light separation surface of the polarization beam splitter, and enters the irradiation means. The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X axis, Y axis, and Z axis. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, and the Z axis is a light beam parallel to the X axis. When the direction parallel to the light beam reflected by the separation surface and the Y axis is the direction perpendicular to the X axis and the Z axis, the light separation surface of the polarizing beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X axis and the Z axis. And having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis, the optical axis of the quarter wave plate is parallel to the Y axis, and the optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis, The light modulating means is a VA (Vrtically Aligned) reflective liquid crystal element, and Feedboard, rather than the refractive index n e for extraordinary ray, wherein the refractive index n o for the ordinary ray is large.
本発明に係る投影型画像表示装置は、光を発光する発光手段と、入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、上記光変調手段により反射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に垂直且つ光軸に垂直とされ、上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、上記光変調手段は、VA(Vrtically Aligned)方式の反射型液晶素子とされ、さらに、上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも、常光線に対する屈折率noが大きいことを特徴とする。 A projection-type image display apparatus according to the present invention includes a light emitting means for emitting light, and a polarization beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light. A quarter-wave plate disposed at a position where the light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and a position at which a light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident. A phase difference plate that generates a phase difference corresponding to the angle of incident light with respect to the incident light, a light modulation unit that changes the polarization direction of the incident light according to an image signal, and reflects the incident light; A projection optical system for projecting the emitted light to the outside, and the light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, and the quarter wavelength plate and the retardation plate Transmitted light modulation The light irradiated on the stage and reflected by the light modulation means passes through the quarter-wave plate and the phase difference plate, passes or reflects the light separation surface of the polarization beam splitter, and enters the irradiation means. The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X axis, Y axis, and Z axis. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, and the Z axis is a light beam parallel to the X axis. When the direction parallel to the light beam reflected by the separation surface and the Y axis is the direction perpendicular to the X axis and the Z axis, the light separation surface of the polarizing beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X axis and the Z axis. And the optical axis of the quarter-wave plate is perpendicular to the Y axis and perpendicular to the optical axis, and the optical axis of the retardation plate is an optical axis. The light modulation means is a VA (Vrtically Aligned) reflective liquid crystal element, Luo, the phase difference plate, than the refractive index n e for extraordinary ray, wherein the refractive index n o for the ordinary ray is large.
本発明に係る光学装置及び投影型画像表示装置では、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、1/4波長板の光学軸をY軸に平行とし、位相差板の光学軸を光軸に平行とし、さらに、上記位相差板を、常光線に対する屈折率noよりも異常光線に対する屈折率neを大きくする。 In the optical device and the projection-type image display device according to the present invention, the three-dimensional space is represented by coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis, the X axis is a direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, and the Z axis is When the light beam parallel to the X axis is parallel to the light beam reflected by the light separation surface of the polarization beam splitter and the Y axis is the direction perpendicular to the X axis and the Z axis, the light separation of the polarization beam splitter is performed. The surface is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis, has a predetermined angle with respect to the X-axis and the Z-axis, the optical axis of the quarter-wave plate is parallel to the Y-axis, and the optical axis of the retardation plate was parallel to the optical axis, further, the phase difference plate, to increase the refractive index n e for extraordinary ray than the refractive index n o for the ordinary ray.
また、本発明に係る光学装置及び投影型画像表示装置では、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、上記1/4波長板の光学軸をY軸に垂直且つ光軸に垂直とし、位相差板の光学軸を光軸に平行とし、さらに、上記位相差板を、異常光線に対する屈折率neよりも常光線に対する屈折率noを大きくする。 In the optical apparatus and the projection-type image display apparatus according to the present invention, the three-dimensional space is represented by the coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the X axis is a direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, Z When the axis is a direction parallel to the light beam parallel to the X-axis and reflected by the light separation surface of the polarization beam splitter, and the Y-axis is a direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, The light separation surface is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis and has a predetermined angle with respect to the X-axis and the Z-axis. and then, a parallel to the optical axis of the optical axes of the retardation plate, further, the phase difference plate, to increase the refractive index n o for the ordinary ray than the refractive index n e for extraordinary ray.
本発明に係る投影型画像表示装置では、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、1/4波長板の光学軸をY軸に平行とし、記位相差板の光学軸を光軸に平行とし、光変調手段をVA(Vrtically Aligned)方式の反射型液晶素子とし、さらに、位相差板を異常光線に対する屈折率neよりも常光線に対する屈折率noを大きくする。 In the projection type image display apparatus according to the present invention, the three-dimensional space is represented by the coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis, the X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, and the Z axis is the X axis. Is parallel to the light beam reflected by the light separation surface of the polarization beam splitter, and the Y axis is a direction perpendicular to the X axis and Z axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is: It has a predetermined angle with respect to the X-axis and the Z-axis and is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis, the optical axis of the quarter-wave plate is parallel to the Y-axis, and parallel to the axis, the light modulating means is a reflection-type liquid crystal device VA (Vrtically Aligned) mode, further increasing the refractive index n o for the ordinary ray than the refractive index n e of the phase difference plate for the extraordinary ray.
本発明に係る投影型画像表示装置では、3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、1/4波長板の光学軸をY軸に垂直且つ光軸に垂直とし、位相差板の光学軸を光軸に平行とし、光変調手段をVA(Vrtically Aligned)方式の反射型液晶素子とし、さらに、位相差板を異常光線に対する屈折率neよりも常光線に対する屈折率noを大きくする。 In the projection type image display apparatus according to the present invention, the three-dimensional space is represented by the coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis, the X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, and the Z axis is the X axis. Is parallel to the light beam reflected by the light separation surface of the polarization beam splitter, and the Y axis is a direction perpendicular to the X axis and Z axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is: The X-axis and Z-axis are perpendicular to the plane and have a predetermined angle with respect to the X-axis and Z-axis, and the optical axis of the quarter-wave plate is perpendicular to the Y-axis and perpendicular to the optical axis. and parallel to the optical axis of the optical axis, the light modulating means is a reflection-type liquid crystal device VA (Vrtically Aligned) mode, further increasing the refractive index n o for the ordinary ray than the refractive index n e of the phase difference plate for extraordinary ray To do.
このことにより本発明に係る光学装置及び投影型画像表示装置では、コントラストの高く高品位な画像を投影することができる。 As a result, the optical device and the projection-type image display device according to the present invention can project a high-quality image with high contrast.
以下、本発明の実施形態について説明をする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
第1の実施形態
第1の実施形態として、本発明を適用が投影型画像表示装置(以下、単に反射型プロジェクタと呼ぶ。)について説明をする。
First Embodiment As a first embodiment, a projection type image display device (hereinafter simply referred to as a reflection type projector) to which the present invention is applied will be described.
(全体構成)
図1に、本発明が適用された反射型プロジェクタ10の構成を示した模式図を示す。
(overall structure)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a
反射型プロジェクタ10は、ランプ11と、インテグレーターレンズ12と、PS変換素子13と、コンデンサレンズ14と、第1のダイクロイックミラー15と、第2のダイクロックミラー16と、ミラー17と、R用偏光光学系18−Rと、G用偏光光学系18−Gと、B用偏光光学系18−Bと、色合成プリズム19と、投影レンズ20とを備えている。
The
ランプ11は、白色光の照射光源であり、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ等である。ランプ11には、光源11aからの光束を効率良く出射するために、楕円、もしくは方物面形状のリフレクタ11bが光路の後ろ側に配置される。ランプ11から出射した白色光の光束は、一対のインテグレーターレンズ12に入射する。
The lamp 11 is an irradiation light source for white light, and is, for example, a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, or the like. In the lamp 11, an ellipse or rectangular reflector 11b is disposed on the rear side of the optical path in order to efficiently emit the light beam from the
一対のインテグレーターレンズ12は、ランプ11からの入射光に関し、光束の空間分布を均一化する。インテグレーターレンズ12を透過した光束は、PS変換素子13に入射する。
The pair of
PS変換素子13は、インテグレーターレンズ12を透過した光を、一方向にそろった偏光に変換する。PS変換素子13を透過した光束は、コンデンサレンズ14を透過して第1のダイクロイックミラー15に入射する。
The
第1のダイクロックミラー15は、赤色波長帯域の光(R)を透過し、青色,緑色波長帯域の光(G,B)を反射する。反射した青色,緑色波長帯域の光(G,B)は、更に次の第2のダイクロイックミラー16に入射する。第2のダイクロックミラー16は、緑色波長帯域の光(G)を反射し、青色波長帯域の光(B)を透過する。
The first
第1のダイクロックミラー15により透過された赤色波長帯域の光は、ミラー17により反射されたのちにR用偏光光学系18−Rに入射される。第2のダイクロックミラー16により反射された緑色波長帯域の光は、G用偏光光学系18−Gに入射される。第2のダイクロックミラー16により透過された青色波長帯域の光は、B用偏光光学系18−Bに入射される。
The red wavelength band light transmitted by the first
R用偏光光学系18−Rには、映像信号のうちの赤色(R)信号が入力される。R用偏光光学系18−Rは、入射された赤色波長帯域の光をR信号に応じて空間変調することにより、映像のR成分に応じた像が形成された光束を出射する。 The red (R) signal of the video signal is input to the R polarization optical system 18-R. The R polarization optical system 18-R emits a light beam in which an image corresponding to the R component of the image is formed by spatially modulating the incident red wavelength band light according to the R signal.
G用偏光光学系18−Gには、映像信号のうちの緑色(G)信号が入力される。G用偏光光学系18−Gは、緑色波長帯域の光をG信号に応じて空間変調することにより、映像信号のG成分に応じた像が形成された光束を出射する。 A green (G) signal among the video signals is input to the G polarization optical system 18-G. The G polarization optical system 18-G emits a light beam in which an image corresponding to the G component of the video signal is formed by spatially modulating light in the green wavelength band according to the G signal.
B用偏光光学系18−Bには、映像信号のうちの青色B(B)信号が入力される。B用偏光光学系18−Bは、青色波長帯域の光をB信号に応じて空間変調することにより、映像信号のB成分に応じた像が形成された光束を出射する。 The blue B (B) signal of the video signal is input to the B polarization optical system 18-B. The B polarization optical system 18-B emits a light beam in which an image corresponding to the B component of the video signal is formed by spatially modulating light in the blue wavelength band according to the B signal.
R用偏光光学系18−R、G用偏光光学系18−G及びB用偏光光学系18−Bから出射された光は、全て色合成プリズム19に入射される。色合成プリズム19は、赤成分の光、緑成分の光及び青成分の光を一本の光束に合成し、合成した光束を出射する。
All the light emitted from the R polarizing optical system 18 -R, the G polarizing optical system 18 -G, and the B polarizing optical system 18 -B is incident on the
色合成プリズム19から出射された合成光は、投影レンズ20に入射される。投影レンズ20は、入射された合成光を拡大して、図示しないスクリーン上に投写し、当該スクリーン上に映像を形成する。
The combined light emitted from the
(偏光光学系18の構成)
つぎに、R用偏光光学系18−R、G用偏光光学系18−G及びB用偏光光学系18−Bの内部構成について説明をする。
(Configuration of polarization optical system 18)
Next, the internal configurations of the R polarizing optical system 18-R, the G polarizing optical system 18-G, and the B polarizing optical system 18-B will be described.
