JP2004286937A - Display device - Google Patents

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健史 浪江
Kazuhiro Fujita
和弘 藤田
Masanori Kobayashi
正典 小林
Yumi Matsuki
ゆみ 松木
Keishin Aisaka
敬信 逢坂
Hiroyuki Sugimoto
浩之 杉本
Atsushi Takaura
淳 高浦
Toshiaki Tokita
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain highly precise display picture by preventing blur between adjacent pixels on an irradiated object. <P>SOLUTION: In a display device 1 which makes image light, coming from irradiating light from a light source 2 and spatial light and modulated with a reflection type spatial light modulator 6, be subjected to a shift of its optical path and be displayed on the irradiated object 9, a polarization dependent lens array 5, having polarization dependency of the irradiating light and the image light different from each other, is disposed between a polarization separating element 4, polarization separating the irradiating light and the image light, and the reflection type spatial light modulator 6. By setting the lens power of the polarization dependent lens array 5 intensifying the image light than for the irradiating light, the highly precise display picture is attained by preventing the blur between the adjacent pixels on the irradiated object 9. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光源からの照射光を、表示する画像データに応じて空間光変調器によって空間光変調し、空間光変調した光を拡大してスクリーン等に表示させるようにした表示装置がある。
【0003】
このような表示装置では、表示フレームを複数のサブフレームで構成し、空間光変調器に対してサブフレーム毎に画像を切り替え表示させるとともに、サブフレーム毎の画像の切り替えに対応させて空間光変調器によって空間光変調した画像光を偏向させることで、各サブフレームの画像をスクリーン上でずらして表示するようにしたものがある。
【0004】
また、空間光変調器によって単一の表示フレームを表示する間に、この画像光の偏光方向を複数方向に変えることで、スクリーン上で画像をずらして表示するようにした表示装置がある。
【0005】
このような表示装置に用いられる空間光変調器には、光源からの照射光を透過させる際に空間光変調する透過型タイプのものと、光源からの照射光を反射させる際に空間光変調する反射型タイプのものとがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射型タイプの空間光変調器(反射型空間光変調器)を用いる表示装置では、反射型空間光変調器へ入射する入射光と、反射型空間光変調器で空間光変調された画像光との光路が一部重複する。
【0007】
そして、上述した従来の技術では、透過型空間光変調器を用いる場合には画像の高精細化を図ることができるが、反射型空間光変調器を用いた場合には十分な高精細化を図ることが困難である。
【0008】
本発明の目的は、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明の表示装置は、照射光を照射する光源と、前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられて、前記照射光と前記画像光とに対して異なる偏光依存性を有する偏光依存性部材と、を具備する。
【0010】
したがって、反射型空間光変調器を用いることにより照射光と画像光とで光路が一部重複する場合にもそれぞれの光路をその偏光状態に応じて個々に取り扱うことが可能となる。これによって、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることができる。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応付けられて前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されたレンズを有する。
【0012】
したがって、反射型空間光変調器を用いたにも拘わらず、照射光と画像光との光路を異ならせることができる。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、光学的に透明な一軸性異方性材料によって形成されている。
【0014】
したがって、請求項2記載の発明の作用を奏する偏光依存性部材を容易に作製することができる。
【0015】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されて前記反射型空間光変調器に接触配置されたレンズアレイ基板を有する。
【0016】
したがって、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性部材に入射させ、各画素で空間光変調した画像光が対応するレンズに隣接するレンズに入射することを抑制することができるので、光利用効率の向上を図り、表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性部材と反射型空間光変調器とを接触配置することで、装置の小型化を図ることができる。
【0017】
請求項5記載の発明は、請求項2記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された一軸異方性材料とによって構成されている。
【0018】
したがって、請求項2記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイを容易に作製することができる。
【0019】
請求項6記載の発明は、請求項5記載の表示装置において、前記一軸異方性材料は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有する。
【0020】
したがって、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【0021】
請求項7記載の発明は、請求項2記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列された一対のレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板間に充填された一軸異方性材料とによって構成されている。
【0022】
したがって、請求項2記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイの生産性を向上させることができる。
【0023】
請求項8記載の発明は、請求項7記載の表示装置において、前記一軸異方性材料は、少なくとも一方のレンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有する。
【0024】
したがって、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【0025】
請求項9記載の発明は、請求項4ないし請求項7のいずれか一に記載の表示装置において、前記一軸異方性材料は、光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶である。
【0026】
したがって、液晶を狭持する基板間に隙間無く充填することができるので、偏光依存性レンズアレイを大型化することがなく、また、結晶状態の一軸異方性材料を用いる場合と比較して、この一軸異方性材料自体をレンズアレイ構造に加工する作業を不要とすることができる。
【0027】
請求項10記載の発明は、請求項9記載の表示装置において、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備する。
【0028】
ところで、光源から発光される照射光の配向分布にはばらつきがあり、また、表示装置の組み立てに際してばらつきが生じるため、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきが生じることがある。
【0029】
したがって、電極に印加する電圧を調整することにより偏光依存性レンズアレイのレンズパワーを調整することができるので、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきを抑制することができる。
【0030】
請求項11記載の発明は、請求項9または10記載の表示装置において、前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねる。
【0031】
したがって、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性レンズアレイに入射させるとともに、隣接するレンズへの入射を抑制することができるので、光利用効率の向上とともに表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性レンズアレイに対して反射型空間光変調器における液晶を支持する基板を兼用させることにより、装置の小型化を図ることができる。
【0032】
請求項12記載の発明は、請求項9または10記載の表示装置において、前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は一軸異方性材料の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている。
【0033】
したがって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【0034】
請求項13記載の発明は、請求項9または10記載の表示装置において、前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記一軸異方性材料の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は一軸異方性材料の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている。
【0035】
したがって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図1および図2を参照して説明する。本実施の形態は、スクリーン等に投影画像を表示させる表示装置への適用例を示す。
【0037】
まず、本実施の形態の表示装置全体の光学系構成について説明する。図1は、本実施の形態の表示装置全体の光学系構成を示す概略図である。図1に示すように、表示装置1は、光源部2、照射光学系3、偏光分離素子4、偏光依存性レンズアレイ5、反射型空間光変調器6、画素ずらし素子7および投影手段8を備えている。照射光学系3、偏光分離素子4、偏光依存性レンズアレイ5、反射型空間光変調器6、画素ずらし素子7および投影手段8は、光源部2から照射した光をスクリーン9へ導く光路10上に設けられている。
【0038】
光源部2は、光を出射する光源11や、光源11から出射された光を一方向に向けて照射させるための放物鏡12等によって構成されている。なお、このような光源部2については、公知の技術であるため説明を省略する。
【0039】
照射光学系3は、フライアイレンズアレイ13,14およびコンデンサレンズ15によって構成されている。照射光学系3は、光源部2から照射された光を、フライアイレンズアレイ13,14によって均一化し、コンデンサレンズ15によって集光する。
【0040】
偏光分離素子4は、ある方向に偏光する光を透過し、この偏光方向に直交する方向に偏光する光を反射する。本実施の形態では、偏光分離素子4として偏光ビームスプリッタが用いられている。以降、偏光ビームスプリッタに符号4を付して説明する。本実施の形態の偏光ビームスプリッタ4は、図1中紙面上下方向に偏光する光を透過し、図1中紙面表裏方向に偏光する光を反射する。これにより、光源部2から反射型空間光変調器6へ向けて照射される照射光と、反射型空間光変調器6によって空間光変調された画像光とを分離することが可能になる。
【0041】
反射型空間光変調器6は、アレイ状に配列された複数の画素を有しており、各画素を選択的にON/OFFさせることにより、照射光を空間光変調して画像光を生成する。反射型空間光変調器6によって、画像光は、照射光に対してλ/2の位相差が付与されて、偏光方向が90°回転されている。
【0042】
本実施の形態では、反射型空間光変調器6として、反射型液晶パネルが用いられている。公知の技術であるため詳細な図示および説明を省略するが、反射型空間光変調器は、対をなす基板と、この基板間に狭持された液晶とによって構成される液晶セルを備えている。基板には、液晶駆動用のトランジスタや電極(いずれも図示せず)が複数設けられている。これらの液晶駆動用のトランジスタおよび電極にはドライバが接続されている。ドライバは、図示しない表示制御回路によって駆動制御されて、反射型空間光変調器6による空間光変調を制御する。ここに、表示制御手段としての機能が実現される。
【0043】
画素ずらし素子7は、偏光ビームスプリッタ4で反射された画像光を、サブフレームに対応させてシフトさせる。ここに、光路シフト手段が実現されている。なお、入射された光をシフトさせて出射する画素ずらし素子7については、公知の技術であるため説明を省略する。
【0044】
投影手段8は、画素ずらし素子7を透過した画像光をスクリーンへ向けて拡大表示させる。ここに、投影手段8によって拡大光学系が実現されている。例えば、投影手段8として、拡大レンズを用いることができる。
【0045】
次に、偏光依存性レンズアレイ5について説明する。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ5によって偏光依存性部材が実現されている。偏光依存性レンズアレイ5は、反射型空間光変調器6と偏光ビームスプリッタ4との間に設けられており、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されて構成されている。偏光依存性レンズアレイ5における各レンズは、反射型空間光変調器6における各画素に対応して配置されている。偏光依存性レンズアレイ5は、偏光ビームスプリッタ4側から照射される照射光と、反射型空間光変調器6で空間光変調された画像光とに対して、それぞれ異なる偏光依存性を有している。
【0046】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ5は、照射光に対する曲率半径と画像光に対する曲率半径とを異ならせることで、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されている。
【0047】
特に図示しないが、本実施の形態の表示装置1は、表示装置1が備える各部を駆動制御する制御系を備えており、上述した反射型空間光変調器6、画素ずらし素子7等は、この制御系が備えるコンピュータに格納されたコンピュータプログラムに基づいて駆動制御される。
【0048】
このような構成において、光源部2から出射された照射光は、照射光学系3によって均一化および集光されて偏光ビームスプリッタ4へ入射される。偏光ビームスプリッタ4は、紙面上下方向に偏光する光を透過させ、反射型空間光変調器6へ向けて照射する。
【0049】
反射型空間光変調器6は、制御部によって駆動制御され、入射される照射光を表示フレーム単位で空間光変調する。この空間光変調により、紙面表裏方向に偏光された画像光が生成される。反射型空間光変調器6は、入射される照射光に対して空間光変調されて反射される画像光にλ/2の位相差を発生させ、偏光方向を90°回転させる。
【0050】
画素ずらし素子7は、制御部によって駆動制御されて、反射型空間光変調器6によって空間光変調した画像光をシフトさせる。このとき、画素ずらし素子7は、スクリーン上に投射される画像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトされるように、画像光をシフトさせる。本実施の形態では、反射型空間光変調器6によって単一の表示フレームの空間光変調を行う間に、スクリーン9上に投射される画像光の照射位置が互いに重ならない4ヵ所に照射されるように、画像光をシフトさせる。
【0051】
投射レンズ8は、画素ずらし素子7によって偏向された画像光を拡大してスクリーン9上に投射する。
【0052】
これによって、サブフィールド画像が所定量の変位を受け、反射型空間光変調器6の画素数を実際に増倍することなく、観察者に対して、反射型空間光変調器6が表示する画像の4倍の解像度を有する画像を表示することができ、高精細な画像を表示することができる。
【0053】
なお、反射型空間光変調器6によって空間光変調されなかった照射光は、偏光ビームスプリッタを透過して光源側に戻される。
【0054】
ところで、本実施の形態の表示装置1では、反射型空間光変調器6と偏光ビームスプリッタ4との間に偏光依存性レンズアレイ5が設けられている。上述したように、この偏光依存性レンズアレイ5は、偏光ビームスプリッタ4側から照射される照射光と、反射型空間光変調器6から反射された画像光(画像光)とに対して、それぞれ異なる偏光依存性を有している。上述したように、本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ5は、単一の偏光依存性レンズアレイ5において照射光に対する曲率半径と画像光に対する曲率半径とを異ならせることで、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されている。
【0055】
ここで、図2は、表示装置1の一部を示す斜視図である。図2に示すように、偏光依存性レンズアレイ5は、矢印Aで示す方向の光軸(光学異方性の軸)を備えている。図2中、矢印Aで示す方向に平行な偏光に対する屈折率をne、矢印Aで示す方向に直交する偏光(図2中矢印B)に対する屈折率をnoとすると、偏光ビームスプリッタ4を透過した照射光の偏光方向は、偏光依存性レンズアレイ5の光軸方向Aに対して直交し、その屈折率はnoとなる。
【0056】
反射型空間光変調器6における画素が明状態の場合、画像光として反射される光の偏光方向は偏光依存性レンズアレイ5の光軸に平行な方向となり、画像光に対する偏光依存性レンズアレイ5の屈折率はneとなる。ここで、偏光依存性レンズアレイ5の曲率半径をrとすると、この偏光依存性レンズアレイ5の焦点距離は、以下に示す(1)式、(2)式によって表される。
照射光に対する焦点距離:f=r/(no−1) …(1)
画像光に対する焦点距離:f=r/(ne−1) …(2)
【0057】
(1)式、(2)式によれば、照射光(往路)と投射光(復路)とに対して偏光依存性レンズアレイ5焦点距離を変える、すなわち、レンズパワーを変えることができる。
【0058】
このような偏光依存性レンズアレイ5を用いることにより、本実施の形態の表示装置では、反射型空間光変調器6を用いているにも拘わらず、照射光と画像光との光路を異ならせることができ、画素ずらし素子7を駆動することによって光路をシフトさせた場合にも、スクリーン9上で隣接する画素間のにじみを抑制することができるので、表示画像の高精細化を図るとともに、この偏光依存性レンズアレイ5の設計自由度を高くすることができる。
