JP2000305043A - Display optical device - Google Patents

Display optical device

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JP2000305043A
JP2000305043A JP11113047A JP11304799A JP2000305043A JP 2000305043 A JP2000305043 A JP 2000305043A JP 11113047 A JP11113047 A JP 11113047A JP 11304799 A JP11304799 A JP 11304799A JP 2000305043 A JP2000305043 A JP 2000305043A
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JP
Japan
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light
display panel
optical system
illumination
projection
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Application number
JP11113047A
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Japanese (ja)
Inventor
Kotaro Hayashi
宏太郎 林
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display optical device that illumination light and projection light can be separately handled by using a normal polarizing beam splitter and an illumination optical system and a projection optical system can be easily constituted in the case of the illumination light widened with a large angle and the projection light obtained based on it and even in the case of a wide wavelength range. SOLUTION: This display optical device is provided with the illumination optical system having a color separation device separation light emitted from a light source 1 arranged in a prescribed polarizing direction in directions being different in every prescribed wavelength area and the polarizing beam splitter guiding the light being as the separated illumination light to a reflection type display panel 16 and guiding the light projected from the panel 16 to the projection optical system 17. Besides, the separated illumination light is made incident on the separation surface of the polarizing beam splitter with the larger incident angle as wavelength becomes shorter.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型表示パネル
の画像を投影する表示光学装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display optical device for projecting an image on a reflective display panel.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、映像を表示する方法の一つと
して、例えば投影型の表示光学装置が知られている。こ
のような表示光学装置においては、反射型液晶表示パネ
ル等の、いわゆる反射型表示パネルが最近では主に用い
られている。そして、このような反射型表示パネル上の
光学像を、効率よく均一に照明するために、照明光学系
が用いられており、また、照明光学系からの照明光を反
射型表示パネルへと導くために、反射型表示パネル直前
に配置したマイクロレンズアレイ等が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of the methods for displaying an image, for example, a projection type display optical device is known. In such a display optical device, a so-called reflective display panel such as a reflective liquid crystal display panel is mainly used recently. In order to efficiently and uniformly illuminate an optical image on such a reflective display panel, an illumination optical system is used, and illumination light from the illumination optical system is guided to the reflective display panel. For this purpose, a microlens array or the like arranged immediately before the reflective display panel is used.

【0003】具体的には、例えば反射型表示パネルをい
わゆる単板として、画素毎にR用,G用,B用を順次並
べたものを用い、照明光を予めRGBに色分割したもの
を、角度をRGB毎に変えて1絵素(1絵素とは表示パ
ネル上のRGB3画素を1組としたもの)或いは複数絵
素ずつマイクロレンズアレイ上の各マイクロレンズに入
射させ、それぞれ反射型表示パネルのR用,G用,B用
の画素に集光するようにしている。
[0003] Specifically, for example, a reflection type display panel is used as a so-called single plate in which R, G, and B colors are sequentially arranged for each pixel, and illumination light is divided into RGB in advance. The angle is changed for each RGB, and one picture element (one picture element is a set of three RGB pixels on the display panel) or a plurality of picture elements is incident on each microlens on the microlens array, and each is a reflection type display. Light is condensed on the R, G, and B pixels of the panel.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成のように、反射型表示パネルに対して、例えば照
明光をRGBに角度分岐して照明を行う場合、照明光の
分離方向の光束の角度の広がりが大きくなる。このよう
に、角度の広がった照明光により反射型表示パネルを照
明し、そこからの投影光を分離して取り扱うためには、
例えば大きい角度に広がった光束に対応する事が可能な
偏光ビームスプリッターを使用する事が必要となる。
However, in the case of illuminating the reflective display panel by, for example, splitting the illumination light into RGB light, as in the above-described configuration, the angle of the luminous flux in the separation direction of the illumination light is reduced. Spread becomes large. As described above, in order to illuminate the reflective display panel with the illumination light having a wide angle and separate and handle the projection light therefrom,
For example, it is necessary to use a polarizing beam splitter that can handle a light beam spread at a large angle.