なお、R用偏光光学系18−R、G用偏光光学系18−G及びB用偏光光学系18−Bは、全て同一の構成をしている。以下、これらをまとめて説明するときには、偏光光学系18という。
The R polarizing optical system 18-R, the G polarizing optical system 18-G, and the B polarizing optical system 18-B all have the same configuration. Hereinafter, when these are described together, they are referred to as a polarization
また、偏光光学系18内の各構成部材の配置説明をする場合には、互いに直交するX軸,Y軸,Z軸により表された座標軸を用いて3次元空間の位置や方向を規定する。具体的には、偏光光学系18への入射光束の方向をX軸とし、偏光光学系18からの出射光束の方向(X方向に直交する方向)をZ軸、X軸及びZ軸に直交する軸をY軸とする。
Further, when describing the arrangement of each component in the polarization
図2は、偏光光学系18内の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration in the polarization
偏光光学系18は、図2に示すように、フィールドレンズ21と、直線偏光子22と、偏光ビームスプリッター(PBS)23、1/4波長板24と、位相差板25と、反射型画像変調素子26とを備えている。
As shown in FIG. 2, the polarization
偏光光学系18には、第1のダイクロックミラー15及び第2のダイクロックミラー16により分離された赤、緑又は青色波長帯の光束が入射される。
A light beam in the red, green, or blue wavelength band separated by the first
フィールドレンズ21には、第1のダイクロックミラー15及び第2のダイクロックミラー16により分離された赤色波長帯、又は、緑及び青色波長帯の光束が入射される。フィールドレンズ21は、光軸がX軸に平行となるように配置されている。フィールドレンズ21は、入射された光束を発散発束にし、直線偏光子22に対して照射する。発散光束とは、光路を進むに従って光束の幅が広がっていく光線である。
A red wavelength band or green and blue wavelength band beams separated by the first
直線偏光子22は、平板の形状をした素子であり、入射された光束のうち一方向の偏光のみを出射するデバイスである。直線偏光子22は、PBS23に対してS偏光となる一方向の偏光を透過し、その他の偏光を透過する。直線偏光子22は、反射型の偏光子や、ある一方向の偏光を透過し、その他の偏光を吸収する吸収型の偏光子が用いられる。また、反射型の偏光子として、例えば、MOXTEK社により実用化されているワイヤーグリッドポラライザー等を用いても良い。
The
平板状の直線偏光子22は、X軸とZ軸とでなす平面(Y軸に垂直な平面、以下、Z−X平面という。)に対して垂直に配置され、且つ、光軸Xに垂直な平面に対してPBS23の分離面と逆方向(マイナス方向)に鋭角に傾いている。直線偏光子22は、このような配置がされることによりPBS23に対してS偏光として入射する光線の割合を増やしている。
The flat
PBS23は、S偏光を反射し、P偏光を透過する偏分離面(分離面)23aを有する偏光光分離素子である。PS分離面23aは、Z−X平面に対して垂直に配置され、且つ、Y軸とZ軸とでなす平面(X軸に垂直な平面、以下、Y−Z平面という。)に対して45°の角度に傾いている。
The
PS分離面23aには、フィールドレンズ21及び直線偏光子22を通過した光が入射される。PS分離面23aは、直線偏光子22から透過された一方向の偏光を、全反射するように配置されている。すなわち、直線偏光子22とPS分離面23aとの配置関係は、直線偏光子22から透過された一方向の偏光をS偏光とするように配置がされている。更に言い換えれば、直線偏光子22は、その透過光がPS分離面23aに対してS偏光として入射されるように、吸収軸の向きが設定されている。
Light passing through the
1/4波長板24は、光を透過する際に、互いに垂直な方向に振動する偏光の位相差を、1/4波長分変化させる光学素子である。1/4波長板24は、フィールドレンズ21及び直線偏光子22を通過してPS分離面23aを反射した光が入射される位置に、X−Y平面に平行に配置されている(つまり、1/4波長板24は、その光軸がZ軸に平行となるように設けられている。)。また、1/4波長板24は、光学軸がY軸に平行となるように配置されている。光学軸とは、その方向に進む光の 常光線と異常光線の屈折率の差が最小となる方向軸のことである。
The quarter-
位相差板25は、光を透過する際に、その光の位相差を、入射方向と光学軸との角度に応じて変化させる光学素子である。位相差板25は、光学軸に対して平行に入射された光に対しては、位相差を生じさせない。位相差板25は、フィールドレンズ21及び直線偏光子22を通過してPS分離面23aを反射した光が入射される位置に、X−Y平面に平行に配置されている(つまり、位相差板25は、その光軸がZ軸に平行となるように設けられている。)。
The
位相差板25は、光学軸がZ軸に平行となるように配置されている。また、位相差板25は、常光線に対する屈折率noとし、異常光線に対する屈折率neとしたときに、no < neの関係となっているものとする。従って、位相差板25は、Z軸に平行に入射する光線に対しては位相差を生じさず、Z軸に対して角度を有する光線が入射した場合、その入射角度に応じで位相差を生じさせる。
The
フィールドレンズ21及び直線偏光子22を通過してPS分離面23aを反射した光は、1/4波長板24及び位相差板25を通過した後、反射型画像変調素子26に照射される。
The light that has passed through the
反射型画像変調素子26は、例えばVA(Vrtically Aligned)方式の反射型の液晶素子から構成されている。反射型画像変調素子26には、PBS23により反射されたS偏光が入射される。反射型画像変調素子26は、色信号(映像信号のうちのR信号,G信号及びB信号)が入力され、入力された色信号に応じて、入射されたS偏光を空間変調する。映像信号に応じて入射光(S偏光)を空間変調した結果、画像の明るい部分(白部分)では、S偏光の光がP偏光に変換されて反射され、画像の暗い部分(黒部分)ではS偏光の光がS偏光のまま反射する。
The reflective
以上のような光学構成からなる偏光光学系18の光の通過経路は、次の通りになる。
The light passing path of the polarizing
偏光光学系18には、X軸と平行な方向から入射される。
The light enters the polarizing
入射光は、フィールドレンズ21により発散光束とされ、続いて、直線偏光子22を通過し、PS分離面23aに照射される。PS分離面23aには、直線偏光子22により直線偏光とされ、ほぼS偏光として入射される。
Incident light is made into a divergent light beam by the
PS分離面23aでは、S偏光として入射された光を反射する。PS分離面23aで反射されたS偏光は、1/4波長板24及び位相差板25を通過して、反射型画像変調素子26に照射される。
The
反射型画像変調素子26は、入射されたS偏光に対して、画像信号レベルに応じた偏光方向に対する空間変調を行う。具体的には、画像の明るい部分(白部分)では、S偏光の光がP偏光に変換し、画像の暗い部分(黒部分)ではS偏光の光がS偏光のまま反射するように、画像信号レベルに応じた変調を行う。
The reflective
反射型画像変調素子26から反射された光は、位相差板25及び1/4波長板24を通過して、PS分離面23aに再度入射される。PS分離面23aは、再度入射された光のP偏光の成分を透過し、S偏光の成分を反射する。
The light reflected from the reflective
そして、偏光光学系18は、反射型画像変調素子26から反射された後にPBS23を透過した光(P偏光)を、色合成プリズム19に対して出射する。
Then, the polarization
以上のように偏光光学系18では、画像の明るい部分(白部分)では、反射型画像変調素子26が入射光(S偏光)をP偏光に変換して反射し、PBS23に再度入射してそのまま透過し、色合成プリズム19及び投影レンズ20を介してスクリーン上に像を形成する。一方、画像の暗い部分(黒部分)では、反射型画像変調素子26が入射光(S偏光)をS偏光のままPBS23に再度入射して反射し、もとの光路に戻ることになる。
As described above, in the polarization
従って、偏光光学系18からは、映像信号に応じて明暗が形成された像が出射光に形成される。すなわち、R用偏光光学系18−Rからは、映像信号の赤成分の映像の光が出射され、G用偏光光学系18−Gからは、映像信号の緑成分の映像の光が出射され、B用偏光光学系18−Bからは、映像信号の青成分の映像の光が出射される。このため、スクリーン上には、映像信号に応じた光の像が投写されることとなる。
Therefore, from the polarization
(1/4波長板及び位相差板)
1/4波長板24及び位相差板25は、投影される映像のコントラストを向上するために設けられているものである。以下、1/4波長板24及び位相差板25の機能について説明をする。
(1/4 wavelength plate and phase difference plate)
The
なお、以下の説明をするにあたり、特別に言及しない限り反射型画像変調素子26は複屈折がない若しくは非常に小さいものとする。また、以下の1/4波長板24及び位相差板25の機能の説明では、図3に示すように、直線偏光子22を通過してPS分離面23aで反射した光線とZ軸とのなす角(極角)をΘ、直線偏光子22を通過してPS分離面23aで反射した光線のX−Y平面への射影とX軸とのなす角(方位角)をΦとする。
In the following description, it is assumed that the reflective
また、以下の1/4波長板24及び位相差板25の機能の説明では、図4に示すような、Θ>0度でΦ=45度の光線(L1)と、Θ>0度でΦ=135度の光線(L2)と、Θ>0度でΦ=225度の光線(L3)と、Θ>0度でΦ=315度の光線(L4)との4本の光線を例に用いて説明をする。図4は、PS分離面をZ>0の方向から見たときの各光線を示したものであり、図4中に描かれた4本の矢印は、直線偏光子22を通過してPS分離面23aで反射した反射した光線のうちの、Θ>0度でΦ=45度の光線(L1)の偏光方向、Θ>0度でΦ=135度の光線(L2)の偏光方向、Θ>0度でΦ=225度の光線(L3)の偏光方向、Θ>0度でΦ=315度の光線(L4)の進行方向を、表している。
In the following description of the functions of the quarter-
まず始めに、1/4波長板24と位相差板25がない状態で、黒色(暗状態)を表示する場合を考える。
First, a case where black (dark state) is displayed in a state where the
1/4波長板24と位相差板25がない状態で黒色(暗状態)を表示する場合、PBS23に入射した光束のうちS偏光成分は、PBS23を反射して、反射型画像変調素子26へと向かう。そして、反射型画像変調素子26で反射して再度PBS23へ向かい、PBS23で再び反射することによって光源側(図2中x<0の方向)へ戻る。
When displaying black (dark state) without the
しかし、P偏光成分をすべて透過しS偏光成分をすべて反射する理想的なPBS23であっても、光軸に対して平行でない光が入射された場合には、黒色(暗状態)のときに投影レンズ側(Z<0)方向へ透過してしまう成分があり、コントラストを低下させてしまう。
However, even with the
図5は、光線L1の光路(S偏光)を模式的に示したものである。図6は、図5のPBS23と入射光のS偏光成分をX−Y平面上に射影したものを模式的に示したものである。図5、図6に示すように、光軸に対して平行でない光が入射された場合、PBS23への1度目の入射時と2度目の入射時では、PS分離面23aに対するS偏光方向が異なる。
FIG. 5 schematically shows the optical path (S-polarized light) of the light beam L1. FIG. 6 schematically shows the
図7は、PS分離面23aに対するS偏光の角度成分をX−Y平面へ射影したものを光線L1〜光線L4について示している。図7(A)はL1(Φ=45度)を示し、図7(B) はL2(Φ=135度)を示し、図7(C)はL3(Φ=225度)を示し、図7(D)は L4(Φ=315度)を示している。図7中のθsiFirst (i=1,2,3,4)は、L1〜L4のそれぞれの光線について、1度目にPBS23に入射する際のS偏光成分のX−Y平面への射影とY軸との間の角度を表している。図7中のθsiSecond (i=1,2,3,4)は、L1〜L4のそれぞれの光線について、反射型画像変調素子26で反射した後にPBS23に再入射した際のS偏光成分のX−Y平面への射影とY軸との間の角度を表している。
FIG. 7 shows light rays L1 to L4 obtained by projecting the angle component of S-polarized light with respect to the
以上のような図7を参考にして、PBS23への1度目の入射時と2度目の入射時との偏光の関係を考える。なお、話を単純化するために、ここではPBS23の界面での屈折や表面反射は考えないことにする。
With reference to FIG. 7 as described above, the relationship of polarization between the first incident and the second incident on the
PBS23への1度目の入射時と2度目の入射時との関係は、図7に示すように、PBS23への1度目の入射時と2度目の入射時とでS偏光の角度成分が変化し、PBS23への1度目の入射時と2度目の入射時とでY軸を対称に逆向きを示している。また、光線の方位角Φによっては、θsiFirst (i=1,2,3,4)とθsiSecond (i=1,2,3,4)とは、大小関係が異なり、L1〜L4のそれぞれの光線に対し、
θS1First<θS1Second (Φ= 45度)
θS2First>θS2Second (Φ=135度)
θS3First>θS3Second (Φ=225度)
θs4First<θs4Second (Φ=315度)
の関係が成立する。
As shown in FIG. 7, the angle component of S-polarized light changes between the first incidence and the second incidence on the
The relationship is established.
また、参考までに、光線の極角Θが10度のときの、方位角ΦによるS偏光成分方向の変化を図8に示す。この場合、図8に示すように、
θS1First = 6.3度 (−X軸方向) θS1Second = 8.1度 (+X軸方向)
θS2First = 8.1度 (−X軸方向) θS2Second = 6.3度 (+X軸方向)
θS3First = 8.1度 (+X軸方向) θS3Second = 6.3度 (−X軸方向)
θs4First = 6.3度 (+X軸方向) θs4Second = 8.1度 (−X軸方向)
となり、先に示した関係を満たしていることがわかる。
For reference, FIG. 8 shows a change in the direction of the S-polarized light component depending on the azimuth angle Φ when the polar angle Θ of the light beam is 10 degrees. In this case, as shown in FIG.
Thus, it can be seen that the relationship shown above is satisfied.
PBS23に入射(1度目)すると入射光のS偏光成分が反射し、その後光線は反射型画像変調素子26で反射し、再度PBS23に入射(2度目)する。この際、図7で示したようにPBS23に1度目に入射したときと、2度目に入射したときではS偏光成分の方向が異なるため、2度目のPBS23への再入射の際はP偏光成分が生じ、その光線は投影レンズ(Z<0)の方向に透過してしまう。以上に示す現象は、図4中のL1〜L4で示す方位角の光線だけではなく、Φ=0,180度方向以外のすべての光線に当てはまる。
When entering the PBS 23 (first time), the S-polarized component of the incident light is reflected, and then the light beam is reflected by the reflective
以上がコントラストを低下させている原因である。 The above is the reason that the contrast is lowered.
以上に示した要因による画像劣化を起こさないようにするためには、1度目のPBS23の反射によって決まる光線の偏光状態を変化させ、2度目の入射の際の偏光状態を、PS分離面23aに対するS偏光成分と一致させる、もしくは近づければよい。
In order to prevent image deterioration due to the above-described factors, the polarization state of the light beam determined by the first reflection of the
そのため、反射型プロジェクタ10の偏光光学系18では、PBS23と反射型画像変調素子26との間に、Y軸方向に光学軸を有する1/4波長板24と、Z軸方向に光学軸を有するno<ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)となる位相差板25とを設けて、コントラストが低下することを改善している。
Therefore, in the polarizing
以下に、1/4波長板24及び位相差板25を設けた構成による偏光状態の変化を、L1〜L4の光線について説明する。
Hereinafter, the change in the polarization state by the configuration in which the
図9(A)は、光線L1(Φ=45度)の、1/4波長板24の1度目の入射前の位置(Z1)→1/4波長板24の1度目の透過後の位置(Z2)→1/4波長板24の2度目の入射前の位置(Z3)→1/4波長板24の2度目の透過後の位置(Z4)の各位置での偏光状態の変化を図示したものである。図9(A)に示された遅相軸、進相軸は、光線L1から見たときのものを表しており、そのために、位相差板25の遅相軸は光線のX軸に対し45度傾いた方向を向いている。
9A shows a position (Z1) of the light beam L1 (Φ = 45 degrees) before the first incidence of the quarter-wave plate 24 (Z1) → the position after the first transmission of the quarter-wave plate 24 ( Z2) → 1/4
図9(B)は、図9(A)の偏光状態の遷移をポアンカレ球で表したときの一部分を平面展開したものであり、図9(A)と同様に光線L1(方位角Φ=45度)の偏光方向の変化を示している。図9(B)中−S1はY軸方向に向いた直線偏光、+S2、−S2は図中に示すようにY軸に対してななめ45度方向に向いた直線偏光、+S3、−S3はそれぞれ、右回り円偏光、左回り円偏光を表す。 FIG. 9B is a plan view of a part of the transition of the polarization state of FIG. 9A represented by a Poincare sphere. Similar to FIG. 9A, the light beam L1 (azimuth angle Φ = 45) is obtained. (Degree) polarization direction change. In FIG. 9B, -S1 is linearly polarized light directed in the Y-axis direction, + S2 and -S2 are linearly polarized light directed in the direction of 45 degrees with respect to the Y-axis as shown in the figure, and + S3 and -S3 are respectively Represents clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light.
