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JP3723409B2 - Wavelength selection element and display device using the same - Google Patents

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JP3723409B2
JP3723409B2 JP2000098417A JP2000098417A JP3723409B2 JP 3723409 B2 JP3723409 B2 JP 3723409B2 JP 2000098417 A JP2000098417 A JP 2000098417A JP 2000098417 A JP2000098417 A JP 2000098417A JP 3723409 B2 JP3723409 B2 JP 3723409B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長選択素子およびそれを用いた表示装置に関し、特に、特定の波長域の光を選択的に除去するノッチフィルタおよびそれを用いた表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
大画面用の表示装置として、投影型画像表示装置(以下、「プロジェクタ」と呼ぶ。)がある。プロジェクタは、光源から出射され、画像表示素子で変調された光を投影レンズを用いて、スクリーンに拡大投影することによって表示を行う。
【0003】
画像表示素子として透過型画像表示素子を用いる透過型プロジェクタ(図11および図12)と、画像表示素子として反射型画像表示素子を用いる反射型プロジェクタ(図13および図14)が知られている。
【0004】
図11に示した従来の透過型プロジェクタの構造を説明する。
【0005】
光源121から直接、またはリフレクタを介して出射された光は、青色光を透過し、緑色光と赤色光とを反射するダイクロイックミラー122と、緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラー123および全反射ミラー127とによって、赤、緑、青の3原色の光に分解される。各々の色光は液晶ライトバルブ(液晶表示素子)126R、126Gおよび126Bを透過した後、全反射ミラー128と、緑色光を反射し青色光を透過するダイクロイックミラー124と、赤色光を反射し、緑色光および青色光を透過するダイクロイックミラー125とによって再び合成される。合成された光は投写レンズ129によりスクリーン(不図示)投影される。
【0006】
図12に示した、従来の他の透過型プロジェクタの構造は、基本的に図11に示したプロジェクタと同じである。光源134から直接、またはリフレクタを介して出射された光は、青色光を透過し、緑色光と赤色光とを反射するダイクロイックミラー132と、緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラー133および全反射ミラー136とによって、赤、緑、青の3原色の光に分解される。それぞれ、液晶ライトバルブ131R、131Gおよび131Bを透過した3原色の光は、クロスダイクロイックプリズム130によって再び合成され、合成光が投影レンズ135によりスクリーンに投影される。
【0007】
次に、反射型表示素子を用いた従来のプロジェクタの構造を説明する。
【0008】
図13に示す反射型プロジェクタが電子ディスプレイフォーラム97(P.3−27〜3−32)に開示されている。このプロジェクタは、光源141から出射された光をダイクロイックミラーで、赤,緑,青(以下、順にR,G,Bと呼ぶ。)の3原色の光に分離し、それぞれの光を対応する偏光ビームスプリッタ(以下、「PBS」と呼ぶ。)142に入射させる。PBS142では、入射光を偏光方向が互いに直交する2つの直線偏光成分に分離し、一方の光が対応する反射型液晶表示素子144に入射する。反射型液晶表示素子144で反射され、偏光方向が変調されたR,G,Bの光は、再度PBS142に入射し、クロスダイクロイックプリズム143で合成された後、投影レンズ145でスクリーンに投影される。
【0009】
図14Aおよび図14Bに示す反射型プロジェクタが、特開平4−338721号公報に開示されている。図14Aおよび図14Bに示したように、光源からの光をPBS155で2つの直線偏光に分離後、一方の光をクロスダイクロイックプリズム(図14A)やフィリップスタイププリズム(図14B)の色分離・合成素子でR,G,Bの光に分離し、反射型液晶表示素子で反射された光を同素子で色合成した後、PBS155に再度入射させ、偏光方向が変調された光のみ投影レンズ158に入射し、スクリーンに投影する。
【0010】
上述した従来のプロジェクタは、いずれも3板式液晶プロジェクタと呼ばれ、光源からのR,G,Bの光を効率良く利用できるため、非常に明るい画像が実現できる。
【0011】
これらに対して、ここでは詳細を説明しないが、1枚の液晶表示素子で、レンズとダイクロイックミラーとを組み合わせたり、カラーフィルタを用いることによって、カラー表示を実現する単板式プロジェクタも利用されている。
【0012】
液晶表示素子を画像表示素子として用いた、従来のプロジェクタを説明したが、もちろん、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)のように、マトリクス状に配置された微小ミラーの角度を制御する方式など、さまざまなタイプのプロジェクタがある。
【0013】
これらのプロジェクタの光源として、一般に、可視光の全波長域に亘って連続な発光スペクトルを有するメタルハライドランプ、高圧水銀ランプやキセノンランプ等が用いられる。
【0014】
図15は、例えば、メタルハライドランプの発光スペクトルを示す。メタルハライドランプの発光スペクトルには、数本の輝線が含まれている。波長が約400nm〜480nmの間に強度のピークを持つ光は青色光として利用される。また、波長が約490nm〜550nmの間に強度のピークを持つ光は緑色光として利用され、波長が約620nm〜700nmの間に強度のピークを持つ光は赤色光として利用される。
【0015】
一方、波長580nm付近にエネルギーピークを持つ光は、黄色光または燈色光であり、プロジェクタで投影する投影画像の色再現に悪影響を及ぼす。具体的には、この光が赤色光と共に赤用液晶表示素子に入射し、スクリーンに投影されると、本来赤色であるべき投影画像がオレンジ色になってしまう。また、この光が緑色光と共に緑色用液晶表示素子に入射しスクリーンに投影されると、本来緑色であるべき投影画像が黄緑色になってしまう。このため、プロジェクタで投影する投影画像の色再現性(色純度)を重視する場合は、光源から発光される光のうち、波長580nm付近にエネルギーのピークを持つ光を除去しなければならない。
【0016】
ある波長付近の光だけを除去する光学素子(波長選択素子)はノッチフィルタと呼ばれ、例えば、特開平11−249098号公報に、ノッチフィルタを用いたプロジェクタが開示されている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のノッチフィルタは、一般的に、薄膜多層蒸着技術により形成された誘電体多層膜であり、例えば、図16に示すような分光透過率特性を有している。
【0018】
この誘電体多層膜を用いて、任意の波長域の光だけをカットしようとした場合、現実的な層数の誘電体多層膜の分光透過率特性は、カット波長域において急峻でなく、なだらかなになってしまう。そのために、カットするべき波長域を完全にカットしょうとすれば、何枚かのフィルタを重ね合せる必要があり、そうすることにより、必要な波長域の光も犠牲になり、投影画像が暗くなってしまう。
【0019】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来のノッチフィルタよりも性能の良い波長選択素子を提供すること、および、そのような波長選択素子を用いた、明るく色再現性に優れた表示装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長選択素子は、第1波長域の光の偏光状態を変化させる第1偏光規制素子と前記第1波長域と異なる第2波長域の光の偏光状態を変化させる第2偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置され、それぞれが、特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する一対の偏光選択素子とを備え、そのことによって上記目的が達成される。
【0021】
前記第1波長域と前記第2波長域とは少なくとも一部が互いに重なり、前記第1および第2偏光規制素子は、それぞれ前記第1波長域および前記第2波長域の光に対してλ/2板として機能することが好ましい。
【0022】
前記一対の偏光選択素子のそれぞれが、選択的に透過または反射する光の偏光軸が、互いに略平行になるように配置されている構成としてもよい。
【0023】
