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JP3711785B2 - Projection display device and illumination device used therefor - Google Patents

Projection display device and illumination device used therefor Download PDF

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JP3711785B2
JP3711785B2 JP12167399A JP12167399A JP3711785B2 JP 3711785 B2 JP3711785 B2 JP 3711785B2 JP 12167399 A JP12167399 A JP 12167399A JP 12167399 A JP12167399 A JP 12167399A JP 3711785 B2 JP3711785 B2 JP 3711785B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写型表示装置に関し、特に反射型液晶ライトバルブをはじめとする反射型位相変調素子を利用した電気光学装置の画像を拡大投写する投写型表示装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、液晶をはじめとする位相変調素子を利用したこの種の投写型表示装置(液晶プロジェクタ)において、反射型液晶ライトバルブをはじめとする反射型位相変調素子の利用に注目が集まっている。その理由として、表示装置全体の小型軽量化に好適な対角1インチ程度のライトバルブ使用を前提とした場合、透過型液晶ライトバルブをはじめとする透過型ライトバルブでは、高解像度化に限界が生じる事があげられる。一例として、透過型液晶ライトバルブにおいては、光束を透過させるための画素開口部を確保しなければならず、そのため、高解像度化にともなって必然的にスイッチング素子であるトランジスタの小型化が要求され、その結果充分なトランジスタの書き込み特性が得られなくなるためである。現在では、1インチ程度の透過型液晶ライトバルブにおいてはSXGA程度の解像度が限界であるといわれている。
【0003】
一方、反射型液晶ライトバルブをはじめとする反射型位相変調素子においては画素に反射電極を設け、その電極の下側にスイッチング素子を形成する事が可能なため、UVGA以上の高解像度化がはかれるという特徴がある。
【0004】
このような理由から、今後、市場からの画像の高精細化が要求される中で、投射型表示装置のライトバルブとしては、反射型液晶ライトバルブをはじめとする反射型位相変調素子が最も有力な候補と目されている。
【0005】
反射型位相変調素子を用いた投射型表示装置の光学構成の例としては大きく分けて、SPIE Vol. 3296 P100に見られるような偏光ビームスプリッターを用いた構成、SPIE(to be published)文献や特開平8−171078、特開平8−94975に見られるような偏光ビームスプリッターを用いない構成に2分される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述した偏向ビームスプリッターを用いた光学系の構成を図16を用いて説明する。ランプ101からの出射光は、照度比を向上させるためのロッド104などを透過し、偏光ビームスプリッター1601に入射する。偏光ビームスプリッター1601においてはP偏光は透過され、S偏光は反射されるものとする(偏光分離膜の構成によってはこの逆の関係も実現できる。)。また、反射型液晶ライトバルブ108は、液晶層の液晶材料の複屈折、配向状態、液晶セル厚を調整する事によりON状態で液晶層通過光線に対してλ/4の位相差を付与し、OFF状態で0の位相差を付与するように構成する。この構成については先述の文献 SPIE Vol. 3296 P100やP19等に詳しく述べられている。
【0007】
偏向ビームスプリッター1601を透過したP偏光は反射型液晶ライトバルブに入射し、反射電極で反射される。すると、光線は入射・反射の光路で2回液晶層を通過するため、反射型液晶ライトバルブがON状態では反射後の光線はλ/2の位相差を受けS偏光に変換され、引き続き入射する偏光ビームスプリッター1601で反射された後、投射レンズ110によりスクリーン111上に投影され、明表示となる。一方で、OFF時は、反射後の光線は何ら位相差を受けないため再び偏光ビームスプリッター1601を透過して照明光学系側に逆戻りし、スクリーン111には光線は到達せず暗表示となる。
【0008】
この偏光ビームスプリッターを用いた光学系の欠点として、光学系全体の構成が複雑化し、部品コストが高くなることがあげられる。偏光ビームスプリッターの偏光分離機能を有する誘電体多層膜は限定された波長帯域と光線入射角度にあわせて設計されているために、投射型表示装置で使われる可視全域にわたる波長帯域と広い光線入射角度を有する照明光に対しては十分な消光比を得ることはできず、高いコントラストを有する投射画像を得るためには、R,G,B3原色のそれぞれに専用の偏光ビームスプリッターを用いる必要が生じる。すると最低でも3個の偏光ビームスプリッターを使用せざるを得ず、装置の複雑化とコストアップにつながる。そのような欠点を補うために1つの偏光ビームスプリッターで全帯域をカバーするような誘電体多層膜設計を行っても、十分な消光比を得ることは極めて困難である。
【0009】
次に偏光ビームスプリッターを用いない光学系について説明する。 偏光ビームスプリッターを用いない光学系における重要なポイントは、照明光束と投射光束を空間的に分離するための構成にある。
【0010】
その第1の例を図17を用いて説明する。ランプ101からの出射光は、集光レンズ103により集光され、照度分布の均一化機能を有するロッド104、結像レンズ105a、105b、偏光板106を経由して反射型液晶ライトバルブ108に入射する。なお、反射型液晶ライトバルブ108の構成、機能は先述したものと同様である。反射型液晶ライトバルブ108を反射した光線は偏光板109を経由して投射レンズ110に導かれる。ここで、入射側の偏光板106と出射側の偏光板109をクロスニコル配置にすることにより、ON状態では光線はλ/2の位相差を受け入射偏光とは直交する偏光に変換されて出射側の偏光板109を透過し、投射レンズ110によりスクリーン111上に投影され、明表示となる。一方で、OFF時は、反射後の光線は何ら位相差を受けないため出射側の偏光板109で吸収され、スクリーン111に光線は到達せず暗表示となる。
【0011】
本光学系の欠点は投射画像の画質の劣化とコストアップが避けられないことにある。本構成においては、照明光は反射型液晶ライトバルブ108に斜めに入射するために、当然反射光も斜めに反射する。この反射光をスクリーン111上に投影するためには、一般的には投射レンズ110を反射光の光軸に垂直に配置することが好ましいが、すると投射レンズ110から見て反射型ライトバルブ108は光軸に対して傾いて配置されていることと等価となり、スクリーン投影画像は必然的に台形歪みや各種偏心収差を有することとなり、画質が大きく劣化する。このような欠点を回避するために投射レンズ110を偏心レンズなどで構成し収差改善を図ることも可能であるが、そのような投射レンズはきわめて高価なものとなりコストアップを招く。
【0012】
このような欠点を補うために、図18に示すように、照明光束と投射光束の角度分離を極力少なくするための構成も提案されている。
【0013】
本構成においては、ランプ101からの出射光は、集光レンズ103aにより集光され、偏光板106、ミラー803、集光レンズ103bを経由して反射型液晶ライトバルブ108に入射する。なお、反射型液晶ライトバルブ108の構成、機能は先述したものと同様である。反射型液晶ライトバルブ108を反射した光線は集光レンズ103bによりアパーチャーストップ804で形成されるアパーチャーに集光された後、偏光板109を経由して投射レンズ110に導かれる。
【0014】
本構成においては照明光束と照明光束とを空間的に近接した位置でそれぞれ絞り込む事および集光レンズ103bを両光学系で共有する事により、照明光学系の光軸と投射光学系の光軸の分離角度を前述の例に比べて小さくできるため、投射光学系の偏心収差量が小さくなるという特徴がある。
【0015】
本光学系の欠点として、照度比の高い投射画像を得られないことがあげられる。現在照度比の高い画像を得るためには、一般的にフライアイレンズなどを用い、2次元的に分布した複数の2次光源像形成し、それらを反射型液晶ライトバルブ108上で重畳する手法が用いられている。このような手法を用いる場合、照明光学系における光束の幅は必然的にある太さを有するものとなる。ところが本光学系においては、照明光と投射光が互いに干渉しないように、狭い空間領域に照明光を集光せざるを得ない。この空間領域は、照度比向上光学系で必要とされる光束を全て利用するためには充分な広さとはいえず、その結果、投射画像の照度ムラが顕著なものとなってしまう。この課題を解決するために投射光束と照明光束の分離角度を大きくすると、図17の構成と同様に、投射光学系の偏心収差量が大きくならざるを得ず、投射画像の画質の劣化や投射レンズの高コスト化を招く。
【0016】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的とするところは、偏光の分離能力が高く、かつ入射光と出射光の空間的な分離を可能とする偏光分離素子を用いて、高いコントラストを有する高精細な画像を投写できる反射型位相変調素子を用いた投写型表示装置を実現することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の投射型表示装置は、光源手段と、該光源手段からの光束を反射型位相変調素子に導く照明光学手段と、該反射型位相変調素子の像を結像する結像光学手段と、該光源手段から該反射型位相変調素子までの光路と該反射型位相変調素子から該結像光学手段までの光路を略分離する偏光分離手段を備える投射型表示装置において、前記、偏光分離手段は略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる屈折もしくは回折作用を及ぼすことを特徴とする。
【0018】
本構成によれば、略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる屈折もしくは回折作用を及ぼす偏光分炉異手段を用いるために、偏光ビームスプリッターを用いずに投射型表示装置を構成することが可能となり、装置の低コスト化および表示画像の高画質化をはかることができる。
【0019】
また、前記投射型表示装置において、該光源手段からの光束が、前記偏光分離手段により略垂直に前記反射型位相変調素子に入射することを特徴とする。
【0020】
本構成によれば、投射レンズの光軸を反射型位相変調素子に略垂直に配置することができため、投射レンズには偏心にともなう収差は一切生じず、非常に高い画質を有する画像を投影することが可能である。更には、通常の軸回転対称レンズを使用できるため、コスト的にも有利である。
【0021】
また前記投射型表示装置において、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプリズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み合せで構成され、該一軸性結晶の常光に対する屈折率をno、異常光に対する屈折率をneとしたときに、該光学的等方性媒質の屈折率が略noもしくは略neであることを特徴とする。
【0022】
本構成により、略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる屈折作用を及ぼす偏光分離手段を容易に構成することが可能となり、低コストで高画質な画像を表示することができる投射型表示装置を実現することができる。
【0023】
さらには、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプリズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み合せをアレイ状に配列したことを特徴とする。
【0024】
本構成によれば、偏光分離素子の薄型化が可能になる。
【0025】
また、前記投射型表示装置において、前記偏光分離素子は、表面に凹凸の周期構造を形成した一軸性結晶と該周期構造の凹部を光学的等方性媒質層により充填した構造からなり、該一軸性結晶の常光に対する屈折率をno、異常光に対する屈折率をneとしたときに、該光学的等方性媒質の屈折率が略noもしくは略neであり、該周期構造は入射光を回折作用する機能を有することを特徴とする。
【0026】
本構成により、略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を容易に構成することが可能となり、低コストで高画質な画像を表示することができる投射型表示装置を実現することができる。
【0027】
また、前記投射型表示装置において、前記偏光分離素子は、表面レリーフ型回折格子であり、その格子ピッチPは入射光波長をλとしたときにP<λの関係を満たし、該格子の深さは、略直交する直線偏光のそれぞれの特定回折次数に対する回折効率が異なるように調整されていることを特徴とする。
【0028】
本構成により、略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を一軸性結晶を用いるなく、略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を比較的安価に製造できる。
【0029】
また、前記投射型表示装置において、前記偏光分離素子は、体積ホログラムであり、その格子ピッチPは入射光波長をλとしたときにP<λの関係を満たし、その格子ベクトルは前記反射型位相変調素子に対して傾いていることを特徴とする。
【0030】
本構成によれば、略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を機械的な加工をすること無く、略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を比較的安価に製造でき、かつ格子ベクトルの方向を容易に調整できるので、前記反射型位相変調素子への照明光の入射角の調節が容易になる。
【0031】
さらには前記、回折作用を有する偏光分離素子が、前記反射型位相変調素子に対して傾いていることを特徴とする。
【0032】
本構成によれば前記反射型位相変調素子への照明光の入射角の調節が容易になるため、偏光分離素子の設計が容易になる。
【0033】
また、前記投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を内面反射によって複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、前記光束分割手段の出射面の形状が反射型位相変調素子の平面形状と非相似であることを特徴とする。
【0034】
本構成によれば、前記反射型位相変調素子へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能になる。
【0035】
また、前記投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割手段の出射面と該集光手段と前記反射型位相変調素子の配置がシャインプルフの法則を満足することを特徴とする。
【0036】
本構成によれば、前記反射型位相変調素子へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能になる。
【0037】
また、前記投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該集光手段は一つもしくは複数の偏心した光学素子を含み、該集光手段による該出射面情報の結像位置が該光源手段からの光束内において暫時変化することを特徴とする。
【0038】