【0005】ところが、大きい角度に広がった光束に対
応する事が可能な偏光ビームスプリッターは、従来の誘
電体多層膜を使用した構成では実現する事ができない。
通常は、偏光ビームスプリッターへの入射角が変動する
と、入射する光の波長領域に対する透過率の特性が大き
く変化する。故に、大きい角度で広がった照明光及びそ
れに基づいた投影光の場合、さらには広い波長範囲の場
合は、照明光及び投影光をそれぞれ分離して取り扱う事
が困難となる。
However, a polarizing beam splitter capable of dealing with a light beam spread at a large angle cannot be realized by a conventional configuration using a dielectric multilayer film.
Usually, when the angle of incidence on the polarizing beam splitter changes, the characteristics of the transmittance of the incident light in the wavelength region greatly change. Therefore, in the case of the illumination light spread at a large angle and the projection light based thereon, and further in the case of a wide wavelength range, it is difficult to handle the illumination light and the projection light separately.

【0006】本発明は、このような問題点に鑑み、大き
い角度で広がった照明光及びそれに基づいた投影光の場
合、さらには広い波長範囲の場合でも、通常の偏光ビー
ムスプリッターを用いて、照明光及び投影光をそれぞれ
分離して取り扱う事ができ、照明光学系と投影光学系と
を簡単に構成する事ができる表示光学装置を提供する事
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention uses a normal polarizing beam splitter for illumination light spread at a large angle and projection light based on the illumination light, and even in a wide wavelength range. It is an object of the present invention to provide a display optical device that can handle light and projection light separately, and can easily configure an illumination optical system and a projection optical system.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、所定の偏光方向に揃えられた光源から
の光を、所定の波長領域毎に異なった方向に分離する色
分離装置を備えた照明光学系と、前記分離された照明光
としての光を反射型表示パネルへ導き、その反射型表示
パネルからの投影光を投影光学系へ導く偏光ビームスプ
リッターとを有し、前記分離された照明光は、波長が短
いほど大きい入射角で、前記偏光ビームスプリッターの
分離面に入射する請求項1の構成とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a color separation apparatus for separating light from a light source aligned in a predetermined polarization direction in different directions for each predetermined wavelength region. And a polarizing beam splitter that guides light as the separated illumination light to a reflective display panel and guides projection light from the reflective display panel to a projection optical system. The illuminated light is incident on the separation surface of the polarizing beam splitter at a larger incident angle as the wavelength becomes shorter.

【0008】また、前記照明光学系は、前記光源からの
光を前記所定の偏光方向に揃えるための偏光変換装置を
備えた請求項1に記載の請求項2の構成とする。
[0008] Further, the illumination optical system has a configuration according to claim 1 provided with a polarization conversion device for aligning light from the light source in the predetermined polarization direction.

【0009】また、前記投影光は、波長が短いほど大き
い入射角で、前記偏光ビームスプリッターの分離面に入
射する請求項1又は請求項2に記載の請求項3の構成と
する。
Further, the projection light is incident on the separation surface of the polarizing beam splitter at a larger incident angle as the wavelength is shorter, as in the third embodiment of the present invention.

【0010】また、前記色分離装置と前記反射型表示パ
ネルとの間に、その反射型表示パネルの絵素毎に一つの
レンズが対応するマイクロレンズアレイを設け、前記反
射型表示パネルの画素の反射面上に、反射型回折格子を
備えた請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の請求項
4の構成とする。
[0010] A microlens array in which one lens corresponds to each picture element of the reflective display panel is provided between the color separation device and the reflective display panel, and a pixel of the reflective display panel is provided. According to a fourth aspect of the present invention, a reflective diffraction grating is provided on the reflecting surface.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一
実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図である。
同図において、1は光源であり、2は光源1を取り囲む
ように配置されるリフレクターである。また、7はリフ
レクター2の光の射出口2aを覆うように配置され、光
源1及びリフレクター2からの光に含まれる紫外線及び
赤外線をカットするUVIRカットフィルターである。
UVIRカットフィルター7の後方(図の右方)には、
順に複屈折回折格子3、第1レンズアレイ4、少し離れ
て第2レンズアレイ6、その直後に重ね合わせレンズ8
が配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram schematically illustrating a display optical device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source, and 2 denotes a reflector arranged so as to surround the light source 1. Reference numeral 7 denotes a UVIR cut filter that is disposed so as to cover the light emission port 2 a of the reflector 2 and that cuts ultraviolet light and infrared light included in the light from the light source 1 and the reflector 2.
Behind the UVIR cut filter 7 (right side of the figure)
The birefringent diffraction grating 3, the first lens array 4, the second lens array 6 a little apart, and the superimposing lens 8 immediately after that
Is arranged.