なお、例えば図9(A)における1/4波長板の遅相軸方向は、実際はY軸方向に対して多少傾きを持つことなど、光線の極角Θが0でないことに起因して厳密さを欠く部分があるが、少なくとも以下の説明において問題になる量ではない。 For example, the slow axis direction of the quarter-wave plate in FIG. 9A is strict due to the fact that the polar angle Θ of the light beam is not 0, such as actually having a slight inclination with respect to the Y axis direction. However, it is not an amount that causes a problem in at least the following description.
PS分離面23aで反射した光線L1の偏光軸の方位は、図9(C)に示すように、Y軸に対して−X軸側にθ1Initial分傾いた方向である。この偏光の状態は、PS分離面23aに対するS偏光成分のX−Y平面上への射影と一致し、図9(A)、図9(B)のZ1の位置で示すような直線偏光である。
As shown in FIG. 9C, the orientation of the polarization axis of the light beam L1 reflected by the
PS分離面23aから出射された光線がY軸方向に遅相軸をもつ1/4波長板24を透過すると、図9(A)、図9(B)のZ2の位置で示すように、楕円偏光となる。その後、遅相軸がY軸に対し45度X軸側に傾いた位相差板25を2回透過する。位相差板25を2回透過した後は、図9(A)、図9(B)上のZ3の位置で示すような、楕円偏光に変換される。なお、位相差板25は反射型画像変調素子26で反射することにより往復2回透過するが、図9(A)及び図9(B)では一つにまとめて記載した。
When the light beam emitted from the
位相差板25を2回透過した光線は、遅相軸がY軸方向の1/4波長板24をもう一度透過する。1/4波長板24を再度透過した後の光線は、図9(A)、図9(B)上のZ4の位置で示すような、直線偏光に変換される。つまり、PS分離面23aに再度入射する光線L1の偏光軸の方位は、図9(C)に示すように、Y軸に対してX軸側にθ1Final分傾いた方向である。
The light beam that has passed through the
すなわち、1/4波長板24及び位相差板25を設けることによって、偏光軸がθ1Initialの角度でPBS23から出射された光が、偏光軸がθ1Finalに変換されてPBS23に再入射される。
That is, by providing the ¼
ここで、θ1Initial<θ1Final の関係が成立している(図9(C)参照。)。また、|θ1Final − θ1Initial|は、1度目の位相差板25への入射位置(Z2)から、2度目の位相差板25の出射位置(Z3)までの過程で生じる位相差によって決まる。ここでの位相差が大きければ|θ1Final − θ1Initial|は大きくなり、位相差がなければθ1Final = θ1Initial、つまり、Y軸方向に対して対称な偏光方向となる。
Here, the relationship θ1 Initial <θ1 Final is established (see FIG. 9C). Further, | θ1 Final −θ1 Initial | is determined by the phase difference generated in the process from the incident position (Z2) to the
図10(A)、(B)、(C)に、図9と同様に、光線L2(方位角φ=135度)の各位置での偏光状態の変化を図示し、図11(A)、(B)、(C)に、光線L3(方位角φ=225度)の各位置での偏光状態の変化を図示し、図12(A)、(B)、(C)に、光線L4(方位角φ=315度)の各位置での偏光状態の変化を図示する。 10A, 10B, and 10C illustrate changes in the polarization state at each position of the light beam L2 (azimuth angle φ = 135 degrees), as in FIG. 9, and FIGS. FIGS. 12B and 12C illustrate changes in the polarization state at each position of the light beam L3 (azimuth angle φ = 225 degrees). FIGS. 12A, 12B, and 12C illustrate the light beam L4 ( The change of the polarization state at each position of the azimuth angle (φ = 315 degrees) is illustrated.
図9〜図12に示した偏光状態の変化をまとめると、PBS23と反射型画像変調素子26との間に、垂直入射に対する遅相軸がY軸方向の1/4波長板24と、光学軸がZ方向でno<ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)を示す位相差板25を設置することにより、1度目のPBS23の反射後と2度目のPBS23の入射前での直線偏光の状態が、L1からL4のすべての光線に対して、Y軸を対称に反対方向に変化している。また、その変化量は、1度目のPBS23の反射後の偏光軸のX−Y平面への射影成分をそれぞれ、θ1Initial、θ2Initial、θ3Initial、θ4Initialとし、再度PBS23に入射する直前の偏光軸のX−Y平面への射影成分をそれぞれ、θ1Final、θ2Final、θ3Final、θ4Finalとすると以下のような関係が成立する(図9(C),図10(C),図11(C),図12(C)参照。)。
θ1Initial < θ1Final
θ2Initial > θ2Final
θ3Initial > θ3Final
θ4Initial < θ4Final
To summarize the changes in the polarization state shown in FIGS. 9 to 12, between the
θ1 Initial <θ1 Final
θ2 Initial > θ2 Final
θ3 Initial > θ3 Final
θ4 Initial <θ4 Final
このような最初にPBS23で反射したときの偏光方向と再度PBS23に再入射したときの偏光方向の変化の様子は、図7に示した2回目のPBS23入射時のS偏光状態と一致している。よって、位相差板25に対し適切な位相差を設定することによって、光線の偏光方向とPBS23再入射の際のS偏光成分がより近づくことになる。
The state of the change in the polarization direction when first reflected by the
以上のように1/4波長板24及び位相差板25を設けることによって、黒を表示する際にスクリーンに漏れてしまう光が減少するため、コントラストの高く、高品位な画像を実現できる。
By providing the
つぎに、位相差板25の位相差について検討する。
Next, the phase difference of the
図13は、位相差板25のΔn×dとコントラスト比の相対値との関係を示したものである。図13には、PBS23の屈折率、1/4波長板の屈折率、位相差板の屈折率を現実的な範囲で色々と変化させて得られた複数のコントラスト比の変化を記載している。ここで、Δnは位相差板25の光学軸に垂直に入射する光線に対する屈折率差を表しており、dは位相差板25のZ軸方向の厚さを表している。また、光の波長は550nmとした。この図13に示すように、各条件を変化させた場合であっても、位相差板25の位相差(Δn×d)が、140nm付近を中心とした±50nmの範囲のときに、コントラストが最大となる値があることが分かる。
FIG. 13 shows the relationship between Δn × d of the
コントラストが最大のときに最も高品位な画像を投影できることから、位相差板25の光学軸に垂直に入射する光に対する屈折率差をΔn、位相差板の厚さ(Z軸方向の距離)をdとした場合、位相差板25のΔn×dを、0.16×λ < Δn×d <0.35×λの範囲に設定することが望ましいことがわかる。ここで、λはこの位相差板25に入射する光の波長を表わしている。
Since the highest quality image can be projected when the contrast is maximum, the refractive index difference with respect to the light incident perpendicularly to the optical axis of the
更に具体例をあげると、PBS23の屈折率を約1.84、1/4波長板24の屈折率を約1.62とし、位相差板25の屈折率nを1.55、Δnを0.0092、波長を550nm程度とした場合、位相差板の厚みdが14.5μm程度の時にコントラストが最大になる。
More specifically, the refractive index of the
もっとも、位相差板25の厚みdをどの程度にするかは、PBS23の屈折率、光束の波長などで異なる。定性的には、同じΔnを有する位相差板25の場合、PBS23の屈折率が小さく、また、波長が長い程、最適な位相差板の厚みdは大きくなる。
However, how much the thickness d of the
なお、第1の実施の形態の反射型プロジェクタ10では、PBS23、1/4波長板24、位相差板25が、分離して配置されている。しかし、分離して配置せずにこれらのいずれかの組み合わせ又は全てを光学的に一体化してもよい。光学的に一体化することにより、表面反射が少なくなり、さらにコントラストの向上を図ることができる。また、1/4波長板24及び位相差板25の並びも、1/4波長板24と位相差板25とが入れ替わっても良い。例えば、PBS23と1/4波長板24とを光学的に一体化してもよいし、PBS23と位相差板25とを光学的に一体化してもよい。また、1/4波長板24と位相差板25とを光学的に一体化してもよいし、PBS23と1/4波長板24と位相差板25との全てを光学的に一体化してもよい。
In the
第2の実施形態
つぎに、第2の実施の形態の反射型プロジェクタについて説明をする。
Second Embodiment Next, a reflective projector according to a second embodiment will be described.
第2の実施の形態の反射型プロジェクタは、図1に示した第1の実施の形態の反射型プロジェクタ10の偏光光学系18(R用偏光光学系18−R、G用偏光光学系18−G、B用偏光光学系18−B)が、他の構成の偏光光学系30に置き換わったものである。偏光光学系30以外の構成については、図1に示した反射型プロジェクタ10と同一である。以下、第2の実施の形態の反射型プロジェクタの説明をするにあたり、偏光光学系30についてのみ説明をし、その他の構成について詳細な説明を省略する。
The reflective projector according to the second embodiment includes a polarizing optical system 18 (R polarizing optical system 18-R, G polarizing optical system 18-) of the
また、偏光光学系30の説明をするにあたり、第1の実施の形態の偏光光学系18で用いられた部材と同一の構成の部材については、図面中に同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。
In the description of the polarizing
また、第1の実施の形態と同様に、第2の実施の形態でも、X軸,Y軸,Z軸により表された座標軸を用いて3次元空間の位置や方向を規定して、構成部材の説明を行う。同様に、直線偏光子22を通過してPS分離面23aで反射した光線とZ軸とのなす角(極角)をΘ、直線偏光子22を通過してPS分離面23aで反射した光線のX−Y平面への射影とX軸とのなす角(方位角)をΦとする。
Similarly to the first embodiment, in the second embodiment, the position and direction of the three-dimensional space are defined by using the coordinate axes represented by the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the constituent members Will be explained. Similarly, the angle (polar angle) between the light beam that has passed through the
なお、以下の説明をするにあたり、特別に言及しない限り反射型画像変調素子26は複屈折がない若しくは非常に小さいものとする。
In the following description, it is assumed that the reflective
(偏光光学系30の構成)
図14は、偏光光学系30内の構成を示す図である。
(Configuration of polarization optical system 30)
FIG. 14 is a diagram showing a configuration in the polarization
偏光光学系30は、図14に示すように、フィールドレンズ21と、直線偏光子22と、偏光ビームスプリッター(PBS)23、1/4波長板31と、位相差板32と、反射型画像変調素子26とを備えている。
As shown in FIG. 14, the polarization
1/4波長板31は、光を透過する際に、互いに垂直な方向に振動する偏光の位相差を、1/4波長分変化させる光学素子である。1/4波長板31は、フィールドレンズ21及び直線偏光子22を通過してPS分離面23aを反射した光が入射される位置に、X−Y平面に平行に配置されている(つまり、1/4波長板31は、その光軸がZ軸に平行となるように設けられている。)。また、1/4波長板31は、光学軸がX軸に平行となるように配置されている。
The quarter-
位相差板32は、光を透過する際に、その光の位相を、入射方向と光学軸との角度に応じて変化させる光学素子である。位相差板32は、光学軸に対して平行に入射された光に対しては、位相を変化させない。位相差板32は、フィールドレンズ21及び直線偏光子22を通過してPS分離面23aを反射した光が入射される位置に、X−Y平面に平行に配置されている(つまり、位相差板32は、その光軸がZ軸に平行となるように設けられている。)。
The
位相差板32は、光学軸がZ軸に平行となるように配置されている。また、位相差板32は、常光線に対する屈折率noとし、異常光線に対する屈折率neとしたときに、no>neの関係となっているものとする。従って、位相差板32は、Z軸に平行に入射する光線に対しては位相差を生じさず、Z軸に対して角度を有する光線が入射した場合、その入射角度に応じで位相差を生じさせる。
The
フィールドレンズ21及び直線偏光子22を通過してPS分離面23aを反射した光は、1/4波長板31及び位相差板32を通過した後、反射型画像変調素子26に照射される。
The light that has passed through the
以上のような光学構成からなる偏光光学系30の光の通過経路は、次の通りになる。
The light passing path of the polarizing
偏光光学系30には、X軸と平行な方向から入射される。
The light enters the polarizing
入射光は、フィールドレンズ21により発散光束とされ、続いて、直線偏光子22を通過し、PS分離面23aに照射される。PS分離面23aには、直線偏光子22により直線偏光とされ、ほぼS偏光として入射される。PS分離面23aでは、S偏光として入射された光を反射する。PS分離面23aで反射されたS偏光は、1/4波長板31及び位相差板32を通過して、反射型画像変調素子26に照射される。
Incident light is made into a divergent light beam by the
反射型画像変調素子26は、入射されたS偏光に対して、画像信号レベルに応じた偏光方向に対する空間変調を行う。
The reflective
反射型画像変調素子26から反射された光は、位相差板32及び1/4波長板31を通過して、PS分離面23aに再度入射される。PS分離面23aは、再度入射された光のP偏光の成分を透過し、S偏光の成分を反射する。そして、偏光光学系30は、反射型画像変調素子26から反射された後にPBS23を透過した光(P偏光)を、色合成プリズム19に対して出射する。
The light reflected from the reflective
以上のように偏光光学系30では、画像の明るい部分(白部分)では、反射型画像変調素子26が入射光(S偏光)をP偏光に変換して反射し、PBS23に再度入射してそのまま透過し、色合成プリズム19及び投影レンズを介してスクリーン上に像を形成する。一方、画像の暗い部分(黒部分)では、反射型画像変調素子26が入射光(S偏光)をS偏光のままPBS23に再度入射して反射し、もとの光路に戻ることになる。
As described above, in the polarization
(1/4波長板31及び位相差板32)
1/4波長板31及び位相差板32は、第1の実施の形態の1/4波長板24及び位相差板25と同様に、投影される映像のコントラストを向上するために設けられているものである。以下、1/4波長板31及び位相差板32について説明をする。
(1/4
The
画像劣化を起こさないようにするためには、1度目のPBS23の反射によって決まる光線の偏光状態を変化させ、2度目の入射の際の偏光状態を、PS分離面23aに対するS偏光成分と一致させる、もしくは近づければよい。
In order to prevent image deterioration, the polarization state of the light beam determined by the first reflection of the
そのため、反射型プロジェクタの偏光光学系30では、PBS23と反射型画像変調素子26との間に、X軸方向に光学軸を有する1/4波長板31と、Z軸方向に光学軸を有するno>ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)となる位相差板32とを設けて、コントラストが低下することを改善している。
Therefore, in the polarizing
以下に、1/4波長板31及び位相差板32を設けた構成による偏光状態の変化を、L1(Φ=45度)の光線について説明する。
Hereinafter, the change in the polarization state by the configuration in which the
図15(A)は、光線L1(Φ=45度)における、1/4波長板31の1度目の入射前の位置(Z1)→1/4波長板31の1度目の透過後の位置(Z2)→1/4波長板31の2度目の入射前の位置(Z3)→1/4波長板31の2度目の透過後の位置(Z4)の各位置での偏光状態の変化を図示したものである。
15A shows a position (Z1) before the first incidence of the
図15(B)は、図15(A)の偏光状態の遷移をポアンカレ球で表したときの一部分を平面展開したものであり、図15(A)と同様に光線L1(方位角Φ=45度)の偏光方向の変化を示している。 FIG. 15B is a plan view of a part of the transition of the polarization state of FIG. 15A represented by a Poincare sphere. Similar to FIG. 15A, the light beam L1 (azimuth angle Φ = 45) is obtained. (Degree) polarization direction change.