本構成によれば、前記反射型位相変調素子へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能になる。
【0039】
また、前記投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割手段の出射面と反射型位相変調素子は該集光手段に対して直角かつ反対方向にずれていることを特徴とする。
【0040】
本構成によれば、前記反射型位相変調素子へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能になる。
【0041】
また、前記投射型表示装置において、照明光学系の光軸の延長線と前記反射型位相変調素子が配置されている平面の交点と、前記反射型位相変調素子の略中心の距離をLとし、該照明光学系の光軸と前記反射型位相変調素子の法線が含まれる平面における前記反射型位相変調素子の幅をWとしたときにL>Wの関係が成り立つことを特徴とする。
【0042】
本構成によれば、照明手段から出射される略直交する直線偏光のうち、前記反射型位相変調素子の変調に不要な成分が、前記反射型位相変調素子に入射することを防ぐことができるため、直線偏光板の枚数を低減することが可能となり、より明るい投射画像を得ることが可能となる。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、図面などを参照しながら、本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。なお、以下の説明においては、反射型位相変調素子として反射型液晶ライトバルブを使用する場合を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されるものではない事は言うまでもない。
【0044】
(投射型表示装置および偏光分離素子の第1の実施形態)
図1は、本発明による投射型表示装置の第1の実施形態を示す図である。
【0045】
本実施形態の投射型表示装置は、光源手段であるランプ101と、反射手段であるリフレクタ102と、第1の集光手段である集光レンズ103と、光束混合手段であるロッド104と、第2の集光手段(結像手段)であり、レンズ105aと105bから構成される結像レンズ(集光レンズ)105と、第1の直線偏光素子106と、偏光分離手段である偏光分離素子107と、画像形成手段である反射型液晶ライトバルブ108と、第2の直線偏光素子109と、投射レンズ110を備え、反射型液晶ライトバルブ108の像をスクリーン110上に表示するものである。また、第2の集光手段105は、ロッド104の出射端面の像を反射型液晶ライトバルブ107上に結像する機能を有している。
【0046】
また、第1の直線偏光素子106と第2の直線偏光素子109はそれぞれある方向に振動面を持つ直線偏光を透過し、それと直交する方向に振動面を持つ直線偏光を吸収もしくは反射する機能を有しており、それらは互いにクロスニコルの配置もしくは平行の配置の置かれている。この配置関係については、反射型液晶ライトバルブの駆動条件で決定されるものである。すなわち、反射型液晶ライトバルブをOFF状態で黒表示をするノーマリー黒条件で駆動する場合はクロスニコル配置にする必要がある。その逆の、反射型液晶ライトバルブをOFF状態で白表示をするノーマリー白条件で駆動する場合は平行に配置にする必要がある。以下の実施形態の説明においては説明を分かりやすくする目的でクロスニコルの配置に置かれている事を前提として説明をすすめる。
【0047】
ランプ101から出射された光束は、パラボラ形状のリフレクタ102によって反射され略平行光束となって集光レンズ103に入射する。集光レンズ103は、光束をロッド104に入射するように射出する。
【0048】
ロッド104は、柱状のガラス製の中実ロッドや、複数平板ミラーを柱上に組み合わせた中空ロッドで構成される。ロッド104に入射された光束は、ロッド104内で内面反射を繰り返し、その出射面上にはロッド内からの様々な方向からの光束が重畳されるため、明るさのムラが低減され照度比が高められた輝度分布が形成されることになる。そしてこのロッド104の出射面の輝度分布は結像レンズ105により、直線偏光素子106、偏光分離素子107を経由して被照射面である反射型液晶ライトバルブ108に照射される。直線偏光素子106は紙面内に振動する偏光(以後P偏光)を透過し、紙面に垂直に振動する偏光(以後S偏光)を吸収する作用を有している。
【0049】
図2は、本発明による偏光分離素子の第1の実施形態を示す図である。
【0050】
なお、図2(a)は反射型液晶ライトバルブがON状態の光線の経路を示し、図2(b)はOFF状態の光線の経路を示している。
【0051】
偏光分離素子107は一軸性結晶プリズム201と等方性プリズム202の組み合せで構成されている。一軸性結晶プリズム201としては方解石、水晶、液晶プリズム、構造性複屈折媒体等があげられるがそれらに限定されるものではない。以後の説明においては方解石などの負結晶を用いた場合を前提として説明をすすめる。
【0052】
一軸性結晶プリズム201の光学軸203は紙面内にあり、常光に対する屈折率はno、異常光対する屈折率はneである。また、等方性プリズム202の屈折率はnoに調整されている。
【0053】
図1の直線偏光板106を透過したP偏光204は一軸性プリズム201にスネルの法則に従って屈折をして入射する。この偏光は一軸性結晶プリズム201中では異常光であるのでneの屈折率を感じる。すると、さらに一軸性プリズム201と等方性プリズム202の界面で屈折をして反射型液晶ライトバルブ108の液晶層207に入射する。
【0054】
このとき、入射P偏光204の液晶層207への入射角度が0°になるように、プリズム頂角205,206が調整されている。例えば、一軸性結晶として方解石を使用した場合、no=1.658、ne=1.486である事から、P偏光204の一軸性結晶プリズム201への入射角度を略9°としたときに、頂角205および206を略47°に形成すれば、 P偏光204を略垂直に液晶層207へ入射させる事ができる。
【0055】
図2(a)において反射型液晶ライトバルブ108はON状態で、液晶層207を通過した光線に対してλ/4の位相差を与える作用を有する。従って、液晶セル207に入射したP偏光204は画素電極208で反射され再び液晶セル207を出射する際には計λ/2の位相差を受けS偏光209に変換されている。このS偏光209は一軸性結晶プリズム201と等方性プリズム202の界面で屈折作用は受けない。なぜならば、一軸性プリズム201のS偏光(=常光)に対する屈折率はnoであり、それは等方性プリズム202のそれに等しいからである。従って、S偏光209はそのまま垂直に偏光分離素子107を出射する。
【0056】
一方、図2(b)では反射型液晶ライトバルブ108はOFF状態で、液晶層207を通過する光線に対して位相差は与えるない。したがって、入射P偏光204が画素電極208で反射後も偏光状態はP偏光のままのため、入射したときとまったく同一の経路を経て照明光学系側に戻っていく。
【0057】
ここで明らかなように、本実施例においては、反射型液晶セルライトバルブ108がON状態のときのS偏光出射光と、OFF状態の時のP偏光出射光を空間的に完全に分離できるために非常に高い消光比を得ることができ、これにより高いコントラストを有する投射画像を表示する事が可能になる。
【0058】
再び図1にもどると偏光分離素子107から出射したS偏光は直線偏光子106とはクロスニコルの配置にある直線偏光子109を透過し、投射レンズ110によりスクリーン111上に結像される。ここで、スクリーン到達光は反射型液晶ライトバルブ108に対して略垂直に出射するために投射レンズ110の光軸を反射型液晶ライトバルブ108に略垂直に配置することができる。従って、投射レンズには偏心にともなう収差は一切生じないために、非常に高い画質を有する画像を投影することが可能である。更には、通常の軸回転対称レンズを使用できるため、コスト的にも有利である。
【0059】
なお、図1の構成において、照明光学系の光軸112の延長線113と、反射型液晶ライトバルブ108の延長線114の交点を115とし、反射型液晶ライトバルブ108の中心点116と交点115の距離をLとする。また、反射型液晶ライトバルブ108の紙面内における幅をWとする。このとき、L>Wの関係になるように偏光分離素子107と反射型液晶ライトバルブ108の距離Dや、照明光学系の光軸112と偏光分離素子の法線のなす角度θiを調整することにより、直線偏光板106を省くことが可能になる。なぜなら、直線偏光板106は反射型液晶ライトバルブの変調に不要なS偏光を除去するために設置されているが、L>Wの関係にすることにより、直線偏光板106でS偏光を除去せずとも偏光分離素子107でほとんど屈折作用を受けないS偏光はそのまま略直進し、反射型液晶ライトバルブ108にはほとんど入射しないからである。
【0060】
本構成によれば、直線偏光板の枚数を低減できるため、その分透過率が向上し、より明るい投射画像を得ることができる。なお、以後説明する実施形態においても本構成を適用できることは言うまでもない。
【0061】
(偏光分離素子の第2の実施形態)
図3は偏光分離素子の第2の実施形態を示す図である。
【0062】
本実施形態において、偏光分離素子は偏光分離素子の第1の実施形態で説明した構造を有する一軸性結晶プリズム201と等方性プリズム202の組み合わせ単位301が反射型位相変調器108と平行な平面内にアレイ上に配列された構造となっている。本構成によれば偏光分離素子107を薄型化する事が可能となり、投射型表示装置全体の小型薄型化を実現できる。
【0063】
(偏光分離素子の第3の実施形態)
図4は偏光分離素子の第3の実施形態を示す図である。
【0064】
なお、図4(a)は反射型液晶ライトバルブ108がON状態の光線の経路を示し、図4(b)はOFF状態の光線の経路を示している。
【0065】
本実施形態において偏光分離素子107は表面にその断面が鋸歯形状で、繰り返しピッチがPである周期格子402が形成された一軸性結晶401と、格子402の空隙に充填された等方性媒質403で構成されている。一軸性結晶401としては方解石、水晶、液晶プリズム、構造性複屈折媒体等があげられるがそれらに限定されるものではない。またその光学軸404は紙面内にあり、常光に対する屈折率はno、異常光に対する屈折率はneであり、等方性媒質403の屈折率はnoに調整されている。
【0066】
偏光分離素子107に入射するP偏光204は一軸性結晶401においては異常光であるために屈折率neを感じる。したがって、等方性媒質403と一軸性結晶402の界面構造の影響を受ける。この界面構造はくり返しピッチがPの周期格子であるため入射P偏光204は回折作用を受ける。P偏光204の回折角度は次式であらわされる。
【0067】
n sinθ - n' sinθ'= mλ/P
ここで、n、n'は回折面に対する入射側、出射側の媒質の屈折率、θは回折面に対する光線入射角、θ‘は出射角、mは回折光の次数、λは光波長、Pは格子のピッチである。
【0068】
従って、一軸性結晶401として方解石を使用し、入射光線波長を赤色光の0.633μmとし、入射角を30°とした場合に、1次回折光(m=1)を液晶層207に略垂直に入射させるためには格子ピッチPを略1.3μmに調整すればよい。また、格子402の断面形状が鋸歯形状であるために、1次の方向に選択的に回折を生ぜしめる事が可能であり、入射P偏光204のほとんどのエネルギーを、液晶層207に垂直に入射させることができる。
【0069】
実施形態1で述べたように、反射型液晶ライトバルブ108がON状態のときは、反射光はS偏光209に変換されて再び一軸性結晶401に入射し、周期格子402に至る。ここで、S偏光209は一軸性結晶401において常光であるため、屈折率noを感じる。この屈折率は等方性媒質403のそれと同じため、S偏光209は界面構造を感じることなく、回折作用を受けずにそのまま偏光分離素子107を出射する。
【0070】
一方、図3(b)では反射型液晶ライトバルブ108はOFF状態で、液晶層207を通過する光線に対して位相差は与えるない。したがって、反射後も偏光状態はP偏光のままのため、入射したときとまったく同一の経路を経て照明光学系側に戻っていく。
【0071】
従って、実施形態1で述べたことと同様に、非常にコントラストが高い高画質映像を投射することが可能となる。本実施形態は、回折現象を利用していることから、実施例1のような屈折現象を利用する偏光分離素子に比べて入射P偏光と出射S偏光の分離角度を大きく取れるという特徴を有する。
【0072】
(偏光分離素子の第4の実施形態)
図5、図6および図7は第3の実施形態の偏光分離素子と同様に回折現象を利用した偏光分離素子の実施形態を示す図である。
【0073】
なお、図5(a)、図6、図7(a)は反射型液晶ライトバルブ108がON状態の光線の経路を示し、図5(b)、図7(b)はOFF状態の光線の経路を示している。
【0074】
これらの実施形態の偏光分離素子の機能は、実施例3の偏光分離素子と基本的に同じため、その機能について説明が重複する部分は割愛し、偏光分離素子の構造の相違についてのみ説明することとする。
【0075】
図5の偏光分離素子107はその表面にレリーフ型の回折格子501が形成されており、その格子ベクトル502は紙面内にある。また、その格子ピッチPは使用波長をλとしたときにλ > Pの関係を満たしている。このように格子ピッチが波長より短い表面レリーフ型回折格子に光波が入射した際に、その回折角および回折効率に大きな偏光依存性があることが知られている。また、回折効率については格子の深さdが大きな影響を与えることが知られている。(第33回応用物理関連講演会、4a−ZC−1、第46回応物秋季講演会、2p−H−6、第47回応物秋季講演会、30p−V−6)
一例として図6のように反射型液晶ライトバルブに対してθo傾けられた偏光分離素107にP偏光204が入射する場合を考える。
【0076】
偏光分離素子107を屈折率1.66の透明板で形成する場合に、P偏光204の偏光分子素子107に対する入射角度θiを略30°、波長を0.633μm、格子ピッチP=0.588μm、格子深さd=1.47μmとすると、P偏光204の一次回折効率は90%以上に達する一方で、S偏光209の回折効率はほぼ0%でほとんど回折作用を受けずに透過する。また、一次回折光の回折角度θdは略35°であるので偏光分離素子107を反射型液晶ライトバルブに対してθo=35°傾けることにより、入射P偏光204を略垂直に液晶層207に入射させることができる。画素電極208で反射され位相変調を受けたS偏光209は前述のごとくほとんど回折作用を受けないため、そのまま偏光分離素子107を透過する。
【0077】
従って、これらの諸パラメータを調整して入射P偏光204を液晶層207に略垂直に入射せしめる特定次数に選択的に回折させ、一方、反射S偏光209は0次(直進透過光)に選択的に回折させるさせるようにすれば、偏光分離機能を発揮させることが可能となる。
【0078】
なお、実施形態4やこれ以降に説明する実施形態において偏光分離素子107を液晶層に略平行に配置する場合を中心に説明してあるが、図6に示すごとく、偏光分離素子107を液晶層207に対して傾斜をつけて配置してもかまわない。このような構成をとることにより、入出射偏光の特定次数光への回折効率を向上させたり、設計の自由度を向上させることが可能になる。
【0079】
本実施形態は、実施例3のように一軸性結晶を用いる必要がないため比較的安価に偏光分離素子を製造できるという特徴を有する。更には屈折現象を利用する偏光分離素子に比べて入射P偏光と出射S偏光の分離角度を大きく取れるという特徴を有する。
【0080】
図7の偏光分離素子107は、その内部に屈折率分布の周期構造701を有する体積ホログラムであり、その格子ピッチPは使用波長をλとしたときに
λ > Pの関係を満たしている。このように格子ピッチが波長より短い体積型ホログラムに光波が入射した際にも図5、6の偏光分離素子同様に、その回折角および回折効率に大きな偏光依存性があることが知られている。従って、P偏光204を液晶セルに略垂直に入射せしめる特定次数に選択的に回折させ、一方、反射S偏光209は0次(直進透過光)に選択的に回折させるさせるように周期構造ピッチP等の体積型ホログラムの諸パラメーターを調整すれば、偏光分離機能を発揮させることが可能となる。