【0012】ここでは図示しないが、第1レンズアレイ
4は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第
2レンズアレイ6は、第1レンズアレイ4とは異なる方
向に区切った長方形の格子状に組み合わされた各セルを
有している。複屈折回折格子3は、第2レンズアレイ6
の各セルの長辺方向に、光源1及びリフレクター2から
の光9の偏光分離を行う。複屈折回折格子3、第1レン
ズアレイ4、第2レンズアレイ6を通じて偏光変換が行
われ、光源1及びリフレクター2からの光9は特定の偏
光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置と呼
ぶ。これらの詳細な関係については後述する。
Although not shown here, the first lens array 4 has cells combined in a lattice, and the second lens array 6 has a rectangular shape divided in a direction different from that of the first lens array 4. Have each cell combined in a lattice shape. The birefringent diffraction grating 3 includes a second lens array 6
The light 9 from the light source 1 and the reflector 2 is polarized and separated in the long side direction of each cell. Polarization conversion is performed through the birefringent diffraction grating 3, the first lens array 4, and the second lens array 6, and light 9 from the light source 1 and the reflector 2 emerges with specific polarization. This configuration is called a polarization conversion device. The detailed relationship between them will be described later.

【0013】また、第2レンズアレイ6とその直後の重
ね合わせレンズ8により、重ね合わせレンズ8の後述す
る焦点位置近傍に、第1レンズアレイ4の各セルの像が
重なり合うようにしている。尚、重ね合わせレンズ8
は、第2レンズアレイ6と一体に成形されていても良
い。また、複屈折回折格子3の代わりに、第1レンズア
レイ4と第2レンズアレイ6との間に複屈折プリズムア
レイ等を配置したものもある。以上の第1レンズアレイ
4から重ね合わせレンズ8までを、インテグレータ光学
系と呼び、光軸をLとする。この、重ね合わせレンズ8
の焦点位置に表示パネル16が配置されている。
Further, the second lens array 6 and the superimposing lens 8 immediately after the second lens array 6 allow the images of the respective cells of the first lens array 4 to be superimposed in the vicinity of a later-described focal position of the superimposing lens 8. In addition, the superposition lens 8
May be formed integrally with the second lens array 6. Further, instead of the birefringent diffraction grating 3, there is a type in which a birefringent prism array or the like is arranged between the first lens array 4 and the second lens array 6. The above-described first lens array 4 to the superimposing lens 8 are called an integrator optical system, and the optical axis is L. This superimposed lens 8
The display panel 16 is arranged at the focal position of the.

【0014】そして、重ね合わせレンズ8と表示パネル
16との間には、まず、R(赤),G(緑),B(青)
それぞれの波長領域の光を反射する色分離装置としての
ダイクロイックミラーRm,Gm,Bmがそれぞれ異なっ
た傾きで配置され、ダイクロイックミラーの後方(図の
上方)には、PBS(偏光ビームスプリッター)プリズ
ム14が配置されている。このとき、光軸Lで重ね合わ
せレンズ8を透過してきた光9が、Rm,Gm,Bmそれ
ぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異な
った角度の光軸LR,LG,LBでPBSプリズム14、
ひいては表示パネル16に到達するようにしている。
尚、ダイクロイックミラーBmは全反射ミラーでも良
い。また、光9のダイクロイックミラーによる反射光
は、図示を省略している。
First, R (red), G (green), B (blue) are provided between the superimposing lens 8 and the display panel 16.
Dichroic mirrors R m , G m , and B m as color separation devices that reflect light in the respective wavelength regions are arranged with different inclinations, and a PBS (polarizing beam splitter) is provided behind the dichroic mirror (upper part of the figure). ) A prism 14 is arranged. At this time, the light 9 transmitted through the superimposing lens 8 on the optical axis L is reflected by the respective dichroic mirrors R m , G m , and B m , and the optical axes L R , L G , and L B at different angles. With PBS prism 14,
Eventually, it reaches the display panel 16.
Incidentally, the dichroic mirror Bm may be a total reflection mirror. The light 9 reflected by the dichroic mirror is not shown.