本発明による他の波長選択素子は、第1波長域の光の偏光状態を変化させる第1偏光規制素子と前記第1波長域と異なる第2波長域の光の偏光状態を変化させる第2偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置された、反射素子および特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子とを備え、そのことによって上記目的が達成される。
【0024】
前記第1波長域と前記第2波長域とは少なくとも一部が互いに重なり、前記第1および第2偏光規制素子は、それぞれ前記第1波長域および前記第2波長域の光に対してλ/4板として機能することが好ましい。
【0025】
本発明の表示装置は、上記のいずれかの波長選択素子を備え、そのことによって上記目的が達成される。
【0026】
本発明の他の表示装置は、光源と、前記光源から出射された光の特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子と、前記偏光選択素子によって選択された偏光を変調する表示素子と、前記表示素子によって変調された偏光を投影する投影光学素子とを有し、前記偏光選択素子の光出射側に、複数の偏光規制素子と、さらなる偏光選択素子とをこの順に備え、前記複数の偏光規制素子は、第1波長域の光の偏光状態を変化させる第1偏光規制素子と、前記第1波長域と異なる第2波長域の光の偏光状態を変化させる第2偏光規制素子とを少なくとも含み、そのことによって上記目的が達成される。
【0027】
前記第1波長域と前記第2波長域とは一部が互いに重なり、前記第1および第2偏光規制素子は、それぞれ前記第1波長域および前記第2波長域の光に対してλ/2板として機能することが好ましい。
【0028】
以下、本発明の作用について説明する。
【0029】
本発明の波長選択素子が有する第1偏光規制素子は、第1波長域の光の偏光状態を変化させ、第2偏光規制素子は第2波長域の光の偏光状態を変化させる。第1波長域と第2波長域とは互いに異なるので、第1および第2偏光規制素子を透過した光の偏光状態は、その波長域によって異なる。例えば、第1波長域および第2波長域のいずれにも含まれない波長域の光と、第1波長域や第2波長域の光とは偏光状態が異なる。さらに、第1波長域と第2波長域とが重なる波長域の光の偏光状態は、前述のいずれの波長域の光の偏光状態とも異なる。第1および第2偏光規制素子は、一対の偏光選択素子(例えば、偏光板)の間に設けられているので、第1および第2偏光規制素子によって、異なる偏光状態とされた種々の波長域の光の内、特定の偏光状態にある波長域の光だけが、波長選択素子を通過することができる。すなわち、波長域による偏光状態の違いが透過率の違いに変換され、波長選択素子として機能する。
【0030】
勿論、偏光規制素子の枚数には、制限はなく、必要に応じて、第3波長域の光の偏光状態を変化させる第3偏光規制素子等を設けてもよい。3枚以上の偏光規制素子を設けた場合、それぞれの偏光規制素子の作用する波長域が、それぞれの共通波長域と、それ以外の波長域とで、偏光状態が異なるので、第2偏光規制素子によってその偏光状態の違いを透過率の違いに変換され、波長選択素子として機能する。
【0031】
偏光規制素子の分光特性(偏光状態を異ならせる波長域の境界域の分光特性)は、誘電体多層膜から形成された従来のノッチフィルタの分光透過率特性よりも急峻であるので、本発明の波長選択素子の分光透過率特性は、従来のノッチフィルタよりも優れる。本発明の波長選択素子の偏光規制素子としては、例えば、SID’99,Vo1.30,p1072に発表されている位相差板積層技術を用いた素子(「多層位相差層素子」と呼ぶ。)やコレステリック液晶を用いた素子を用いることができる。
【0032】
第1波長域と第2波長域とが互いに少なくとも一部が重なるように設定し、第1および第2偏光規制素子として、第1波長域および第2波長域の光に対してそれぞれがλ/2板として機能する構成を採用すると、2枚の偏光規制素子が作用する波長域が重なる波長域の光は、2枚のλ/2板を透過することになり、2枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域(2つの波長域が重ならない波長域)の光は、1枚のλ/2板を透過することになり、2枚の偏光規制素子のいずれもが作用しない波長域の光は、λ/2板を透過しないのと同等になる。従って、2枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域(すなわち、第1波長域と第2波長域とを含む波長域のうち、互いに重なる波長域を除いた波長域)の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して90°回転することになり、より性能の良いノッチフィルタが得られる。
【0033】
一対の偏光選択素子の透過または反射される光の偏光軸を略平行に配置することによって、前記偏光規制素子が作用しない波長域の光はほぼ透過するので、より明るく、性能の良いノッチフィルタが得られる。
【0034】
上述の波長選択素子は、透過型ノッチフィルタであるのに対し、第1および第2偏光規制素子を、偏光選択素子と反射素子(例えば反射鏡)との間に配置することによって、反射型のノッチフィルタを得ることができる。
【0035】
反射型ノッチフィルタにおいて、第1波長域と第2波長域とが互いに一部が重なるように設定し、第1および第2偏光規制素子として、第1波長域および第2波長域の光に対してそれぞれがλ/4板として機能する構成を採用すると、入射光は反射素子で反射されるので、2枚の偏光規制素子が作用する波長域が重なる波長域の光は、4枚のλ/4板(2枚のλ/2板)を透過することになり、2枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域(2つの波長域が重ならない波長域)の光は、2枚のλ/4板(1枚のλ/2板)を透過することになり、2枚の偏光規制素子のいずれもが作用しない波長域の光は、λ/4板を透過しないのと同等になる。従って、2枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域(すなわち、第1波長域と第2波長域とを含む波長域のうち、互いに重なる波長域を除いた波長域)の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して90°回転されて戻ってくるので、偏光選択素子を透過することができず、より性能の良い反射型ノッチフィルタが得られる。
【0036】
上述の波長選択素子を用いることによって、光源の光のうち色純度を低下させる波長域の光を従来の誘電体多層膜を用いたノッチフィルタよりも効率良く除去できるので、従来よりも色再現性の良い画像表示装置が得られる。なお、本発明による波長選択素子(ノッチフィルタ)は、プロジェクタに好適に用いられるが、直視型の画像表示装置にも用いることができるのは言うまでもない。
【0037】
例えば、液晶プロジェクタのような偏光を利用して表示を行う投影型表示装置は、本質的に偏光選択素子を備えるので、本発明による波長選択素子が備える偏光選択素子の一方を共用(省略)することができる。このような構成を採用すると、偏光選択素子の枚数を減らすことができるので、色純度の向上に加えて、光の利用効率が上昇し、明るい投影表示が可能となる。
【0038】
【発明の実施形態】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【0039】
(実施形態1)
図1に本発明の実施形態1の波長選択素子(ノッチフィルタ)1の模式図を示す。ノッチフィルタ1は、第1偏光規制素子12および第2偏光規制素子13と、これらを挟持するように設けられた一対の偏光板11および14を備えている。偏光板11および14は、透過する光の偏光軸が共に紙面に対して垂直となるように配置されている(平行ニコル)。偏光選択素子としては、偏光板(偏光フィルムを含む)以外に、偏光ビームスプリッタ(PBS)やDBEF(住友3M社製、偏光選択反射素子)等の反射型偏光素子などを用いることができる。
【0040】
偏光規制素子12および13としては、上述の多層位相差層素子が用いられる。多層位相差層素子は、カラーリンク社より、商品名「カラーセレクト」で市販されており、実施形態1のノッチフィルタ1は、カラーセレクト12および13を有している。
【0041】
カラーセレクト12および13は、特定の波長域の光に対して選択的にλ/2板として機能する。カラーセレクト12および13をそれぞれ平行ニコルに配置された一対の偏光板の間に配置したときの分光透過率特性を図2に示す。図2中の曲線21はカラーセレクト12の分光透過率を示し、曲線22はカラーセレクト13の分光透過率を示している。また、カラーセレクト12および13をそれぞれ直交ニコルに配置された一対の偏光板の間に配置したときの分光透過率特性を図3に示す。図3中の曲線31はカラーセレクト12の分光透過率を示し、曲線32はカラーセレクト13の分光透過率を示している。図2および図3から分かるように、カラーセレクト12は、波長域23の光の偏光方向を90°回転し、カラーセレクト13は、波長域24の光の偏光方向を90°回転する。なお、波長域は、相対透過率が50%となる波長を基準とすることにする。
【0042】