【0081】
本実施形態は、一軸性結晶を用いる必要がなく、かつレリーフ構造を加工する必要が無いいため比較的安価に偏光分離素子を製造できるという特徴を有する。
【0082】
また、体積型ホログラムの内部に形成する屈折率分布の周期構造をサイン波で近似できるような分布とする事により、特定次数への回折効率を極めて高める事が可能となる。
【0083】
さらには、格子ベクトル方向Φを調整することにより、容易に回折角度を調節することが可能となり、偏光分離素子107を反射型液晶ライトバルブに対して傾けずとも、入射偏光204を略垂直に容易に入射させることが可能になる。
【0084】
は屈折現象を利用する偏光分離素子に比べて入射P偏光と出射S偏光の分離角度を大きく取れるという特徴を有する。
【0085】
(投射型表示装置の第2の実施形態)
8は、本発明による投写型表示装置の第2の実施形態の全体の構成を示す図である。
【0086】
実施形態の投射型表示装置は、光源手段であるランプ101と、反射手段であるリフレクタ102と、第1の集光手段である集光レンズ103と、光束混合手段であるロッド104と、第2の集光手段(結像手段)である結像レンズ(集光レンズ)801、802と、第1の直線偏光素子106と、反射手段であるミラー803と、偏光分離手段である偏光分離素子107と、画像形成手段である反射型液晶ライトバルブ108と、光束制御手段であるアパチャーストップ804と、第2の直線偏光素子109と、投射レンズ805を備え、反射型液晶ライトバルブ108の像をスクリーン110上に表示するものである。また、第2の集光手段である結像レンズ801、802は、ロッド104の出射端面の像を反射型液晶ライトバルブ107上に結像する機能を有している。
【0087】
実施形態の基本構成は図18を用いて説明をした従来の技術と同様、照明光束の幅の狭い部分に近接した空間領域に、投射光束を絞り込むことにより比較的狭い角度で投射光束と照明光束を空間的に分離するものである。
【0088】
図の従来技術における課題は、投射光束と照明光束の分離角度θbを大きくできず、照度比向上光学系で生成される光束が通過する空間を充分に確保できない事にあった。しかし、本構成においては実施形態1〜4で説明してきた機能を有する偏光分離素子107を挿入しているために、投射光束と照明光束の分離角度θaを従来技術に比べて大きく取れるため、照度比向上光学系で生成される光束が通過する空間を充分に確保する事が可能になる。従って、照度比の高い投射画像を得られる。
【0089】
(投写型表示装置の第3の実施形態)
ここまでに説明した実施形態においては、照明光束(もしくは照明光学系光軸)が反射型液晶ライトバルブに略垂直入射する条件を前提に説明をしてきた。しかし、本発明はこの条件に制限されるものではなく、この条件をはずれる条件においても様々な特徴を発揮する事が可能である。
【0090】
図9は反射型ライトバルブへの照明光束の入射角度と照明光束と投射光束の角度分離の関係を示す図である。図9(a)は、ここまでに説明した実施形態と同様に照明光束901が偏光分離素子107にて偏向されて、反射型ライトバルブの液晶層207に略垂直に入射する場合を示し、図9(b)は、照明光束901が偏光分離素子107にて偏向されて、反射型ライトバルブの液晶層207にある角度θcで入射する場合を示し、図9(c)は、従来技術と同様に、照明光束901が偏光分離素子を介する事なく、反射型ライトバルブの液晶層207に角度θdで入射する場合を示してある。また、図9の中で示されているθaは照明光束901と投射光束2の分離角を示し、θbは液晶層207の法線に対して投射光束がなす角を示している。
【0091】
図10を用いて図9における角度θaとθbが投射型表示装置の性能にどのような影響を及ぼすかを説明する。
【0092】
図9におけるθaは図10においては照明光学系の光軸1001と投射光学系の光軸1002の為す角度である。照明光学系における各素子は、投射光学系の光束1004に光学的な作用を及ぼさない位置に配置しなければならず、同様に投射光学系における各素子は、照明光学系の光束1003に光学的な作用を及ぼさない位置に配置しなければならない。従って、θaが大きければ大きいほど投射レンズ110を反射型液晶ライトバルブに近い位置に配置できる。投射レンズ110の口径を同一で考えた場合、投射レンズ110を反射型液晶ライトバルブ108に近づければ近づけるほどより大きな立体角の反射型液晶ライトバルブ108からの反射光を投射レンズ110に取り込める。すなわち、投射レンズ110のFナンバーを小さくする事ができ、より明るい投射画像を得る事ができる。
【0093】
以上をまとめると、θaを大きくすればするほど明るい投射画像を得る事ができる。
【0094】
次に図9におけるθbは図10においては反射型液晶ライトバルブ108の法線1005と投射光学系の光軸1002の為す角度である。この角度が大きくなればなるほど投射レンズ110の反射型液晶ライトバルブ108に対する偏心量は大きくなり、投射画像の画質の劣化を招く事になる。逆にこの角度を小さくすればするほどより高い画質の投射画像を得る事ができる。以上をまとめると、θbを小さくすればするほど高い画質の投射画像を得る事ができる。
【0095】
再び図9を用いて、照明光束(もしくは照明光学系光軸)が反射型液晶ライトバルブに非垂直に入射する構成の特徴を説明する。
【0096】
図9(a)は、ここまでに説明した実施形態と同様に照明光束901が偏光分離素子107にて偏向されて、反射型ライトバルブの液晶層207に略垂直に入射する場合を示している。その時の照明光束901の偏光分離素子107への入射角をθcとする。図9(b)は、照明光束901が図9(a)と全く同じ構造を有する偏光分離素子107にθcより大きなθdで入射する場合を示してある。その場合、スネルの法則や回折角の法則から考えて、照明光束901は反射型ライトバルブの液晶層207に0°より大きな角度θeで入射する。ここで、(a)における入射光束901と投射光束902の分離角θaをAとするとA=θcとなり、(b)における分離角θaをBとするとB=θd+θeとなる。
【0097】
θc<θdの関係があるので明らかにA<Bである。従って、先述の理由により(b)の構成、すなわち照明光束(もしくは照明光学系光軸)が反射型液晶ライトバルブに非垂直に入射する構成はより明るい投射画像を得ることができるといえる。
【0098】
次に、図9(b)の構成と偏光分離素子を用いない図9(c)の構成が全く同一の分離角度θaを有する場合を考える。このとき(b)における液晶層207の法線に対して投射光束902がなす角θbをCとすると、C=θeであり、(c)におけるそれをDとすると、D=θfである。また、図から明らかなように(b)においては、θa=θg+2θe、(c)においては、θa=2θfであるので明らかに、θe<θf、すなわち、C<Dである。従って、同じ明るさの投射画像を得る場合は、先述の理由により(b)の構成、すなわち照明光束(もしくは照明光学系光軸)が反射型液晶ライトバルブに非垂直に入射する構成はより高い画質を有する投射画像を得ることができるといえる。
【0099】
(投写型表示装置の第4の実施形態)
図11は投射型表示装置の第1の実施形態における照明光学系の構成を示す図である。
【0100】
ロッド104の結像素子105a側の端面1101は結像レンズ105aおよび105bにより反射型液晶ライトバルブ108上に結像される。照明光を無駄無く反射型ライトバルブ108に伝達するためには端面1101の像の形状が反射型ライトバルブ108の平面形状に略一致している必要がある。なぜなら、それが略一致せず、前者が後者より大きい場合は、照明光の一部がスクリーンに導かれず照明効率の低下を招き、逆に小さい場合は反射型ライトバルブに照明光が照射されていない領域が生じ、その領域は全く投射されなくなってしまうからである。
【0101】
ところで、図から明らかなように端面1101は反射型液晶ライトバルブ108に対して非平行であるため、その像形状を反射型ライトバルブ108の平面形状と略一致させるためには、端面1101の形状は、反射型ライトバルブ108の平面形状を端面1101と平行な面に射影した形状と相似でなければならない。また、この時の相似比は結像素子105の横倍率βの逆数でなければならない。
【0102】
この関係を図12に示す。図12において矢印xは照明光学系の光軸と反射型液晶ライトバルブの法線を含む面に垂直な方向を示している。また、反射型ライトバルブの平面形状1201およびロッド端面の形状1202はそれぞれを垂直方向から見たときの形状を示してある。
【0103】
反射型ライトバルブの平面形状1201の横方向とロッドの端面の横方向は互いに略平行の関係にあるので、前者の長さをAとしたときに、後者の長さaは、略下式であらわされる。
【0104】
a=A/β ここでβは結像素子105の横倍率。
【0105】
反射型ライトバルブの平面形状1201の縦方向とロッドの端面の縦方向は非平行の関係にあるので、前者を後者に平行な面に射影をして考えなければならない。前者の長さをBとしたときに、後者の長さbは、略下式であらわされる。
【0106】
b=B/(β・sin θi) ここでβは結像素子105の横倍率
また、θiは照明光学系の光軸と反射型液晶ライトバルブの法線のなす角度。
【0107】
(投写型表示装置の第5の実施形態)
図11に示す照明光学系の構成において、ロッド端面1101の上端から出射する光線1103の反射型位相変調機108までの光路長と、ロッド端面1101の下端から出射する光線1104の反射型液晶ライトバルブ108までの光路長は図から明らかなように異なる。したがって、ロッド端面4の像1105は反射型液晶ライトバルブに対して傾いて形成されるため、反射型液晶ライトバルブ108における照明光強度分布はロッド端面1101におけるそれを忠実に反映したものとはならず、その結果、投射画像に照度むらが生じる。この現象を回避するためには、ロッド端面1101の像が反射型液晶ライトバルブ平面上に略平面状に結像する必要がある。
【0108】
図13はシャインプルフの法則を利用して、前記現象を回避した構成である。
【0109】
シャインプルフの法則に基づけば、結像レンズ105に対して傾いた平面上に像を結像させるためには、物体を傾ければよい。その傾け方は、ロッド端面1101の延長線1301と結像素子105の入射側主平面1302の交点1305の照明光学系の光軸1307からの高さをh1とし、偏光分離素子107の延長線1304と結像素子105の出射側主平面1303の交点1306の照明光学系の光軸1307からの高さをh2とした場合、h1=h2となるようにすればよい。
【0110】
図14は偏心光学素子を利用して、前記現象を回避した構成である。本構成において結像素子105を構成する全てもしくは一部の素子は偏心をした素子である。図14においては、一例として結像素子105を2枚のレンズで構成し、そのうちの1枚1401が偏心光学素子である場合を示してある。偏心光学素子1401は偏光分離素子107側の面が偏心しており、図の下方から上方に向うに連れて曲率半径が徐々に大きくなる非球面形状をしている。このように面内にパワー分布を持っているためにパワーの強い下方を通過した光束はより近い位置で結像をし、パワーの弱い上方を通過した光束はより遠い位置で結像する。
【0111】
ロッド端面1101からみて反射型液晶ライトバルブは下方ほど近い距離にあり上方ほど遠い距離にある。従って上記偏心光学素子1401の結像関係により、ロッド端面1101の像を反射型液晶ライトバルブ平面上に略平面状に結像する事が可能となる。
【0112】
図15はシフト光学系を利用して、前記現象を回避した構成である。本構成においては、ロッド端面1101と偏光分離素子107は結像素子105の回転対称軸1501に対して直角かつ反対方向にずれている。なお、照明光を有効に反射型液晶ライトバルブ108に導くためにはロッド端面1101の中心点1503、結像素子105の主点、偏光分離素子107の中心1506はランプ101、リフレクター102および集光素子103の回転対称軸1502上に略配置されている必要がある。
【0113】
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形や変更が可能である。
【0114】
例えば、反射型位相変調素子の一例として反射型液晶ライトバルブを例にとって実施形態を説明してきたが、他の位相変調素子を使用しても構わない。
【0115】
また、表示素子の明表示のモードとして、書き込み(照明)光と読み出し(投射)光の偏光状態が異なる場合を説明してきたが、それらが同じ偏光状態で明表示となるモードを使用してもかまわない。
【0116】
また、グラスロッドは中実のものについて説明したが、中空(外枠が硝子で中心が空洞の円柱。この場合は硝子内面で光反射する。)のライトパイプでも構わない。
【0117】
また、照度比向上機能を有する素子としてロッドを例に上げて説明したが、他の素子、例えば2枚のフライアイレンズを用いても構わない。
【0118】
また、各図で説明したS偏光とP偏光は、逆であっても構わない。
【0119】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明の投射型表示装置によれば、屈折もしくは回折作用に偏光依存性を有する偏光分離素子を用いる事により、高いコントラストを有する高精細な画像投写の可能な反射型位相変調器を用いた投写型表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による投射型表示装置の第1の実施形態を示す図。
【図2】 本発明による偏光分離素子の第1の実施形態を示す図。
【図3】 本発明による偏光分離素子の第2の実施形態を示す図。
【図4】 本発明による偏光分離素子の第3の実施形態を示す図。
【図5】 本発明による偏光分離素子の第4の実施形態を示す図。
【図6】 本発明による偏光分離素子の第4の実施形態の具体的な数値例の説明図。
【図7】 本発明による偏光分離素子の第4の実施形態を示す図。
【図8】 本発明による投射型表示装置の第2の実施形態を示す図。
【図9】 本発明による投射型表示装置の第3の実施形態の効果の説明図。
【図10】 本発明による投射型表示装置の第3の実施形態を示す図。
【図11】 本発明による投写型表示装置の第4の実施形態を示す図。
【図12】 本発明による投写型表示装置の第4の実施形態の具体例の説明図。
【図13】 本発明による投写型表示装置の第5の実施形態を示す図。
【図14】 本発明による投写型表示装置の第5の実施形態を示す図。
【図15】 本発明による投写型表示装置の第5の実施形態を示す図。
【図16】 従来の投写型表示装置の説明図。
【図17】 従来の投写型表示装置の説明図。
【図18】 従来の投写型表示装置の説明図。
【符号の説明】
101 ランプ
102 リフレクタ
103 集光レンズ
104 ロッド
105 結像素子
105a 結像素子
105b 結像素子
106 直線偏光板
107 偏光分離素子
108 反射型液晶ライトバルブ
109 直線偏光板
110 投射レンズ
111 スクリーン
112 照明光学系光軸
113 照明光学系の延長線
114 反射型液晶ライトバルブの延長線
115 交点
116 反射型液晶ライトバルブの中心点
201 一軸性結晶プリズム
202 等方性プリズム
203 光学軸
204 入射P偏光
205 頂角
206 頂角
207 液晶層
208 反射電極
301 偏光分離素子
401 一軸性結晶
402 周期格子
403 等方性媒質
404 光学軸
501 回折格子
502 格子ベクトル
701 屈折率分布の周期構造
702 格子ベクトル
801 結像レンズ
802 結像レンズ
803 ミラー
804 アパーチャーストップ
805 投射レンズ
901 照明光束
902 投射光束
1001 照明光学系光軸
1002 投射光学系光軸
1003 照明光束
1004 投射光束
1005 反射型液晶ライトバルブの法線
1101 ロッドの端面
1102 上側光線
1103 下側光線
1104 反射型液晶ライトバルブの法線
1105 ロッド端面の像
1201 反射型液晶ライトバルブの平面形状
1202 ロッド端面の平面形状
1301 ロッド端面の延長線