【0059】
なお、本実施の形態においては、反射型空間光変調器6が1枚の液晶によって構成されているが、これに限るものではなく、例えば、偏光依存性レンズアレイ5と反射型空間光変調器6とを2組以上積層して、各組において偏光依存性レンズアレイ5と反射型空間光変調器6との間に色分離素子を配置する構成としてもよい。これによって、スクリーン上にカラー画像を表示することができる。
【0060】
また、本実施の形態では、図1中紙面上下方向に偏光する光を透過し図1中紙面表裏方向に偏光する光を反射する偏光ビームスプリッタ4としたが、これに限るものではなく、図1中紙面上下方向に偏光する光を反射し図1中紙面表裏方向に偏光する光を透過する偏光ビームスプリッタを用いてもよい。ただし、このような偏光ビームスプリッタを用いる場合、偏光依存性レンズアレイ5の偏光依存性を図1に示す偏光依存性と逆転させる。
【0061】
加えて、本実施の形態では、画像の表示に際して、反射型空間光変調器6が表示する単一の表示フレームの画像を画素ずらし素子によって複数位置にシフトさせることで表示画像の高精細化を図るようにしたが、表示方式としてはこれに限るものではなく、例えば、反射型空間光変調器6が表示する単一の表示フレームの画像を時間的に分割した複数のサブフレームによって構成し、反射型空間光変調器6による照射光の空間光変調をサブフレーム毎に行うとともに、このサブフレームの切り替えに同期させて画素ずらし素子7を動作させることによって、単一の表示フレームの画像を表示させることにより、表示画像の高精細化を図るようにしてもよい。
【0062】
このとき、表示フレームの分割数は、2以上であることが好ましく、上限は、表示フレーム周期、反射型空間光変調器6での画像更新に要する走査時間、表示フレームの分割数等に応じて設定される。
【0063】
次に、本発明の第2の実施の形態について図3を参照して説明する。なお、第1の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【0064】
図3は、本発明の第2の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図3に示すように、本実施の形態の表示装置20は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ21と反射型空間光変調器22との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0065】
本実施の形態の表示装置20では、偏光依存性部材としての偏光依存性レンズアレイ21と、反射型空間光変調器22とが互いに接触した状態で配置されている。
【0066】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ21におけるレンズパワーは、上述と同様に、照射光と画像光とで異なっており、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きくなるように設定されている。
【0067】
反射型空間光変調器22は、液晶23と、図示しない反射電極を含むシリコンバックプレーン24とを備えている。本実施の形態の反射型空間光変調器22における液晶23は、シリコンバックプレーン24と偏光依存性レンズアレイ21との間に狭持されている。
【0068】
このような構成の表示装置においては、偏光依存性レンズアレイ21が反射型空間光変調器22の液晶23に接触配置されているため、反射型空間光変調器22で空間光変調された画像光を、各画像光を生成した画素に対応するレンズにそれぞれ入射させることができる。これによって、反射型空間光変調器22で空間光変調されて画像光が偏光依存性レンズアレイ21における対応するレンズへ入射される際に、このレンズに隣接する別のレンズへ入射してしまうことを減少させることができる。
【0069】
これによって、光利用効率を向上させることができ、表示画像をより高精細化することができる。
【0070】
次に、本発明の第3の実施の形態について図4を参照して説明する。図4は、本発明の第3の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図4に示すように、本実施の形態の表示装置30は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ31と反射型空間光変調器32との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0071】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ31は、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板33と、このレンズアレイ基板33に対して平行に対向する板状の平行平板34と、レンズアレイ基板33と平行平板34との間に狭持された一軸光学異方性材料35とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ31によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板34によって光学的に透明な平板が実現されている。
【0072】
レンズアレイ基板33および平行平板34は、光学的に異方性である必要は無い。レンズアレイ基板33および平行平板34は、例えば、合成石英や光学ガラス等によって形成することができる。
【0073】
反射型空間光変調器32は、第1の実施の形態の反射型空間光変調器6と同様である。
【0074】
このように、レンズアレイ基板33と平行平板34との間に一軸光学異方性材料35を狭持させた偏光依存性レンズアレイ31とすることにより、一軸光学異方性材料35に対して直接レンズアレイ加工を施すことなく、照射光と投射光とに対するレンズパワーを変えることができ、偏光依存性レンズアレイ31を容易に作製することができる。
【0075】
なお、本実施の形態においては、図4に示すように、偏光ビームスプリッタ4側にレンズアレイ基板33を配置したが、これに限るものではなく、レンズアレイ基板33を反射型空間光変調器32側に配置し平行平板34を偏光ビームスプリッタ4側に配置してもよい。
【0076】
次に、本発明の第4の実施の形態について図5を参照して説明する。図5は、本発明の第4の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図5に示すように、本実施の形態の表示装置40は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ41と反射型空間光変調器42との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0077】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ41は、2枚のレンズアレイ基板43,44と、このレンズアレイ基板43,44間に狭持された一軸異方性材料45とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ41によって偏光依存性部材が実現されている。
【0078】
レンズアレイ基板43,44は、光学的に異方性である必要はなく、例えば、合成石英や光学ガラス等によって形成することができる。
【0079】
また、反射型空間光変調器42は、第1の実施の形態の反射型空間光変調器6と同様である。
【0080】
このような構成を有する表示装置40では、偏光依存性レンズアレイ41が有する各レンズアレイ基板43,44におけるレンズパワーを、レンズアレイ基板43,44毎に調整することが可能になり、これによって偏光依存性レンズアレイ41の設計自由度を向上させることができる。
【0081】
なお、本実施の形態では、図5に示すように、レンズアレイ基板43,44の形状を、いずれも凸レンズアレイ形状としたが、レンズアレイ基板43,44の形状はこれに限るものではなく、どちらか一方または両方のレンズアレイ基板43,44の形状を凹レンズアレイ形状としても良い。
【0082】
次に、本発明の第5の実施の形態について図6を参照して説明する。図6は、本発明の第5の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図6に示すように、本実施の形態の表示装置50は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ51と反射型空間光変調器52との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0083】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ51は、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板53と、このレンズアレイ基板53に対して平行に対向する板状の平行平板54と、レンズアレイ基板53と平行平板54との間に充填された一軸光学異方性材料55とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ51によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板54によって光学的に透明な平板が実現されている。
【0084】
レンズアレイ基板53は、凸レンズ形状の複数のレンズをアレイ状に配列することにより構成されている。一軸異方性材料55の異常光屈折率をneとすると、レンズアレイ基板53の屈折率は、一軸異方性材料55の異常光屈折率neとほぼ等しく設定されている。平行平板54の屈折率は、任意に設定することが可能である。
【0085】
一軸異方性材料55は、偏光ビームスプリッタ4を透過する照射光(p偏光)の振動方向と平行な光軸を有している。この光軸は、平行平板54の面方向に対して平行であり、かつ、図6中紙面上下方向とされている。
【0086】
反射型空間光変調器52は、該画素の大きさを小さくする図示しないレンズが各画素に対応してアレイ状に配列されたレンズアレイを備えている。
【0087】
このような構成を有する表示装置50では、レンズアレイ基板53と一軸異方性材料55の屈折率がほぼ等しく設定されているため、偏光ビームスプリッタ4を透過する照射光は、レンズアレイ基板53の作用を受けず、反射型空間光変調器52へ向けて照射される。この照射光は、反射型空間光変調器52によって、偏光状態が90°回転されて画像光として反射される。
【0088】
このため、反射型空間光変調器52で反射されて一軸異方性材料55に再度入射する画像光は、一軸異方性材料55の屈折率を常光屈折率noと感じ、レンズアレイ基板の屈折率を略neと感じる。これにより、ほぼ(ne−no)の屈折率差が生じ、この屈折率差によってレンズ効果を奏することができる。
【0089】
すなわち、本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ51によれば、照射光に対してはレンズ機能を発揮することなく、画像光に対してレンズ機能を発揮させることができる。
【0090】
これによって、反射型空間光変調器52にレンズアレイを用いて画素の大きさを小さくする光学系にもかかわらず、透過型空間光変調器とレンズアレイを用いた動作を実現できる。すなわち、各画素に対応する図示しないレンズによって該画素の大きさを小さくすることによって図られる表示画像の高精細化をより効果的に実現することができる。
【0091】
また、画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができるため、光利用効率を低下させるがなく、画素ずらし素子7による画像光のシフトと併用することによって表示画像のより一層の高精細化を図ることができる。
【0092】
なお、図6では、偏光依存性レンズアレイ51のレンズアレイ基板53を凸レンズ形状としたが、これに限るものではなく、図7に示す表示装置50’のように偏光依存性レンズアレイ51’のレンズアレイ基板53’を凹レンズ形状としてもよい。このとき、凹レンズ形状とされたレンズアレイ基板53’の屈折率は、一軸異方性材料55の常光屈折率noにほぼ等しく設定されている。また、図7に示す表示装置50’においても、平行平板54の屈折率を、任意の値を設定することが可能である。加えて、表示装置50’における一軸異方性材料55の光軸は、図7中紙面上下方向に設定されている。
【0093】
このような構成を有する表示装置50’では、偏光ビームスプリッタ4を透過した照射光が、凹形状に形成されたレンズアレイ基板53’と一軸異方性材料55の屈折率noとをほぼ同じと感じるため、レンズ作用を受けずに反射型空間光変調器52に向かい、反射型空間光変調器52によって空間光変調されて画像光として反射される。
【0094】
そして、反射型空間光変調器52で空間光変調された画像光は、入射光に対して偏光方向が90°回転されるため、一軸異方性材料55の屈折率neとレンズアレイ基板53’の屈折率ほぼnoとの差を感じ、レンズアレイ基板53’によってレンズ機能を受けることとなる。
【0095】
これによって、反射型空間光変調器52にレンズアレイを用いて画素の大きさを小さくする光学系にもかかわらず、透過型空間光変調器とレンズアレイを用いた動作を実現できる。すなわち、各画素に対応する図示しないレンズによって該画素の大きさを小さくすることによって図られる表示画像の高精細化をより効果的に実現することができる。
【0096】
なお、本実施の形態では、上述した図6および図7で説明した表示装置における偏光依存性レンズアレイ51または51’において、以下に示す(3)式および(4)式、または(5)式および(6)式を満たしている状態を、レンズアレイ基板53または53’の屈折率が一軸異方性材料55の常光屈折率/異常光屈折率にほぼ等しくなる状態であるとする。
【0097】
すなわち、基板の屈折率をNとした場合に、この屈折率Nが常光屈折率noにほぼ等しいということは、以下に示す(3)式を満たすことを表す。
|N−no|<|ne−no| …(3)
【0098】
なお、この屈折率Nが常光屈折率noにほぼ等しいということは、以下に示す(4)式を満たすことがより好ましい。
【0099】
|N−no|<0.1×|ne−no| …(4)
【0100】
同様に、屈折率Nが異常光屈折率neにほぼ等しいということは、以下に示す(5)式を満たすことを表す。
|N−ne|<|ne−no| …(5)
【0101】
なお、この屈折率Nが異常光屈折率neにほぼ等しいということは、以下に示す(6)式を満たすことがより好ましい。
|N−ne|<0.1×|ne−no| …(6)
【0102】
次に、本発明の第6の実施の形態について図8を参照して説明する。図8は、本発明の第6の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図8に示すように、本実施の形態の表示装置60は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ61と反射型空間光変調器62との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0103】
本実施の形態の表示装置における偏光依存性レンズアレイ61は、2枚のレンズアレイ基板63,64と、これらのレンズアレイ基板63,64の間に充填される一軸異方性材料65とを有している。レンズアレイ基板63,64は、ともに、凸レンズ形状の複数のレンズをアレイ状に配列することにより構成され、各々のレンズ面を対向させた状態でその間に一軸異方性材料65が充填された構造を有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ61によって偏光依存性部材が実現されている。
【0104】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ61は、レンズアレイ基板63,64と一軸異方性材料65との界面において、照射光に対するレンズ作用が無く、画像光に対してレンズ機能を発揮する。
【0105】
ここで、一軸異方性材料65の常光屈折率no、一軸異方性材料65の異常光屈折率neとしたとき、レンズアレイ基板63,64の少なくとも一方の屈折率は、一軸異方性材料65の異常光屈折率neとほぼ等しく設定されている。なお、屈折率が「ほぼ等しい」の定義は上述と同様である。
【0106】
一軸異方性材料65の光軸は、図8中紙面上下方向であって、照明光に対して垂直な方向に設定されている。
【0107】
このような構成の表示装置60においては、偏光依存性レンズアレイ61におけるレンズアレイ基板63,64の少なくとも一方の屈折率を一軸異方性材料65の異常光屈折率neに等しく設定されているため、照射光と画像光とに対して、偏光依存性レンズアレイ61が作用させるレンズのパワーを変えることができる。
【0108】
なお、特に図示しないが、レンズアレイ基板63,64の屈折率をともに異常光屈折率neとほぼ同じく設定することにより、偏光依存性レンズアレイ61に対して、照射光に対するレンズ機能を発揮せず、画像光に対してのみレンズ機能を発揮させることができる。
【0109】
このような構成とすることにより、例えば、上述の第5の実施の形態で説明したように、レンズアレイ基板53,53’と平行平板54を用いる偏光依存性レンズアレイ51、51’を用いる場合と比較して、画像光に対してのみレンズ機能を発揮させるとともに、画像光に対して発揮するレンズパワーを大きくすることができる。
【0110】
次に、本発明の第7の実施の形態について図9を参照して説明する。図9は、本発明の第7の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図9に示すように、本実施の形態の表示装置70は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ71と反射型空間光変調器72との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0111】
本実施の形態の表示装置70における偏光依存性レンズアレイ71は、2枚のレンズアレイ基板73,74と、このレンズアレイ基板73,74間に充填された一軸異方性材料75とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ71によって偏光依存性部材が実現されている。
【0112】
レンズアレイ基板73,74は、それぞれ凹状のレンズがアレイ状に複数配列された構成を有している。2枚のレンズアレイ基板73,74のうち少なくとも一方のレンズアレイ基板73または74の屈折率は、一軸異方性材料75の常光屈折率noとほぼ等しく設定されている。なお、屈折率が「ほぼ等しい」の定義は上述と同様である。
【0113】
一軸異方性材料75の光軸は、図9中紙面上下方向に設定されている。
【0114】
このような構成によれば、少なくとも一方のレンズアレイ基板73または74と一軸異方性材料75とによって、照射光に対してはレンズ効果を発揮させず、画像光に対してのみ凸レンズ効果を発揮させることが可能になり、照射光と投射光でレンズパワーを変えることができる。
【0115】
次に、本発明の第8の実施の形態について図10を参照して説明する。図10は、本発明の第8の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図10に示すように、本実施の形態の表示装置80は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ81と反射型空間光変調器82との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0116】
図10に示すように、偏光依存性レンズアレイ81は、レンズアレイ基板83と平行平板84と、レンズアレイ基板83と平行平板84との間に充填される一軸異方性材料としての液晶85とによって構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ81によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板84によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板83と平行平板84とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。