従って、上述の分光特性を有するカラーセレクト12および13が平行ニコルの配置された偏光板11および14の間に設けられたノッチフィルタ1は、以下のように機能する。
【0043】
偏光板11を透過した直線偏光は、カラーセレクト12を透過することにより、波長域23の光の偏光方向だけが90°回転する。さらに、カラーセレクト13を透過することにより、波長域24の光の偏光方向だけがさらに90°偏光方向が回転する。波長域24の一部は、波長域23と完全に重なっているので、波長域23の光は、カラーセレクト13によってさらに90°偏光方向が回転され、偏光板11を透過した直線偏光と同じ偏光方向となる。従って、カラーセレクト12および13を透過することにより、波長域25の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して90°回転した状態となる。この光が偏光板11と偏光板14と平行ニコル状態に配置された偏光板14に入射すると、偏光方向が90°回転された波長域25の光だけが偏光板14によって吸収される。従って、図4に示したような分光透過率特性を有する波長選択素子(ノッチフィルタ)1が得られる。
【0044】
図4に示した本実施形態のノッチフィルタ1の分光透過率特性と、図16に示した従来の誘電体多層膜から形成された従来のノッチフィルタの分光透過率特性とを比較すれば明らかなように、本実施形態のノッチフィルタ1の分光透過率特性は非常に急峻である。これは、図2および図3に示したように、偏光規制素子12および13が急峻な分光特性を有しているからである。このように、急峻な分光特性を有する偏光規制素子を用い、それらの分光特性(波長域)をうまく組み合わせることにより、急峻な分光透過率特性を有するノッチフィルタ1を得ることができる。勿論、カラーセレクト12および13の配置を逆にしてもかまわない。
【0045】
なお、本発明による実施形態の波長選択素子は、種々のノッチフィルタを構成することができる。例えば、2つの偏光選択素子の透過軸(「偏光軸」とも言う。)を直交ニコルに配置すると、上記ノッチフィルタ1によってカットされていた波長域の光だけを選択的に透過するノッチフィルタを構成することができる。また、一対の偏光選択素子の透過軸の相対配置を変化させることにより、分光透過率のダイナミックレンジおよび透過率の値を変化させることができる。
【0046】
また、偏光規制素子の位相差(リタデーションと等価;上記の例のλ/2に対応)を変化させることにより、カットする光の光量(透過率)を調整することができる。さらに、偏光規制素子が作用する光の波長域を変化させることにより、カットする光の波長域を変更することができる。例えば、上述のカラーセレクトのような、多層位相差層素子を用いると、位相差を自由に設計できる。
【0047】
次に、本実施形態のプロジェクタの構造を説明する。
【0048】
図5に示した本実施形態のプロジェクタは、従来のダイクロイックプリズム方式のプロジェクタプロジェクタに、さらに上述したノッチフィルタ1を備える。
【0049】
白色光源64から出射された白色光は、ダイクロイックミラー62によって、例えば、青とイエロー(赤+緑)の2色に分離される。B光は、全反射ミラー66を経て、青の色信号成分を表示する液晶表示素子61Bに入射する。一方、イエロー光は、ダイクロイックミラー63によって、さらにR光とG光に分離され、赤および緑の各色信号に基づく画像を表示する液晶表示素子61Rおよび61Gにそれぞれ入射する。
【0050】
各液晶表示素子61R、61Gおよび61Bに入射した光は、各画素に対応した信号に応じて変調を受け、クロスダイクロイックプリズム60に入射する。クロスダイクロイックプリズム60は、それぞれの液晶表示素子61R,61Gおよび61Bから出射された色光を合成し、合成された色光は、投影レンズ65によってスクリーン(不図示)上に投影される。
【0051】
本プロジェクタでは、図5に示したように、ダイクロイックミラー62の反射光の光路上に配置されたノッチフィルタ1によって、赤と緑との境界波長域の光が効率良く除去されるので、明るく、色再現性に優れた投影画像を表示することができる。
【0052】
もちろん、カットしたい波長域の光が含まれる光路上であれば何処に配置してもかまわない。また、本実施形態のノッチフィルタ1を透過した光は直線偏光なので、ノッチフィルタ1を配置する光路上の光の偏光状態に応じて、ノッチフィルタ1の光学軸(遅相軸)の配置角度を調整することにより、ノッチフィルタ1の透過光全体の光量の調節も可能である。
【0053】
本実施形態では、図1に示したように、2枚の偏光規制素子と2枚の偏光選択素子とを一体化したノッチフィルタ1を用いたが、ノッチフィルタ1を構成するそれぞれの構成要素を分離して、所定の順序で光学系上に配置してもかまわない。
【0054】
上記では、透過型の液晶表示素子を用いたが、この方式では反射型表示素子を使用した光学系でも用いることができるのは言うまでもない。反射型表示素子には、液晶を使った液晶表示素子や、液晶を使わない例えばデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)のような表示素子がある。液晶表示素子としは、液晶の複屈折性を利用したモードや、ポリマー分散方式のような複屈折を用いないモードなど、種々のモードのものを用いることができる。
【0055】
また、本実施形態では、ある波長域以上に作用する偏光規制素子を用いたために、カットする光の波長域は1つであったが、ある波長域(可視光の波長域内の一部の波長域)だけに作用する偏光規制素子を用いることにより、カットする光の波長域の数は任意に設計できるのも言うまでもない。
【0056】
(実施形態2)
図6に本発明の実施形態2の波長選択素子(反射型ノッチフィルタ)70の模式図を示す。ノッチフィルタ70は、第1偏光規制素子72および第2偏光規制素子73と、これらを挟持するように設けられた偏光板71と反射鏡74とを備えている。偏光板71が透過する光の偏光軸は紙面に対して垂直となるように配置されている。偏光選択素子としては、偏光板(偏光フィルムを含む)以外に、偏光ビームスプリッタ(PBS)等を用いることができる。偏光板71を透過した入射光75は、反射鏡74で反射されて、再び偏光板71に入射するので、この偏光板71は、偏光規制素子72および73を間に挟んで平行ニコルに配置された一対の偏光板と等価に機能する。
【0057】
偏光規制素子72および73としては、実施形態1のノッチフィルタ1と同様に、カラーリンク社製のカラーセレクトを用いる。但し、それぞれのカラーセレクト72および73は、それぞれの波長域の光に対してλ/4板として機能するものを用いる。すなわち、反射型ノッチフィルタ70は、入射光75が全反射ミラー74で反射して往復することにより、実施形態1のノッチフィルタ1と同じように機能する。すなわち、ノッチフィルタ1の分光透過率特性に対応する分光反射率特性を有する反射型ノッチフィルタ70が得られる。
【0058】
図7に本実施形態のプロジェクタを模式的に示す。このプロジェクタは、白色光源84、ダイクロイックミラー82および83、全反射ミラー86、3枚の液晶表示素子81R、81Gおよび81B、クロスダイクロイックプリズム80、投影レンズ85および反射型ノッチフィルタ70とを備える。図7に示した実施形態2のプロジェクタは、図5に示した実施形態1のプロジェクタと基本的に同じ構成であるが、実施形態1におけるノッチフィルタ1を使用せず、図5のプロジェクタにおけるR光に対して配置された全反射ミラー66に代えて、本実施形態の反射型ノッチフィルタ70を用いている。もちろん、この例に限られず、他の構成の光学系に配置してもかまわない。
【0059】
本実施形態のプロジェクタも反射型ノッチフィルタ70によって、赤と緑との境界波長域の光が効率良く除去されるので、実施形態1のプロジェクタと同様に、明るく、色再現性に優れた投影画像を表示することができる。
【0060】
ノッチフィルタ70の分光特性を種々変化させ得ることや、透過型液晶表示素子に限られず種々の表示素子を用いれることは、実施形態1と同様である。
【0061】
(実施形態3)
図8に本発明の実施形態3のプロジェクタの構造を示す。このプロジェクタの基本構成は実施形態1のプロジェクタと同じであり、ダイクロイックプリズム方式のプロジェクタである。
【0062】
白色光源94から出射された白色光は、ダイクロイックミラー92によって、例えば、青とイエロー(赤+緑)の2色の光に分離される。B光は、全反射ミラー96を経て、青の色信号成分を表示する液晶表示素子91Bに入射する。一方、イエロー光は、ダイクロイックミラー93によって、さらにR光とG光に分離され、それぞれ、赤および緑の各色信号に基づく画像を表示する液晶表示素子91Rおよび91Gに入射する。各液晶表示素子91R、91Gおよび91Bに入射した光は、各画素に対応した信号に応じて変調をうけ、クロスダイクロイックプリズム90に入射する。クロスダイクロイックプリズム90で合成された色光は、投影レンズ95で、スクリーン(不図示)上に投影される。
【0063】
上記の実施形態1および2では、ノッチフィルタ1または70を、独立した波長選択素子として自由な場所に配置して用いたが、本実施形態では、光の偏光方向が、ある方向に揃っている光路上でノッチフィルタを用いる方法について示している。
【0064】