1302 結像素子の入射側主平面
1303 結像素子の出射側主平面
1304 偏光分離素子の延長線
1305 交点
1306 交点
1307 照明光学系の光軸
1401 偏心光学素子
1501 結像光学系の中心軸
1502 照明光学系の光軸
1503 ロッド端面の中心
1504 結像光学系の中心
1505 偏光分離素子の中心
1601 偏光ビームスプリッター
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device, and is particularly suitable for a projection display device that enlarges and projects an image of an electro-optical device using a reflective phase modulation element such as a reflective liquid crystal light valve.
[0002]
[Prior art]
Recently, in this type of projection display device (liquid crystal projector) using a phase modulation element such as liquid crystal, attention has been focused on the use of a reflection type phase modulation element such as a reflection type liquid crystal light valve. The reason for this is that, assuming the use of a light valve with a diagonal size of about 1 inch, which is suitable for reducing the size and weight of the entire display device, there is a limit to high resolution in transmissive light valves such as transmissive liquid crystal light valves. It can be raised. As an example, in a transmissive liquid crystal light valve, it is necessary to secure a pixel opening for transmitting a light beam, and as a result, a transistor as a switching element is inevitably downsized as resolution increases. As a result, sufficient transistor writing characteristics cannot be obtained. At present, it is said that a resolution of about SXGA is the limit in a transmission type liquid crystal light valve of about 1 inch.
[0003]
On the other hand, in reflective phase modulation elements such as reflective liquid crystal light valves, a reflective electrode can be provided on the pixel and a switching element can be formed on the lower side of the electrode, so that higher resolution than UVGA can be achieved. There is a feature.
[0004]
For these reasons, in the future, high-definition images from the market will be demanded, and reflective phase modulation elements such as reflective liquid crystal light valves are the most promising light valves for projection display devices. It is regarded as a candidate.
[0005]
Examples of the optical configuration of a projection display device using a reflection type phase modulation element can be broadly divided into a configuration using a polarization beam splitter as seen in SPIE Vol. 3296 P100, SPIE (to be published) documents and special features. The structure is divided into two, which does not use a polarizing beam splitter as seen in Kaihei 8-171078 and JP-A-8-94975.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The configuration of the optical system using the above-described deflecting beam splitter will be described with reference to FIG. Light emitted from the lamp 101 passes through the rod 104 and the like for improving the illuminance ratio, and enters the polarization beam splitter 1601. The polarization beam splitter 1601 transmits P-polarized light and reflects S-polarized light (the reverse relationship can be realized depending on the configuration of the polarization separation film). The reflective liquid crystal light valve 108 gives a phase difference of λ / 4 to the light beam passing through the liquid crystal layer in the ON state by adjusting the birefringence, alignment state, and liquid crystal cell thickness of the liquid crystal material of the liquid crystal layer, It is configured to give a phase difference of 0 in the OFF state. This configuration is described in detail in the above-mentioned document SPIE Vol. 3296 P100, P19 and the like.
[0007]
The P-polarized light transmitted through the deflecting beam splitter 1601 enters the reflective liquid crystal light valve and is reflected by the reflective electrode. Then, since the light beam passes through the liquid crystal layer twice in the incident / reflecting optical path, the reflected light beam is converted into S-polarized light after receiving the phase difference of λ / 2 when the reflection type liquid crystal light valve is in the ON state, and subsequently incident. After being reflected by the polarization beam splitter 1601, it is projected onto the screen 111 by the projection lens 110 to provide a bright display. On the other hand, when OFF, the reflected light beam does not receive any phase difference, so it passes through the polarizing beam splitter 1601 again and returns to the illumination optical system side, and the light beam does not reach the screen 111 and is darkly displayed.
[0008]
The disadvantage of the optical system using this polarizing beam splitter is that the configuration of the entire optical system becomes complicated and the cost of parts increases. The dielectric multilayer film that has the polarization separation function of the polarizing beam splitter is designed for a limited wavelength band and light incident angle, so the wavelength band covering the entire visible range and wide light incident angle used in projection display devices. It is not possible to obtain a sufficient extinction ratio for illumination light having a brightness, and in order to obtain a projected image having a high contrast, it is necessary to use a dedicated polarization beam splitter for each of the R, G, B3 primary colors. . In this case, at least three polarizing beam splitters must be used, which leads to an increase in complexity and cost of the apparatus. In order to make up for such drawbacks, it is extremely difficult to obtain a sufficient extinction ratio even if a dielectric multilayer film design that covers the entire band with one polarization beam splitter is performed.
[0009]
Next, an optical system that does not use a polarizing beam splitter will be described. An important point in an optical system that does not use a polarization beam splitter is a configuration for spatially separating the illumination light beam and the projection light beam.
[0010]
The first example will be described with reference to FIG. The light emitted from the lamp 101 is collected by the condenser lens 103 and enters the reflective liquid crystal light valve 108 via the rod 104, the imaging lenses 105a and 105b, and the polarizing plate 106, which have the function of uniformizing the illuminance distribution. To do. The configuration and function of the reflective liquid crystal light valve 108 are the same as those described above. The light beam reflected by the reflective liquid crystal light valve 108 is guided to the projection lens 110 via the polarizing plate 109. Here, the incident-side polarizing plate 106 and the outgoing-side polarizing plate 109 are arranged in a crossed Nicols arrangement, so that in the ON state, the light beam undergoes a phase difference of λ / 2 and is converted into polarized light orthogonal to the incident polarized light. Is transmitted through the polarizing plate 109 on the side, and projected onto the screen 111 by the projection lens 110 to provide a bright display. On the other hand, when OFF, the light beam after reflection does not receive any phase difference and is absorbed by the polarizing plate 109 on the exit side, and the light beam does not reach the screen 111 and is darkly displayed.