【0015】このPBSプリズム14は、S偏光を反射
して、P偏光を透過する性質を持つ。一方、光源1及び
リフレクター2からの光9は、上述した偏光変換によっ
て、PBSプリズム14に対してほぼS偏光に揃えられ
て入射する。そのため、PBSプリズム14によって、
光9はその殆どが反射され、図の左方の表示パネル16
に向かう。
The PBS prism 14 has a property of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light. On the other hand, the light 9 from the light source 1 and the reflector 2 is incident on the PBS prism 14 while being substantially aligned with S-polarized light by the above-described polarization conversion. Therefore, the PBS prism 14
Most of the light 9 is reflected, and the display panel 16 on the left side of FIG.
Head for.

【0016】このとき、具体的には、上記ダイクロイッ
クミラーからの光は、PBSプリズム14の図中の対角
線方向に設けられた、PBS分離面の働きをするPBS
膜としての誘電体多層膜14aに対して、RGBの順で
波長が短くなるほど大きい入射角で入射するように構成
されている。そして、誘電体多層膜14aは、その各入
射角で入射した各波長領域の光に対応して、良好に偏光
分離できる特性となるように設定されている。詳しくは
後述する。
At this time, specifically, light from the dichroic mirror is applied to the PBS prism 14 which is provided in the diagonal direction of the PBS prism 14 and functions as a PBS separating surface.
The structure is such that the shorter the wavelength becomes in the order of RGB, the larger the incident angle is incident on the dielectric multilayer film 14a as a film. The dielectric multilayer film 14a is set so as to have a characteristic capable of satisfactorily separating the polarized light corresponding to the light of each wavelength region incident at each incident angle. Details will be described later.

【0017】表示パネル16の直前には、マイクロレン
ズアレイ15が配置されている。そして、上記ダイクロ
イックミラーによって色分解された光9は、このマイク
ロレンズアレイ15によって、照明光として各色毎に表
示パネル16の異なる画素を照明する。詳しくは後述す
る。この照明により、表示パネル16全体は、R,G,
Bの各色それぞれにより順にストライプ状に照明され、
各色に照明された画素は各色の情報表示を行う。
Immediately before the display panel 16, a microlens array 15 is arranged. The light 9 color-separated by the dichroic mirror illuminates different pixels of the display panel 16 for each color as illumination light by the microlens array 15. Details will be described later. Due to this illumination, the entire display panel 16 has R, G,
B is sequentially illuminated in stripes by each color of B,
Pixels illuminated by each color display information of each color.

【0018】表示パネル16は反射型液晶表示パネルで
あり、ここに照明された光を、画素毎に表示情報に応じ
て偏光面を回転させたり(ON)、回転させなかったり
(OFF)して反射する。このとき、OFFの反射光
は、マイクロレンズアレイ15を経てPBSプリズム1
4に戻るが、S偏光のままであるので、ここで反射さ
れ、光源側へと戻される。一方、ONの反射光は、P偏
光に変換されているので、マイクロレンズアレイ15を
経てPBSプリズム14に戻ってここを透過し、次の投
影光学系17に到る。この投影光学系17により、表示
パネル16の表示情報が図示しないスクリーンに投影さ
れる。
The display panel 16 is a reflection type liquid crystal display panel. The light illuminated on the display panel 16 is rotated (ON) or not (OFF) by rotating the polarization plane according to display information for each pixel. reflect. At this time, the OFF reflected light passes through the microlens array 15 and passes through the PBS prism 1.
Returning to No. 4, since the light remains S-polarized light, it is reflected here and returned to the light source side. On the other hand, since the ON reflected light has been converted into P-polarized light, it returns to the PBS prism 14 via the microlens array 15 and transmits therethrough to reach the next projection optical system 17. The projection optical system 17 projects display information on the display panel 16 onto a screen (not shown).

【0019】ここで、表示パネル16は、回折効果を持
つ構成となっており、この表示パネル16を照明する
R,G,Bの各色の光は、それぞれ同じ光路を逆方向に
辿るように投影光として反射され、PBSプリズム14
に戻る。これにより、誘電体多層膜14aへの投影光の
入射角は、R,G,B各色について照明光の場合と同じ
になるので、良好な偏光分離特性が得られる事となる。
詳しくは後述する。
The display panel 16 has a diffraction effect, and the R, G, and B lights that illuminate the display panel 16 are projected so as to follow the same optical path in the opposite direction. Reflected as light, the PBS prism 14
Return to Thereby, the incident angle of the projection light on the dielectric multilayer film 14a becomes the same as that of the illumination light for each of the R, G, and B colors, so that good polarization separation characteristics can be obtained.
Details will be described later.