透過型の液晶表示素子91は、図9に示すように、液晶セル100の入出射側に偏光板101および102を備えている。従って、液晶表示素子91を出射した光の偏光方向は、これらの偏光板101または102によって全て揃えられている。すなわち、特定の偏光方向の光だけが通過する光路上であれば、実施形態1のノッチフィルタ1の入射側の偏光選択素子(図1の偏光板11または14)が不要である。
【0065】
本実施形態では、偏光規制素子97および98として、実施形態1と同様のカラーセレクト12および13を用い、これらをクロスダイクロイックプリズム90の出射測に貼り付け、さらにその出射側に偏光選択素子として偏光板99を配置する。この構成により、実施形態1と同様に色純度が向上するとともに、実施形態1のプロジェクタよりもさらに明るい投影画像を表示することができる。
【0066】
もちろん、偏光規制素子97および98、偏光板99をクロスダイクロイックプリズム90に貼り付ける必要は無く、これらを独立に適当な光路上に配置してもかまわない。また、図10に示すように、液晶表示素子91に一体化してもかまわない。
【0067】
ノッチフィルタ70の分光特性を種々変化させ得ることや、透過型液晶表示素子に限られず種々の表示素子を用いれることは、実施形態1および2と同様である。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光選択素子と、作用する波長域が互いに異なる複数の偏光規制素子とを組合わせることにって、従来の誘電体多層膜を用いて形成されたノッチフィルタより性能の良い波長選択素子が得られる。さらに、本発明の波長選択素子を用いることによって、例えば、従来より色純度が高く、且つ明るい表示が可能な投影型表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施形態の波長選択素子(ノッチフィルタ)の模式図である。
【図2】本発明による実施形態で用いられる偏光規制素子の分光特性を示すグラフである。
【図3】本発明による実施形態で用いられる他の偏光規制素子の分光特性を示すグラフである。
【図4】本発明による実施形態の波長選択素子(ノッチフィルタ)の分光特性を示すグラフである。
【図5】本発明による実施形態のプロジェクタを示す模式図である。
【図6】本発明による実施形態の反射型波長選択素子(ノッチフィルタ)の分光特性を示すグラフである。
【図7】本発明の実施形態の他のプロジェクタを示す模式図である。
【図8】本発明の実施形態の他のプロジェクタを示す模式図である。
【図9】本発明の実施形態で用いられる透過型液晶表示素子をす模式図である。
【図10】本発明による実施形態の波長選択素子を備えた、透過型液晶表示素子を示す模式図である。
【図11】透過型液晶表示素子を用いた従来のプロジェクタの模式図である。
【図12】透過型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図13】反射型液晶表示素子を用いた従来のプロジェクタの模式図である。
【図14A】反射型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図14B】反射型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図15】本発明による実施形態で用いられるメタルハライドランプの分光発光特性を示すグラフである。
【図16】従来の波長選択素子(ノッチフィルタ)の模式図である。
【符号の説明】
1 ノッチフィルタ
11、14 偏光選択素子(偏光板または偏光フィルム)
12、13 偏光規制素子(カラーセレクト)
60 クロスダイクロイックプリズム
61 透過型液晶表示素子
62、63 色分離用ダイクロイックミラー
64 白色光源
65 投影レンズ
71 偏光板
72、73 偏光規制素子
74 全反射ミラー
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength selection element and a display device using the same, and more particularly to a notch filter that selectively removes light in a specific wavelength band and a display device using the notch filter.
[0002]
[Prior art]
As a display device for a large screen, there is a projection type image display device (hereinafter referred to as “projector”). The projector performs display by enlarging and projecting light emitted from a light source and modulated by an image display element onto a screen using a projection lens.
[0003]
A transmissive projector (FIGS. 11 and 12) using a transmissive image display element as an image display element and a reflective projector (FIGS. 13 and 14) using a reflective image display element as an image display element are known.
[0004]
The structure of the conventional transmissive projector shown in FIG. 11 will be described.
[0005]
The light emitted directly from the light source 121 or through the reflector transmits blue light and reflects green light and red light, a dichroic mirror 123 that reflects green light and transmits red light, and The total reflection mirror 127 separates the light into three primary colors of red, green, and blue. Each color light passes through the liquid crystal light valves (liquid crystal display elements) 126R, 126G, and 126B, and then reflects the total reflection mirror 128, the dichroic mirror 124 that reflects green light and transmits blue light, and reflects red light and reflects green light. It is again synthesized by the dichroic mirror 125 that transmits light and blue light. The combined light is projected on a screen (not shown) by the projection lens 129.
[0006]
The structure of another conventional transmissive projector shown in FIG. 12 is basically the same as that of the projector shown in FIG. Light emitted directly from the light source 134 or through the reflector transmits blue light, reflects green light and red light, a dichroic mirror 133 that reflects green light and transmits red light, and The total reflection mirror 136 separates the light into three primary colors of red, green, and blue. The three primary colors transmitted through the liquid crystal light valves 131R, 131G, and 131B are combined again by the cross dichroic prism 130, and the combined light is projected onto the screen by the projection lens 135.