PS分離面23aで反射した光線L1の偏光軸の方位は、図15(C)に示すように、Y軸に対して−X軸側にθ1Initial分傾いた方向である。この偏光の状態は、PS分離面23aに対するS偏光成分のX−Y平面上への射影と一致し、図15(A)、図15(B)のZ1の位置で示すような直線偏光である。
As shown in FIG. 15C, the orientation of the polarization axis of the light beam L1 reflected by the
PS分離面23aから出射された光線がX軸方向に遅相軸をもつ1/4波長板31を透過すると、図15(A)、図15(B)のZ2の位置で示すように、楕円偏光となる。その後、遅相軸がY軸に対し45度−X軸側に傾いた位相差板32を2回透過する。位相差板32を2回透過した後は、図15(A)、図15(B)上のZ3の位置で示すような、楕円偏光に変換される。
When the light beam emitted from the
位相差板32を2回透過した光線は、遅相軸がY軸方向の1/4波長板31をもう一度透過する。1/4波長板31を再度透過した後の光線は、図15(A)、図15(B)上のZ4の位置で示すような、直線偏光に変換される。つまり、PS分離面23aに再度入射する光線L1の偏光軸の方位は、図15(C)に示すように、Y軸に対してX軸側にθ1Final分傾いた方向である。
The light beam that has passed through the
すなわち、1/4波長板31及び位相差板32を設けることによって、偏光軸がθ1Initialの角度でPBS23から出射された光が、偏光軸がθ1Finalに変換されてPBS23に再入射される。
That is, by providing the
ここで、θ1Initial<θ1Final の関係が成立している(図15(C)参照。)。また、|θ1Final − θ1Initial|は、1度目の位相差板32への入射位置(Z2)から、2度目の位相差板32の出射位置(Z3)までの過程で生じる位相差によって決まる。ここでの位相差が大きければ|θ1Final − θ1Initial|は大きくなり、位相差がなければθ1Final = θ1Initial、つまり、Y軸方向に対して対称な偏光方向となる。
Here, the relationship θ1 Initial <θ1 Final is established (see FIG. 15C). Further, | θ1 Final −θ1 Initial | is determined by the phase difference generated in the process from the incident position (Z2) to the
同様に、光線L2(方位角φ=135度)の各位置での偏光状態、光線L3(方位角φ=225度)の各位置での偏光状態の変化、光線L4(方位角φ=315度)の各位置での偏光状態の変化を考えると、PBS23と反射型画像変調素子26との間に、垂直入射に対する遅相軸がX軸方向の1/4波長板31と、光学軸がZ方向でno>ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)を示す位相差板32を設置することにより、1度目のPBS23の反射後と2度目のPBS23の入射前での直線偏光の状態が、L1からL4のすべての光線に対して、Y軸を対称に反対方向に変化する。その変化量は、1度目のPBS23の反射後の偏光軸のX−Y平面への射影成分をそれぞれ、θ1Initial、θ2Initial、θ3Initial、θ4Initialとし、再度PBS23に入射する直前の偏光軸のX−Y平面への射影成分をそれぞれ、θ1Final、θ2Final、θ3Final、θ4Finalとすると、第1の実施の形態と同様に、以下のような関係が成立する。
θ1Initial < θ1Final
θ2Initial > θ2Final
θ3Initial > θ3Final
θ4Initial < θ4Final
Similarly, the polarization state at each position of the light beam L2 (azimuth angle φ = 135 degrees), the change in the polarization state at each position of the light beam L3 (azimuth angle φ = 225 degrees), and the light beam L4 (azimuth angle φ = 315 degrees). ), The quarter-
θ1 Initial <θ1 Final
θ2 Initial > θ2 Final
θ3 Initial > θ3 Final
θ4 Initial <θ4 Final
このような最初にPBS23で反射したときの偏光方向と再度PBS23に再入射したときの偏光方向の変化の様子は、図7に示した2回目のPBS23入射時のS偏光状態と一致している。よって、位相差板32に対し適切な位相差を設定することによって、光線の偏光方向とPBS23再入射の際のS偏光成分がより近づくことになる。
The state of the change in the polarization direction when it is first reflected by the
以上のように1/4波長板31及び位相差板32を設けることによって、黒を表示する際にスクリーンに漏れてしまう光が減少するため、コントラストの高く、高品位な画像を実現できる。
By providing the quarter-
つぎに、位相差板32に対して設定する位相差について検討する。
Next, the phase difference set for the
第2の実施の形態の反射型プロジェクタにおいて、位相差板32のΔn×dとコントラスト比の相対値との関係は、図13に示した第1の実施の形態の関係と同様になる。
In the reflective projector of the second embodiment, the relationship between Δn × d of the
従って、光の波長は550nmとしたときには、各条件を変化させた場合であっても、位相差板32の位相差(Δn×d)が、140nm付近を中心とした±50nmの範囲のときに、コントラストが最大となる値がある。このことから、位相差板32の光学軸に垂直に入射する光に対する屈折率差をΔn、位相差板の厚さ(Z軸方向の距離)をdとした場合、位相差板32は、0.16×λ < Δn×d <0.35×λの範囲であることが望ましい。ここで、λはこの位相差板32に入射する光の波長を表わしている。
Accordingly, when the light wavelength is 550 nm, even when each condition is changed, the phase difference (Δn × d) of the
なお、位相差板32の厚みdをどの程度にするかは、PBS23の屈折率、光束の波長などで異なる。定性的には、同じΔnを有する位相差板32の場合、PBS23の屈折率が小さく、また、波長が長い程、最適な位相差板の厚みdは大きくなる。
Note that the thickness d of the
また、PBS23、1/4波長板31、位相差板32が分離して配置されているが、これらのいずれかの組み合わせ又は全てを光学的に一体化してもよいのは第1の実施の形態と同様である。また、1/4波長板31及び位相差板32の並びも、1/4波長板31と位相差板32とが入れ替わっても良い。
Further, the
第3の実施形態
つぎに、第3の実施形態の反射型プロジェクタについて説明をする。
Third Embodiment Next, a reflective projector according to a third embodiment will be described.
なお、第3の実施の形態の反射型プロジェクタを説明するにあたり、第1の実施の形態又は第2の実施の形態で用いられた部材と同一の構成の部材については、図面中に同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。 In describing the reflective projector according to the third embodiment, members having the same configurations as those used in the first embodiment or the second embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings. The detailed description is omitted.
また、第1の実施の形態と同様に、第3の実施の形態でも、X軸,Y軸,Z軸により表された座標軸を用いて3次元空間の位置や方向を規定して、構成部材の説明を行う。 Similarly to the first embodiment, in the third embodiment, the position and direction of the three-dimensional space are defined using the coordinate axes represented by the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the constituent members Will be explained.