【0020】図2は、本実施形態における複屈折回折格
子と第1,第2レンズアレイとの関係を模式的に示す分
解斜視図である。同図では、レンズアレイ中の一部のセ
ルを代表して示してある。同図に示すように、本実施形
態では、第1レンズアレイ4の実線で示す各セルの辺方
向と第2レンズアレイ6の破線で示す各セルの辺方向と
が異なるようにし、複屈折回折格子3のブレーズ3aの
溝方向を第2レンズアレイ6の各セルの辺方向に沿うよ
うにしている。具体的には第1レンズアレイ4の各セル
の辺方向の対角線方向が第2レンズアレイ6の各セルの
辺方向となるようにしている。
FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the relationship between the birefringent diffraction grating and the first and second lens arrays in the present embodiment. In the figure, some of the cells in the lens array are shown as representatives. As shown in the figure, in the present embodiment, the side direction of each cell indicated by a solid line of the first lens array 4 is different from the side direction of each cell indicated by a broken line of the second lens array 6, and birefringence diffraction is performed. The groove direction of the blaze 3 a of the lattice 3 is set to be along the side direction of each cell of the second lens array 6. Specifically, the diagonal direction of the side direction of each cell of the first lens array 4 is set to be the side direction of each cell of the second lens array 6.

【0021】図の左斜め下方に位置する図示しない上記
光源1及びリフレクター2からの光9は、複屈折回折格
子3のブレーズ3aにより、実線で示す所定偏光面を持
つ光9aと、それとは垂直な偏光面を持つ破線で示す光
9bとに偏光分離される。これらの光は、第1レンズア
レイ4の格子状に並んだ個々のセルA,B,C,Dを透
過し、第1レンズアレイ4とは異なる方向に区切った長
方形の格子状に並んだ第2レンズアレイ6の個々のセル
Aa,Ba,Ca,Da上に、所定偏光面を持つ光源像
と、それとは垂直な偏光面を持つ光源像とをそれぞれ作
り出す。
Light 9 from the light source 1 and the reflector 2 (not shown) located diagonally below and to the left of the figure is illuminated by the blaze 3a of the birefringent diffraction grating 3 with light 9a having a predetermined polarization plane indicated by a solid line and perpendicular to the light 9a. The light is polarized and separated into light 9b indicated by a broken line having an appropriate polarization plane. These lights are transmitted through the individual cells A, B, C, and D arranged in the lattice of the first lens array 4 and are arranged in a rectangular lattice divided in a direction different from that of the first lens array 4. On each of the cells Aa, Ba, Ca, and Da of the two-lens array 6, a light source image having a predetermined polarization plane and a light source image having a polarization plane perpendicular thereto are created.

【0022】セルA,B,C,Dから、異なった方向に
並ぶセルAa,Ba,Ca,Daに光源像を作るため
に、第1レンズアレイ4のA,B,C,D各セルは個々
に若干傾いているか、レンズ頂点が偏心している。即ち
レンズ頂点がセルの中心からずれている。同様に、第2
レンズアレイ6の各セルAa,Ba,Ca,Daも個々
に傾いているか、レンズ頂点が偏心している。
In order to form a light source image from cells A, B, C, and D in cells Aa, Ba, Ca, and Da arranged in different directions, the cells A, B, C, and D of the first lens array 4 Each lens is slightly tilted or the lens apex is decentered. That is, the lens vertex is shifted from the center of the cell. Similarly, the second
Each of the cells Aa, Ba, Ca, and Da of the lens array 6 is also individually inclined or the vertex of the lens is decentered.