[0007]
Next, the structure of a conventional projector using a reflective display element will be described.
[0008]
The reflective projector shown in FIG. 13 is disclosed in an electronic display forum 97 (P.3-27 to 3-32). In this projector, light emitted from a light source 141 is separated into light of three primary colors of red, green, and blue (hereinafter, referred to as R, G, and B in order) by a dichroic mirror, and each light is correspondingly polarized. The light is incident on a beam splitter (hereinafter referred to as “PBS”) 142. In the PBS 142, the incident light is separated into two linearly polarized light components whose polarization directions are orthogonal to each other, and one light is incident on the corresponding reflective liquid crystal display element 144. The R, G, and B lights reflected by the reflective liquid crystal display element 144 and whose polarization directions are modulated are incident on the PBS 142 again, synthesized by the cross dichroic prism 143, and then projected on the screen by the projection lens 145. .
[0009]
A reflection type projector shown in FIGS. 14A and 14B is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-338721. As shown in FIGS. 14A and 14B, the light from the light source is separated into two linearly polarized light by PBS 155, and then one of the lights is color-separated and combined by a cross dichroic prism (FIG. 14A) or a Philips type prism (FIG. 14B). The light is separated into R, G, and B light by the element, and the light reflected by the reflective liquid crystal display element is color-combined by the same element, and then incident again on the PBS 155, and only the light whose polarization direction is modulated is applied to the projection lens 158. Incident and projected onto the screen.
[0010]
The above-described conventional projectors are all called three-plate liquid crystal projectors, and can use R, G, and B light from a light source efficiently, so that a very bright image can be realized.
[0011]
On the other hand, although not described in detail here, a single-panel projector that realizes color display by combining a lens and a dichroic mirror or using a color filter with a single liquid crystal display element is also used. .
[0012]
A conventional projector using a liquid crystal display element as an image display element has been described. Of course, as in a digital micromirror device (DMD), there are various methods such as controlling the angle of micromirrors arranged in a matrix. There are types of projectors.
[0013]
As a light source for these projectors, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, or the like that has a continuous emission spectrum over the entire wavelength range of visible light is generally used.
[0014]
FIG. 15 shows an emission spectrum of a metal halide lamp, for example. The emission spectrum of the metal halide lamp includes several bright lines. Light having an intensity peak between about 400 nm and 480 nm is used as blue light. Further, light having an intensity peak between about 490 nm and 550 nm is used as green light, and light having an intensity peak between about 620 nm and 700 nm is used as red light.
[0015]
On the other hand, light having an energy peak in the vicinity of a wavelength of 580 nm is yellow light or amber light, and adversely affects the color reproduction of a projection image projected by the projector. Specifically, when this light is incident on the red liquid crystal display element together with the red light and projected onto the screen, the projected image that should originally be red becomes orange. Further, when this light is incident on the green liquid crystal display element together with the green light and projected onto the screen, the projected image that should originally be green becomes yellowish green. For this reason, when importance is attached to the color reproducibility (color purity) of the projection image projected by the projector, light having an energy peak in the vicinity of the wavelength of 580 nm must be removed from the light emitted from the light source.
[0016]
An optical element (wavelength selection element) that removes only light near a certain wavelength is called a notch filter. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-249098 discloses a projector using a notch filter.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional notch filter is generally a dielectric multilayer film formed by a thin film multilayer deposition technique and has, for example, a spectral transmittance characteristic as shown in FIG.
[0018]
When this dielectric multilayer film is used to cut only light in an arbitrary wavelength range, the spectral transmittance characteristics of the dielectric multilayer film having a practical number of layers are not steep and gentle in the cut wavelength range. Become. For this reason, if the wavelength range to be cut is to be completely cut, it is necessary to superimpose several filters. By doing so, the light in the required wavelength range is also sacrificed and the projected image becomes dark. End up.
[0019]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength selection element having better performance than a conventional notch filter and to use such a wavelength selection element. An object of the present invention is to provide a display device that is bright and excellent in color reproducibility.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The wavelength selection element of the present invention includes a first polarization regulating element that changes a polarization state of light in a first wavelength range and a second polarization regulation element that changes a polarization state of light in a second wavelength range different from the first wavelength range. And a pair of polarization selection elements that are arranged so as to face each other via the plurality of polarization restriction elements, and each selectively transmits or reflects light of a specific polarization direction. To achieve the above object.
[0021]
The first wavelength region and the second wavelength region are at least partially overlapped with each other, and the first and second polarization regulating elements are λ / s with respect to light in the first wavelength region and the second wavelength region, respectively. It preferably functions as two plates.
[0022]
Each of the pair of polarization selection elements may be arranged so that polarization axes of light that is selectively transmitted or reflected are substantially parallel to each other.
[0023]
Another wavelength selection element according to the present invention includes a first polarization regulating element that changes a polarization state of light in a first wavelength range and a second polarization that changes a polarization state of light in a second wavelength range different from the first wavelength range. A plurality of polarization regulating elements including at least a regulating element, and a polarization selection that selectively transmits or reflects light of a reflecting element and a specific polarization direction arranged so as to face each other via the plurality of polarization regulating elements And the above object is achieved.
[0024]
The first wavelength region and the second wavelength region are at least partially overlapped with each other, and the first and second polarization regulating elements are λ / s with respect to light in the first wavelength region and the second wavelength region, respectively. It preferably functions as four plates.
[0025]
The display device of the present invention includes any one of the wavelength selection elements described above, thereby achieving the above object.
[0026]
Another display device of the present invention is a light source, a polarization selection element that selectively transmits or reflects light in a specific polarization direction of light emitted from the light source, and modulates the polarization selected by the polarization selection element And a projection optical element that projects the polarized light modulated by the display element, and a plurality of polarization regulating elements and a further polarization selection element are provided in this order on the light output side of the polarization selection element. The plurality of polarization regulating elements include a first polarization regulating element that changes a polarization state of light in a first wavelength range, and a second polarization that changes a polarization state of light in a second wavelength range different from the first wavelength range. Including at least a regulating element, whereby the above object is achieved.
[0027]
The first wavelength region and the second wavelength region partially overlap each other, and the first and second polarization regulating elements are λ / 2 with respect to light in the first wavelength region and the second wavelength region, respectively. It preferably functions as a plate.
[0028]
The operation of the present invention will be described below.
[0029]
The first polarization regulating element included in the wavelength selection element of the present invention changes the polarization state of light in the first wavelength range, and the second polarization regulation element changes the polarization state of light in the second wavelength range. Since the first wavelength range and the second wavelength range are different from each other, the polarization state of the light transmitted through the first and second polarization regulating elements differs depending on the wavelength range. For example, the polarization state is different between light in a wavelength region that is not included in either the first wavelength region or the second wavelength region and light in the first wavelength region or the second wavelength region. Furthermore, the polarization state of the light in the wavelength region where the first wavelength region and the second wavelength region overlap is different from the polarization state of the light in any wavelength region described above. Since the first and second polarization regulating elements are provided between a pair of polarization selecting elements (for example, polarizing plates), various wavelength regions in different polarization states by the first and second polarization regulating elements. Only light in a wavelength region in a specific polarization state can pass through the wavelength selection element. That is, the difference in polarization state depending on the wavelength region is converted into a difference in transmittance, and functions as a wavelength selection element.