[0011]
The disadvantage of this optical system is that it is inevitable that the image quality of the projected image is deteriorated and the cost is increased. In this configuration, since the illumination light is incident on the reflective liquid crystal light valve 108 at an angle, naturally the reflected light is also reflected at an angle. In order to project the reflected light onto the screen 111, it is generally preferable to place the projection lens 110 perpendicular to the optical axis of the reflected light. However, when viewed from the projection lens 110, the reflective light valve 108 is This is equivalent to being inclined with respect to the optical axis, and the screen projection image inevitably has trapezoidal distortion and various decentration aberrations, and the image quality is greatly deteriorated. In order to avoid such drawbacks, it is possible to improve the aberration by configuring the projection lens 110 with an eccentric lens or the like, but such a projection lens becomes very expensive and causes an increase in cost.
[0012]
In order to make up for such a drawback, as shown in FIG. 18, a configuration for minimizing the angular separation between the illumination light beam and the projection light beam has been proposed.
[0013]
In this configuration, the light emitted from the lamp 101 is collected by the condenser lens 103a and enters the reflective liquid crystal light valve 108 via the polarizing plate 106, the mirror 803, and the condenser lens 103b. The configuration and function of the reflective liquid crystal light valve 108 are the same as those described above. The light beam reflected by the reflective liquid crystal light valve 108 is collected by the condenser lens 103 b on the aperture formed by the aperture stop 804 and then guided to the projection lens 110 via the polarizing plate 109.
[0014]
In this configuration, the illumination light beam and the illumination light beam are narrowed at spatially close positions, and the condensing lens 103b is shared by both optical systems, so that the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system can be reduced. Since the separation angle can be reduced as compared with the above-described example, the amount of decentration aberration of the projection optical system is reduced.
[0015]
A disadvantage of this optical system is that it is impossible to obtain a projected image with a high illuminance ratio. In order to obtain an image with a high current illuminance ratio, generally, a fly-eye lens or the like is used to form a plurality of secondary light source images distributed two-dimensionally and superimposed on the reflective liquid crystal light valve 108. Is used. When such a method is used, the width of the light beam in the illumination optical system inevitably has a certain thickness. However, in this optical system, the illumination light must be condensed in a narrow space area so that the illumination light and the projection light do not interfere with each other. This spatial region is not large enough to use all the light fluxes required in the illumination ratio improving optical system, and as a result, unevenness in illumination of the projected image becomes remarkable. If the separation angle of the projection light beam and the illumination light beam is increased in order to solve this problem, the amount of decentration aberration of the projection optical system has to be increased as in the configuration of FIG. This increases the cost of the lens.
[0016]
The present invention solves the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a high contrast by using a polarization separation element that has high polarization separation capability and enables spatial separation of incident light and outgoing light. It is an object of the present invention to realize a projection display device using a reflection type phase modulation element capable of projecting a high-definition image having.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a projection display device according to the present invention combines a light source unit, an illumination optical unit that guides a light beam from the light source unit to a reflection type phase modulation element, and an image of the reflection type phase modulation element. Projection type display device comprising: imaging optical means for imaging; and an optical path from the light source means to the reflection type phase modulation element and a polarization separation means for substantially separating the optical path from the reflection type phase modulation element to the imaging optical means In the above, the polarization separation means exerts different refraction or diffraction action on each of the substantially linearly polarized light.
[0018]
According to this configuration, it is possible to configure a projection display device without using a polarization beam splitter because different polarization splitters that have different refraction or diffraction effects on each of substantially orthogonal linearly polarized light are used. Thus, the cost of the apparatus can be reduced and the image quality of the display image can be improved.
[0019]
In the projection display device, a light beam from the light source unit is incident on the reflection type phase modulation element substantially perpendicularly by the polarization separation unit.
[0020]
According to this configuration, since the optical axis of the projection lens can be arranged substantially perpendicular to the reflection type phase modulation element, the projection lens does not have any aberration due to decentration, and projects an image with very high image quality. Is possible. Furthermore, since a normal axially rotationally symmetric lens can be used, it is advantageous in terms of cost.
[0021]
Further, in the projection display device, the polarization separation means is composed of a combination of a prism element composed of a uniaxial crystal and a prism composed of an optically isotropic medium, and the refractive index of the uniaxial crystal with respect to ordinary light is set to no. When the refractive index for extraordinary light is ne, the refractive index of the optical isotropic medium is approximately no or approximately ne.
[0022]
With this configuration, it is possible to easily configure polarized light separating means that exerts a different refractive action on each of substantially orthogonal linearly polarized light, and a projection display device that can display a high-quality image at low cost. Can be realized.
[0023]
Furthermore, the polarization separation means is characterized in that a combination of prism elements made of uniaxial crystals and prisms made of an optically isotropic medium are arranged in an array.
[0024]
According to this configuration, the polarization separation element can be thinned.
[0025]
Further, in the projection display device, the polarization separation element includes a uniaxial crystal having an irregular periodic structure formed on a surface thereof and a structure in which a concave portion of the periodic structure is filled with an optically isotropic medium layer. When the refractive index of the crystalline crystal with respect to ordinary light is no and the refractive index with respect to extraordinary light is ne, the refractive index of the optical isotropic medium is approximately no or approximately ne, and the periodic structure diffracts incident light. It has the function to perform.
[0026]
With this configuration, it is possible to easily configure polarized light separating means that exerts a different diffractive action on each of substantially orthogonal linearly polarized light, and a projection display device that can display a high-quality image at low cost. Can be realized.
[0027]
In the projection display device, the polarization separation element is a surface relief type diffraction grating, and the grating pitch P satisfies the relationship of P <λ when the incident light wavelength is λ, and the depth of the grating Is characterized in that the diffraction efficiencies for the specific diffraction orders of linearly polarized light substantially orthogonal to each other are adjusted to be different.
[0028]
Compared with polarization separation means that has different diffractive action for each of substantially orthogonal linearly polarized light without using uniaxial crystals, polarization separation means that has different diffractive action for each of substantially orthogonal linearly polarized light. Can be manufactured inexpensively.
[0029]
In the projection display device, the polarization separation element is a volume hologram, and the grating pitch P satisfies a relation of P <λ when the incident light wavelength is λ, and the grating vector is the reflection phase. Inclined with respect to the modulation element.
[0030]
According to this configuration, polarized light having different diffractive action on each of substantially orthogonal linearly polarized light without mechanically processing the polarization separating means that has different diffractive action on each of substantially orthogonal linearly polarized light. Since the separating means can be manufactured at a relatively low cost and the direction of the grating vector can be easily adjusted, the incident angle of the illumination light to the reflective phase modulation element can be easily adjusted.
[0031]
Further, the polarization separation element having a diffraction action is inclined with respect to the reflection type phase modulation element.
[0032]
According to this configuration, it is easy to adjust the incident angle of the illumination light to the reflection type phase modulation element, so that the design of the polarization separation element is facilitated.
[0033]
Further, in the projection display device, the illumination optical unit divides the light beam from the light source unit into a plurality of light beams by internal reflection, and forms a plurality of secondary light source images, and the light beam splitting unit. And a light condensing means for imaging the illumination information of the light exit surface of the light beam onto the reflection type phase modulation element, wherein the shape of the light emission surface of the light beam splitting means is not similar to the planar shape of the reflection type phase modulation element. And
[0034]
According to this configuration, illumination light can be efficiently incident on the reflective phase modulation element obliquely.
[0035]
In the projection display device, the illumination optical means splits the light beam from the light source means into a plurality of light beams and emits them to form a plurality of secondary light source images, and the light beam splitting means emits the light. A light condensing unit that forms an image of surface illumination information on the reflection type phase modulation element, and an arrangement of the light exiting surface of the light beam dividing unit, the light condensing unit, and the reflection type phase modulation element satisfies Scheinpf's law. It is characterized by that.
[0036]
According to this configuration, illumination light can be efficiently incident on the reflective phase modulation element obliquely.
[0037]
In the projection display device, the illumination optical means splits the light beam from the light source means into a plurality of light beams and emits them to form a plurality of secondary light source images, and the light beam splitting means emits the light. Condensing means for imaging surface illumination information on the reflective phase modulation element, the condensing means including one or a plurality of decentered optical elements, and imaging of the exit surface information by the condensing means The position is changed for a while in the light flux from the light source means.
[0038]
According to this configuration, illumination light can be efficiently incident on the reflective phase modulation element obliquely.
[0039]
In the projection display device, the illumination optical means splits the light beam from the light source means into a plurality of light beams and emits them to form a plurality of secondary light source images, and the light beam splitting means emits the light. A light condensing unit that forms an image of the illumination information of the surface on the reflection type phase modulation element, and the exit surface of the light beam dividing unit and the reflection type phase modulation element are shifted at right angles to the light collection unit and in opposite directions. It is characterized by that.
[0040]
According to this configuration, illumination light can be efficiently incident on the reflective phase modulation element obliquely.
[0041]
Further, in the projection display device, L is a distance between an intersection of an extension line of the optical axis of the illumination optical system and a plane on which the reflective phase modulation element is disposed, and a substantially center of the reflective phase modulation element, A relationship of L> W is established, where W is the width of the reflection type phase modulation element in a plane including the optical axis of the illumination optical system and the normal line of the reflection type phase modulation element.
[0042]
According to this configuration, it is possible to prevent a component unnecessary for modulation of the reflection type phase modulation element, out of the substantially orthogonal linearly polarized light emitted from the illumination unit, from entering the reflection type phase modulation element. The number of linear polarizing plates can be reduced, and a brighter projection image can be obtained.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In the following description, a case where a reflective liquid crystal light valve is used as the reflective phase modulation element will be described as an example. However, it goes without saying that the present invention is not limited to this.
[0044]
(First Embodiment of Projection Type Display Device and Polarization Separation Element)
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a projection display device according to the present invention.
[0045]
The projection display device of this embodiment includes a lamp 101 as a light source means, a reflector 102 as a reflection means, a condensing lens 103 as a first condensing means, a rod 104 as a light beam mixing means, 2 focusing means (imaging means), an imaging lens (condensing lens) 105 composed of lenses 105a and 105b, a first linear polarization element 106, and a polarization separation element 107 as polarization separation means. And a reflective liquid crystal light valve 108 as an image forming means, a second linearly polarizing element 109, and a projection lens 110, and an image of the reflective liquid crystal light valve 108 is displayed on the screen 110. The second light condensing means 105 has a function of forming an image of the exit end face of the rod 104 on the reflective liquid crystal light valve 107.
[0046]
Each of the first linear polarizing element 106 and the second linear polarizing element 109 transmits linearly polarized light having a vibration surface in a certain direction, and absorbs or reflects linearly polarized light having the vibration surface in a direction orthogonal thereto. They are placed in a crossed Nicol arrangement or a parallel arrangement with each other. This arrangement relationship is determined by the driving conditions of the reflective liquid crystal light valve. That is, when the reflective liquid crystal light valve is driven in a normally black condition for displaying black in the OFF state, it is necessary to have a crossed Nicols arrangement. On the contrary, when the reflective liquid crystal light valve is driven under normally white conditions for displaying white in the OFF state, it is necessary to arrange them in parallel. In the following description of the embodiment, the description will be made on the assumption that it is placed in a crossed Nicol arrangement for the sake of easy understanding.
[0047]
The light beam emitted from the lamp 101 is reflected by the parabolic reflector 102 and enters the condenser lens 103 as a substantially parallel light beam. The condensing lens 103 emits the light beam so as to enter the rod 104.
[0048]
The rod 104 is constituted by a columnar glass solid rod or a hollow rod in which a plurality of flat plate mirrors are combined on a column. The light beam incident on the rod 104 repeats internal reflection in the rod 104, and the light beam from various directions from the inside of the rod is superimposed on the exit surface, thereby reducing unevenness in brightness and increasing the illuminance ratio. An enhanced luminance distribution will be formed. The luminance distribution on the exit surface of the rod 104 is irradiated by the imaging lens 105 to the reflective liquid crystal light valve 108 as the irradiated surface via the linearly polarizing element 106 and the polarization separating element 107. The linearly polarizing element 106 has a function of transmitting polarized light (hereinafter referred to as P-polarized light) that vibrates in the plane of the paper and absorbing polarized light (hereinafter referred to as S-polarized light) that vibrates perpendicularly to the plane of the paper.