【0117】
液晶85は、レンズアレイ基板83と平行平板84との間で、ホモジニアス配向されている。
【0118】
ところで、レンズアレイ基板83と平行平板84との間に充填される一軸異方性材料としての液晶85における液晶分子の配向方向、および、液晶85における屈折率とレンズアレイ基板83および平行平板84の屈折率の組合せは、複数通り設定することが可能である。なお、液晶85の常光屈折率をnoとし、異常光屈折率をneとする。
【0119】
ここで、例えば、レンズアレイ基板83の屈折率をほぼneとし、液晶85における液晶分子の配向方向を図10中紙面平行とし、平行平板84の屈折率を任意とする構成が考えられる。このような構成においては、レンズアレイ基板83は照射光に対してレンズ効果を発揮せず、反射型空間光変調器82で空間光変調された画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることが可能である。
【0120】
また、例えば、レンズアレイ基板83を凹レンズ形状のレンズアレイ基板(図示せず)とし、この凹レンズ形状のレンズアレイ基板の屈折率を液晶85の常光屈折率noにほぼ等しくし、液晶5における液晶分子の配向方向を図10中紙面に垂直方向とする構成が考えられる。このような構成においては、照射光に対してはレンズ効果を発揮せず、空間光変調された画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができる。
【0121】
いずれにせよ、本実施の形態のように、一軸異方性材料として液晶85を用いることにより、レンズアレイ基板83と平行平板84との間に液晶85を隙間無く充填する、すなわち、レンズアレイ基板83と平行平板84との間全体に亘って一軸異方性を持たせることが可能になるので、照射光に対してはレンズ効果を発揮せずに画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができる偏光依存性レンズアレイ81を、固形の一軸異方性材料を加工する場合と比較して容易に作製することができる。
【0122】
次に、本発明の第9の実施の形態について図11を参照して説明する。図11は、本発明の第9の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図11に示すように、本実施の形態の表示装置90は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ91と反射型空間光変調器92との配列状態が、上述の実施の形態と異なり、偏光依存性レンズアレイ91と反射型空間光変調器92とが一体化されている。
【0123】
偏光依存性レンズアレイ91は、レンズアレイ基板93と、平行平板94と、レンズアレイ基板93と平行平板94との間に充填される一軸異方性材料としての液晶95とから構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ91によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板94によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板93と平行平板94とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。レンズアレイ基板93および平行平板94の屈折率と、液晶95の屈折率および液晶の配向方向との組合せは、上述と同様に複数種類挙げることができる。なお、液晶95の常光屈折率はno、異常光屈折率はneに設定されている。
【0124】
反射型空間光変調器92は、画素反射電極を含むシリコンバックプレーン96と、平行平板94と、シリコンバックプレーン96と平行平板94との間に狭持される液晶97とによって構成されている。すなわち、本実施の形態においては、平行平板94に対して、偏光依存性レンズアレイ91における液晶95の保持と、反射型空間光変調器92における液晶97の保持とを兼用させているため、使用する基板数を減らし、また、一体化することで部品サイズを小さくして装置の小型化を図ることができる。
【0125】
そして、また、平行平板94を介して偏光依存性レンズアレイ91と反射型空間光変調器92とを一体化することにより、反射型空間光変調器92で空間光変調されて偏光依存性レンズアレイ91に入射する画像光が、対応するレンズに加えて隣接するレンズにも入射してしまうことを防止し、光利用効率の向上を図ることができる。これによって、スクリーン9上に表示される画像の高精細化を図ることができる。
【0126】
ここで、偏光依存性レンズアレイ91において、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる場合、偏光ビームスプリッタ4を透過して偏光依存性レンズアレイ91に入射する光の偏向方向と、偏光依存性レンズアレイ91におけるレンズ形状と、偏光依存性レンズアレイ91の屈折率との関係は、以下のように設定する。すなわち、レンズアレイ基板93を凸レンズ形状とする場合、レンズアレイ基板93の屈折率を一軸異方性材料である液晶95の異常光屈折率に等しく設定し、偏光ビームスプリッタ4を透過して偏光依存性レンズアレイ91に入射する光の偏向方向を液晶95の異常光屈折率に等しく設定する。これにより、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ91を実現することができる。
【0127】
また、偏光依存性レンズアレイ91において、レンズアレイ基板93を凹レンズ形状とする場合、レンズアレイ基板93の屈折率を一軸異方性材料である液晶95の常光屈折率に等しく設定し、偏光ビームスプリッタ4を透過して偏光依存性レンズアレイ91に入射する光の偏向方向を液晶95の常光屈折率に等しく設定することにより、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ91を実現することができる。
【0128】
また、偏光ビームスプリッタ4を透過して偏光依存性レンズアレイ91に入射する光の偏光方向を一軸異方性材料の光軸に平行とし、レンズアレイ基板93の屈折率を一軸異方性材料である液晶95の異常光屈折率に等しく設定することによって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ91を実現することができる。
【0129】
さらに、偏光ビームスプリッタ4を透過して偏光依存性レンズアレイ91に入射する光の偏光方向を一軸異方性材料の光軸に垂直(直交させる)とし、レンズアレイ基板93の屈折率を一軸異方性材料である液晶95の常光屈折率に等しく設定することによって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ91を実現することができる。
【0130】
次に、本発明の第10の実施の形態について図12および図13を参照して説明する。図12は、本発明の第10の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図12に示すように、本実施の形態の表示装置100は、偏光ビームスプリッタ4と画素ずらし素子7との間における偏光依存性レンズアレイ101と反射型空間光変調器102との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【0131】
偏光依存性レンズアレイ101は、レンズアレイ基板103と、平行平板104と、レンズアレイ基板103および平行平板104間に狭持された液晶105とによって構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ101によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板104によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板103と平行平板104とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。
【0132】
液晶105における液晶分子105a(図13参照)は、その長軸方向が平行平板104に対して平行となるように配向されている。また、液晶分子105aの長軸方向は、紙面に平行となるように配向されている。なお、液晶95の常光屈折率はno、異常光屈折率はneに設定されている。
【0133】
レンズアレイ基板103の屈折率は、液晶95の常光屈折率はnoにほぼ等しく設定されている。また、レンズアレイ基板103の誘電率は、液晶105の誘電率との差が極力小さくなるように設定されている。
【0134】
本実施の形態のレンズアレイ基板103には、レンズが形成されていない平面とされた一面側に、透明電極106が設けられている。
【0135】
平行平板104には、レンズアレイ基板103側の面に、透明電極107が設けられている。
【0136】
加えて、表示装置100は、レンズアレイ基板103に設けられた透明電極106と、平行平板104に設けられた透明電極107との間に電圧を印加する電圧印加手段108を備えている。電圧印加手段108は、例えば、交流電源等によって実現することができる。表示装置100が備える図示しない制御系は、電圧印加手段108が透明電極106,107間に印加する電圧値を調整する。ここに電圧調整手段が実現されている。
【0137】
このような表示装置100において、電圧印加手段108によって、透明電極106,107間に電圧を印加すると、印加電圧が十分に小さい場合には、図13(a)に示すように、液晶分子105aの配向状態が初期状態のままで維持されている。
【0138】
制御系により制御により、電圧印加手段108が透明電極106,107間に電圧を印加する電圧を大きくしていくと、印加された電圧に応じて、液晶分子105aは、図13(b)に示すように、長軸方向を紙面に平行にしたまま紙面内を回転するように傾き始める。
【0139】
ここで、液晶分子105aが、図13(a)に示す状態である場合、照射光はレンズアレイ基板103と液晶105との間での屈折率差を感じないため、レンズ効果を受けずに偏光依存性レンズアレイ101を透過する。
【0140】
この照射光が反射型空間光変調器102によって空間光変調されることにより生成される画像光は、照射光に対して偏向方向が90°回転されているため、偏光依存性レンズアレイ101における屈折率差とレンズの曲面とによってレンズ効果を受ける。
【0141】
液晶分子105aが図13(b)に示す状態である場合、図13(a)の場合と比較して、屈折率差が小さくなる。このため、画像光に対して発揮されるレンズパワーが小さくなり、反射型空間光変調器102で空間光変調された画像光が受けるレンズ効果は小さくなる。
【0142】
すなわち、本実施の形態のように、液晶105を狭持するレンズアレイ基板103と平行平板104とに、それぞれ透明電極106,107を設け、透明電極106,107間に印加する電圧を調整することによって反射型空間光変調器102で空間光変調された画像光が受けるレンズ効果を可変することができる。
【0143】
ところで、光源部2から発光される照射光の配向分布にはばらつきがあり、また、表示装置100の組み立てに際してばらつきが生じるため、結果として、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきが生じることがある。
【0144】
これに対し、本実施の形態の表示装置100では、透明電極106,107間に印加する電圧を調整することにより偏光依存性レンズアレイ101のレンズパワーを調整することができるので、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきを抑制することができる。
【0145】
【発明の効果】
請求項1記載の発明の表示装置によれば、照射光を照射する光源と、前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられて、前記照射光と前記画像光とに対して異なる偏光依存性を有する偏光依存性部材と、を具備するため、反射型空間光変調器を用いることにより照射光と画像光とで光路が一部重複する場合にもそれぞれの光路をその偏光状態に応じて個々に取り扱うことが可能となり、これによって、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることができる。
【0146】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応付けられて前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されたレンズを有するため、反射型空間光変調器を用いたにも拘わらず、照射光と画像光との光路を異ならせることができる。
【0147】
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、光学的に透明な一軸性異方性材料によって形成されているため、請求項2記載の発明の作用を奏する偏光依存性部材を容易に作製することができる。
【0148】
請求項4記載の発明によれば、請求項3記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されて前記反射型空間光変調器に接触配置されたレンズアレイ基板を有するため、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性部材に入射させ、各画素で空間光変調した画像光が対応するレンズに隣接するレンズに入射することを抑制することができ、これによって、光利用効率の向上を図り、表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性部材と反射型空間光変調器とを接触配置することで、装置の小型化を図ることができる。
【0149】
請求項5記載の発明によれば、請求項2記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された一軸異方性材料とによって構成されているため、請求項2記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイを容易に作製することができる。
【0150】
請求項6記載の発明によれば、請求項5記載の表示装置において、前記一軸異方性材料は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有するため、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【0151】
請求項7記載の発明によれば、請求項2記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列された一対のレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板間に充填された一軸異方性材料とによって構成されているため、請求項2記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイの生産性を向上させることができる。
【0152】
請求項8記載の発明によれば、請求項7記載の表示装置において、前記一軸異方性材料は、少なくとも一方のレンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有するため、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【0153】
請求項9記載の発明によれば、請求項4ないし請求項7のいずれか一に記載の表示装置において、前記一軸異方性材料は、光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶であるため、液晶を狭持する基板間に隙間無く充填することができるので、偏光依存性レンズアレイを大型化することがなく、また、結晶状態の一軸異方性材料を用いる場合と比較して、この一軸異方性材料自体をレンズアレイ構造に加工する作業を不要とすることができる。
【0154】
請求項10記載の発明によれば、請求項9記載の表示装置において、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備するため、光源から発光される照射光の配向分布におけるばらつきや、表示装置の組み立てに際してのばらつきによって、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきが生じた場合にも、電極に印加する電圧を調整することにより偏光依存性レンズアレイのレンズパワーを調整することができるので、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきを抑制することができる。
【0155】
請求項11記載の発明によれば、請求項9または10記載の表示装置において、前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねるため、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性レンズアレイに入射させるとともに、隣接するレンズへの入射を抑制することができ、光利用効率の向上とともに表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性レンズアレイに対して反射型空間光変調器における液晶を支持する基板を兼用させることにより、装置の小型化を図ることができる。
【0156】
請求項12記載の発明によれば、請求項9または10記載の表示装置において、前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は一軸異方性材料の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されているため、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【0157】
請求項13記載の発明によれば、請求項9または10記載の表示装置において、前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記一軸異方性材料の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は一軸異方性材料の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されているため、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の表示装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図2】表示装置の一部を示す斜視図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図6】本発明の第5の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図7】本発明の別の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図8】本発明の第6の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図9】本発明の第7の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図10】本発明の第8の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図11】本発明の第9の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図12】本発明の第10の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図13】電圧を印加することによる液晶分子の配向変化を示す説明図である。
【符号の説明】
1 表示装置
5 偏光依存性レンズアレイ
6 反射型空間光変調器
4 偏光分離素子
7 光路シフト手段
8 拡大光学系
11 光源
20 表示装置
21 偏光依存性レンズアレイ
24 反射型空間光変調器
30 表示装置
31 偏光依存性レンズアレイ
32 反射型空間光変調器
33 レンズアレイ基板
34 平板
40 表示装置
41 偏光依存性レンズアレイ