[0030]
Of course, the number of polarization regulating elements is not limited, and a third polarization regulating element or the like that changes the polarization state of light in the third wavelength region may be provided as necessary. In the case where three or more polarization regulating elements are provided, the wavelength regions where each polarization regulating element acts have different polarization states in the respective common wavelength regions and the other wavelength regions. Thus, the difference in polarization state is converted into a difference in transmittance, and functions as a wavelength selection element.
[0031]
The spectral characteristics of the polarization-regulating element (the spectral characteristics of the boundary region of the wavelength range that changes the polarization state) are steeper than the spectral transmittance characteristics of the conventional notch filter formed from the dielectric multilayer film. The spectral transmittance characteristic of the wavelength selection element is superior to that of a conventional notch filter. As the polarization-regulating element of the wavelength selection element of the present invention, for example, an element using a retardation plate stacking technique disclosed in SID'99, Vo 1.30, p1072 (referred to as a “multilayer retardation layer element”). Alternatively, an element using a cholesteric liquid crystal can be used.
[0032]
The first wavelength region and the second wavelength region are set so as to at least partially overlap each other, and each of the first and second polarization regulating elements is λ / with respect to the light in the first wavelength region and the second wavelength region. When the structure that functions as two plates is adopted, light in the wavelength region where the wavelength regions where the two polarization regulating elements act overlaps the two λ / 2 plates, and the two polarization regulating elements are The light in the wavelength range where each acts independently (the wavelength range where the two wavelength ranges do not overlap) passes through one λ / 2 plate, and the wavelength range where neither of the two polarization regulating elements acts. Is equivalent to not passing through the λ / 2 plate. Accordingly, polarization of light in a wavelength region in which each of the two polarization regulating elements acts independently (that is, a wavelength region including a first wavelength region and a second wavelength region, excluding overlapping wavelength regions). Only the direction is rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of light in other wavelength ranges, and a notch filter with better performance can be obtained.
[0033]
By arranging the polarization axes of light transmitted or reflected by the pair of polarization selection elements substantially in parallel, light in a wavelength region where the polarization regulating element does not act is almost transmitted, so that a brighter and better performance notch filter can be obtained. can get.
[0034]
While the above-described wavelength selection element is a transmission-type notch filter, the first and second polarization regulating elements are disposed between the polarization selection element and the reflection element (for example, a reflection mirror), thereby providing a reflection type. A notch filter can be obtained.
[0035]
In the reflective notch filter, the first wavelength region and the second wavelength region are set so as to partially overlap each other, and as the first and second polarization regulating elements, for the light in the first wavelength region and the second wavelength region If each of them adopts a structure that functions as a λ / 4 plate, the incident light is reflected by the reflecting element, and therefore, the light in the wavelength region where the wavelength regions where the two polarization regulating elements act are overlapped by four λ / The light in the wavelength range (wavelength range in which the two wavelength ranges do not overlap) in which each of the two polarization regulating elements acts independently is transmitted through four plates (two λ / 2 plates). Light in a wavelength region where both of the two polarization regulating elements do not act is equivalent to not transmitting through the λ / 4 plate because it passes through the λ / 4 plate (one λ / 2 plate). . Accordingly, polarization of light in a wavelength region in which each of the two polarization regulating elements acts independently (that is, a wavelength region including a first wavelength region and a second wavelength region, excluding overlapping wavelength regions). Since only the direction is rotated 90 ° with respect to the polarization direction of the light in the other wavelength region and returned, it cannot pass through the polarization selection element, and a reflective notch filter with better performance can be obtained.
[0036]
By using the wavelength selection element described above, light in the wavelength range that lowers the color purity of the light from the light source can be removed more efficiently than a conventional notch filter using a dielectric multilayer film. A good image display device can be obtained. Although the wavelength selection element (notch filter) according to the present invention is preferably used for a projector, it goes without saying that it can also be used for a direct-view image display device.
[0037]
For example, a projection display device that performs display using polarized light, such as a liquid crystal projector, essentially includes a polarization selection element. Therefore, one of the polarization selection elements included in the wavelength selection element according to the present invention is shared (omitted). be able to. By adopting such a configuration, the number of polarization selection elements can be reduced, so that in addition to the improvement in color purity, the light utilization efficiency is increased and bright projection display is possible.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.
[0039]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a wavelength selection element (notch filter) 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The notch filter 1 includes a first polarization regulating element 12 and a second polarization regulating element 13, and a pair of polarizing plates 11 and 14 provided so as to sandwich them. The polarizing plates 11 and 14 are arranged so that the polarization axes of transmitted light are both perpendicular to the paper surface (parallel Nicols). As the polarization selection element, in addition to the polarizing plate (including the polarization film), a reflection type polarization element such as a polarization beam splitter (PBS) or DBEF (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd., polarization selective reflection element) can be used.
[0040]
As the polarization regulating elements 12 and 13, the multilayer retardation layer element described above is used. The multilayer retardation layer element is commercially available from Color Link under the trade name “Color Select”, and the notch filter 1 of Embodiment 1 has color select 12 and 13.
[0041]
The color selectors 12 and 13 selectively function as λ / 2 plates for light in a specific wavelength range. FIG. 2 shows spectral transmittance characteristics when the color selectors 12 and 13 are arranged between a pair of polarizing plates arranged in parallel Nicols. A curve 21 in FIG. 2 indicates the spectral transmittance of the color select 12, and a curve 22 indicates the spectral transmittance of the color select 13. FIG. 3 shows spectral transmittance characteristics when the color select 12 and 13 are arranged between a pair of polarizing plates arranged in crossed Nicols. A curve 31 in FIG. 3 indicates the spectral transmittance of the color select 12, and a curve 32 indicates the spectral transmittance of the color select 13. As can be seen from FIGS. 2 and 3, the color select 12 rotates the polarization direction of the light in the wavelength region 23 by 90 °, and the color select 13 rotates the polarization direction of the light in the wavelength region 24 by 90 °. The wavelength range is based on the wavelength at which the relative transmittance is 50%.
[0042]
Therefore, the notch filter 1 provided between the polarizing plates 11 and 14 in which the color selects 12 and 13 having the above-described spectral characteristics are arranged in parallel Nicols functions as follows.
[0043]
The linearly polarized light that has been transmitted through the polarizing plate 11 is transmitted through the color select 12 so that only the polarization direction of light in the wavelength region 23 is rotated by 90 °. Further, by passing through the color select 13, only the polarization direction of light in the wavelength region 24 is further rotated by 90 °. Since part of the wavelength band 24 is completely overlapped with the wavelength band 23, the light in the wavelength band 23 is further polarized by 90 ° by the color select 13, and is the same polarized light as the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 11. Direction. Accordingly, by passing through the color selectors 12 and 13, only the polarization direction of the light in the wavelength region 25 is rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the light in the other wavelength regions. When this light enters the polarizing plate 14 arranged in a parallel Nicol state with the polarizing plates 11 and 14, only the light in the wavelength region 25 whose polarization direction is rotated by 90 ° is absorbed by the polarizing plate 14. Therefore, the wavelength selection element (notch filter) 1 having the spectral transmittance characteristic as shown in FIG. 4 is obtained.
[0044]
It is clear if the spectral transmittance characteristics of the notch filter 1 of the present embodiment shown in FIG. 4 are compared with the spectral transmittance characteristics of the conventional notch filter formed of the conventional dielectric multilayer film shown in FIG. As described above, the spectral transmittance characteristics of the notch filter 1 of the present embodiment are very steep. This is because the polarization regulating elements 12 and 13 have steep spectral characteristics as shown in FIGS. Thus, the notch filter 1 having a steep spectral transmittance characteristic can be obtained by using a polarization regulating element having a steep spectral characteristic and combining those spectral characteristics (wavelength range) well. Of course, the arrangement of the color selects 12 and 13 may be reversed.