[0049]
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the polarization separation element according to the present invention.
[0050]
FIG. 2A shows the path of the light beam when the reflective liquid crystal light valve is in the ON state, and FIG. 2B shows the path of the light beam when in the OFF state.
[0051]
The polarization separation element 107 is configured by a combination of a uniaxial crystal prism 201 and an isotropic prism 202. Examples of the uniaxial crystal prism 201 include, but are not limited to, calcite, crystal, liquid crystal prism, and structural birefringent medium. In the following explanation, explanation is made on the assumption that a negative crystal such as calcite is used.
[0052]
The optical axis 203 of the uniaxial crystal prism 201 is in the plane of the paper, the refractive index for ordinary light is no, and the refractive index for extraordinary light is ne. Further, the refractive index of the isotropic prism 202 is adjusted to no.
[0053]
The P-polarized light 204 transmitted through the linearly polarizing plate 106 in FIG. 1 is refracted and incident on the uniaxial prism 201 according to Snell's law. Since this polarized light is extraordinary light in the uniaxial crystal prism 201, the refractive index of ne is felt. Then, the light is further refracted at the interface between the uniaxial prism 201 and the isotropic prism 202 and enters the liquid crystal layer 207 of the reflective liquid crystal light valve 108.
[0054]
At this time, the prism apex angles 205 and 206 are adjusted so that the incident angle of the incident P-polarized light 204 to the liquid crystal layer 207 is 0 °. For example, when calcite is used as the uniaxial crystal, since no = 1.658 and ne = 1.486, when the incident angle to the uniaxial crystal prism 201 of the P-polarized light 204 is about 9 °, If the apex angles 205 and 206 are formed to be approximately 47 °, the P-polarized light 204 can be incident on the liquid crystal layer 207 substantially vertically.
[0055]
In FIG. 2A, the reflective liquid crystal light valve 108 is in an ON state and has a function of giving a phase difference of λ / 4 to the light beam that has passed through the liquid crystal layer 207. Therefore, when the P-polarized light 204 incident on the liquid crystal cell 207 is reflected by the pixel electrode 208 and is emitted from the liquid crystal cell 207 again, it receives a phase difference of λ / 2 and is converted into S-polarized light 209. The S-polarized light 209 is not refracted at the interface between the uniaxial crystal prism 201 and the isotropic prism 202. This is because the refractive index of the uniaxial prism 201 for S-polarized light (= ordinary light) is no, which is equal to that of the isotropic prism 202. Accordingly, the S-polarized light 209 exits the polarization separation element 107 as it is.
[0056]
On the other hand, in FIG. 2B, the reflective liquid crystal light valve 108 is in the OFF state, and no phase difference is given to the light beam that passes through the liquid crystal layer 207. Therefore, even after the incident P-polarized light 204 is reflected by the pixel electrode 208, the polarization state remains P-polarized light, and returns to the illumination optical system side through the same path as when it was incident.
[0057]
As is clear from this, in this embodiment, the S-polarized outgoing light when the reflective liquid crystal cell light valve 108 is in the ON state and the P-polarized outgoing light when it is in the OFF state can be completely separated spatially. A very high extinction ratio can be obtained, which makes it possible to display a projected image having a high contrast.
[0058]
Returning to FIG. 1 again, the S-polarized light emitted from the polarization separation element 107 passes through the linear polarizer 109 in a crossed Nicols arrangement with respect to the linear polarizer 106, and is imaged on the screen 111 by the projection lens 110. Here, since the light reaching the screen is emitted substantially perpendicularly to the reflective liquid crystal light valve 108, the optical axis of the projection lens 110 can be disposed substantially perpendicular to the reflective liquid crystal light valve 108. Accordingly, since no aberration due to decentration occurs in the projection lens, it is possible to project an image having a very high image quality. Furthermore, since a normal axially rotationally symmetric lens can be used, it is advantageous in terms of cost.
[0059]
In the configuration of FIG. 1, the intersection point of the extension line 113 of the optical axis 112 of the illumination optical system and the extension line 114 of the reflective liquid crystal light valve 108 is defined as 115, and the intersection point 115 and the center point 116 of the reflective liquid crystal light valve 108. Let L be the distance. Further, the width of the reflective liquid crystal light valve 108 in the paper surface is W. At this time, the distance D between the polarization separation element 107 and the reflective liquid crystal light valve 108 and the angle θi formed between the optical axis 112 of the illumination optical system and the normal line of the polarization separation element are adjusted so that L> W. Thus, the linear polarizing plate 106 can be omitted. This is because the linearly polarizing plate 106 is installed to remove S-polarized light unnecessary for modulation of the reflective liquid crystal light valve. However, the linearly polarizing plate 106 can remove S-polarized light by making the relationship L> W. This is because the S-polarized light that hardly receives the refractive action by the polarization separation element 107 travels substantially straight as it is, and hardly enters the reflective liquid crystal light valve 108.
[0060]
According to this configuration, since the number of linearly polarizing plates can be reduced, the transmittance is improved accordingly, and a brighter projected image can be obtained. Needless to say, this configuration can be applied to the embodiments described below.
[0061]
(Second Embodiment of Polarization Separation Element)
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the polarization separation element.
[0062]
In this embodiment, the polarization separation element is a plane in which the combination unit 301 of the uniaxial crystal prism 201 and the isotropic prism 202 having the structure described in the first embodiment of the polarization separation element is parallel to the reflective phase modulator 108. It is the structure arranged on the array inside. According to this configuration, the polarization separation element 107 can be thinned, and the entire projection display device can be reduced in size and thickness.
[0063]
(Third embodiment of polarization separation element)
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the polarization separation element.
[0064]
4A shows the path of the light beam when the reflective liquid crystal light valve 108 is in the ON state, and FIG. 4B shows the path of the light beam when it is in the OFF state.
[0065]
In this embodiment, the polarization separation element 107 has a uniaxial crystal 401 in which a periodic grating 402 having a sawtooth cross section on the surface and a repetition pitch of P is formed, and an isotropic medium 403 filled in the gap of the grating 402. It consists of Examples of the uniaxial crystal 401 include, but are not limited to, calcite, crystal, liquid crystal prism, and structural birefringent medium. The optical axis 404 is in the plane of the paper, the refractive index for ordinary light is no, the refractive index for extraordinary light is ne, and the refractive index of the isotropic medium 403 is adjusted to no.
[0066]
Since the P-polarized light 204 incident on the polarization separation element 107 is abnormal light in the uniaxial crystal 401, the refractive index ne is sensed. Accordingly, the interface structure between the isotropic medium 403 and the uniaxial crystal 402 is affected. Since this interface structure is a periodic grating with a repetition pitch of P, the incident P-polarized light 204 is diffracted. The diffraction angle of the P-polarized light 204 is expressed by the following equation.
[0067]
n sinθ-n 'sinθ' = mλ / P
Here, n and n ′ are the refractive indices of the medium on the incident side and the exit side with respect to the diffractive surface, θ is the incident angle of light with respect to the diffractive surface, θ ′ is the exit angle, m is the order of the diffracted light, λ is the light wavelength, Is the pitch of the grid.
[0068]
Therefore, when calcite is used as the uniaxial crystal 401, the incident light wavelength is 0.633 μm of red light, and the incident angle is 30 °, the first-order diffracted light (m = 1) is substantially perpendicular to the liquid crystal layer 207. In order to make the light incident, the grating pitch P may be adjusted to about 1.3 μm. Further, since the cross-sectional shape of the grating 402 is a sawtooth shape, diffraction can be selectively generated in the primary direction, and most of the energy of the incident P-polarized light 204 is incident on the liquid crystal layer 207 perpendicularly. Can be made.
[0069]
As described in Embodiment 1, when the reflective liquid crystal light valve 108 is in the ON state, the reflected light is converted into S-polarized light 209 and is incident on the uniaxial crystal 401 again, and reaches the periodic grating 402. Here, since the S-polarized light 209 is ordinary light in the uniaxial crystal 401, the refractive index no is felt. Since this refractive index is the same as that of the isotropic medium 403, the S-polarized light 209 emits the polarization separation element 107 as it is without receiving an diffractive action without feeling the interface structure.
[0070]
On the other hand, in FIG. 3B, the reflective liquid crystal light valve 108 is in the OFF state, and no phase difference is given to the light beam that passes through the liquid crystal layer 207. Therefore, since the polarization state remains P-polarized light after reflection, it returns to the illumination optical system side through the same path as when it was incident.
[0071]
Therefore, as described in the first embodiment, it is possible to project a high-quality image with very high contrast. Since this embodiment uses the diffraction phenomenon, it has a feature that the separation angle between the incident P-polarized light and the outgoing S-polarized light can be made larger than that of the polarization separation element using the refraction phenomenon as in the first embodiment.
[0072]
(Fourth Embodiment of Polarization Separation Element)
5, FIG. 6 and FIG. 7 are diagrams showing an embodiment of a polarization separation element using a diffraction phenomenon as in the polarization separation element of the third embodiment.
[0073]
5A, 6 and 7A show the path of the light beam when the reflective liquid crystal light valve 108 is in the ON state, and FIGS. 5B and 7B show the light beam in the OFF state. The route is shown.
[0074]
Since the function of the polarization separation element of these embodiments is basically the same as that of the polarization separation element of Example 3, the overlapping description of the function is omitted, and only the difference in the structure of the polarization separation element is described. And
[0075]
5 has a relief type diffraction grating 501 formed on the surface thereof, and the grating vector 502 is in the plane of the paper. Further, the grating pitch P satisfies the relationship of λ> P when the wavelength used is λ. As described above, when a light wave is incident on a surface relief type diffraction grating whose grating pitch is shorter than the wavelength, it is known that the diffraction angle and the diffraction efficiency have a large polarization dependency. Further, it is known that the grating depth d has a great influence on the diffraction efficiency. (33th Applied Physics Lecture, 4a-ZC-1, 46th Correspondence Fall Lecture, 2p-H-6, 47th Correspondence Fall Lecture, 30p-V-6)
As an example, consider the case where the P-polarized light 204 is incident on the polarization separating element 107 tilted by θo with respect to the reflective liquid crystal light valve as shown in FIG.
[0076]
When the polarization separating element 107 is formed of a transparent plate having a refractive index of 1.66, the incident angle θi of the P polarized light 204 with respect to the polarizing molecular element 107 is approximately 30 °, the wavelength is 0.633 μm, the grating pitch P = 0.588 μm, When the grating depth is d = 1.47 μm, the first-order diffraction efficiency of the P-polarized light 204 reaches 90% or more, while the diffraction efficiency of the S-polarized light 209 is almost 0% and is transmitted with almost no diffraction effect. Further, since the diffraction angle θd of the first-order diffracted light is approximately 35 °, the incident P-polarized light 204 is incident on the liquid crystal layer 207 substantially vertically by tilting the polarization separation element 107 with respect to the reflective liquid crystal light valve by θo = 35 °. Can be made. Since the S-polarized light 209 reflected by the pixel electrode 208 and subjected to phase modulation hardly receives the diffracting action as described above, it passes through the polarization separation element 107 as it is.
[0077]
Therefore, by adjusting these parameters, the incident P-polarized light 204 is selectively diffracted to a specific order that is incident substantially perpendicularly to the liquid crystal layer 207, while the reflected S-polarized light 209 is selectively selected to the 0th order (straight forward transmitted light). If it is made to diffract, the polarization separation function can be exhibited.
[0078]
In the fourth embodiment and the embodiments that will be described later, the description has focused on the case where the polarization separation element 107 is disposed substantially parallel to the liquid crystal layer. However, as shown in FIG. 207 may be arranged with an inclination. By adopting such a configuration, it becomes possible to improve the diffraction efficiency of incident / exit polarized light into a specific order light and to improve the degree of freedom of design.