(全体構成)
図16に、本発明が適用された反射型プロジェクタ40の構成を示した模式図を示す。
(overall structure)
FIG. 16 is a schematic diagram showing the configuration of a
反射型プロジェクタ40は、ランプ11と、インテグレーターレンズ12と、PS変換素子13と、コンデンサレンズ14と、フィールドレンズ41と、直線偏光子42と、特定波長帯域偏光変換素子43と、偏光ビームスプリッター(PBS)44と、R用光変調光学系45−Rと、G,B用光変調光学系45−G,Bと、合成光学系46と、投影レンズ20とを備えている。
The
ランプ11から出射した白色光の光束は、一対のインテグレーターレンズ12に入射する。インテグレーターレンズ12を透過した光束は、PS変換素子13に入射する。PS変換素子13を透過した光束は、コンデンサレンズ14を透過して、フィールドレンズ41に入射される。
The white light beam emitted from the lamp 11 is incident on the pair of
フィールドレンズ41には、コンデンサレンズ14から出射された光束が入射される。フィールドレンズ41は、光軸がX軸に平行となるように配置されている。フィールドレンズ41は、入射された光束を発散発束にし、直線偏光子42に対して照射する。
A light beam emitted from the
直線偏光子42は、平板の形状をした素子であり、入射された光束のうち一方向の偏光のみを出射するデバイスである。直線偏光子22は、PBS44に対してS偏光となる一方向の偏光を透過し、その他の偏光を透過する。直線偏光子42は、反射型の偏光子や、ある一方向の偏光を透過し、その他の偏光を吸収する吸収型の偏光子が用いられる。また、反射型の偏光子として、例えば、MOXTEK社により実用化されているワイヤーグリッドポラライザー等を用いても良い。
The
直線偏光子42を透過した光束は、特定波長帯域偏光変換素子43に入射される。
The light beam transmitted through the
特定波長帯域偏光変換素子43は、緑色、青色波長帯域の光に対しては何の作用もせず、赤色波長帯域の偏光軸を90度回転させる。特定波長帯域偏光変換素子43を透過した光束は、PBS44に入射する。
The specific wavelength band
PBS44は、S偏光を反射し、P偏光を透過する偏分離面(分離面)44aを有する偏光光分離素子である。PS分離面44aは、Z−X平面に対して垂直に配置され、且つ、Y軸とZ軸とでなす平面(X軸に垂直な平面、以下、Y−Z平面という。)に対して45°の角度に傾いている。
The
PS分離面44aには、特定波長帯域偏光変換素子43を通過した光が入射される。PS分離面44aは、直線偏光子42から透過された一方向の偏光をS偏光とするように配置がされている。特定波長帯域偏光変換素子43を通過した光は、赤色波長帯域のみの光の偏光方向が90度回転している。従って、PBS44は、緑色、青色の光束(S偏光)は反射し、赤色の光束(P偏光)は透過する。
Light that has passed through the specific wavelength band
PBS44で反射した青色,緑色波長帯域の光束(S偏光)は、G,B用光変調光学系45−G,Bに入射される。また、PBS44で透過した赤色波長帯域の光束(P偏光)は、R用光変調光学系45−Rに入射される。
The blue and green light fluxes (S-polarized light) reflected by the
G,B用光変調光学系45−G,Bは、1/4波長板47と、位相差板48と、青,緑用反射型画像変調素子49とを備えている。
The G and B light modulation optical systems 45 -G and B include a quarter-
PBS44で反射した青色,緑色波長帯域の光束は、1/4波長板47及び位相差板48を透過し、青,緑用反射型画像変調素子49に入射する。青,緑用反射型画像変調素子49は、映像信号のうちの青(B)及び緑(G)信号の合成信号が入力される。青,緑用反射型画像変調素子49は、入力された合成信号に応じて、入射されたS偏光を空間変調する。具体的には、映像信号に応じて入射光(S偏光)を空間変調した結果、画像の明るい部分(白部分)では、S偏光の光がP偏光に変換されて反射され、画像の暗い部分(黒部分)ではS偏光の光がS偏光のまま反射する。青,緑用反射型画像変調素子49から反射された光は、位相差板48及び1/4波長板47を通過して、PS分離面44aに再度入射される。PS分離面44aは、再度入射された光のP偏光の成分を透過し、S偏光の成分を反射する。
The blue and green light fluxes reflected by the
R用光変調光学系45−Rは、1/4波長板50と、位相差板51と、赤用反射型画像変調素子52とを備えている。
The R light modulation optical system 45 -R includes a ¼
PBS44で透過した赤色波長帯域の光束は、1/4波長板50及び位相差板51を透過し、赤用反射型画像変調素子52に入射する。赤用反射型画像変調素子52は、映像信号のうちの赤(R)信号が入力される。赤用反射型画像変調素子52は、入力された赤(R)信号に応じて、入射されたP偏光を空間変調する。具体的には、映像信号に応じて入射光(P偏光)を空間変調した結果、画像の明るい部分(白部分)では、P偏光の光がS偏光に変換されて反射され、画像の暗い部分(黒部分)ではP偏光の光がP偏光のまま反射する。赤用反射型画像変調素子52から反射された光は、位相差板51及び1/4波長板50を通過して、PS分離面44aに再度入射される。PS分離面44aは、再度入射された光のS偏光の成分を反射し、P偏光の成分を透過する。
The light beam in the red wavelength band transmitted through the
G,B用光変調光学系45−G,Bから出射されてPBS44を透過した青色及び緑色帯域の光束、及び、R用光変調光学系45−Rから出射されてPBS44を反射した赤色波長帯域の光束は、合成光学系46に入射される。
Blue and green light fluxes emitted from the G and B light modulation optical systems 45-G and B and transmitted through the
合成光学系46は、光学補償板53と、特定波長帯域偏光変換素子54と、直線偏光子55とを備えている。合成光学系46に入射された光束は、光学補償板53、特定波長帯域偏光変換素子54及び直線偏光子55を順番に透過する。光学補償板53は、緑色、青色波長帯域の光束の偏光軸を直線偏光子55の透過軸にそろえ、赤色波長帯域の光束の偏光軸を直線偏光子55の吸収軸にそろえる。特定波長帯域偏光変換素子54は緑色、青色波長帯域の光に対しては何の作用もせず、赤色波長帯域の偏光軸を90度回転させる。光学補償板53及び特定波長帯域偏光変換素子54の作用により、直線偏光子55を透過する光束の偏光軸が透過軸に合わせられる。
The combining
そして、直線偏光子55を透過した光束は、投影レンズ20を透過し、映像をスクリーン上(図示していない)に結像する。
The light beam that has passed through the
ここで、反射型プロジェクタ40では、フィールドレンズ41、直線偏光子42、PBS44、1/4波長板47、位相差板48、並びに、青,緑用反射型画像変調素子49の配置関係が、図2に示す第1の実施の形態のフィールドレンズ21、直線偏光子22、PBS23、1/4波長板24、位相差板25、並びに、反射型画像変調素子26の配置関係と同一となっているか、又は、図14に示す第2の実施の形態のフィールドレンズ21、直線偏光子22、PBS23、1/4波長板31、位相差板32、並びに、反射型画像変調素子46の配置関係と同一となっている
このため、反射型プロジェクタ40では、PBS44を反射して再入射させる位置に存在する光学系により生成される投影映像のコントラストを向上させることができる。
Here, in the
さらに、反射型プロジェクタ40では、PBS44を透過して再入射させる位置に存在する1/4波長板50,位相差板51,反射型画像変調素子52により構成された光学系(以下、PBS透過側光学系ともいう。)により生成される投影映像のコントラストを向上させている。
Further, in the
(PBS透過側光学系)
以下、PBS透過側光学系について説明をする。
(PBS transmission side optical system)
Hereinafter, the PBS transmission side optical system will be described.
なお、以下のPBS透過側光学系についての説明では、PBS44で透過した光線とX軸とのなす角(極角)をΘ、PBSで透過した光線のY−Z平面への射影とZ軸とのなす角(方位角)をΦとする。
In the following description of the PBS transmission side optical system, the angle (polar angle) formed between the light beam transmitted through the
まず始めに、PBS透過側光学系の部分について、1/4波長板50と位相差板51がない状態で、黒色(暗状態)を表示する場合を考える。1/4波長板50と位相差板51がない状態で黒色(暗状態)を表示する場合、PBS44に入射した光束のうちP偏光成分は、PBS44を透過して、反射型画像変調素子52へと向かう。そして、反射型画像変調素子52で反射して再度PBS44へ向かい、PBS44で再び透過することによって光源側(図16中x<0の方向)へ戻る。しかし、P偏光成分をすべて透過しS偏光成分をすべて反射する理想的なPBS44であっても、投影レンズ側(Z<0)方向へ反射してしまう成分がある。この反射成分は、コントラストを低下させてしまう。
First, consider a case where black (dark state) is displayed in the PBS transmission side optical system portion without the
図17(A)は、光線L5の光路(P偏光)を模式的に示したものである。図17(B)は、図17(A)のPBS44と入射光のP偏光成分をY−Z平面上に射影したものを模式的に示したものである。
FIG. 17A schematically shows an optical path (P-polarized light) of the light beam L5. FIG. 17B schematically shows a projection of the
図17に示すように、光軸に対して平行でない光が入射された場合、PBS44への1度目の入射時と2度目の入射時では、PS分離面44aに対するP偏光方向が異なる。
As shown in FIG. 17, when light that is not parallel to the optical axis is incident, the P-polarization direction with respect to the
図18は、PBS透過側光学系の部分のみを抽出したときにおいて、そのときのPS分離面44aに対するS偏光の角度成分をY−Z平面へ射影したものを光線L5〜光線L6について示している。図18(A)はL5(Φ=45度)を示し、図18(B) はL6(Φ=135度)を示し、図18(C)はL7(Φ=225度)を示し、図18(D)は L8(Φ=315度)を示している。図18中のθsiFirst (i=5,6,7,8)は、L5〜L8のそれぞれの光線について、1度目にPBS44に入射する際のP偏光成分のY−Z平面への射影とZ軸との間の角度を表している。図17中のθsiSecond (i=5,6,7,8)は、L5〜L8のそれぞれの光線について、反射型画像変調素子52で反射した後にPBS44に再入射した際のP偏光成分のY−Z平面への射影とZ軸との間の角度を表している。
FIG. 18 shows light rays L5 to L6 that are obtained by projecting the S-polarized angle component with respect to the
図18に示すように、PBS44への1度目の入射時と2度目の入射時でP偏光の角度成分が変化し、Z軸に対して逆向きを示すことになる。また、光線の方位角Φによって、θsiFirst (i=5,6,7,8)とθsiSecond (i=5,6,7,8)との大小関係は異なり、L5〜L8のそれぞれの光線に対し、
θS5First<θS5Second (Φ= 45度)
θS6First>θS6Second (Φ=135度)
θS7First>θS7Second (Φ=225度)
θs8First<θs8Second (Φ=315度)
As shown in FIG. 18, the angle component of the P-polarized light changes between the first incidence and the second incidence on the
θ S 6 First > θ S 6 Second (Φ = 135 degrees)
θ S 7 First > θ S 7 Second (Φ = 225 degrees)
θ s 8 First <θ s 8 Second (Φ = 315 degrees)
PBS44に入射(1度目)すると入射光のP偏光成分が透過し、その後光線は反射型画像変調素子26で反射し、再度PBS44に入射(2度目)する。この際、図18で示したようにPBS44に1度目に入射したときと、2度目に入射したときではP偏光成分の方向が異なるため、2度目のPBS44への入射の際はS偏光成分が生じ、その光線は投影レンズ(Z<0)の方向に反射してしまう。以上に示す現象は、L5〜L8で示す方位角の光線だけではなく、Φ=0,180度方向以外のすべての光線に当てはまる。
When entering the PBS 44 (first time), the P-polarized component of the incident light is transmitted, and then the light beam is reflected by the reflective
以上がPBS透過側光学系でコントラストを低下させている原因である。 This is the reason why the contrast is lowered in the PBS transmission side optical system.
以上に示した要因による画像劣化を起こさないようにするためには、1度目のPBS44の透過によって決まる光線の偏光状態を変化させ、2度目の入射の際の偏光状態を、PS分離面44aに対するP偏光成分と一致させる、もしくは近づければよい。
In order to prevent image degradation due to the above-described factors, the polarization state of the light beam determined by the first transmission through the
そのため、反射型プロジェクタ40の偏光光学系18では、図19に示すように、PBS44と反射型画像変調素子52との間に、Y軸方向に光学軸を有する1/4波長板50と、X軸方向に光学軸を有するno<ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)となる位相差板51とを設けて、コントラストが低下することを改善している。
Therefore, in the polarization
以下に、1/4波長板50及び位相差板51を設けた構成による偏光状態の変化を、L5〜L8の光線について説明する。
Hereinafter, the change in the polarization state by the configuration in which the
図20(A)、(B)、(C)に、図9と同様に、光線L5(方位角φ=45度)の各位置での偏光状態の変化を図示し、図21(A)、(B)、(C)に、光線L6(方位角φ=135度)の各位置での偏光状態の変化を図示し、図22(A)、(B)、(C)に、光線L7(方位角φ=225度)の各位置(X1,X2,X3,X4)での偏光状態の変化を図示し、図23(A)、(B)、(C)に、光線L8(方位角φ=315度)の各位置での偏光状態の変化を図示する。 20A, 20B, and 20C illustrate changes in the polarization state at each position of the light beam L5 (azimuth angle φ = 45 degrees), as in FIG. 9, and FIGS. FIGS. 22B and 22C illustrate changes in the polarization state at each position of the light beam L6 (azimuth angle φ = 135 degrees). FIGS. 22A, 22B, and 22C illustrate the light beam L7 ( The change of the polarization state at each position (X1, X2, X3, X4) at the azimuth angle φ = 225 degrees is illustrated. FIGS. 23A, 23B, and 23C show the light beam L8 (azimuth angle φ). (= 315 degrees) illustrates the change in polarization state at each position.
図20〜図23に示した偏光状態の変化をまとめると、PBS44と反射型画像変調素子52との間に、垂直入射に対する遅相軸がY軸方向の1/4波長板50と、光学軸がX方向でno<ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)を示す位相差板51を設置することにより、1度目のPBS44の反射後と2度目のPBS44の入射前での直線偏光の状態が、L5からL8のすべての光線に対して、Z軸を対称に反対方向に変化している。また、その変化量は、1度目のPBS44の反射後の偏光軸のY−Z平面への射影成分をそれぞれ、θ1Initial、θ2Initial、θ3Initial、θ4Initialとし、再度PBS44に入射する直前の偏光軸のY−Z平面への射影成分をそれぞれ、θ1Final、θ2Final、θ3Final、θ4Finalとすると以下のような関係が成立する(図20(C),図21(C),図22(C),図23(C)参照。)。
θ5Initial < θ5Final
θ6Initial > θ6Final
θ7Initial > θ7Final
θ8Initial < θ8Final
20 to 23, the change of the polarization state shown in FIGS. 20 to 23 is summarized as follows. Between the
θ5 Initial <θ5 Final
θ6 Initial > θ6 Final
θ7 Initial > θ7 Final
θ8 Initial <θ8 Final
このような最初にPBS44で反射したときの偏光方向と再度PBS44に再入射したときの偏光方向の変化の様子は、図18に示した2回目のPBS44入射時のS偏光状態と一致している。よって、位相差板51に対し適切な位相差を設定することによって、光線の偏光方向とPBS44再入射の際のS偏光成分がより近づくことになる。
The state of the change in the polarization direction when first reflected by the
以上のように1/4波長板50及び位相差板51を設けることによって、黒を表示する際にスクリーンに漏れてしまう光が減少するため、コントラストの高く、高品位な画像を実現できる。
By providing the
また、1度目のPBS44の透過によって決まる光線の偏光状態を変化させ、2度目の入射の際の偏光状態を、PS分離面44aに対するP偏光成分と一致させるには、上述した第2の実施の形態と同様に、図24に示すように、PBS44と反射型画像変調素子52との間に、Z軸方向に光学軸を有する1/4波長板50と、X軸方向に光学軸を有するno>ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)となる位相差板51とを設けても、同じくコントラストが低下することができる。
Further, in order to change the polarization state of the light beam determined by the first transmission through the
つぎに、位相差板51に対して設定する位相差について検討する。
Next, the phase difference set for the
第3の実施の形態の反射型プロジェクタ40において、位相差板32のΔn×dとコントラスト比の相対値との関係を測定すると、図13に示した第1の実施の形態の関係と同様になる。
In the
従って、光の波長は550nmとしたときには、140nm付近を中心として、±50nm付近にコントラストが最大となる値がある。このことから、位相差板51の光学軸に垂直に入射する光に対する屈折率差をΔn、位相差板の厚さ(Z軸方向の距離)をdとした場合、位相差板51は、0.16×λ < Δn×d <0.35×λの範囲であることが望ましい。ここで、λはこの位相差板51に入射する光の波長を表わしている。
Therefore, when the wavelength of light is 550 nm, there is a value at which the contrast is maximum around ± 50 nm, centering around 140 nm. Therefore, when the refractive index difference with respect to the light incident perpendicularly to the optical axis of the
また、PBS44、1/4波長板50、位相差板51が分離して配置されているが、これらのいずれかの組み合わせ又は全てを光学的に一体化してもよいのは第1の実施の形態と同様である。また、1/4波長板50及び位相差板51の並びも、1/4波長板50と位相差板51とが入れ替わっても良い。
Further, the
第4の実施形態
つぎに、第4の実施形態の反射型プロジェクタについて説明をする。
Fourth Embodiment Next, a reflection type projector according to a fourth embodiment will be described.