42 反射型空間光変調器
43,44 レンズアレイ基板
45 一軸異方性材料
50 表示装置
51 偏光依存性レンズアレイ
52 反射型空間光変調器
53 レンズアレイ基板
54 平板
55 一軸異方性材料
50’ 表示装置
51’ 偏光依存性レンズアレイ
53’ レンズアレイ基板
60 表示装置
61 偏光依存性レンズアレイ
62 反射型空間光変調器
63,64 レンズアレイ基板
65 一軸異方性材料
70 表示装置
71 偏光依存性レンズアレイ
72 反射型空間光変調器
73,74 レンズアレイ基板
75 一軸異方性材料、液晶
80 表示装置
81 偏光依存性レンズアレイ
82 反射型空間光変調器
83 レンズアレイ基板
83,84 一対の基板
84 平板
85 一軸異方性材料、液晶
90 表示装置
91 偏光依存性レンズアレイ
92 反射型空間光変調器
93 レンズアレイ基板
93,94 一対の基板
94 平板
95 一軸異方性材料、液晶
100 表示装置
101 偏光依存性レンズアレイ
102 反射型空間光変調器
103 レンズアレイ基板
103,104 一対の基板
104 平板
105 一軸異方性材料、液晶
108 電圧印加手段
106,107 電極
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device.
[0002]
[Prior art]
There is a display device in which irradiation light from a light source is spatially modulated by a spatial light modulator in accordance with image data to be displayed, and the spatially modulated light is enlarged and displayed on a screen or the like.
[0003]
In such a display device, a display frame is composed of a plurality of sub-frames, and the spatial light modulator switches and displays an image for each sub-frame, and performs spatial light modulation corresponding to the image switching for each sub-frame. There is an image display device that deflects image light that has been spatially modulated by a display device so that the image of each subframe is shifted on a screen and displayed.
[0004]
In addition, there is a display device in which the image is shifted on the screen by changing the polarization direction of the image light in a plurality of directions while a single display frame is displayed by the spatial light modulator.
[0005]
The spatial light modulator used in such a display device is of a transmission type that performs spatial light modulation when transmitting irradiation light from a light source, and performs spatial light modulation when reflecting irradiation light from a light source. There is a reflection type.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a display device using a reflection type spatial light modulator (reflection type spatial light modulator), an incident light incident on the reflection type spatial light modulator and an image spatially modulated by the reflection type spatial light modulator are used. The optical path with light partially overlaps.
[0007]
In the above-described conventional technology, when a transmission-type spatial light modulator is used, high definition of an image can be achieved. However, when a reflection-type spatial light modulator is used, sufficient high definition can be achieved. It is difficult to plan.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to suppress blurring between adjacent pixels in an image displayed by a display device using a reflective spatial light modulator, and to improve the definition of a displayed image.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The display device according to the first aspect of the present invention includes a light source that emits irradiation light, a reflective spatial light modulator that reflects image light obtained by spatially modulating the irradiation light emitted by the light source using a plurality of pixels, Display control means for switching and displaying an image in units of sub-frames obtained by dividing a display frame into a plurality of frames for the reflective spatial light modulator, and irradiating light emitted from the light source and spatially reflecting the reflected spatial light modulator. A polarization separating element for polarizing and separating the light modulated image light, an optical path shifting means for shifting the image light separated by the polarization separating element in response to switching of display by the display control means, and an image after the optical path shift A magnifying optical system for magnifying and projecting light onto an irradiation target, and a light-emitting element, which is provided between the reflective spatial light modulator and the polarization splitting element, has different polarization dependencies on the irradiation light and the image light. Yes A polarization-dependent element that comprises a.
[0010]
Therefore, by using the reflection type spatial light modulator, even when the light paths of the irradiation light and the image light partially overlap, each light path can be individually handled according to the polarization state. Accordingly, it is possible to suppress bleeding between adjacent pixels in an image displayed by the display device using the reflective spatial light modulator, and to increase the definition of the display image.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the display device according to the first aspect, the polarization-dependent member is associated with each pixel of the reflective spatial light modulator, and the image light is more than the lens power for the irradiation light. The lens has a lens power set to be larger than that of the lens.
[0012]
Therefore, it is possible to make the optical path of the irradiation light different from that of the image light even though the reflective spatial light modulator is used.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the display device of the second aspect, the polarization dependent member is formed of an optically transparent uniaxial anisotropic material.
[0014]
Therefore, it is possible to easily produce a polarization-dependent member having the effect of the second aspect.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the display device according to the third aspect, the polarization-dependent member is configured such that lenses corresponding to respective pixels of the reflective spatial light modulator are arranged in an array, and the reflective spatial light is It has a lens array substrate placed in contact with the modulator.
[0016]
Therefore, the image light spatially modulated by the reflection type spatial light modulator is surely made incident on the polarization dependent member, and the image light spatially modulated by each pixel is prevented from being incident on the lens adjacent to the corresponding lens. Therefore, the light use efficiency can be improved and the display image can be made higher definition. In addition, by arranging the polarization dependent member and the reflective spatial light modulator in contact, the size of the device can be reduced.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the display device according to the second aspect, the polarization dependent member includes a lens array substrate on which lenses corresponding to each pixel of the reflective spatial light modulator are arranged in an array. It is composed of an optically transparent flat plate facing the lens array substrate and a uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrate and the flat plate.
[0018]
Therefore, a polarization-dependent lens array exhibiting the effect of the invention described in claim 2 can be easily manufactured.
[0019]
The invention according to claim 6 is the display device according to claim 5, wherein the uniaxial anisotropic material has an ordinary light refractive index or an extraordinary light refractive index equal to the refractive index of the lens array substrate.
[0020]
Therefore, it is possible to eliminate the lens power for the irradiation light and to exert the lens power only for the image light, and it is possible to further enhance the definition of the displayed image.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, in the display device according to the second aspect, the polarization dependent member includes a pair of lens array substrates in which lenses corresponding to respective pixels of the reflective spatial light modulator are arranged in an array. And a uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrates.
[0022]
Therefore, it is possible to improve the productivity of the polarization dependent lens array having the function of the invention described in claim 2.
[0023]
The invention according to claim 8 is the display device according to claim 7, wherein the uniaxial anisotropic material has an ordinary light refractive index or an extraordinary light refractive index equal to the refractive index of at least one of the lens array substrates.
[0024]
Therefore, it is possible to eliminate the lens power for the irradiation light and to exert the lens power only for the image light, and it is possible to further enhance the definition of the displayed image.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, in the display device according to any one of the fourth to seventh aspects, the uniaxial anisotropic material is a liquid crystal filled between a pair of optically transparent substrates. .
[0026]
Therefore, the liquid crystal can be filled between the substrates sandwiching the liquid crystal without a gap, so that the polarization-dependent lens array does not increase in size, and as compared with the case where a uniaxial anisotropic material in a crystalline state is used. The work of processing the uniaxial anisotropic material itself into a lens array structure can be eliminated.