[0045]
In addition, the wavelength selection element of embodiment by this invention can comprise various notch filters. For example, when the transmission axes (also referred to as “polarization axes”) of two polarization selection elements are arranged in crossed Nicols, a notch filter that selectively transmits only light in the wavelength region that has been cut by the notch filter 1 is configured. can do. Further, the dynamic range of the spectral transmittance and the value of the transmittance can be changed by changing the relative arrangement of the transmission axes of the pair of polarization selection elements.
[0046]
Further, the amount of light to be cut (transmittance) can be adjusted by changing the phase difference (equivalent to retardation; corresponding to λ / 2 in the above example) of the polarization regulating element. Furthermore, the wavelength range of the light to be cut can be changed by changing the wavelength range of the light on which the polarization regulating element acts. For example, when a multilayer retardation layer element such as the above-described color select is used, the retardation can be designed freely.
[0047]
Next, the structure of the projector according to the present embodiment will be described.
[0048]
The projector of this embodiment shown in FIG. 5 is provided with the above-described notch filter 1 in addition to the conventional projector projector of the dichroic prism type.
[0049]
White light emitted from the white light source 64 is separated into, for example, two colors of blue and yellow (red + green) by the dichroic mirror 62. The B light passes through the total reflection mirror 66 and enters the liquid crystal display element 61B that displays a blue color signal component. On the other hand, the yellow light is further separated into R light and G light by the dichroic mirror 63, and enters the liquid crystal display elements 61R and 61G that display images based on the red and green color signals, respectively.
[0050]
Light incident on the liquid crystal display elements 61R, 61G, and 61B is modulated in accordance with a signal corresponding to each pixel and is incident on the cross dichroic prism 60. The cross dichroic prism 60 combines the color lights emitted from the respective liquid crystal display elements 61R, 61G, and 61B, and the combined color lights are projected onto a screen (not shown) by the projection lens 65.
[0051]
In this projector, as shown in FIG. 5, light in the boundary wavelength region between red and green is efficiently removed by the notch filter 1 arranged on the optical path of the reflected light of the dichroic mirror 62. A projected image with excellent color reproducibility can be displayed.
[0052]
Of course, it may be arranged anywhere as long as it is on the optical path including light in the wavelength range to be cut. Further, since the light transmitted through the notch filter 1 of the present embodiment is linearly polarized light, the arrangement angle of the optical axis (slow axis) of the notch filter 1 is set according to the polarization state of the light on the optical path where the notch filter 1 is arranged. By adjusting, the amount of light transmitted through the notch filter 1 can be adjusted.
[0053]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the notch filter 1 in which the two polarization regulating elements and the two polarization selection elements are integrated is used. They may be separated and arranged on the optical system in a predetermined order.
[0054]
In the above description, a transmissive liquid crystal display element is used, but it goes without saying that an optical system using a reflective display element can also be used in this system. The reflective display element includes a liquid crystal display element using liquid crystal and a display element such as a digital micromirror device (DMD) that does not use liquid crystal. As the liquid crystal display element, various modes such as a mode using the birefringence of liquid crystal and a mode not using birefringence such as a polymer dispersion method can be used.
[0055]
In the present embodiment, since the polarization regulating element that operates in a certain wavelength range or more is used, the wavelength range of the light to be cut is one, but a certain wavelength range (a part of the wavelengths within the visible wavelength range). It goes without saying that the number of wavelength regions of light to be cut can be arbitrarily designed by using a polarization regulating element that acts only on the region.
[0056]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram of a wavelength selection element (reflection notch filter) 70 according to Embodiment 2 of the present invention. The notch filter 70 includes a first polarization restricting element 72 and a second polarization restricting element 73, and a polarizing plate 71 and a reflecting mirror 74 provided so as to sandwich them. The polarizing axis of the light transmitted through the polarizing plate 71 is arranged to be perpendicular to the paper surface. As the polarization selection element, a polarizing beam splitter (PBS) or the like can be used in addition to the polarizing plate (including the polarizing film). The incident light 75 transmitted through the polarizing plate 71 is reflected by the reflecting mirror 74 and enters the polarizing plate 71 again. Therefore, the polarizing plate 71 is arranged in parallel Nicols with the polarization regulating elements 72 and 73 interposed therebetween. It functions equivalently to a pair of polarizing plates.
[0057]
As the polarization regulating elements 72 and 73, a color select manufactured by Color Link Co., Ltd. is used similarly to the notch filter 1 of the first embodiment. However, each color select 72 and 73 uses what functions as a λ / 4 plate for light in each wavelength region. That is, the reflective notch filter 70 functions in the same manner as the notch filter 1 of the first embodiment by the incident light 75 being reflected by the total reflection mirror 74 and reciprocating. That is, a reflective notch filter 70 having a spectral reflectance characteristic corresponding to the spectral transmittance characteristic of the notch filter 1 is obtained.
[0058]
FIG. 7 schematically shows the projector of this embodiment. This projector includes a white light source 84, dichroic mirrors 82 and 83, a total reflection mirror 86, three liquid crystal display elements 81R, 81G and 81B, a cross dichroic prism 80, a projection lens 85, and a reflective notch filter 70. The projector of the second embodiment shown in FIG. 7 has basically the same configuration as the projector of the first embodiment shown in FIG. 5, but does not use the notch filter 1 in the first embodiment, and the R in the projector of FIG. Instead of the total reflection mirror 66 arranged for the light, the reflection type notch filter 70 of the present embodiment is used. Of course, the present invention is not limited to this example, and the optical system may be arranged in another configuration.
[0059]
Since the projector according to the present embodiment also efficiently removes light in the boundary wavelength region between red and green by the reflective notch filter 70, the projection image is bright and excellent in color reproducibility, similar to the projector according to the first embodiment. Can be displayed.
[0060]
As in the first embodiment, the spectral characteristics of the notch filter 70 can be variously changed and various display elements can be used without being limited to the transmissive liquid crystal display element.
[0061]
(Embodiment 3)
FIG. 8 shows the structure of the projector according to the third embodiment of the present invention. The basic configuration of this projector is the same as that of the first embodiment, and is a dichroic prism type projector.
[0062]
White light emitted from the white light source 94 is separated into light of two colors, for example, blue and yellow (red + green) by the dichroic mirror 92. The B light passes through the total reflection mirror 96 and enters the liquid crystal display element 91B that displays a blue color signal component. On the other hand, the yellow light is further separated into R light and G light by the dichroic mirror 93, and enters the liquid crystal display elements 91R and 91G that display images based on the red and green color signals, respectively. The light incident on each of the liquid crystal display elements 91R, 91G, and 91B is modulated according to a signal corresponding to each pixel and is incident on the cross dichroic prism 90. The color light synthesized by the cross dichroic prism 90 is projected onto a screen (not shown) by the projection lens 95.
[0063]
In the first and second embodiments, the notch filter 1 or 70 is used as an independent wavelength selection element arranged at a free place. However, in this embodiment, the polarization direction of light is aligned in a certain direction. A method of using a notch filter on the optical path is shown.