図25(A)及び図25(B)に、第4の実施形態の液晶プロジェクタの要部の構成図を示す。 FIG. 25A and FIG. 25B are configuration diagrams of the main part of the liquid crystal projector of the fourth embodiment.
第4の実施形態の液晶プロジェクタは、図25(A)及び図25(B)に示すように、第1から第3の実施の形態の位相差板25,32,48,51と、反射型画像変調素子26,49,52との間に、TN方式の反射型液晶素子の黒表示の際の複屈折を打ち消す作用を有する光学補償板70が設けられた構成となっている。
As shown in FIGS. 25A and 25B, the liquid crystal projector of the fourth embodiment includes the
なお、第5の実施形態の液晶プロジェクタの構成要素のうち、光学補償板70を除く構成要素は、第1〜第3の実施の形態と同一であるので、それらについての詳細な説明は省略する。
Note that, among the components of the liquid crystal projector of the fifth embodiment, the components other than the
第4の実施形態では、反射型画像変調素子26,49,52としてTN方式の反射型液晶素子を用いている。
In the fourth embodiment, TN-type reflective liquid crystal elements are used as the reflective
光学補償板70は、ディスコティック液晶化合物など負の1軸性を有する位相差フィルムを用いたものであり、例えば富士フィルムのワイドービューフィルムなどを用いる。
The
反射型画像変調素子26,49,52としてTN方式の液晶を用いるとともに、ディスコティック液晶化合物とともに用いることにより、液晶で反射する際の複屈折は打ち消され、もしくは小さくなり、近似的に反射面とみなすことが可能になる。
When the TN liquid crystal is used as the reflection type
また、反射型画像変調素子26,49,52としてVA方式の反射型液晶素子を用いる場合は、液晶素子の屈折率差(複屈折楕円体の長軸と短軸の差)をΔnLC、液晶相の厚さをdLC、光学補償板70の屈折率差(複屈折楕円体の長軸と短軸の差)をΔnOC、光学補償板の厚さをdOCとするとΔnLC ・ dLC = Δnop・dOCを満たし、光学軸方向が等しい負の1軸性を有する位相差フィルムを用いればよい。このことにより、液晶で反射する際の複屈折が打ち消され、もしくは非常に小さくなり、近似的に単純な反射面とみなすことが可能となる。
When a VA-type reflective liquid crystal element is used as the reflective
以上のように、光学補償板70を用いることによって、反射型画像変調素子26,49,52の複屈折の影響に関わらず、1/4波長板24,31,47,50及び位相差板25,32,48,51のみ場合と同等の作用を示すことになる。
As described above, by using the
第5の実施形態
つぎに、第5の実施形態の反射型プロジェクタについて説明をする。
Fifth Embodiment Next, a reflective projector according to a fifth embodiment will be described.
図26(A)及び図26(B)に、第5の実施形態の液晶プロジェクタの要部の構成図を示す。 FIGS. 26A and 26B are configuration diagrams of the main part of the liquid crystal projector of the fifth embodiment.
第5の実施形態の液晶プロジェクタは、図26(A)及び図26(B)に示すように、位相差板71を備えている。
The liquid crystal projector of the fifth embodiment includes a
なお、第5の実施形態の液晶プロジェクタの構成要素のうち、位相差板71を除く構成要素は、第1の実施の形態(図1)又は第3の実施の形態の図19の位相差板24,51以外の構成と同一である。従って、第4の実施の形態については、位相差板71を除く構成要素の詳細な説明は省略する。
Of the components of the liquid crystal projector of the fifth embodiment, the components excluding the
位相差板71は、光を透過する際に、その光の位相差を、入射方向と光学軸との角度に応じて変化させる光学素子である。位相差板71は、光学軸に対して平行に入射された光に対しては、位相差を生じさせない。位相差板71は、PBS23を反射して1/4波長板24を通過した光、又は、PBS44を透過して1/4波長板50を通過した光が、垂直に入射される位置に設けられている。また、位相差板71は、常光線に対する屈折率noとし、異常光線に対する屈折率neとしたときに、no>neの関係となっているものとする。
The
ここで、第5の実施形態の液晶プロジェクタでは、反射型画像変調素子26,52としてVA方式の反射型液晶素子を用いている。VA方式の反射型偏光素子は、ガラス基板の法線に対する配向方向をあらわすプレチルト角は比較的小さく、例えば、10度以下である。
Here, in the liquid crystal projector of the fifth embodiment, VA reflection type liquid crystal elements are used as the reflection type
一般に垂直配向の液晶の場合、液晶の配向方向に対し角度を持った光束が入射する際には、複屈折が生じる。これを防ぐための方法として、第4の実施形態に示したように光軸方向が等しい、負の1軸性をもつ位相差板(図25光学補償板70)を用いることが考えられる。その場合、位相差板の材料としては、サファイヤ結晶、ディスコティック液晶、光学フィルムなどが使われる。そして、液晶素子の光学軸に垂直に入射する光に対する常光と異常光の屈折率差をΔnLC、液晶相の厚さをdLC、光学補償板70の光学軸に垂直に入射する光に対する常光と異常光の屈折率差をΔnOC、光学補償板70の厚さをdOCとすると、ΔnLC ・ dLC = Δnop・dOCとすれば、反射型液晶素子の複屈折の影響を防ぐことができる。
In general, in the case of a vertically aligned liquid crystal, birefringence occurs when a light beam having an angle with respect to the alignment direction of the liquid crystal is incident. As a method for preventing this, as shown in the fourth embodiment, it is conceivable to use a phase difference plate (
これに対して、第5の実施形態では、図27(A)に示すように、ΔnLC ・ dLC > Δnop・dOC となり、no>ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)となる位相差板71を設置する。
On the other hand, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 27A, Δn LC · d LC > Δn op · d OC and no> ne (no: refractive index with respect to ordinary light, ne: abnormal A
これにより、PBS23と反射型画像変調素子26との間では、図27(B)に示すように、光学軸をY軸方向にもつ1/4波長板24と、光学軸をZ軸方向にもち、no<neとなる位相差板25がある場合(第1の実施の形態と同じ構成)とほぼ同等の作用を示すことになる。
As a result, between the
また、PBS44と反射型画像変調素子52との間では、図27(B)に示すように、光学軸をY軸方向にもつ1/4波長板50と、光学軸をX軸方向にもち、no<neとなる位相差板51(第3の実施の形態の図19と同じ構成)がある場合とほぼ同等の作用を示すことになる。
Further, between the
なお、第1の実施の形態等で説明したように、位相差板25,51は、
0.16λ < Δn×d <0.35λ
の関係を満たすことが好ましい。ここで、Δnは位相差板25,51の光学軸に垂直に入射する光に対する屈折率差、dは位相差板25,51の厚さ(Z軸方向、もしくはX軸方向の距離)である。
As described in the first embodiment, the
0.16λ <Δn × d <0.35λ
It is preferable to satisfy the relationship. Here, Δn is a refractive index difference with respect to light incident perpendicularly to the optical axes of the
このことから、第5の実施形態においては、位相差板71と反射形液晶素子26、52とは、
0.16λ < ΔnLC・dLC−Δnop・dOC <0.35λ
を満たすことが好ましい。
Therefore, in the fifth embodiment, the
0.16λ <Δn LC · d LC −Δn op · d OC <0.35λ
It is preferable to satisfy.
第6の実施形態
つぎに、第6の実施形態の反射型プロジェクタについて説明をする。
Sixth Embodiment Next, a reflective projector according to a sixth embodiment will be described.
図28(A)及び図28(B)に、第6の実施形態の液晶プロジェクタの要部の構成図を示す。 FIG. 28A and FIG. 28B are configuration diagrams of a main part of a liquid crystal projector of the sixth embodiment.
第6の実施形態の液晶プロジェクタは、図28(A)及び図28(B)に示すように、位相差板72を備えている。
The liquid crystal projector of the sixth embodiment includes a
なお、第6の実施形態の液晶プロジェクタの構成要素のうち、位相差板72を除く構成要素は、第2の実施の形態(図14)又は第3の実施の形態の図24の位相差板31,51以外の構成と同一である。従って、第4の実施の形態については、位相差板72を除く構成要素の詳細な説明は省略する。
Of the components of the liquid crystal projector of the sixth embodiment, the components other than the
位相差板72は、光を透過する際に、その光の位相差を、入射方向と光学軸との角度に応じて変化させる光学素子である。位相差板72は、光学軸に対して平行に入射された光に対しては、位相差を生じさせない。位相差板72は、PBS23を反射して1/4波長板32を通過した光、又は、PBS44を透過して1/4波長板50を通過した光が、垂直に入射される位置に設けられている。また、位相差板72は、常光線に対する屈折率noとし、異常光線に対する屈折率neとしたときに、no>neの関係となっているものとする。
The
ここで、第6の実施形態の液晶プロジェクタでは、反射型画像変調素子26,52としてVA方式の反射型液晶素子を用いている。VA方式の反射型偏光素子は、ガラス基板の法線に対する配向方向をあらわすプレチルト角は比較的小さく、例えば、10度以下である。
Here, in the liquid crystal projector according to the sixth embodiment, VA reflection type liquid crystal elements are used as the reflection type
一般に垂直配向の液晶の場合、液晶の配向方向に対し角度を持った光束が入射する際には、複屈折が生じるが、これを防ぐための方法として、ΔnLC ・ dLC = Δnop・dOCの条件の光学補償板70(図25)を設ければよい。 In general, in the case of a vertically aligned liquid crystal, birefringence occurs when a light beam having an angle with respect to the alignment direction of the liquid crystal is incident. As a method for preventing this, Δn LC · d LC = Δn op · d An optical compensation plate 70 (FIG. 25) having an OC condition may be provided.
これに対して、第6の実施形態では、図29(A)に示すように、ΔnLC ・ dLC < Δnop・dOC となり、no>ne(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)となる位相差板72を設置する。
In contrast, in the sixth embodiment, as shown in FIG. 29A, Δn LC · d LC <Δn op · d OC , where no> ne (no: refractive index with respect to ordinary light, ne: abnormal) A
これにより、PBS23と反射型画像変調素子26との間では、図29(B)に示すように、光学軸をX軸方向にもつ1/4波長板31と、光学軸をZ軸方向にもち、no>neとなる位相差板32がある場合(第2の実施の形態と同じ構成)とほぼ同等の作用を示すことになる。
As a result, between the
また、PBS44と反射型画像変調素子52との間では、図29(B)に示すように、光学軸をZ方向にもつ1/4波長板50と、光学軸をX軸方向にもち、no>neとなる位相差板51がある場合(第3の実施の形態の図24と同じ構成)とほぼ同等の作用を示すことになる。
なお、第1の実施の形態で説明をしたように、位相差板31,51は、
0.16λ < Δn×d <0.35λ
の関係を満たすことが好ましい。ここで、Δnは位相差板31,51の光学軸に垂直に入射する光に対する屈折率差、dは位相差板31,51の厚さ(Z軸方向、もしくはX軸方向の距離)である。
Further, between the
As described in the first embodiment, the
0.16λ <Δn × d <0.35λ
It is preferable to satisfy the relationship. Here, Δn is a refractive index difference with respect to light incident perpendicularly to the optical axes of the
このことから、第6の実施形態においては、位相差板72と反射形液晶素子26、52とは、
0.16λ <Δnop・dOC−ΔnLC・dLC<0.35λ
を満たすことが好ましい。
Therefore, in the sixth embodiment, the
0.16λ <Δn op · d OC −Δn LC · d LC <0.35λ
It is preferable to satisfy.
第7の実施形態
つぎに、第7の実施形態の反射型プロジェクタについて説明をする。
Seventh Embodiment Next, a reflective projector according to a seventh embodiment will be described.
図30(A)及び図30(B)に、第7の実施形態の液晶プロジェクタの要部の構成図を示す。 FIGS. 30A and 30B are configuration diagrams of a main part of a liquid crystal projector according to the seventh embodiment.
第7の実施形態の液晶プロジェクタは、図30(A)及び図30(B)に示すように、2軸位相差板73を備えている。
The liquid crystal projector of the seventh embodiment includes a
なお、第7の実施形態の液晶プロジェクタの構成要素のうち、2軸位相差板73を除く構成要素は、第1の実施の形態(図1)又は第3の実施の形態の図19の位相差板24,51以外の構成と同一である。従って、第7の実施の形態については、2軸位相差板73を除く構成要素の詳細な説明は省略する。
Of the constituent elements of the liquid crystal projector of the seventh embodiment, the constituent elements other than the
2軸位相差板73は、平板形状とされ、位相差を生じさせる光学軸が、主面の面内方向及び主面の垂直方向の2本存在する2軸の位相差板である。2軸位相差板73は、PBS23を反射して1/4波長板32を通過した光、又は、PBS44を透過して1/4波長板50を通過した光が、垂直に入射される位置に設けられている。
The biaxial
第7の実施形態では、反射型画像変調素子26,52としてVA方式の反射型液晶素子を用いている。なお、VA方式の反射型偏光素子は、図31に示すように、ガラス基板の法線に対する液晶分子の光学軸をあらわすプレチルト角がθtiltであるとする。
In the seventh embodiment, VA reflection type liquid crystal elements are used as the reflection type
2軸位相差板73は、主面内の直交する2方向の屈折率をnx、ny(nx>ny)、2軸位相差板73の厚み方向の屈折率をnz、液晶素子の光学軸に垂直に入射する光の常光と異常光の屈折率差をΔnLC、反射型画像変調素子26,52の厚さをdLC、2軸位相差板73の厚さをdOCとすると、2軸位相差板73は、下記式(11),式(12)に示すような条件のものとなる。
(nx−ny)・dOC≧ΔnLC ・dLC・sin2(θtilt) …(11)
(nx−nZ)・dOC= ΔnLC ・dLC−C ( C > 0) …(12)
The
(N x -n y) · d OC ≧ Δn LC · d LC · sin 2 (θ tilt) ... (11)
(N x -n Z) · d OC = Δn LC · d LC -C (C> 0) ... (12)
また、2軸位相差板73に垂直入射する光に対する遅相軸の方向と、反射型画像変調素子26,52に垂直に入射する光に対する遅相軸の方向とを直交させる。
式(11)に対し、左辺=右辺とすることにより面内方向に関する位相差を打ち消すことが可能となる。
Further, the direction of the slow axis with respect to the light perpendicularly incident on the
By setting left side = right side to equation (11), it is possible to cancel the phase difference in the in-plane direction.