[0027]
According to a tenth aspect of the present invention, in the display device according to the ninth aspect, an electrode provided on each of the substrates included in the polarization dependent member, a voltage application unit configured to apply a voltage to the electrode, and Voltage adjusting means for adjusting a voltage value applied by the applying means.
[0028]
By the way, since the orientation distribution of the irradiation light emitted from the light source varies, and the dispersion occurs when assembling the display device, the projection performance of the irradiation light, the light use efficiency, and the like may vary.
[0029]
Therefore, the lens power of the polarization-dependent lens array can be adjusted by adjusting the voltage applied to the electrodes, so that variations in the projection performance of irradiation light, light use efficiency, and the like can be suppressed.
[0030]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the display device according to the ninth or tenth aspect, the reflective spatial light modulator performs spatial light modulation by changing the orientation of a liquid crystal filled between a pair of optically transparent substrates. The substrate in the polarization dependent member also serves as the substrate for supporting the liquid crystal in the reflective spatial light modulator.
[0031]
Therefore, the image light spatially modulated by the reflection type spatial light modulator can be surely made incident on the polarization dependent lens array, and the incidence on the adjacent lens can be suppressed. Can achieve higher definition. Further, the size of the device can be reduced by using the substrate supporting the liquid crystal in the reflective spatial light modulator for the polarization dependent lens array.
[0032]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the display device according to the ninth or tenth aspect, the substrate in the polarization dependent member has a convex or concave lens shape, and a refractive index of the lens array substrate is an extraordinary light of a uniaxial anisotropic material. It is set equal to the refractive index or the ordinary light refractive index.
[0033]
Therefore, it is possible to realize a polarization-dependent lens array that exerts a convex lens power on image light.
[0034]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the display device according to the ninth or tenth aspect, a polarization direction of light incident on the polarization dependent member from the polarization separation element is parallel or perpendicular to an optical axis of the uniaxial anisotropic material. The refractive index of the substrate is set to be equal to the extraordinary or ordinary light refractive index of the uniaxial anisotropic material.
[0035]
Therefore, it is possible to realize a polarization-dependent lens array that exerts a convex lens power on image light.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment shows an example of application to a display device that displays a projection image on a screen or the like.
[0037]
First, the optical system configuration of the entire display device of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system configuration of the entire display device of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the display device 1 includes a light source unit 2, an irradiation optical system 3, a polarization separation element 4, a polarization dependent lens array 5, a reflective spatial light modulator 6, a pixel shift element 7, and a projection unit 8. Have. The irradiation optical system 3, the polarization separation element 4, the polarization dependent lens array 5, the reflection type spatial light modulator 6, the pixel shift element 7, and the projection unit 8 are arranged on an optical path 10 for guiding the light emitted from the light source unit 2 to a screen 9. It is provided in.
[0038]
The light source unit 2 includes a light source 11 that emits light, and a parabolic mirror 12 that irradiates light emitted from the light source 11 in one direction. The description of the light source unit 2 is omitted because it is a known technique.
[0039]
The irradiation optical system 3 includes fly-eye lens arrays 13 and 14 and a condenser lens 15. The irradiation optical system 3 equalizes the light emitted from the light source unit 2 by the fly-eye lens arrays 13 and 14 and condenses the light by the condenser lens 15.
[0040]
The polarization separation element 4 transmits light polarized in a certain direction and reflects light polarized in a direction orthogonal to the polarization direction. In the present embodiment, a polarization beam splitter is used as the polarization splitting element 4. Hereinafter, the polarization beam splitter will be described with reference numeral 4. The polarizing beam splitter 4 of the present embodiment transmits light polarized in the vertical direction on the paper of FIG. 1 and reflects light polarized on the front and back of the paper of FIG. This makes it possible to separate the irradiation light emitted from the light source unit 2 toward the reflective spatial light modulator 6 and the image light spatially modulated by the reflective spatial light modulator 6.
[0041]
The reflective spatial light modulator 6 has a plurality of pixels arranged in an array, and selectively turns on / off each pixel to spatially modulate irradiation light to generate image light. . The reflection type spatial light modulator 6 gives the image light a phase difference of λ / 2 with respect to the irradiation light, and rotates the polarization direction by 90 °.
[0042]
In the present embodiment, a reflective liquid crystal panel is used as the reflective spatial light modulator 6. Although not shown or described in detail because it is a known technique, the reflection type spatial light modulator includes a liquid crystal cell including a pair of substrates and a liquid crystal sandwiched between the substrates. . The substrate is provided with a plurality of transistors and electrodes for driving liquid crystal (both not shown). A driver is connected to these liquid crystal driving transistors and electrodes. The driver is driven and controlled by a display control circuit (not shown) to control spatial light modulation by the reflective spatial light modulator 6. Here, a function as a display control unit is realized.
[0043]
The pixel shift element 7 shifts the image light reflected by the polarization beam splitter 4 in accordance with the sub-frame. Here, an optical path shifting means is realized. Note that the pixel shift element 7 that shifts and emits the incident light is a known technique, and a description thereof will be omitted.
[0044]
The projection unit 8 enlarges and displays the image light transmitted through the pixel shifting element 7 toward a screen. Here, a magnifying optical system is realized by the projection unit 8. For example, a magnifying lens can be used as the projection unit 8.
[0045]
Next, the polarization dependent lens array 5 will be described. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 5. The polarization-dependent lens array 5 is provided between the reflective spatial light modulator 6 and the polarization beam splitter 4, and is configured by arranging a plurality of polarization-dependent lenses in an array. Each lens in the polarization dependent lens array 5 is arranged corresponding to each pixel in the reflective spatial light modulator 6. The polarization dependent lens array 5 has different polarization dependences on the irradiation light irradiated from the polarization beam splitter 4 side and the image light spatially modulated by the reflection type spatial light modulator 6. I have.
[0046]
In the polarization-dependent lens array 5 of the present embodiment, the lens power for the image light is set to be larger than the lens power for the irradiation light by making the radius of curvature for the irradiation light different from that for the image light. I have.
[0047]
Although not particularly shown, the display device 1 of the present embodiment includes a control system that drives and controls each unit included in the display device 1. The above-described reflective spatial light modulator 6, the pixel shift element 7, and the like include the control system. Drive control is performed based on a computer program stored in a computer provided in the control system.
[0048]
In such a configuration, the irradiation light emitted from the light source unit 2 is homogenized and condensed by the irradiation optical system 3 and is incident on the polarization beam splitter 4. The polarizing beam splitter 4 transmits light polarized in the vertical direction on the paper and irradiates the light to the reflective spatial light modulator 6.
[0049]
The reflective spatial light modulator 6 is driven and controlled by the control unit, and spatially modulates the incident irradiation light on a display frame basis. By this spatial light modulation, image light polarized in the front and back directions of the paper is generated. The reflective spatial light modulator 6 generates a phase difference of λ / 2 in image light reflected by being spatially modulated with respect to the incident irradiation light, and rotates the polarization direction by 90 °.
[0050]
The pixel shift element 7 is driven and controlled by the control unit, and shifts image light spatially modulated by the reflective spatial light modulator 6. At this time, the pixel shift element 7 shifts the image light so that the image light projected on the screen is shifted by an arbitrary distance in the pixel arrangement direction. In the present embodiment, while the spatial light modulation of a single display frame is performed by the reflective spatial light modulator 6, the irradiation positions of the image light projected on the screen 9 are radiated to four places that do not overlap each other. Thus, the image light is shifted.
[0051]
The projection lens 8 enlarges the image light deflected by the pixel shift element 7 and projects the image light on a screen 9.
[0052]
As a result, the subfield image receives a predetermined amount of displacement, and the image displayed by the reflective spatial light modulator 6 to the observer without actually multiplying the number of pixels of the reflective spatial light modulator 6. An image having a resolution four times that of the above can be displayed, and a high-definition image can be displayed.
[0053]
The irradiation light that has not been spatially modulated by the reflective spatial light modulator 6 is transmitted through the polarizing beam splitter and returned to the light source.
[0054]
By the way, in the display device 1 of the present embodiment, the polarization dependent lens array 5 is provided between the reflection type spatial light modulator 6 and the polarization beam splitter 4. As described above, the polarization-dependent lens array 5 separates the irradiation light irradiated from the polarization beam splitter 4 side and the image light (image light) reflected from the reflective spatial light modulator 6 from each other. It has different polarization dependence. As described above, the polarization-dependent lens array 5 of the present embodiment differs from the single polarization-dependent lens array 5 in that the radius of curvature for the irradiation light and the radius of curvature for the image light differ from each other. The lens power for the image light is set to be larger than the power.
[0055]
Here, FIG. 2 is a perspective view showing a part of the display device 1. As shown in FIG. 2, the polarization-dependent lens array 5 has an optical axis (an axis of optical anisotropy) in a direction indicated by an arrow A. In FIG. 2, when the refractive index for polarized light parallel to the direction indicated by arrow A is ne, and the refractive index for polarized light perpendicular to the direction indicated by arrow A (arrow B in FIG. 2) is no, the light transmitted through the polarization beam splitter 4. The polarization direction of the irradiation light is orthogonal to the optical axis direction A of the polarization dependent lens array 5, and its refractive index is no.
[0056]
When the pixels in the reflective spatial light modulator 6 are in a bright state, the polarization direction of the light reflected as image light is parallel to the optical axis of the polarization dependent lens array 5, and the polarization dependent lens array 5 Has a refractive index of ne. Here, assuming that the radius of curvature of the polarization dependent lens array 5 is r, the focal length of the polarization dependent lens array 5 is represented by the following equations (1) and (2).
Focal length for irradiation light: f = r / (no-1) (1)
Focal length for image light: f = r / (ne-1) (2)
[0057]
According to the equations (1) and (2), the focal length of the polarization dependent lens array 5 for the irradiation light (outgoing path) and the projection light (return path) can be changed, that is, the lens power can be changed.
[0058]
By using such a polarization-dependent lens array 5, in the display device of the present embodiment, the optical path between the irradiation light and the image light is made different despite the use of the reflective spatial light modulator 6. Even if the optical path is shifted by driving the pixel shift element 7, the bleeding between adjacent pixels on the screen 9 can be suppressed, so that the display image can be made higher definition. The degree of freedom in designing the polarization dependent lens array 5 can be increased.
[0059]
In the present embodiment, the reflection type spatial light modulator 6 is formed of one liquid crystal, but is not limited to this. For example, the polarization dependent lens array 5 and the reflection type spatial light modulator may be used. 6 may be stacked, and a color separation element may be arranged between the polarization dependent lens array 5 and the reflective spatial light modulator 6 in each set. Thus, a color image can be displayed on the screen.
[0060]
In the present embodiment, the polarization beam splitter 4 transmits light polarized in the vertical direction in FIG. 1 and reflects light polarized in the front and back directions in FIG. 1. However, the present invention is not limited to this. 1. A polarizing beam splitter that reflects light polarized in the vertical direction of the paper surface of FIG. 1 and transmits light polarized in the front and back directions of the paper surface of FIG. However, when such a polarization beam splitter is used, the polarization dependence of the polarization-dependent lens array 5 is reversed from the polarization dependence shown in FIG.
[0061]
In addition, in the present embodiment, at the time of displaying an image, the image of a single display frame displayed by the reflective spatial light modulator 6 is shifted to a plurality of positions by a pixel shift element, thereby improving the definition of the displayed image. However, the display method is not limited to this. For example, a single display frame image displayed by the reflective spatial light modulator 6 is configured by a plurality of time-divided subframes, The spatial light modulation of the irradiation light by the reflective spatial light modulator 6 is performed for each sub-frame, and the image of the single display frame is displayed by operating the pixel shift element 7 in synchronization with the switching of the sub-frame. By doing so, the definition of the display image may be improved.
[0062]
At this time, the number of divisions of the display frame is preferably 2 or more, and the upper limit depends on the display frame period, the scanning time required for updating the image in the reflective spatial light modulator 6, the number of divisions of the display frame, and the like. Is set.