[0064]
The transmissive liquid crystal display element 91 includes polarizing plates 101 and 102 on the incident / exit side of the liquid crystal cell 100 as shown in FIG. Therefore, the polarization directions of the light emitted from the liquid crystal display element 91 are all made uniform by these polarizing plates 101 or 102. That is, if it is on the optical path through which only light of a specific polarization direction passes, the polarization selection element (the polarizing plate 11 or 14 in FIG. 1) on the incident side of the notch filter 1 of Embodiment 1 is not necessary.
[0065]
In the present embodiment, the same color select 12 and 13 as in the first embodiment are used as the polarization regulating elements 97 and 98, which are attached to the output measurement of the cross dichroic prism 90, and further polarized as a polarization selection element on the output side. A plate 99 is placed. With this configuration, color purity is improved as in the first embodiment, and a brighter projection image than the projector according to the first embodiment can be displayed.
[0066]
Of course, it is not necessary to affix the polarization regulating elements 97 and 98 and the polarizing plate 99 to the cross dichroic prism 90, and they may be independently arranged on an appropriate optical path. Further, as shown in FIG. 10, it may be integrated with the liquid crystal display element 91.
[0067]
As in the first and second embodiments, the spectral characteristics of the notch filter 70 can be variously changed, and various display elements can be used without being limited to the transmissive liquid crystal display element.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, a combination of a polarization selection element and a plurality of polarization regulating elements having different wavelength bands to be operated is superior in performance to a notch filter formed using a conventional dielectric multilayer film. A wavelength selective element is obtained. Furthermore, by using the wavelength selection element of the present invention, for example, a projection display device having a higher color purity and capable of performing bright display is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a wavelength selection element (notch filter) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing spectral characteristics of a polarization regulating element used in an embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing spectral characteristics of other polarization regulating elements used in the embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing spectral characteristics of a wavelength selection element (notch filter) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a projector according to an embodiment of the invention.
FIG. 6 is a graph showing spectral characteristics of a reflective wavelength selection element (notch filter) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing another projector according to the embodiment of the invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing another projector according to the embodiment of the invention.
FIG. 9 is a schematic view showing a transmissive liquid crystal display element used in an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view showing a transmissive liquid crystal display device including the wavelength selection device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram of a conventional projector using a transmissive liquid crystal display element.
FIG. 12 is a schematic diagram of another conventional projector using a transmissive liquid crystal display element.
FIG. 13 is a schematic diagram of a conventional projector using a reflective liquid crystal display element.
FIG. 14A is a schematic diagram of another conventional projector using a reflective liquid crystal display element.
FIG. 14B is a schematic diagram of another conventional projector using a reflective liquid crystal display element.
FIG. 15 is a graph showing spectral emission characteristics of a metal halide lamp used in an embodiment according to the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram of a conventional wavelength selection element (notch filter).
[Explanation of symbols]
1 Notch filter
11, 14 Polarization selection element (polarizing plate or polarizing film)
12, 13 Polarization restricting element (color select)
60 Cross Dichroic Prism
61 Transmission type liquid crystal display element
62, 63 Dichroic mirror for color separation
64 White light source
65 Projection lens
71 Polarizing plate
72, 73 Polarization restricting element
74 Total reflection mirror

Claims (8)

第1波長域の光の偏光状態を変化させる第1偏光規制素子と、前記第1波長域と異なる第2波長域の光の偏光状態を変化させる第2偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、
前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置され、それぞれが、特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する一対の偏光選択素子と、
を備え
前記第1波長域と前記第2波長域とは少なくとも一部が互いに重なる波長選択素子。
A plurality of polarizations including at least a first polarization regulating element that changes a polarization state of light in the first wavelength range and a second polarization regulation element that changes a polarization state of light in a second wavelength range different from the first wavelength range. A regulating element;
A pair of polarization selection elements that are arranged to face each other via the plurality of polarization regulating elements, each selectively transmitting or reflecting light of a specific polarization direction;
Equipped with a,
Wherein the first wavelength region and the second at least partially mutually heavy Do that the wavelength selection element and the wavelength range.
記第1および第2偏光規制素子は、それぞれ前記第1波長域および前記第2波長域の光に対してλ/2板として機能する、請求項1に記載の波長選択素子。 Before Symbol first and second polarization regulating element functions as a lambda / 2 plate with respect to each of the first wavelength range and the second wavelength band of light, the wavelength selection device according to claim 1. 前記一対の偏光選択素子のそれぞれが、選択的に透過または反射する光の偏光軸が、互いに略平行になるように配置されている、請求項1または2に記載の波長選択素子。 3. The wavelength selection element according to claim 1, wherein each of the pair of polarization selection elements is disposed such that polarization axes of selectively transmitted or reflected light are substantially parallel to each other. 第1波長域の光の偏光状態を変化させる第1偏光規制素子と、 前記第1波長域と異なる第2波長域の光の偏光状態を変化させる第2偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、
前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置された、反射素子および特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子と、
を備え
前記第1波長域と前記第2波長域とは少なくとも一部が互いに重なる波長選択素子。
A plurality of polarizations including at least a first polarization regulating element that changes a polarization state of light in the first wavelength range and a second polarization regulation element that changes a polarization state of light in a second wavelength range different from the first wavelength range A regulating element;
A reflection element and a polarization selection element that selectively transmits or reflects light in a specific polarization direction, disposed so as to face each other via the plurality of polarization regulating elements;
Equipped with a,
Wherein the first wavelength region and the second at least partially mutually heavy Do that the wavelength selection element and the wavelength range.
記第1および第2偏光規制素子は、それぞれ前記第1波長域および前記第2波長域の光に対してλ/4板として機能する、請求項4に記載の波長選択素子。 Before Symbol first and second polarization regulating element functions as a lambda / 4 plate with respect to each of the first wavelength range and the second wavelength band of light, the wavelength selection device according to claim 4. 請求項1から5のいずれかに記載の波長選択素子を備える表示装置。 A display apparatus provided with the wavelength selection element in any one of Claim 1 to 5. 光源と、前記光源から出射された光の特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子と、前記偏光選択素子によって選択された偏光を変調する表示素子と、前記表示素子によって変調された偏光を投影する投影光学素子とを有し、
前記偏光選択素子の光出射側に、複数の偏光選択素子と、さらなる偏光選択素子とをこの順に備え、前記偏光選択素子は、第1波長域の光の偏光状態を変化させる第1偏光規制素子と、前記第1波長域と異なる第2波長域の光の偏光状態を変化させる第2偏光規制素子とを少なくとも含み、
前記第1波長域と前記第2波長域とは少なくとも一部が互いに重なる表示装置。
A light source, a polarization selection element that selectively transmits or reflects light in a specific polarization direction of light emitted from the light source, a display element that modulates polarization selected by the polarization selection element, and the display element A projection optical element for projecting the modulated polarized light,
A plurality of polarization selection elements and a further polarization selection element are provided in this order on the light output side of the polarization selection element, and the polarization selection element changes the polarization state of light in the first wavelength range. When, at least seen including a second polarization regulating element for changing the polarization state of the first wavelength range and different from the second wavelength band of light,
The display device in which the first wavelength region and the second wavelength region are at least partially overlapped with each other .
記第1および第2偏光規制素子は、それぞれ前記第1波長域および前記第2波長域の光に対してλ/2板として機能する、請求項7に記載の表示装置。 Before Symbol first and second polarization regulating element functions as a lambda / 2 plate with respect to each of the first wavelength range and the second wavelength band of light, the display device according to claim 7.
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