【0023】これら互いの光源像は、複屈折回折格子3
による分離方向、即ち第2レンズアレイ6の各セルの長
辺方向に並び、正しく列を成す。また、これらの光源像
は、実線及び破線の楕円(レンズアレイの正面から見れ
ば円)で示すように、第2レンズアレイ6の個々のセル
上に、或程度の大きさを持って投影される。ちなみに、
本例の座標系は、光源側から見た第1レンズアレイ4の
正面に向かって上方をy軸、右方をx軸としており、第
2レンズアレイ6の正面に向かって、各セルの辺方向に
沿った右斜め上方向をya軸、右斜め下方向をxa軸と
している。
These light source images are formed by the birefringent diffraction grating 3
, That is, in the long side direction of each cell of the second lens array 6, and form a correct row. These light source images are projected with a certain size onto individual cells of the second lens array 6 as indicated by solid and broken ellipses (circles when viewed from the front of the lens array). You. By the way,
The coordinate system of the present example has the y-axis above the front of the first lens array 4 and the x-axis to the right as viewed from the light source side, and the side of each cell toward the front of the second lens array 6. The diagonally upper right direction along the direction is the ya axis, and the diagonally lower right direction is the xa axis.

【0024】このような構成によれば、第2レンズアレ
イ6における光源像の重なりが少なく、効率の良い偏光
変換を行う事ができる。このとき、例えば破線の楕円で
示した光源像の列に沿って、1/2波長板5を帯状にし
たものを貼付し、分離した光源像の偏光面を揃えれば良
い。ちなみに、第1,第2レンズアレイの各セルが同列
方向(辺方向が同じ)に並んだ従来の方式と、本実施形
態の光源サイズ及び第2レンズアレイ6のセルの面積は
等しい。
According to such a configuration, light source images in the second lens array 6 are less overlapped with each other, and efficient polarization conversion can be performed. At this time, for example, a half-wave plate 5 in a strip shape may be attached along the row of the light source image indicated by the broken line ellipse, and the polarization planes of the separated light source images may be aligned. Incidentally, the size of the light source of the present embodiment and the area of the cells of the second lens array 6 are equal to those of the conventional system in which the cells of the first and second lens arrays are arranged in the same column direction (side direction is the same).

【0025】本実施形態のようにインテグレータが1段
の場合、第1レンズアレイ4のセルは、表示パネル16
のアスペクト比にほぼ等しくする必要がある。このよう
な場合でも、第1レンズアレイ4の各セルの辺方向と第
2レンズアレイ6の各セルの辺方向とが異なるようにす
る事により、従来のように辺方向が同じ場合より効率が
よい。図3は、インテグレータが1段の場合の第1,第
2レンズアレイの位置関係を模式的に示す正面図であ
り、アスペクト比が4:3の場合を示している。同図に
示すように、ここでは第1レンズアレイ4の実線で示す
各セルの一つの対角線方向が、第2レンズアレイ6の破
線で示す各セルの長辺方向となるようにしている。
When the integrator has one stage as in this embodiment, the cells of the first lens array 4 are
Should be approximately equal to the aspect ratio. Even in such a case, by making the side direction of each cell of the first lens array 4 and the side direction of each cell of the second lens array 6 different, efficiency is higher than in the conventional case where the side directions are the same. Good. FIG. 3 is a front view schematically showing the positional relationship between the first and second lens arrays when the integrator has one stage, and shows a case where the aspect ratio is 4: 3. As shown in the drawing, here, one diagonal direction of each cell indicated by a solid line of the first lens array 4 is set to be the long side direction of each cell indicated by a broken line of the second lens array 6.

【0026】ここでは図示しない上記光源1及びリフレ
クター2からの光9は、これも図示しない複屈折回折格
子3により、所定偏光面を持つ光と、それとは垂直な偏
光面を持つ光とに偏光分離される。これらの光は、第1
レンズアレイ4のアスペクト比が4:3の格子状に並ん
だ個々のセルA,B,C,D,E,Fを透過し、第1レ
ンズアレイ4とは異なる方向に区切った長方形の格子状
に並んだ第2レンズアレイ6の個々のセルAa,Ba,
Ca,Da,Ea,Fa上に、所定偏光面を持つ光源像
と、それとは垂直な偏光面を持つ光源像とをそれぞれ作
り出す。
The light 9 from the light source 1 and the reflector 2 (not shown) is polarized by the birefringent diffraction grating 3 (not shown) into light having a predetermined polarization plane and light having a polarization plane perpendicular thereto. Separated. These lights are the first
The lens array 4 has a rectangular lattice shape that transmits the individual cells A, B, C, D, E, and F arranged in a lattice shape having an aspect ratio of 4: 3 and is divided in a direction different from that of the first lens array 4. , The individual cells Aa, Ba, of the second lens array 6
A light source image having a predetermined polarization plane and a light source image having a polarization plane perpendicular thereto are created on Ca, Da, Ea, and Fa, respectively.