[0063]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The same applies hereinafter.
[0064]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a display device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the display device 20 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 21 and the reflective spatial light modulator 22 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0065]
In the display device 20 of the present embodiment, a polarization-dependent lens array 21 as a polarization-dependent member and a reflective spatial light modulator 22 are arranged in contact with each other.
[0066]
As described above, the lens power in the polarization-dependent lens array 21 of the present embodiment is different between the irradiation light and the image light, and the lens power for the image light is larger than the lens power for the irradiation light. Is set to
[0067]
The reflective spatial light modulator 22 includes a liquid crystal 23 and a silicon back plane 24 including a reflective electrode (not shown). The liquid crystal 23 in the reflective spatial light modulator 22 of the present embodiment is sandwiched between the silicon back plane 24 and the polarization dependent lens array 21.
[0068]
In the display device having such a configuration, since the polarization-dependent lens array 21 is disposed in contact with the liquid crystal 23 of the reflective spatial light modulator 22, the image light spatially modulated by the reflective spatial light modulator 22 is provided. Can be respectively incident on the lens corresponding to the pixel that generated each image light. Thereby, when the image light is spatially modulated by the reflection type spatial light modulator 22 and enters the corresponding lens in the polarization dependent lens array 21, the image light enters another lens adjacent to this lens. Can be reduced.
[0069]
As a result, the light use efficiency can be improved, and the display image can be made higher definition.
[0070]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a display device according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in the display device 30 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 31 and the reflection type spatial light modulator 32 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0071]
The polarization-dependent lens array 31 according to the present embodiment includes a lens array substrate 33 in which a plurality of lenses having polarization dependence are arranged in an array, and a plate-shaped parallel lens opposed to the lens array substrate 33 in parallel. It has a flat plate 34 and a uniaxial optically anisotropic material 35 sandwiched between the lens array substrate 33 and the parallel flat plate 34. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 31, and an optically transparent flat plate is realized by the parallel flat plate 34.
[0072]
The lens array substrate 33 and the parallel plate 34 need not be optically anisotropic. The lens array substrate 33 and the parallel flat plate 34 can be formed of, for example, synthetic quartz or optical glass.
[0073]
The reflection type spatial light modulator 32 is the same as the reflection type spatial light modulator 6 of the first embodiment.
[0074]
As described above, by forming the polarization dependent lens array 31 in which the uniaxial optically anisotropic material 35 is sandwiched between the lens array substrate 33 and the parallel plate 34, the uniaxial optically anisotropic material 35 is directly The lens power for the irradiation light and the projection light can be changed without performing lens array processing, and the polarization-dependent lens array 31 can be easily manufactured.
[0075]
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the lens array substrate 33 is disposed on the polarization beam splitter 4 side. However, the present invention is not limited to this. The parallel plate 34 may be arranged on the side of the polarization beam splitter 4.
[0076]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a display device according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the display device 40 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 41 and the reflective spatial light modulator 42 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0077]
The polarization-dependent lens array 41 of the present embodiment has two lens array substrates 43 and 44 and a uniaxial anisotropic material 45 sandwiched between the lens array substrates 43 and 44. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 41.
[0078]
The lens array substrates 43 and 44 do not need to be optically anisotropic, and can be formed of, for example, synthetic quartz or optical glass.
[0079]
Further, the reflective spatial light modulator 42 is the same as the reflective spatial light modulator 6 of the first embodiment.
[0080]
In the display device 40 having such a configuration, the lens power of each of the lens array substrates 43 and 44 included in the polarization-dependent lens array 41 can be adjusted for each of the lens array substrates 43 and 44. The degree of freedom in designing the dependency lens array 41 can be improved.
[0081]
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the shape of each of the lens array substrates 43 and 44 is a convex lens array shape. However, the shapes of the lens array substrates 43 and 44 are not limited thereto. One or both of the lens array substrates 43 and 44 may have a concave lens array shape.
[0082]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a display device according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the display device 50 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 51 and the reflection type spatial light modulator 52 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0083]
The polarization-dependent lens array 51 of the present embodiment includes a lens array substrate 53 in which a plurality of polarization-dependent lenses are arranged in an array, and a plate-shaped parallel plate opposing the lens array substrate 53 in parallel. It has a flat plate 54 and a uniaxial optically anisotropic material 55 filled between the lens array substrate 53 and the parallel flat plate 54. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 51, and an optically transparent flat plate is realized by the parallel flat plate 54.
[0084]
The lens array substrate 53 is configured by arranging a plurality of convex lens-shaped lenses in an array. Assuming that the extraordinary light refractive index of the uniaxial anisotropic material 55 is ne, the refractive index of the lens array substrate 53 is set substantially equal to the extraordinary light refractive index ne of the uniaxial anisotropic material 55. The refractive index of the parallel plate 54 can be set arbitrarily.
[0085]
The uniaxial anisotropic material 55 has an optical axis parallel to the vibration direction of the irradiation light (p-polarized light) transmitted through the polarization beam splitter 4. This optical axis is parallel to the plane direction of the parallel flat plate 54, and is the vertical direction in FIG.
[0086]
The reflective spatial light modulator 52 includes a lens array in which lenses (not shown) for reducing the size of the pixels are arranged in an array corresponding to each pixel.
[0087]
In the display device 50 having such a configuration, since the refractive indexes of the lens array substrate 53 and the uniaxial anisotropic material 55 are set substantially equal, the irradiation light transmitted through the polarization beam splitter 4 Irradiated toward the reflection type spatial light modulator 52 without being affected. This irradiation light is reflected by the reflection type spatial light modulator 52 as image light after its polarization state is rotated by 90 °.
[0088]
For this reason, the image light reflected by the reflective spatial light modulator 52 and re-entering the uniaxial anisotropic material 55 feels the refractive index of the uniaxial anisotropic material 55 as ordinary light refractive index no, and refracts the lens array substrate. I feel the rate is almost ne. As a result, a refractive index difference of almost (ne-no) occurs, and a lens effect can be exerted by the refractive index difference.
[0089]
That is, according to the polarization dependent lens array 51 of the present embodiment, the lens function can be exerted on the image light without exerting the lens function on the irradiation light.
[0090]
Accordingly, the operation using the transmission-type spatial light modulator and the lens array can be realized despite the optical system that uses the lens array for the reflection-type spatial light modulator 52 to reduce the size of the pixel. That is, by reducing the size of each pixel by a lens (not shown) corresponding to each pixel, it is possible to more effectively realize high definition of a display image achieved.
[0091]
In addition, since the lens effect can be exerted only on the image light, the light use efficiency is not reduced, and the use of the pixel shift element 7 together with the shift of the image light further enhances the definition of the displayed image. Can be achieved.
[0092]
In FIG. 6, the lens array substrate 53 of the polarization dependent lens array 51 has a convex lens shape. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the display device 50 ′ shown in FIG. The lens array substrate 53 'may have a concave lens shape. At this time, the refractive index of the concave lens-shaped lens array substrate 53 ′ is set substantially equal to the ordinary light refractive index no of the uniaxial anisotropic material 55. Also, in the display device 50 'shown in FIG. 7, the refractive index of the parallel plate 54 can be set to an arbitrary value. In addition, the optical axis of the uniaxial anisotropic material 55 in the display device 50 'is set in the vertical direction on the paper of FIG.
[0093]
In the display device 50 ′ having such a configuration, the irradiation light transmitted through the polarization beam splitter 4 has substantially the same refractive index no of the lens array substrate 53 ′ formed in a concave shape and the uniaxial anisotropic material 55. Since the user feels it, it goes to the reflective spatial light modulator 52 without being affected by the lens function, is spatially modulated by the reflective spatial light modulator 52, and is reflected as image light.
[0094]
The polarization direction of the image light spatially modulated by the reflective spatial light modulator 52 is rotated by 90 ° with respect to the incident light, so that the refractive index ne of the uniaxial anisotropic material 55 and the lens array substrate 53 ′. Of the lens array substrate 53 ', the lens functions as a lens.
[0095]
Accordingly, the operation using the transmission-type spatial light modulator and the lens array can be realized despite the optical system that uses the lens array for the reflection-type spatial light modulator 52 to reduce the size of the pixel. That is, by reducing the size of each pixel by a lens (not shown) corresponding to each pixel, it is possible to more effectively realize high definition of a display image achieved.
[0096]
In the present embodiment, in the polarization-dependent lens array 51 or 51 ′ in the display device described with reference to FIGS. 6 and 7, the following expressions (3) and (4) or (5) are used. And, the state where the expression (6) is satisfied is a state where the refractive index of the lens array substrate 53 or 53 ′ becomes substantially equal to the ordinary light refractive index / the extraordinary light refractive index of the uniaxial anisotropic material 55.
[0097]
That is, assuming that the refractive index of the substrate is N, the fact that this refractive index N is substantially equal to the ordinary light refractive index no means that the following expression (3) is satisfied.
| N-no | <| ne-no | (3)
[0098]
The fact that the refractive index N is substantially equal to the ordinary light refractive index no more preferably satisfies the following expression (4).
[0099]
| N-no | <0.1 × | ne-no | (4)
[0100]
Similarly, the fact that the refractive index N is substantially equal to the extraordinary light refractive index ne indicates that the following expression (5) is satisfied.
| N-ne | <| ne-no | (5)
[0101]
The fact that the refractive index N is substantially equal to the extraordinary light refractive index ne more preferably satisfies the following expression (6).
| N-ne | <0.1 × | ne-no | (6)
[0102]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing a display device according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, in the display device 60 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 61 and the reflection type spatial light modulator 62 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0103]
The polarization-dependent lens array 61 in the display device of the present embodiment includes two lens array substrates 63 and 64 and a uniaxial anisotropic material 65 filled between the lens array substrates 63 and 64. are doing. Each of the lens array substrates 63 and 64 is configured by arranging a plurality of lenses having a convex lens shape in an array, and a structure in which a uniaxial anisotropic material 65 is filled between the lens surfaces with the respective lens surfaces facing each other. have. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 61.
[0104]
The polarization-dependent lens array 61 of the present embodiment does not have a lens function for irradiation light at the interface between the lens array substrates 63 and 64 and the uniaxial anisotropic material 65, and exhibits a lens function for image light.
[0105]
Here, assuming that the ordinary light refractive index no of the uniaxial anisotropic material 65 and the extraordinary refractive index ne of the uniaxial anisotropic material 65, at least one of the refractive indices of the lens array substrates 63 and 64 is the uniaxial anisotropic material. It is set substantially equal to the extraordinary light refractive index ne of 65. Note that the definition of "substantially equal" is the same as described above.
[0106]
The optical axis of the uniaxially anisotropic material 65 is set in a vertical direction on the paper of FIG. 8 and perpendicular to the illumination light.
[0107]
In the display device 60 having such a configuration, the refractive index of at least one of the lens array substrates 63 and 64 in the polarization dependent lens array 61 is set equal to the extraordinary light refractive index ne of the uniaxial anisotropic material 65. The polarization-dependent lens array 61 can change the power of the lens that acts on the irradiation light and the image light.
[0108]
Although not particularly shown, by setting both the refractive indexes of the lens array substrates 63 and 64 to be substantially the same as the extraordinary light refractive index ne, the polarization-dependent lens array 61 does not exhibit a lens function for irradiation light. In addition, the lens function can be exhibited only for image light.
[0109]
With such a configuration, for example, as described in the above-described fifth embodiment, when the polarization-dependent lens arrays 51 and 51 ′ using the lens array substrates 53 and 53 ′ and the parallel flat plate 54 are used. As compared with the above, the lens function can be exerted only on the image light, and the lens power exerted on the image light can be increased.
[0110]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing a display device according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, in the display device 70 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 71 and the reflection type spatial light modulator 72 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0111]
The polarization-dependent lens array 71 in the display device 70 of the present embodiment has two lens array substrates 73 and 74 and a uniaxial anisotropic material 75 filled between the lens array substrates 73 and 74. ing. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 71.