[0079]
This embodiment has a feature that a polarized light separating element can be manufactured at a relatively low cost because it is not necessary to use a uniaxial crystal as in the third embodiment. Furthermore, it has a feature that a larger separation angle can be obtained between incident P-polarized light and outgoing S-polarized light than a polarization separation element using a refraction phenomenon.
[0080]
The polarization separation element 107 in FIG. 7 is a volume hologram having a periodic structure 701 having a refractive index distribution therein, and the grating pitch P is determined when the wavelength used is λ.
The relationship of λ> P is satisfied. As described above, when a light wave is incident on a volume hologram having a grating pitch shorter than the wavelength, it is known that the diffraction angle and the diffraction efficiency have a large polarization dependency as in the polarization separation element of FIGS. . Therefore, the periodic structure pitch P is selected so that the P-polarized light 204 is selectively diffracted to a specific order that enters the liquid crystal cell substantially perpendicularly, while the reflected S-polarized light 209 is selectively diffracted to the 0th order (straight forward transmitted light). By adjusting various parameters of the volume hologram such as, it is possible to exhibit the polarization separation function.
[0081]
This embodiment is characterized in that it is not necessary to use a uniaxial crystal and it is not necessary to process a relief structure, so that a polarization separation element can be manufactured at a relatively low cost.
[0082]
Further, by making the periodic structure of the refractive index distribution formed inside the volume hologram into a distribution that can be approximated by a sine wave, the diffraction efficiency to a specific order can be extremely increased.
[0083]
Furthermore, it is possible to easily adjust the diffraction angle by adjusting the grating vector direction Φ, and the incident polarized light 204 can be easily made substantially vertical without tilting the polarization separating element 107 with respect to the reflective liquid crystal light valve. It becomes possible to make it enter.
[0084]
Has a characteristic that the separation angle between the incident P-polarized light and the outgoing S-polarized light can be made larger than that of the polarization separation element utilizing the refraction phenomenon.
[0085]
(Second Embodiment of Projection Display Device)
FIG. 8 is a diagram showing the overall configuration of the second embodiment of the projection display apparatus according to the present invention.
[0086]
The projection display device of the embodiment includes a lamp 101 as a light source means, a reflector 102 as a reflection means, a condensing lens 103 as a first light condensing means, a rod 104 as a light beam mixing means, and a second. Imaging lenses (condensing lenses) 801 and 802 as the focusing means (imaging means), the first linearly polarizing element 106, the mirror 803 as the reflecting means, and the polarization separating element 107 as the polarization separating means. A reflective liquid crystal light valve 108 as image forming means, an aperture stop 804 as light flux controlling means, a second linearly polarizing element 109, and a projection lens 805, and an image of the reflective liquid crystal light valve 108 is displayed on the screen. 110 is displayed. Further, the imaging lenses 801 and 802 as the second light condensing means have a function of forming an image of the exit end face of the rod 104 on the reflective liquid crystal light valve 107.
[0087]
The basic configuration of the embodiment is similar to the conventional technology described with reference to FIG. 18, and the projection light beam and the illumination light beam are narrowed at a relatively narrow angle by narrowing the projection light beam in a spatial region close to the narrow part of the illumination light beam. Are spatially separated.
[0088]
The problem with the prior art shown in the figure is that the separation angle θb between the projection light beam and the illumination light beam cannot be increased, and a sufficient space for the light beam generated by the illumination ratio improving optical system to pass through cannot be secured. However, since the polarization separation element 107 having the function described in the first to fourth embodiments is inserted in this configuration, the separation angle θa between the projection light beam and the illumination light beam can be made larger than that in the prior art. It is possible to secure a sufficient space through which the light beam generated by the ratio improving optical system passes. Therefore, a projection image with a high illuminance ratio can be obtained.
[0089]
(Third embodiment of the projection display device)
In the embodiments described so far, the description has been made on the assumption that the illumination light beam (or the optical axis of the illumination optical system) is substantially perpendicularly incident on the reflective liquid crystal light valve. However, the present invention is not limited to this condition, and various features can be exhibited even under conditions that deviate from this condition.
[0090]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the incident angle of the illumination light beam to the reflective light valve and the angle separation between the illumination light beam and the projection light beam. FIG. 9A shows a case where the illumination light beam 901 is deflected by the polarization separation element 107 and enters the liquid crystal layer 207 of the reflective light valve substantially perpendicularly as in the embodiment described so far. 9B shows a case where the illumination light beam 901 is deflected by the polarization separation element 107 and is incident on the liquid crystal layer 207 of the reflection type light valve at an angle θc. FIG. In the figure, the illumination light beam 901 is incident on the liquid crystal layer 207 of the reflective light valve at an angle θd without passing through the polarization separation element. 9 indicates the separation angle between the illumination light beam 901 and the projection light beam 2, and θb indicates the angle formed by the projection light beam with respect to the normal line of the liquid crystal layer 207.
[0091]
The effect of the angles θa and θb in FIG. 9 on the performance of the projection display device will be described with reference to FIG.
[0092]
9, θa is an angle formed by the optical axis 1001 of the illumination optical system and the optical axis 1002 of the projection optical system in FIG. Each element in the illumination optical system must be disposed at a position that does not optically affect the light beam 1004 of the projection optical system. Similarly, each element in the projection optical system is optically related to the light beam 1003 of the illumination optical system. It must be placed in a position where it does not have a significant effect. Accordingly, the larger θa is, the closer the projection lens 110 can be to the reflective liquid crystal light valve. Assuming that the projection lens 110 has the same aperture, the closer the projection lens 110 is to the reflective liquid crystal light valve 108, the more reflected light from the reflective liquid crystal light valve 108 with a larger solid angle can be taken into the projection lens 110. That is, the F number of the projection lens 110 can be reduced, and a brighter projection image can be obtained.
[0093]
In summary, a brighter projected image can be obtained as θa is increased.
[0094]
Next, θb in FIG. 9 is an angle formed by the normal line 1005 of the reflective liquid crystal light valve 108 and the optical axis 1002 of the projection optical system in FIG. As this angle increases, the amount of eccentricity of the projection lens 110 with respect to the reflective liquid crystal light valve 108 increases, leading to deterioration of the image quality of the projected image. Conversely, the smaller this angle is, the higher the projected image quality can be obtained. To summarize the above, it is possible to obtain a projected image with higher image quality as θb is reduced.
[0095]
The feature of the configuration in which the illumination light beam (or the illumination optical system optical axis) is incident on the reflective liquid crystal light valve in a non-perpendicular manner will be described with reference to FIG. 9 again.
[0096]
FIG. 9A shows a case where the illumination light beam 901 is deflected by the polarization separation element 107 and enters the liquid crystal layer 207 of the reflective light valve substantially perpendicularly as in the embodiment described so far. . The incident angle of the illumination light beam 901 at that time to the polarization separation element 107 is θc. FIG. 9B shows a case where the illumination light beam 901 is incident on the polarization beam splitting element 107 having exactly the same structure as FIG. 9A at θd larger than θc. In this case, in view of Snell's law and diffraction angle law, the illumination light beam 901 is incident on the liquid crystal layer 207 of the reflective light valve at an angle θe larger than 0 °. Here, if the separation angle θa of the incident light beam 901 and the projection light beam 902 in (a) is A, then A = θc, and if the separation angle θa in (b) is B, then B = θd + θe.
[0097]
Since there is a relationship of θc <θd, clearly A <B. Therefore, for the reason described above, it can be said that the configuration of (b), that is, the configuration in which the illumination light beam (or the optical axis of the illumination optical system) is incident on the reflective liquid crystal light valve non-perpendicularly can obtain a brighter projection image.
[0098]
Next, let us consider a case where the configuration of FIG. 9B and the configuration of FIG. 9C without using a polarization separation element have exactly the same separation angle θa. At this time, if the angle θb formed by the projection light beam 902 with respect to the normal line of the liquid crystal layer 207 in (b) is C, C = θe, and if it is D in (c), D = θf. Further, as is apparent from the figure, in (b), θa = θg + 2θe, and in (c), since θa = 2θf, obviously, θe <θf, that is, C <D. Therefore, when obtaining a projected image having the same brightness, the configuration of (b), that is, the configuration in which the illumination light beam (or the optical axis of the illumination optical system) is incident non-perpendicularly on the reflective liquid crystal light valve is higher for the reason described above. It can be said that a projected image having image quality can be obtained.
[0099]
(Fourth Embodiment of Projection Display Device)
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an illumination optical system in the first embodiment of the projection display device.
[0100]
The end surface 1101 of the rod 104 on the imaging element 105a side is imaged on the reflective liquid crystal light valve 108 by the imaging lenses 105a and 105b. In order to transmit illumination light to the reflective light valve 108 without waste, the shape of the image of the end face 1101 needs to substantially match the planar shape of the reflective light valve 108. This is because when the former does not substantially match and the former is larger than the latter, a part of the illumination light is not guided to the screen, resulting in a decrease in illumination efficiency. Conversely, when the illumination light is small, the illumination light is irradiated to the reflective light valve. This is because a non-existent area is generated and the area is not projected at all.
[0101]
As is apparent from the figure, the end surface 1101 is not parallel to the reflective liquid crystal light valve 108. Therefore, in order to make the image shape substantially coincide with the planar shape of the reflective light valve 108, the shape of the end surface 1101 Should be similar to the shape obtained by projecting the planar shape of the reflective light valve 108 onto a plane parallel to the end face 1101. The similarity ratio at this time must be the reciprocal of the lateral magnification β of the imaging element 105.
[0102]
This relationship is shown in FIG. In FIG. 12, an arrow x indicates a direction perpendicular to the plane including the optical axis of the illumination optical system and the normal line of the reflective liquid crystal light valve. Further, the planar shape 1201 of the reflective light valve and the shape 1202 of the rod end surface are shown when viewed from the vertical direction.
[0103]
Since the horizontal direction of the planar shape 1201 of the reflective light valve and the horizontal direction of the end face of the rod are substantially parallel to each other, when the former length is A, the latter length a is approximately Appears.
[0104]
a = A / β where β is the lateral magnification of the imaging element 105.
[0105]
Since the vertical direction of the planar shape 1201 of the reflective light valve and the vertical direction of the end face of the rod are not parallel, the former must be projected onto a plane parallel to the latter. When the former length is B, the latter length b is approximately expressed by the following equation.
[0106]
b = B / (β · sin θi) where β is the lateral magnification of the imaging element 105
Θi is an angle formed by the optical axis of the illumination optical system and the normal line of the reflective liquid crystal light valve.
[0107]
(Fifth Embodiment of Projection Display Device)
In the configuration of the illumination optical system shown in FIG. 11, the optical path length of the light beam 1103 emitted from the upper end of the rod end surface 1101 to the reflection type phase modulator 108 and the reflection type liquid crystal light valve of the light beam 1104 emitted from the lower end of the rod end surface 1101. The optical path lengths up to 108 are different as is apparent from the figure. Accordingly, since the image 1105 of the rod end surface 4 is formed to be inclined with respect to the reflective liquid crystal light valve, the illumination light intensity distribution in the reflective liquid crystal light valve 108 does not faithfully reflect that on the rod end surface 1101. As a result, uneven illuminance occurs in the projected image. In order to avoid this phenomenon, the image of the rod end surface 1101 needs to be formed in a substantially flat shape on the reflective liquid crystal light valve plane.
[0108]
FIG. 13 shows a configuration in which the above phenomenon is avoided by using Shine-Pluff's law.
[0109]
Based on Shine-Pluff's law, in order to form an image on a plane inclined with respect to the imaging lens 105, the object may be tilted. For the inclination, the height from the optical axis 1307 of the illumination optical system at the intersection 1305 between the extension line 1301 of the rod end surface 1101 and the incident-side main plane 1302 of the imaging element 105 is h1, and the extension line 1304 of the polarization separation element 107 is obtained. When the height from the optical axis 1307 of the illumination optical system at the intersection 1306 of the exit-side main plane 1303 of the imaging element 105 is h2, h1 = h2 may be satisfied.