【0027】これら互いの光源像は、複屈折回折格子3
による分離方向に並び、正しく列を成す。また、これら
の光源像は、実線及び破線の円で示すように、第2レン
ズアレイ6の個々のセル上に、或程度の大きさを持って
投影される。ちなみに、本例の座標系は、光源側から見
た第1レンズアレイ4の正面に向かって上方をy軸、右
方をx軸としており、第2レンズアレイ6の正面に向か
って、各セルの辺方向に沿った右斜め上方向をya軸、
右斜め下方向をxa軸としている。
These two light source images are formed by the birefringent diffraction grating 3
In the direction of separation by These light source images are projected with a certain size onto individual cells of the second lens array 6 as indicated by solid and broken circles. Incidentally, the coordinate system of the present example has the y-axis above the front of the first lens array 4 as viewed from the light source side and the x-axis to the right, and each cell toward the front of the second lens array 6. The yaw axis is the diagonally upper right direction along the side direction of
The diagonally lower right direction is the xa axis.

【0028】本実施形態では、図2に示すように、複屈
折回折格子3の複屈折方向をブレーズ3aの溝方向とな
るya軸方向に揃えているので、偏光分離を行った実線
及び破線で示す2種の光9a,9b、ひいては実線及び
破線の楕円で示す2種の光源像は、偏光面がそれぞれx
a軸,ya軸方向となる。ところが、これらの光が次に
入射する光学系のためには、偏光面はy軸方向に揃える
必要があるので、2種の光源像の列それぞれに、互いに
45゜で交わる異なった光学軸を持つ帯状の1/2波長
板を用いて、偏光面を同時に揃えるようにしている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the birefringence direction of the birefringent diffraction grating 3 is aligned with the ya axis direction which is the groove direction of the blaze 3a. The two types of light 9a and 9b shown, and the two types of light source images shown by the solid line and the broken line ellipse have polarization planes of x respectively.
The directions are the a-axis and the ya-axis. However, for the optical system in which these lights are incident next, the polarization planes must be aligned in the y-axis direction. Therefore, different optical axes that intersect each other at 45 ° are arranged in each of the two light source image columns. The polarization planes are simultaneously aligned by using a band-shaped half-wave plate.

【0029】尚、偏光面を揃える他の方法として、ま
ず、2種の光源像の内の一方の光源像の列に帯状の1/
2波長板を用いて、他方の光源像と偏光面を揃えるよう
にした上で、偏光面全体を一挙にy軸方向に揃える1/
2波長板を第2レンズアレイ6全面に用いる事も可能で
ある。また、複屈折回折格子3の複屈折方向を、ブレー
ズ3aの溝方向即ち第2レンズアレイ6の各セルの長辺
或いは短辺方向ではなく、第1レンズアレイ4の各セル
の長辺或いは短辺方向となるようにしても良い。また、
複屈折回折格子を用いる方法以外の偏光分離の方法を行
っても良い。
As another method of aligning the polarization planes, first, one of the two types of light source images is arranged in a row of one of the light source images in a band shape.
After using a two-wavelength plate to align the polarization plane with the other light source image, the entire polarization plane is aligned at once in the y-axis direction.
It is also possible to use a two-wave plate on the entire surface of the second lens array 6. Further, the birefringence direction of the birefringent diffraction grating 3 is not set in the groove direction of the blaze 3 a, that is, in the long side or short side direction of each cell of the second lens array 6, but the long side or short side of each cell of the first lens array 4. The direction may be the side direction. Also,
A polarization separation method other than the method using the birefringent diffraction grating may be performed.