また、左辺>右辺とすると、2軸位相差板73自体の光学的なバラつきやムラがあったとしても、反射型画像変調素子26,52に対して電圧を印加することによって、黒色表示での液晶分子のプレチルト角を調整することが可能となり、コントラストの高い高品位な画像を容易に提供できるようになる。
If the left side is greater than the right side, even if there is an optical variation or unevenness of the
式(12)においてC=0の場合には、光軸方向の位相差を打ち消し、液晶の複屈折が光線に与える影響を打ち消すことが可能となる。 In the equation (12), when C = 0, it is possible to cancel the phase difference in the optical axis direction and cancel the influence of the birefringence of the liquid crystal on the light beam.
しかし、第7の実施形態では、C >0とする。これにより、2軸位相差板73とVA方式の反射型画像変調素子26,52は、近似的に光軸方向に光学軸があり、ne > no (no:常線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)となる位相差板25,51とほぼ同等に見なすことができる。
However, in the seventh embodiment, C> 0. Accordingly, the
なお、第1の実施の形態等で説明したように、位相差板25,51は、
0.16λ < Δn×d <0.35λ
の関係を満たすことが好ましい。ここで、Δnは位相差板25,51の光学軸に垂直に入射する光に対する屈折率差、dは位相差板25,51の厚さ(Z軸方向の距離)である。
As described in the first embodiment, the
0.16λ <Δn × d <0.35λ
It is preferable to satisfy the relationship. Here, Δn is a refractive index difference with respect to light incident perpendicularly to the optical axes of the
このことから、第7の実施形態においては、位相差板73と反射形液晶素子26、52とは、
0.16λ < C <0.35λ (ここでC=ΔnLC ・dLC-(nx−nZ)・dOC)
を満たすことが好ましい。
Therefore, in the seventh embodiment, the
0.16λ <C <0.35λ (where C = Δn LC · d LC − (n x −n Z ) · d OC )
It is preferable to satisfy.
また、PBS23,44の屈折率を約1.84、1/4波長板24,50の屈折率を約1.62、射型画像変調素子26,52の異常光の最大屈折率を1.63、常光の屈折率を1.49、プレチルト角を15度とした場合、C=140nm付近でコントラストが最大になる。そのときの位相差板73の位相差値は、
(nxny) ・dOC ≧ 2nm
(nxnZ) ・dOC ≒ 80nm
程度が適切となる。
Further, the refractive index of the
(N x n y ) · d OC ≧ 2 nm
(N x n Z ) · d OC ≈ 80 nm
The degree is appropriate.
また、第7の実施形態では、PBS23,44と、1/4波長板24,50と、2軸位相差板73とは、分離して設けられている。しかし、PBS23,44と1/4波長板24,50とを固着すれば、表面反射が少なくなることにより、よりコントラストの高い照明装置が実現する。また、同様に、PBS23,44と1/4波長板24,50と2軸位相差板73それぞれを固着しても良い。また、より最適な方法としては、PBS23,44と1/4波長板24,50とを固着し、さらに2軸位相差板73がX−Y平面(又はY−Z平面)に平行な状態を保ったまま回転する機構を持つことが好ましい。こうすることによって、仮に1/4波長板24,50の光学軸の方向が製造上の誤差などの影響で目標の方向からずれた場合でも、2軸位相差板73を回転させることによって、よりコントラストの高い条件を容易に実現することができることになる。
In the seventh embodiment, the
(その他)
以上本実施の形態として、本発明を反射型液晶プロジェクタに適用する例について説明をしてきた。しかし、本発明は、反射型液晶プロジェクタに適用するのみならず、S偏光及びP偏光を分離する光学系であればどのような装置にも適用することができる。
(Other)
As described above, an example in which the present invention is applied to a reflective liquid crystal projector has been described. However, the present invention can be applied not only to a reflection type liquid crystal projector but also to any apparatus as long as it is an optical system that separates S-polarized light and P-polarized light.
また、以上の実施の形態では、偏光ビームスプリッタの入射・出射面と反射面の角度は45度であったが、本発明はこれに限らず、45度以外の偏光ビームスプリッタを用いてもよい。 In the above embodiment, the angle between the incident / exiting surface and the reflecting surface of the polarizing beam splitter is 45 degrees, but the present invention is not limited to this, and a polarizing beam splitter other than 45 degrees may be used. .
また、1/4波長板及び位相差板は、高分子材料を延伸させたものや、水晶などの複屈折を有する結晶を用いた構造であるものが大半である。しかしながら、本発明では、複数の屈折率の異なる誘電体多層膜からなる構造、又は、ホログラム露光等により屈折率を周期的連続的に変化させた構造の1/4波長板及び位相差板を用いてもよい。 Further, most of the quarter-wave plate and the retardation plate have a structure obtained by stretching a polymer material or a structure using a crystal having birefringence such as quartz. However, in the present invention, a quarter wavelength plate and a retardation plate having a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically changed continuously by hologram exposure or the like are used. May be.
10,40 反射型プロジェクタ、24,31,47,50 1/4波長板、25,32,48,51 位相差板、26,49,52 反射型画像変調素子 10, 40 Reflective projector, 24, 31, 47, 50 1/4 wavelength plate, 25, 32, 48, 51 Retardation plate, 26, 49, 52 Reflective image modulator
Claims (37)
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板とを備え、
3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、
上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に平行とされ、
上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、
さらに、上記位相差板は、常光線に対する屈折率noよりも、異常光線に対する屈折率neが大きいこと
を特徴とする光学装置。 A polarization beam splitter having a light separation surface that reflects polarized light in a predetermined direction and transmits polarized light in a direction orthogonal to the reflected polarization direction;
A quarter-wave plate disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident;
A phase difference plate that is disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and that generates a phase difference corresponding to the angle of the incident light with respect to the optical axis, with respect to the incident light;
The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X, Y, and Z axes. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, the Z axis is parallel to the X axis, and the light beam is separated by the polarization beam splitter. When the direction parallel to the light beam reflected by the surface and the Y-axis is the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis. Having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis;
The optical axis of the quarter wave plate is parallel to the Y axis,
The optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis,
Further, the phase difference plate, than the refractive index n o for ordinary ray, optical apparatus, wherein the refractive index n e for extraordinary ray is large.
を特徴とする請求項1記載の光学装置。
0.16×λ<Δn×d<0.35×λ …(1) The retardation plate has the following formula (1) when Δn is a refractive index difference between an ordinary ray and an extraordinary ray with respect to light incident perpendicularly to the optical axis, d is a thickness, and λ is a wavelength of incident light. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is satisfied.
0.16 × λ <Δn × d <0.35 × λ (1)
を特徴とする請求項1記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein any two or all of the polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, and the retardation plate are optically integrated.
を特徴とする請求項1記載の光学装置。 The quarter-wave plate and / or the retardation plate have a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically and continuously changed. Item 4. The optical device according to Item 1.
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板とを備え、
3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、
上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に垂直且つ光軸に垂直とされ、
上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、
さらに、上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも常光線に対する屈折率noが大きいこと
を特徴とする光学装置。 A polarization beam splitter having a light separation surface that reflects polarized light in a predetermined direction and transmits polarized light in a direction orthogonal to the reflected polarization direction;
A quarter-wave plate disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident;
A phase difference plate that is disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and that generates a phase difference corresponding to the angle of the incident light with respect to the optical axis, with respect to the incident light;
The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X, Y, and Z axes. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, the Z axis is parallel to the X axis, and the light beam is separated by the polarization beam splitter. When the direction parallel to the light beam reflected by the surface and the Y-axis is the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis. Having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis;
The optical axis of the ¼ wavelength plate is perpendicular to the Y axis and perpendicular to the optical axis,
The optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis,
Further, the phase difference plate, an optical device, wherein the refractive index n o for the ordinary ray than the refractive index n e for extraordinary ray is large.
を特徴とする請求項5記載の光学装置。
0.16×λ<Δn×d<0.35×λ …(2) The retardation plate has the following formula (2), where Δn is the refractive index difference between the ordinary ray and extraordinary ray with respect to the light incident perpendicular to the optical axis, d is the thickness, and λ is the wavelength of the incident light. The optical device according to claim 5, wherein the optical device is satisfied.
0.16 × λ <Δn × d <0.35 × λ (2)
を特徴とする請求項5記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 5, wherein any two or all of the polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, and the retardation plate are optically integrated.
を特徴とする請求項5記載の光学装置。 The quarter-wave plate and / or the retardation plate have a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically and continuously changed. Item 6. The optical device according to Item 5.
入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、
入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、
入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、
上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、
上記光変調手段により反射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、
3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、
上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に平行とされ、
上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、
さらに、上記位相差板は、常光線に対する屈折率noよりも、異常光線に対する屈折率neが大きいこと
を特徴とする投影型画像表示装置。 A light emitting means for emitting light;
A polarizing beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light;
A quarter-wave plate disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident;
A phase difference plate that is disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and that causes a phase difference corresponding to an angle of incident light with respect to an optical axis, to the incident light;
A light modulation means for reflecting the direction of polarization of incident light according to an image signal and reflecting it;
A projection optical system for projecting incident light to the outside,
The light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, passes through the quarter wavelength plate and the phase difference plate, and is irradiated to the light modulating means.
The light reflected by the light modulation means is transmitted through the quarter-wave plate and the phase difference plate, is transmitted or reflected through the light separation surface of the polarization beam splitter, and is incident on the irradiation means.
The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X, Y, and Z axes. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, the Z axis is parallel to the X axis, and the light beam is separated by the polarization beam splitter. When the direction parallel to the light beam reflected by the surface and the Y-axis is the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis. Having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis;
The optical axis of the quarter wave plate is parallel to the Y axis,
The optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis,
Further, the phase difference plate, than the refractive index n o for the ordinary ray, the projection type image display apparatus characterized by a large refractive index n e for extraordinary ray.
を特徴とする請求項9記載の投影型画像表示装置。
0.16×λ<Δn×d<0.35×λ …(3) The retardation plate has the following formula (3), where Δn is the refractive index difference between the ordinary ray and extraordinary ray with respect to the light incident perpendicular to the optical axis, d is the thickness, and λ is the wavelength of the incident light. The projection type image display device according to claim 9, wherein:
0.16 × λ <Δn × d <0.35 × λ (3)
を特徴とする請求項9記載の投影型画像表示装置。 The projection image display apparatus according to claim 9, wherein any two or all of the polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, and the retardation plate are optically integrated.
を特徴とする請求項9記載の投影型画像表示装置。 The quarter-wave plate and / or the retardation plate have a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically and continuously changed. Item 10. A projection type image display device according to Item 9.
入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、
入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、
入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、
上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、
上記光変調手段から出射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、
3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、
上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に垂直且つ光軸に垂直とされ、
上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、
さらに、上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも常光線に対する屈折率noが大きいこと
を特徴とする投影型画像表示装置。 A light emitting means for emitting light;
A polarizing beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light;
A quarter-wave plate disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident;
A phase difference plate that is disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and that causes a phase difference corresponding to an angle of incident light with respect to an optical axis, to the incident light;
A light modulation means for reflecting the direction of polarization of incident light according to an image signal and reflecting it;
A projection optical system for projecting incident light to the outside,
The light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, passes through the quarter wavelength plate and the phase difference plate, and is irradiated to the light modulating means.
The light emitted from the light modulation means is transmitted through the quarter-wave plate and the phase difference plate, is transmitted or reflected by the light separation surface of the polarization beam splitter, and is incident on the irradiation means.
The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X, Y, and Z axes. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, the Z axis is parallel to the X axis, and the light beam is separated by the polarization beam splitter. When the direction parallel to the light beam reflected by the surface and the Y-axis is the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis. Having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis;
The optical axis of the ¼ wavelength plate is perpendicular to the Y axis and perpendicular to the optical axis,
The optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis,
Further, the phase difference plate, a projection type image display apparatus, wherein the refractive index n o for the ordinary ray than the refractive index n e for extraordinary ray is large.
を特徴とする請求項13記載の投影型画像表示装置。
0.16×λ<Δn×d<0.35×λ …(4) The retardation plate is expressed by the following formula (4), where Δn is a refractive index difference between an ordinary ray and an extraordinary ray with respect to light incident perpendicularly to the optical axis, d is a thickness, and λ is a wavelength of incident light. The projection type image display device according to claim 13, wherein:
0.16 × λ <Δn × d <0.35 × λ (4)
を特徴とする請求項13記載の投影型画像表示装置。 The projection image display apparatus according to claim 13, wherein any two or all of the polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, and the retardation plate are optically integrated.