[0110]
FIG. 14 shows a configuration in which the above phenomenon is avoided by using a decentered optical element. In this configuration, all or some of the elements constituting the imaging element 105 are decentered elements. In FIG. 14, as an example, the imaging element 105 is configured by two lenses, and one of them 1401 is a decentered optical element. The decentered optical element 1401 has a decentered surface on the side of the polarization separation element 107, and has an aspherical shape in which the radius of curvature gradually increases from the bottom to the top of the figure. Since the power distribution is in-plane in this way, the light beam that has passed through the lower part of the power forms an image at a closer position, and the light beam that has passed through the lower part of the power forms an image at a farther position.
[0111]
When viewed from the rod end surface 1101, the reflective liquid crystal light valve is closer to the lower side and farther to the upper side. Therefore, the image of the rod end surface 1101 can be formed on the reflective liquid crystal light valve plane in a substantially planar shape by the imaging relationship of the decentered optical element 1401.
[0112]
FIG. 15 shows a configuration in which the above phenomenon is avoided by using a shift optical system. In this configuration, the rod end surface 1101 and the polarization separation element 107 are shifted from each other at right angles to the rotational symmetry axis 1501 of the imaging element 105 and in the opposite direction. In order to effectively guide the illumination light to the reflective liquid crystal light valve 108, the center point 1503 of the rod end surface 1101, the principal point of the imaging element 105, and the center 1506 of the polarization separation element 107 are the lamp 101, the reflector 102, and the light collecting element. The element 103 needs to be substantially disposed on the rotational symmetry axis 1502.
[0113]
(Deformation)
Without being limited to the embodiments described above, various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0114]
For example, the embodiment has been described by taking a reflective liquid crystal light valve as an example of a reflective phase modulation element, but other phase modulation elements may be used.
[0115]
Moreover, although the case where the polarization state of writing (illumination) light and reading (projection) light is different has been described as the bright display mode of the display element, a mode in which they are brightly displayed in the same polarization state may be used. It doesn't matter.
[0116]
Although the glass rod has been described as being solid, a light pipe that is hollow (a cylinder whose outer frame is glass and whose center is hollow. In this case, the light pipe reflects light on the inner surface of the glass) may be used.
[0117]
Further, the rod has been described as an example of the element having the function of improving the illuminance ratio, but another element, for example, two fly-eye lenses may be used.
[0118]
Further, the S-polarized light and the P-polarized light described in each figure may be reversed.
[0119]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the projection type display device of the present invention, a reflection type capable of projecting a high-definition image having high contrast by using a polarization separation element having polarization dependency in refraction or diffraction action. A projection display device using a phase modulator can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a projection display device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of a polarization beam splitting element according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of a polarization beam splitting element according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of a polarization beam splitting element according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing a fourth embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of specific numerical examples of the polarization separation element according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a fourth embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the projection display device according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of the effect of the third embodiment of the projection display device according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of a projection display device according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a projection display device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a specific example of the fourth embodiment of the projection display apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a fifth embodiment of a projection display apparatus according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a fifth embodiment of a projection display apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a fifth embodiment of the projection display apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a conventional projection display device.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a conventional projection display device.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
101 lamp
102 reflector
103 condenser lens
104 rod
105 Imaging element
105a Imaging element
105b Imaging element
106 Linear polarizing plate
107 polarization separation element
108 reflective liquid crystal light valve
109 linear polarizing plate
110 Projection lens
111 screens
112 Optical axis of illumination optical system
113 Extension line of illumination optical system
114 Extension line of reflective liquid crystal light valve
115 intersection
116 Central point of reflective liquid crystal light valve
201 Uniaxial crystal prism
202 Isotropic prism
203 Optical axis
204 Incident P-polarized light
205 vertical angle
206 apex angle
207 Liquid crystal layer
208 Reflective electrode
301 Polarization separation element
401 Uniaxial crystal
402 Periodic grating
403 isotropic medium
404 optical axis
501 diffraction grating
502 lattice vector
701 Periodic structure of refractive index distribution
702 lattice vector
801 Imaging lens
802 Imaging lens
803 mirror
804 Aperture stop
805 projection lens
901 Illumination luminous flux
902 Projected luminous flux
1001 Illumination optical system optical axis
1002 Optical axis of projection optical system
1003 Illumination luminous flux
1004 Projected luminous flux
1005 Normal of reflective liquid crystal light valve
1101 End face of rod
1102 Upper ray
1103 Lower ray
1104 Normal of reflective liquid crystal light valve
1105 Image of rod end face
1201 Planar shape of reflective liquid crystal light valve
1202 Planar shape of rod end face
1301 Extension line of rod end face
1302 Incident side main plane of imaging element
1303 Output-side main plane of imaging element
1304 Extension line of polarization separation element
1305 intersection
1306 Intersection
1307 Optical axis of illumination optical system
1401 Eccentric optical element
1501 Center axis of imaging optical system
1502 Optical axis of illumination optical system
1503 Center of rod end face
1504 Center of imaging optical system
1505 Center of polarization separation element
1601 Polarizing beam splitter

Claims (13)

光源手段と、該光源手段からの光束を反射型位相変調素子に導く照明光学手段と、該反射型位相変調素子の像を結像する結像光学手段と、該光源手段から該反射型位相変調素子までの光路と該反射型位相変調素子から該結像光学手段までの光路を略分離する偏光分離手段を備える投射型表示装置において、前記、偏光分離手段は略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる屈折もしくは回折作用を及ぼすことを特徴とする投射型表示装置。Light source means, illumination optical means for guiding a light beam from the light source means to a reflective phase modulation element, imaging optical means for forming an image of the reflective phase modulation element, and reflection type phase modulation from the light source means In the projection type display device comprising polarization separation means for substantially separating the optical path to the element and the optical path from the reflective phase modulation element to the imaging optical means, the polarization separation means is for each of the substantially linearly polarized light Projection type display device characterized by having different refraction or diffraction effects. 請求項1に記載の投射型表示装置において、該光源手段からの光束が、前記偏光分離手段により略垂直に前記反射型位相変調素子に入射することを特徴とする投射型表示装置。2. The projection display device according to claim 1, wherein a light beam from the light source means is incident on the reflection type phase modulation element substantially perpendicularly by the polarization separation means. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプリズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み合せで構成され、該一軸性結晶の常光に対する屈折率をno、異常光に対する屈折率をneとしたときに、該光学的等方性媒質の屈折率が略noもしくは略neであることを特徴とする投射型表示装置。2. The projection type display device according to claim 1, wherein the polarization separating means is composed of a combination of a prism element composed of a uniaxial crystal and a prism composed of an optically isotropic medium. A projection display device, wherein the refractive index of the optically isotropic medium is approximately no or approximately ne when the refractive index is no and the refractive index for extraordinary light is ne. 請求項3に記載の投射型表示装置において、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプリズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み合せをアレイ状に配列したことを特徴とする投射型表示装置に用いる照明装置。4. The projection type display device according to claim 3, wherein the polarization separating means comprises a combination of prism elements made of uniaxial crystals and prisms made of an optically isotropic medium arranged in an array. An illumination device used for a projection display device. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記偏光分離素子は、表面に凹凸の周期構造を形成した一軸性結晶と該周期構造の凹部を光学的等方性媒質層により充填した構造からなり、該一軸性結晶の常光に対する屈折率をno、異常光に対する屈折率をneとしたときに、該光学的等方性媒質の屈折率がnoもしくはneであり、該周期構造は入射光を回折作用する機能を有することを特徴とする投射型表示装置。The projection display device according to claim 1, wherein the polarization separation element has a structure in which a uniaxial crystal having an irregular periodic structure formed on a surface and a concave portion of the periodic structure are filled with an optically isotropic medium layer. The refractive index of the optically isotropic medium is no or ne where the refractive index for ordinary light of the uniaxial crystal is no and the refractive index for extraordinary light is ne, and the periodic structure diffracts incident light. A projection display device having a function to act. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記偏光分離素子は、表面レリーフ型回折格子であり、その格子ピッチPは入射光波長をλとしたときにP<λの関係を満たし、該格子の深さは、略直交する直線偏光のそれぞれの特定回折次数に対する回折効率が異なるように調整されていることを特徴とする投射型表示装置に用いる照明装置。2. The projection display device according to claim 1, wherein the polarization separation element is a surface relief type diffraction grating, and the grating pitch P satisfies a relationship of P <λ when an incident light wavelength is λ. Is adjusted so that the diffraction efficiencies for the specific diffraction orders of linearly polarized light that are substantially orthogonal to each other are different from each other. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記偏光分離素子は、体積ホログラムであり、その格子ピッチPは入射光波長をλとしたときにP<λの関係を満たし、その格子ベクトルは前記反射型位相変調素子に対して傾いていることを特徴とする投射型表示装置。2. The projection display device according to claim 1, wherein the polarization separation element is a volume hologram, and a grating pitch P thereof satisfies a relationship of P <λ when an incident light wavelength is λ, and a grating vector thereof is A projection display device, wherein the projection display device is tilted with respect to the reflective phase modulation element. 請求項5ないし6ないし7に記載の偏光分離素子が、前記反射型位相変調素子に対して傾いていることを特徴とする投射型表示装置。8. A projection display device, wherein the polarization separation element according to claim 5 is tilted with respect to the reflection type phase modulation element. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を内面反射によって複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、前記光束分割手段の出射面の形状が反射型位相変調素子の平面形状と非相似であることを特徴とする投射型表示装置。2. The projection type display device according to claim 1, wherein the illumination optical unit divides the light beam from the light source unit into a plurality of light beams by internal reflection and emits the light to form a plurality of secondary light source images, Condensing means for imaging illumination information on the exit surface of the light beam splitting means on the reflection type phase modulation element, and the shape of the exit surface of the light beam splitting means is not similar to the planar shape of the reflection type phase modulation element A projection type display device characterized by that. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割手段の出射面と該集光手段と前記反射型位相変調素子の配置がシャインプルフの法則を満足することを特徴とする投射型表示装置に用いる照明装置。2. The projection type display device according to claim 1, wherein the illumination optical means divides the light beam from the light source means into a plurality of light beams and emits them to form a plurality of secondary light source images, and the light beam splitting. Condensing means for imaging illumination information on the exit surface of the means on the reflective phase modulation element, and the arrangement of the exit surface of the light beam splitting means, the condensing means and the reflective phase modulation element is Shine-Proff's law The illumination device used for the projection display device characterized by satisfying the above. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該集光手段は一つもしくは複数の偏心した光学素子を含み、該集光手段による該出射面情報の結像位置が該光源手段からの光束内において暫時変化することを特徴とする投射型表示装置。2. The projection display device according to claim 1, wherein the illumination optical means divides the light beam from the light source means into a plurality of light beams and emits them to form a plurality of secondary light source images, and the light beam splitting. A light condensing unit that forms an image of illumination information of the light exiting surface on the reflective phase modulation element, the light converging unit including one or a plurality of eccentric optical elements, and the light exiting surface information by the light converging unit The projection display apparatus is characterized in that the image forming position of the light source changes for a while in the light flux from the light source means. 請求項1に記載の投射型表示装置において、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割手段の出射面と反射型位相変調素子は該集光手段に対して直角かつ反対方向にずれていることを特徴とする投射型表示装置。2. The projection type display device according to claim 1, wherein the illumination optical means divides the light beam from the light source means into a plurality of light beams and emits them to form a plurality of secondary light source images, and the light beam splitting. A light condensing unit that forms an image of illumination information of the light exiting surface on the reflection type phase modulation element, and the light exiting surface of the beam splitting unit and the reflection type phase modulation element are perpendicular to and opposite to the light condensing unit. A projection display device characterized by being displaced. 請求項1に記載の投射型表示装置において、照明光学系の光軸の延長線と前記反射型位相変調素子が配置されている平面の交点と、前記反射型位相変調素子の略中心の距離をLとし、該照明光学系の光軸と前記反射型位相変調素子の法線が含まれる平面における前記反射型位相変調器の幅をWとしたときにL>Wの関係が成り立つことを特徴とする投射型表示装置。2. The projection display device according to claim 1, wherein an intersection of an extension line of an optical axis of an illumination optical system and a plane on which the reflection type phase modulation element is arranged, and a distance between a substantially center of the reflection type phase modulation element. When L is W and the width of the reflective phase modulator in a plane including the normal axis of the illumination optical system and the normal line of the reflective phase modulation element is W, the relationship of L> W is established. Projection type display device.
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