[0112]
Each of the lens array substrates 73 and 74 has a configuration in which a plurality of concave lenses are arranged in an array. The refractive index of at least one of the two lens array substrates 73 and 74 is set substantially equal to the ordinary refractive index no of the uniaxial anisotropic material 75. Note that the definition of "substantially equal" is the same as described above.
[0113]
The optical axis of the uniaxial anisotropic material 75 is set in the up-down direction in FIG.
[0114]
According to such a configuration, the at least one lens array substrate 73 or 74 and the uniaxial anisotropic material 75 do not exert a lens effect on irradiation light, but exhibit a convex lens effect only on image light. It is possible to change the lens power between the irradiation light and the projection light.
[0115]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing a display device according to the eighth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, in the display device 80 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 81 and the reflective spatial light modulator 82 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0116]
As shown in FIG. 10, the polarization-dependent lens array 81 includes a lens array substrate 83 and a parallel plate 84, and a liquid crystal 85 as a uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrate 83 and the parallel plate 84. It is constituted by. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 81, and an optically transparent flat plate is realized by the parallel flat plate 84. In the present embodiment, a pair of optically transparent substrates is realized by the lens array substrate 83 and the parallel flat plate 84.
[0117]
The liquid crystal 85 is homogeneously oriented between the lens array substrate 83 and the parallel plate 84.
[0118]
Incidentally, the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 85 as a uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrate 83 and the parallel plate 84, and the refractive index of the liquid crystal 85 and the refractive index of the lens array substrate 83 and the parallel plate 84. A plurality of combinations of the refractive indexes can be set. The ordinary light refractive index of the liquid crystal 85 is no, and the extraordinary light refractive index is ne.
[0119]
Here, for example, a configuration is conceivable in which the refractive index of the lens array substrate 83 is substantially ne, the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 85 is parallel to the paper of FIG. 10, and the refractive index of the parallel flat plate 84 is arbitrary. In such a configuration, the lens array substrate 83 does not exert the lens effect on the irradiation light, and exerts the lens effect only on the image light spatially modulated by the reflective spatial light modulator 82. It is possible.
[0120]
Further, for example, the lens array substrate 83 is a lens array substrate (not shown) having a concave lens shape, the refractive index of the lens array substrate having the concave lens shape is made substantially equal to the ordinary light refractive index no of the liquid crystal 85, and Can be considered as a direction in which the orientation direction of FIG. In such a configuration, the lens effect is not exerted on the irradiation light, but the lens effect can be exerted only on the spatial light modulated image light.
[0121]
In any case, as in the present embodiment, by using the liquid crystal 85 as the uniaxial anisotropic material, the liquid crystal 85 is filled between the lens array substrate 83 and the parallel flat plate 84 without any gap. Since it is possible to give the uniaxial anisotropy over the whole between the 83 and the parallel plate 84, the lens effect is exerted only on the image light without exerting the lens effect on the irradiation light. The polarization-dependent lens array 81 that can be manufactured can be easily manufactured as compared with a case where a solid uniaxial anisotropic material is processed.
[0122]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing a display device according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, in the display device 90 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 91 and the reflection type spatial light modulator 92 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. Unlike the above embodiment, the polarization dependent lens array 91 and the reflection type spatial light modulator 92 are integrated.
[0123]
The polarization dependent lens array 91 includes a lens array substrate 93, a parallel plate 94, and a liquid crystal 95 as a uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrate 93 and the parallel plate 94. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 91, and an optically transparent flat plate is realized by the parallel flat plate 94. In the present embodiment, a pair of optically transparent substrates is realized by the lens array substrate 93 and the parallel flat plate 94. A plurality of combinations of the refractive index of the lens array substrate 93 and the parallel plate 94, the refractive index of the liquid crystal 95, and the orientation direction of the liquid crystal can be given as described above. The ordinary light refractive index of the liquid crystal 95 is set to no, and the extraordinary light refractive index is set to ne.
[0124]
The reflection type spatial light modulator 92 includes a silicon back plane 96 including a pixel reflection electrode, a parallel flat plate 94, and a liquid crystal 97 sandwiched between the silicon back plane 96 and the parallel flat plate 94. That is, in the present embodiment, the parallel flat plate 94 is used for both holding the liquid crystal 95 in the polarization dependent lens array 91 and holding the liquid crystal 97 in the reflective spatial light modulator 92. By reducing the number of substrates to be formed and by integrating the components, the size of components can be reduced and the size of the device can be reduced.
[0125]
Further, by integrating the polarization dependent lens array 91 and the reflective spatial light modulator 92 via the parallel flat plate 94, the spatial light is modulated by the reflective spatial light modulator 92 and It is possible to prevent the image light incident on the pixel 91 from being incident on the adjacent lens in addition to the corresponding lens, and to improve the light use efficiency. Thereby, the definition of the image displayed on the screen 9 can be improved.
[0126]
Here, when the polarization-dependent lens array 91 exerts a convex lens power on image light, the polarization direction of light passing through the polarization beam splitter 4 and entering the polarization-dependent lens array 91 is determined by the polarization-dependent lens. The relationship between the lens shape in the array 91 and the refractive index of the polarization-dependent lens array 91 is set as follows. That is, when the lens array substrate 93 has a convex lens shape, the refractive index of the lens array substrate 93 is set to be equal to the extraordinary light refractive index of the liquid crystal 95 which is a uniaxial anisotropic material, and is transmitted through the polarization beam splitter 4 to be polarization dependent. The direction of deflection of light incident on the chromatic lens array 91 is set equal to the extraordinary light refractive index of the liquid crystal 95. Thereby, it is possible to realize the polarization-dependent lens array 91 that exerts the convex lens power on the image light.
[0127]
When the lens array substrate 93 has a concave lens shape in the polarization-dependent lens array 91, the refractive index of the lens array substrate 93 is set equal to the ordinary refractive index of the liquid crystal 95 which is a uniaxial anisotropic material, and the polarization beam splitter is set. The polarization-dependent lens array 91 that exerts a convex lens power on image light is realized by setting the direction of deflection of light that passes through 4 and enters the polarization-dependent lens array 91 equal to the ordinary refractive index of the liquid crystal 95. can do.
[0128]
Further, the polarization direction of the light that passes through the polarization beam splitter 4 and enters the polarization-dependent lens array 91 is parallel to the optical axis of the uniaxial anisotropic material, and the refractive index of the lens array substrate 93 is made of the uniaxial anisotropic material. By setting the refractive index equal to the extraordinary light refractive index of a certain liquid crystal 95, a polarization-dependent lens array 91 that exerts a convex lens power on image light can be realized.
[0129]
Further, the polarization direction of the light that passes through the polarization beam splitter 4 and enters the polarization-dependent lens array 91 is perpendicular (orthogonal) to the optical axis of the uniaxial anisotropic material, and the refractive index of the lens array substrate 93 is uniaxially different. By setting the refractive index equal to the ordinary light refractive index of the liquid crystal 95, which is an isotropic material, it is possible to realize a polarization-dependent lens array 91 that exerts a convex lens power on image light.
[0130]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a schematic diagram showing a display device according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, in the display device 100 of the present embodiment, the arrangement state of the polarization dependent lens array 101 and the reflection type spatial light modulator 102 between the polarization beam splitter 4 and the pixel shift element 7 is as follows. This is different from the above embodiment.
[0131]
The polarization-dependent lens array 101 includes a lens array substrate 103, a parallel plate 104, and a liquid crystal 105 sandwiched between the lens array substrate 103 and the parallel plate 104. In the present embodiment, a polarization dependent member is realized by the polarization dependent lens array 101, and an optically transparent flat plate is realized by the parallel flat plate 104. In the present embodiment, a pair of optically transparent substrates is realized by the lens array substrate 103 and the parallel flat plate 104.
[0132]
The liquid crystal molecules 105 a (see FIG. 13) in the liquid crystal 105 are oriented such that the major axis direction is parallel to the parallel flat plate 104. The long axis direction of the liquid crystal molecules 105a is oriented so as to be parallel to the paper surface. The ordinary light refractive index of the liquid crystal 95 is set to no, and the extraordinary light refractive index is set to ne.
[0133]
The refractive index of the lens array substrate 103 is set such that the ordinary light refractive index of the liquid crystal 95 is substantially equal to no. The dielectric constant of the lens array substrate 103 is set so that the difference from the dielectric constant of the liquid crystal 105 is as small as possible.
[0134]
On the lens array substrate 103 of the present embodiment, a transparent electrode 106 is provided on one surface side on which a lens is not formed.
[0135]
The transparent electrode 107 is provided on the surface of the parallel plate 104 on the lens array substrate 103 side.
[0136]
In addition, the display device 100 includes voltage applying means 108 for applying a voltage between the transparent electrode 106 provided on the lens array substrate 103 and the transparent electrode 107 provided on the parallel flat plate 104. The voltage applying means 108 can be realized by, for example, an AC power supply or the like. A control system (not shown) included in the display device 100 adjusts a voltage value applied between the transparent electrodes 106 and 107 by the voltage applying unit 108. Here, a voltage adjusting means is realized.
[0137]
In such a display device 100, when a voltage is applied between the transparent electrodes 106 and 107 by the voltage applying means 108, if the applied voltage is sufficiently small, as shown in FIG. The orientation state is maintained as it is in the initial state.
[0138]
When the voltage application unit 108 increases the voltage for applying a voltage between the transparent electrodes 106 and 107 by the control of the control system, the liquid crystal molecules 105a change according to the applied voltage as shown in FIG. As described above, while the major axis direction is parallel to the paper surface, it starts to tilt so as to rotate in the paper surface.
[0139]
Here, when the liquid crystal molecules 105a are in the state shown in FIG. 13A, the irradiation light does not feel the difference in the refractive index between the lens array substrate 103 and the liquid crystal 105, so that the light is polarized without receiving the lens effect. The light passes through the dependency lens array 101.
[0140]
The image light generated by the spatial light modulation of the irradiation light by the reflective spatial light modulator 102 has its deflection direction rotated by 90 ° with respect to the irradiation light. The lens effect is caused by the rate difference and the curved surface of the lens.
[0141]
When the liquid crystal molecules 105a are in the state shown in FIG. 13B, the difference in the refractive index is smaller than that in the case of FIG. For this reason, the lens power exerted on the image light is reduced, and the lens effect received by the image light spatially modulated by the reflective spatial light modulator 102 is reduced.
[0142]
That is, as in the present embodiment, the transparent electrodes 106 and 107 are provided on the lens array substrate 103 and the parallel flat plate 104 sandwiching the liquid crystal 105, respectively, and the voltage applied between the transparent electrodes 106 and 107 is adjusted. Thus, the lens effect received by the image light spatially modulated by the reflective spatial light modulator 102 can be varied.
[0143]
By the way, since the orientation distribution of the irradiation light emitted from the light source unit 2 varies, and the display device 100 is assembled with variations, as a result, the projection performance of the irradiation light, the light use efficiency, and the like vary. Sometimes.
[0144]
On the other hand, in the display device 100 of the present embodiment, since the lens power of the polarization-dependent lens array 101 can be adjusted by adjusting the voltage applied between the transparent electrodes 106 and 107, the irradiation light is projected. Variations in performance and light use efficiency can be suppressed.
[0145]
【The invention's effect】
According to the display device of the first aspect of the present invention, a light source for irradiating irradiation light, and a reflective spatial light modulator for reflecting image light obtained by spatially modulating the irradiation light irradiated by the light source using a plurality of pixels. Display control means for switching and displaying an image in units of sub-frames obtained by dividing a display frame into a plurality of display frames with respect to the reflective spatial light modulator; irradiation light emitted from the light source; and the reflective spatial light modulator A polarizing beam splitter for polarizing and separating the image light subjected to the spatial light modulation, a light path shifting means for shifting the image light separated by the polarizing light separating element in accordance with the switching of the display by the display control means, and after the light path shift. A magnifying optical system for magnifying and projecting the image light onto the object to be irradiated, and provided between the reflective spatial light modulator and the polarization beam splitting element, and having a different polarization dependency on the irradiation light and the image light. A polarization-dependent member having a reflection type spatial light modulator, the optical paths of the irradiation light and the image light partially overlap each other according to the polarization state thereof even when the optical paths partially overlap. Accordingly, it is possible to suppress bleeding between adjacent pixels in an image displayed by the display device using the reflective spatial light modulator, and to achieve higher definition of the display image.