を特徴とする請求項13記載の投影型画像表示装置。 The quarter-wave plate and / or the retardation plate have a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically and continuously changed. Item 14. A projection type image display device according to Item 13.
入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、
入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、
入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、
上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、
上記光変調手段により反射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、
3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、
上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に平行とされ、
上記位相差板と上記光学変調素子との光学的な作用を合成した場合に、その合成された光学軸の方向は光軸方向であり、且つ、正の一軸性を示すこと
を特徴とする投影型画像表示装置。 A light emitting means for emitting light;
A polarizing beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light;
A quarter-wave plate disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident;
A phase difference plate that is disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and that causes a phase difference corresponding to an angle of incident light with respect to an optical axis, to the incident light;
A light modulation means for reflecting the direction of polarization of incident light according to an image signal and reflecting it;
A projection optical system for projecting incident light to the outside,
The light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, passes through the quarter wavelength plate and the phase difference plate, and is irradiated to the light modulating means.
The light reflected by the light modulation means is transmitted through the quarter-wave plate and the phase difference plate, is transmitted or reflected through the light separation surface of the polarization beam splitter, and is incident on the irradiation means.
The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X, Y, and Z axes. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, the Z axis is parallel to the X axis, and the light beam is separated by the polarization beam splitter. When the direction parallel to the light beam reflected by the surface and the Y-axis is the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis. Having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis;
The optical axis of the quarter wave plate is parallel to the Y axis,
When the optical action of the retardation plate and the optical modulation element is combined, the direction of the combined optical axis is the optical axis direction and exhibits positive uniaxiality. Type image display device.
を特徴とする請求項17記載の投影型画像表示装置。
なお、λは光の波長である。 18. The projection type according to claim 17, wherein a retardation of a combination of optical actions of the retardation plate and the optical modulation element is larger than 0.16 × λ and smaller than 0.35 × λ. Image display device.
Note that λ is the wavelength of light.
上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、
上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも、常光線に対する屈折率noが大きいこと
を特徴とする請求項17記載の投影型画像表示装置。 The light modulating means is a VA (Vrtically Aligned) reflective liquid crystal element,
The optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis,
The retardation plate, than the refractive index n e for extraordinary ray, projection type image display apparatus according to claim 17, wherein the refractive index n o is greater for the ordinary ray.
を特徴とする請求項19記載の投影型画像表示装置。
ΔnLC×dLC>ΔnOC×dOC …(5A) The refractive index difference between ordinary and extraordinary rays with respect to light incident perpendicular to the optical axis of the reflective liquid crystal element is Δn LC , the thickness of the liquid crystal layer of the reflective liquid crystal element is d LC , and the retardation plate When the refractive index difference between the ordinary ray and the extraordinary ray with respect to the light incident perpendicularly to the optical axis is Δn OC and the thickness of the retardation plate is d OC , the relationship of the following formula (5A) is satisfied. The projection type image display apparatus according to claim 19.
Δn LC × d LC > Δn OC × d OC (5A)
を特徴とする請求項20記載の投影型画像表示装置。
0.16×λ<ΔnLC×dLC−ΔnOC×dOC<0.35×λ …(5B)
なお、λは光の波長である。 The projection type image display device according to claim 20, wherein the phase difference plate satisfies a relationship of the following formula (5B).
0.16 × λ <Δn LC × d LC −Δn OC × d OC <0.35 × λ (5B)
Note that λ is the wavelength of light.
を特徴とする請求項17記載の投影型画像表示装置。 The quarter-wave plate and / or the retardation plate have a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically and continuously changed. Item 18. A projection type image display device according to Item 17.
を特徴とする請求項17に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 17, wherein any two or all of the polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, and the retardation plate are optically integrated.
入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、
入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射する光変調手段と、
入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、
上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記光変調手段に照射され、
上記光変調手段により反射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、
3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、
上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に垂直且つ光軸に垂直とされ、
上記位相差板と上記光学変調素子との光学的な作用を合成した場合に、その合成された光学軸の方向は光軸方向であり、且つ、負の一軸性を示すこと
を特徴とする投影型画像表示装置。 A light emitting means for emitting light;
A polarizing beam splitter having a light separation surface that reflects an S-polarized component of incident light and transmits a P-polarized component of incident light;
A quarter-wave plate disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident;
A phase difference plate that is disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and that causes a phase difference corresponding to an angle of incident light with respect to an optical axis, to the incident light;
A light modulation means for reflecting the direction of polarization of incident light according to an image signal and reflecting it;
A projection optical system for projecting incident light to the outside,
The light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, passes through the quarter wavelength plate and the phase difference plate, and is irradiated to the light modulating means.
The light reflected by the light modulation means is transmitted through the quarter-wave plate and the phase difference plate, is transmitted or reflected through the light separation surface of the polarization beam splitter, and is incident on the irradiation means.
The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X, Y, and Z axes. The X axis is the direction perpendicular to the incident surface of the polarization beam splitter, the Z axis is parallel to the X axis, and the light beam is separated by the polarization beam splitter. When the direction parallel to the light beam reflected by the surface and the Y-axis is the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, the light separation surface of the polarization beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis. Having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis;
The optical axis of the ¼ wavelength plate is perpendicular to the Y axis and perpendicular to the optical axis,
When the optical action of the retardation plate and the optical modulation element is combined, the direction of the combined optical axis is the optical axis direction and exhibits negative uniaxiality. Type image display device.
を特徴とする請求項24記載の投影型画像表示装置。
なお、λは光の波長である。 25. The projection type according to claim 24, wherein a retardation of a combination of optical actions of the retardation plate and the optical modulation element is larger than 0.16 × λ and smaller than 0.35 × λ. Image display device.
Note that λ is the wavelength of light.
上記位相差板の光学軸は、光軸に平行とされ、
上記位相差板は、異常光線に対する屈折率neよりも、常光線に対する屈折率noが大きいこと
を特徴とする請求項24記載の投影型画像表示装置。 The light modulating means is a VA (Vrtically Aligned) reflective liquid crystal element,
The optical axis of the retardation plate is parallel to the optical axis,
The retardation plate, than the refractive index n e for extraordinary ray, projection type image display apparatus according to claim 24, wherein the refractive index n o is greater for the ordinary ray.
を特徴とする請求項26記載の投影型画像表示装置。
ΔnLC×dLC<ΔnOC×dOC …(6A) The refractive index difference between ordinary and extraordinary rays with respect to light incident perpendicular to the optical axis of the reflective liquid crystal element is Δn LC , the thickness of the liquid crystal layer of the reflective liquid crystal element is d LC , and the retardation plate When the refractive index difference between an ordinary ray and an extraordinary ray with respect to light incident perpendicularly to the optical axis is Δn OC , and the thickness of the retardation plate is d OC , the relationship of the following formula (6A) is satisfied. 27. The projection type image display apparatus according to claim 26.
Δn LC × d LC <Δn OC × d OC (6A)
を特徴とする請求項27記載の投影型画像表示装置。
0.16×λ<ΔnOC×dOC−ΔnLC×dLC<0.35×λ …(6B)
なお、λは光の波長である。 The projection type image display device according to claim 27, wherein the phase difference plate satisfies a relationship of the following formula (6B).
0.16 × λ <Δn OC × d OC −Δn LC × d LC <0.35 × λ (6B)
Note that λ is the wavelength of light.
を特徴とする請求項24記載の投影型画像表示装置。 The quarter-wave plate and / or the retardation plate have a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically and continuously changed. Item 25. A projection type image display device according to Item 24.
を特徴とする請求項24に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 24, wherein any two or all of the polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, and the retardation plate are optically integrated.
入射された光のS偏光成分を反射し、入射された光のP偏光成分を透過する光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置された1/4波長板と、
上記偏光ビームスプリッタを反射又は透過した光が入射される位置に配置され、光学軸に対する入射光の角度に応じた位相差を、入射された光に対して生じさせる位相差板と、
入射された光の偏光の方向を画像信号に応じて変化させて反射するVA(Vrtically Aligned)方式の反射型液晶素子と、
入射された光を外部に投影する投影光学系とを備え、
上記発光手段から発光された光は、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を反射又は透過し、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記反射型液晶素子に照射され、
上記反射型液晶素子から出射された光は、上記1/4波長板及び位相差板を透過し、上記偏光ビームスプリッタの光分離面を透過又は反射し、上記照射手段に入射され、
3次元空間をX軸,Y軸,Z軸の座標で表し、X軸を、偏光ビームスプリッタの入射面に対し垂直な方向、Z軸を、X軸に平行な光線が偏光ビームスプリッタの光分離面で反射した光線と平行な方向、Y軸を、X軸及びZ軸に対し垂直な方向とした場合に、上記偏光ビームスプリッタの光分離面は、X軸−Z軸でなす平面に垂直且つX軸及びZ軸に対して所定の角度を有し、
上記1/4波長板の光学軸は、Y軸に垂直且つ光軸に垂直とされ、
上記位相差板は、平板状とされており、
上記位相差板の主面内の直交する2方向の屈折率をnx、ny(nx>ny)、厚み方向の屈折率をnz、上記反射型液晶素子の光学軸に垂直に入射する光の常光と異常光の屈折率差をΔnLC、上記反射型液晶素子の厚さをdLC、上記位相差板の厚さをdOC、上記反射型液晶素子のガラス基板の法線に対する液晶分子の光学軸を表すプレチルト角をθtiltとしたときに、上記位相差板は、下記式(7)の条件を満たすこと
を特徴とする投影型画像表示装置。
(nx−nZ)・dOC= ΔnLC ・dLC−C …(7)
なお、式(8)において、Cは正の定数である。 A light emitting means for emitting light;
A polarizing beam splitter having a light separation surface that reflects the S-polarized component of incident light and transmits the P-polarized component of incident light;
A quarter-wave plate disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident;
A phase difference plate that is disposed at a position where light reflected or transmitted by the polarizing beam splitter is incident, and that causes a phase difference corresponding to an angle of incident light with respect to an optical axis, to the incident light;
A reflective liquid crystal element of a VA (Vrtically Aligned) system that reflects and changes the direction of polarization of incident light according to an image signal;
A projection optical system for projecting incident light to the outside,
The light emitted from the light emitting means reflects or transmits the light separation surface of the polarizing beam splitter, passes through the quarter-wave plate and the phase difference plate, and is applied to the reflective liquid crystal element.
The light emitted from the reflective liquid crystal element is transmitted through the quarter-wave plate and retardation plate, is transmitted or reflected through the light separation surface of the polarizing beam splitter, and is incident on the irradiation unit.
The three-dimensional space is represented by the coordinates of the X, Y, and Z axes. The X axis is the direction perpendicular to the plane of incidence of the polarizing beam splitter, and the Z axis is parallel to the X axis. When the direction parallel to the light beam reflected by the surface and the Y-axis is the direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis, the light separation surface of the polarizing beam splitter is perpendicular to the plane formed by the X-axis and the Z-axis. Having a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis;
The optical axis of the ¼ wavelength plate is perpendicular to the Y axis and perpendicular to the optical axis,
The retardation plate is a flat plate,
Two orthogonal directions of the refractive indices n x in the major surface of the retardation plate, n y (n x> n y), the refractive index in the thickness direction n z, perpendicular to the optical axis of the reflective liquid crystal device The refractive index difference between ordinary light and extraordinary light of incident light is Δn LC , the thickness of the reflective liquid crystal element is d LC , the thickness of the retardation plate is d OC , and the normal line of the glass substrate of the reflective liquid crystal element When the pretilt angle representing the optical axis of the liquid crystal molecules with respect to is θ tilt , the retardation plate satisfies the condition of the following formula (7).
(N x -n Z) · d OC = Δn LC · d LC -C ... (7)
In Expression (8), C is a positive constant.
を特徴とする請求項31記載の投影型画像表示装置。
(nx−ny)・dOC≧ΔnLC ・dLC・sin2(θtilt) …(8) The projection type image display device according to claim 31, wherein the retardation plate satisfies a condition of the following formula (8).
(N x -n y) · d OC ≧ Δn LC · d LC · sin 2 (θ tilt) ... (8)
を特徴とする請求項32記載の投影型画像表示装置。 The direction of the slow axis with respect to the light perpendicularly incident on the retardation plate and the direction of the slow axis with respect to the light perpendicularly incident on the reflective liquid crystal element are orthogonal to each other. Projection type image display device.
を特徴とする請求項33記載の投影型画像表示装置。
0.16×λ<C<0.35×λ …(9)
なお、式(9)において、λは光の波長である。 34. The projection type image display device according to claim 33, wherein C in the formula (8) satisfies the relationship of the following formula (9).
0.16 × λ <C <0.35 × λ (9)
In equation (9), λ is the wavelength of light.
を特徴とする請求項31に記載の光学装置。 32. The optical device according to claim 31, wherein any two or all of the polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, and the retardation plate are optically integrated.
を特徴とする請求項35記載の光学装置。 36. The optical apparatus according to claim 35, further comprising a rotating unit that rotates the retardation plate in an in-plane direction of the main surface.
を特徴とする請求項31記載の投影型画像表示装置。 The quarter-wave plate and / or the retardation plate have a structure composed of a plurality of dielectric multilayer films having different refractive indexes, or a structure in which the refractive index is periodically and continuously changed. Item 32. The projection type image display device according to Item 31.
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