[0146]
According to the second aspect of the present invention, in the display device according to the first aspect, the polarization-dependent member is associated with each pixel of the reflective spatial light modulator, and the polarization-dependent member is more than the lens power for the irradiation light. Since the lens has a lens whose power for the image light is set to be larger, the optical path between the irradiation light and the image light can be made different despite the use of the reflective spatial light modulator.
[0147]
According to the third aspect of the present invention, in the display device according to the second aspect, the polarization dependent member is formed of an optically transparent uniaxial anisotropic material. It is possible to easily produce a polarization-dependent member exhibiting the effect of (1).
[0148]
According to the fourth aspect of the present invention, in the display device according to the third aspect, the polarization-dependent member is configured such that lenses corresponding to respective pixels of the reflection-type spatial light modulator are arranged in an array, and the reflection-type member is arranged in the reflection-type spatial light modulator. Since it has a lens array substrate that is placed in contact with the spatial light modulator, the image light that has been spatially modulated by the reflective spatial light modulator surely enters the polarization dependent member, and the image light that has been spatially modulated by each pixel is It is possible to suppress the light from being incident on a lens adjacent to the corresponding lens, whereby the light use efficiency can be improved, and the display image can be made higher definition. In addition, by arranging the polarization dependent member and the reflective spatial light modulator in contact, the size of the device can be reduced.
[0149]
According to a fifth aspect of the present invention, in the display device according to the second aspect, the polarization-dependent member has a lens array substrate on which lenses corresponding to respective pixels of the reflective spatial light modulator are arranged in an array. 3. The invention according to claim 2, wherein the optical disk is constituted by an optically transparent flat plate facing the lens array substrate, and a uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrate and the flat plate. Can easily produce a polarization-dependent lens array exhibiting the effect of (1).
[0150]
According to a sixth aspect of the present invention, in the display device of the fifth aspect, the uniaxial anisotropic material has an ordinary light refractive index or an extraordinary light refractive index equal to the refractive index of the lens array substrate. , And the lens power can be exerted only for the image light, so that the displayed image can be made higher definition.
[0151]
According to the seventh aspect of the present invention, in the display device according to the second aspect, the polarization dependent member includes a pair of lenses in which lenses corresponding to each pixel of the reflective spatial light modulator are arranged in an array. Since it is composed of the array substrate and the uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrates, it is possible to improve the productivity of the polarization-dependent lens array exhibiting the effect of the second aspect of the present invention. .
[0152]
According to the invention described in claim 8, in the display device described in claim 7, the uniaxial anisotropic material has an ordinary light refractive index or an extraordinary light refractive index equal to the refractive index of at least one of the lens array substrates. The lens power for the irradiation light can be eliminated, and the lens power can be exerted only for the image light, so that the displayed image can be made higher definition.
[0153]
According to a ninth aspect of the present invention, in the display device according to any one of the fourth to seventh aspects, the uniaxial anisotropic material is a liquid crystal filled between a pair of optically transparent substrates. Therefore, the liquid crystal can be filled without gaps between the substrates sandwiching the liquid crystal, so that the polarization-dependent lens array is not increased in size, and compared with a case where a uniaxial anisotropic material in a crystalline state is used. This eliminates the need for processing the uniaxial anisotropic material itself into a lens array structure.
[0154]
According to a tenth aspect of the present invention, in the display device according to the ninth aspect, an electrode provided on each of the substrates of the polarization-dependent member, and a voltage applying unit configured to apply a voltage to the electrode, And a voltage adjusting means for adjusting a voltage value applied by the voltage applying means, the dispersion of the orientation distribution of the irradiation light emitted from the light source and the dispersion at the time of assembling the display device cause the projection performance of the irradiation light. Even if there is a variation in the light utilization efficiency, the lens power of the polarization-dependent lens array can be adjusted by adjusting the voltage applied to the electrodes, so that the projection performance of the irradiation light and the light utilization efficiency can be adjusted. Can be suppressed.
[0155]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the display device according to the ninth or tenth aspect, the reflective spatial light modulator is configured to perform spatial light modulation by changing the orientation of a liquid crystal filled between a pair of optically transparent substrates. And the substrate in the polarization-dependent member also serves as the substrate supporting the liquid crystal in the reflection-type spatial light modulator, so that the image light spatially modulated by the reflection-type spatial light modulator surely has a polarization-dependent lens. In addition to the light being incident on the array, it is possible to suppress the light from being incident on the adjacent lens, and it is possible to improve the light use efficiency and achieve higher definition of the displayed image. Further, the size of the device can be reduced by using the substrate supporting the liquid crystal in the reflective spatial light modulator for the polarization dependent lens array.
[0156]
According to the twelfth aspect of the present invention, in the display device of the ninth or tenth aspect, the substrate in the polarization dependent member has a convex or concave lens shape, and a refractive index of the lens array substrate is a uniaxial anisotropic material. Since the refractive index is set equal to the extraordinary light refractive index or the ordinary light refractive index, it is possible to realize a polarization-dependent lens array that exerts a convex lens power on image light.
[0157]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the display device according to the ninth or tenth aspect, a polarization direction of light incident on the polarization dependent member from the polarization separation element is parallel to an optical axis of the uniaxial anisotropic material. Or, since the refractive index of the substrate is set to be equal to the extraordinary or ordinary light refractive index of the uniaxial anisotropic material, a polarization-dependent lens array that exerts a convex lens power on image light is realized. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an optical system configuration of an entire display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a part of the display device.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a display device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a display device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a display device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a display device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a display device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view showing a display device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a display device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a change in alignment of liquid crystal molecules due to application of a voltage.
[Explanation of symbols]
1 Display device
5 Polarization dependent lens array
6. Reflective spatial light modulator
4 Polarization separation element
7 Optical path shift means
8 Magnifying optical system
11 Light source
20 Display device
21 Polarization dependent lens array
24 reflection type spatial light modulator
30 Display device
31 Polarization Dependent Lens Array
32 reflective spatial light modulator
33 Lens array substrate
34 flat plate
40 Display device
41 Polarization Dependent Lens Array
42 reflective spatial light modulator
43,44 Lens array substrate
45 Uniaxial anisotropic material
50 Display device
51 Polarization-dependent lens array
52 reflective spatial light modulator
53 Lens array substrate
54 flat plates
55 Uniaxial anisotropic material
50 'display device
51 'polarization dependent lens array
53 'lens array substrate
60 Display device
61 Polarization Dependent Lens Array
62 reflective spatial light modulator
63, 64 lens array substrate
65 Uniaxial anisotropic material
70 Display device
71 Polarization Dependent Lens Array
72 reflective spatial light modulator
73, 74 Lens array substrate
75 Uniaxial anisotropic material, liquid crystal
80 Display device
81 Polarization Dependent Lens Array
82 reflective spatial light modulator
83 lens array substrate
83, 84 A pair of substrates
84 flat plates
85 Uniaxial anisotropic material, liquid crystal
90 Display device
91 Polarization Dependent Lens Array
92 reflective spatial light modulator
93 Lens array board
93,94 A pair of substrates
94 flat plate
95 Uniaxial anisotropic material, liquid crystal
100 display device
101 Polarization-dependent lens array
102 reflective spatial light modulator
103 Lens array substrate
103,104 A pair of substrates
104 flat plate
105 Uniaxial anisotropic material, liquid crystal
108 Voltage application means
106,107 electrodes

Claims (13)

照射光を照射する光源と、
前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、
前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、
前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、
前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、
光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、
前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられて、前記照射光と前記画像光とに対して異なる偏光依存性を有する偏光依存性部材と、
を具備する表示装置。
A light source for irradiating irradiation light,
A reflective spatial light modulator that reflects image light obtained by spatially modulating the irradiation light irradiated by the light source using a plurality of pixels,
For the reflective spatial light modulator, display control means for switching and displaying an image in subframe units obtained by dividing the display frame into a plurality of frames,
A polarization separation element that performs polarization separation of irradiation light emitted from the light source and image light that has been spatially modulated by the reflective spatial light modulator,
Optical path shifting means for shifting the image light separated by the polarization splitting element in response to switching of display by the display control means,
An enlarging optical system for enlarging and projecting the image light after the optical path shift onto the object to be irradiated,
A polarization dependent member that is provided between the reflective spatial light modulator and the polarization splitting element and has different polarization dependence on the irradiation light and the image light.
A display device comprising:
前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応付けられて前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されたレンズを有する請求項1記載の表示装置。2. The polarization-dependent member has a lens associated with each pixel of the reflective spatial light modulator and having a lens power for the image light set higher than a lens power for the irradiation light. Display device. 前記偏光依存性部材は、光学的に透明な一軸性異方性材料によって形成されている請求項2記載の表示装置。The display device according to claim 2, wherein the polarization dependent member is formed of an optically transparent uniaxial anisotropic material. 前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されて前記反射型空間光変調器に接触配置されたレンズアレイ基板を有する請求項3記載の表示装置。4. The polarization dependent member according to claim 3, wherein a lens corresponding to each pixel of the reflection type spatial light modulator is arranged in an array, and has a lens array substrate arranged in contact with the reflection type spatial light modulator. Display device. 前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された一軸異方性材料とによって構成されている請求項2記載の表示装置。The polarization-dependent member includes a lens array substrate in which lenses corresponding to each pixel of the reflective spatial light modulator are arranged in an array, an optically transparent flat plate facing the lens array substrate, and the lens 3. The display device according to claim 2, wherein the display device is formed of a uniaxial anisotropic material filled between the array substrate and the flat plate. 前記一軸異方性材料は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有する請求項5記載の表示装置。The display device according to claim 5, wherein the uniaxial anisotropic material has an ordinary light refractive index or an extraordinary light refractive index equal to the refractive index of the lens array substrate. 前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列された一対のレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板間に充填された一軸異方性材料とによって構成されている請求項2記載の表示装置。The polarization-dependent member, a pair of lens array substrates in which lenses corresponding to each pixel of the reflective spatial light modulator are arranged in an array, and a uniaxial anisotropic material filled between the lens array substrates 3. The display device according to claim 2, comprising: 前記一軸異方性材料は、少なくとも一方のレンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有する請求項7記載の表示装置。The display device according to claim 7, wherein the uniaxial anisotropic material has an ordinary light refractive index or an extraordinary light refractive index equal to the refractive index of at least one of the lens array substrates. 前記一軸異方性材料は、光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶である請求項3ないし請求項7のいずれか一に記載の表示装置。The display device according to claim 3, wherein the uniaxial anisotropic material is a liquid crystal filled between a pair of optically transparent substrates. 前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、
前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、
を具備する請求項9記載の表示装置。
An electrode provided on each of the substrates that the polarization-dependent member has,
Voltage applying means for applying a voltage to the electrode,
Voltage adjusting means for adjusting a voltage value applied by the voltage applying means,
The display device according to claim 9, further comprising:
前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、
前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねる請求項9または10記載の表示装置。
The reflective spatial light modulator performs spatial light modulation by changing the orientation of liquid crystal filled between a pair of optically transparent substrates,
The display device according to claim 9, wherein the substrate in the polarization-dependent member also functions as the substrate that supports liquid crystal in the reflective spatial light modulator.
前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は一軸異方性材料の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている請求項9または10記載の表示装置。11. The substrate according to claim 9, wherein the substrate in the polarization dependent member has a convex or concave lens shape, and a refractive index of the lens array substrate is set equal to an extraordinary refractive index or an ordinary refractive index of the uniaxial anisotropic material. Display device. 前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記一軸異方性材料の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は一軸異方性材料の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている請求項9または10記載の表示装置。The polarization direction of light incident on the polarization dependent member from the polarization splitting element is parallel or perpendicular to the optical axis of the uniaxial anisotropic material, and the refractive index of the substrate is the extraordinary refractive index of the uniaxial anisotropic material. 11. The display device according to claim 9, wherein the display device is set equal to the ordinary light refractive index.
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