【0030】図4は、本実施形態のマイクロレンズアレ
イと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。図1
でも示したように、表示パネル16の直前には、マイク
ロレンズアレイ15が配置されている。そして、単板で
ある表示パネル16の画素毎にR用,G用,B用を順次
並べており、上記光源1からの光9を予めRGBに色分
割したものを、角度をRGB毎に変えて1絵素(1絵素
とは表示パネル上のRGB3画素を1組としたもの)ず
つマイクロレンズアレイ15の各マイクロレンズ15a
に入射させ、それぞれ表示パネル16のR用,G用,B
用の画素に集光するようにしている。尚、同図のマイク
ロレンズアレイ15及び表示パネル16の左右は、図示
を省略している。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the microlens array of this embodiment and a display panel. FIG.
As described above, the microlens array 15 is disposed immediately before the display panel 16. The R, G, and B colors are sequentially arranged for each pixel of the display panel 16 which is a single plate. The light 9 from the light source 1 is divided into RGB in advance, and the angle is changed for each RGB. Each microlens 15a of the microlens array 15 for one picture element (one picture element is a set of three RGB pixels on the display panel)
To the display panel 16 for R, G, and B, respectively.
To be focused on the pixel for use. The left and right sides of the microlens array 15 and the display panel 16 in FIG.

【0031】ここで、表示パネル16は、回折効果を持
つ構成となっており、この表示パネル16を照明する
R,G,Bの各色の光は、それぞれ同図の矢印a,b,
cで示すように、同じ光路を逆方向に辿るように投影光
として反射され、ここでは図示しないPBSプリズム1
4に戻る。これにより、PBSプリズム14の誘電体多
層膜14aへの投影光の入射角は、R,G,B各色につ
いて照明光の場合と同じになるので、良好な偏光分離特
性が得られる事となる。
The display panel 16 has a diffraction effect. Light of each color of R, G, and B illuminating the display panel 16 is indicated by arrows a, b, and b in FIG.
As shown by c, the light is reflected as projection light so as to follow the same optical path in the opposite direction.
Return to 4. Accordingly, the incident angle of the projection light on the dielectric multilayer film 14a of the PBS prism 14 becomes the same as that of the illumination light for each of the R, G, and B colors, so that good polarization separation characteristics can be obtained.

【0032】図5は、その回折効果を持つ表示パネルの
具体的な構成を模式的に示す図である。これは、図4の
○で囲んだd部付近を拡大した図となっている。図5
(a)に示すように、反射型液晶表示パネルである表示
パネル16の底部には各画素16aが並んでおり、その
上面(反射面)に絵素単位に反射型回折格子16bが形
成されている。これはアルミより成り、電極を兼ねるも
のである。反射型回折格子16bの表面の凹凸を埋める
ために、その上面には樹脂材料等より成る透過部材層1
6cが設けられている。そして、その上に強誘電液晶層
16dが形成され、更にその上に透明な平板である上ガ
ラス16eが載せられている。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a specific configuration of a display panel having the diffraction effect. This is an enlarged view of the vicinity of a portion d surrounded by a circle in FIG. FIG.
As shown in (a), each pixel 16a is arranged at the bottom of a display panel 16 which is a reflection type liquid crystal display panel, and a reflection type diffraction grating 16b is formed on the upper surface (reflection surface) for each pixel. I have. This is made of aluminum and also serves as an electrode. In order to fill irregularities on the surface of the reflective diffraction grating 16b, a transparent member layer 1 made of a resin material or the like is provided on the upper surface thereof.
6c is provided. A ferroelectric liquid crystal layer 16d is formed thereon, and a transparent flat glass 16e is further mounted thereon.

【0033】尚、16dと16eとの間には、上部透明
電極層16fが設けられている。この反射型回折格子1
6bにより、表示パネル16が、照明光反射時に回折効
果を生じるパワーを持つ。ところで、反射型液晶表示素
子は、通常のIC素子と同様にして、層を重ねる事によ
り作成される。従って、反射型回折格子16bも、同図
(b)に示すように、アルミの層を階段状に重ねるよう
にして作成される事となる。ここでの段数は3〜4段程
度であり、格子の高さは一定である。尚、以上に述べて
きた光源1からマイクロレンズアレイ15までの構成
を、照明光学系と呼ぶ。
An upper transparent electrode layer 16f is provided between 16d and 16e. This reflection type diffraction grating 1
6b, the display panel 16 has a power that causes a diffraction effect when the illumination light is reflected. By the way, a reflection type liquid crystal display element is formed by stacking layers in the same manner as a normal IC element. Accordingly, the reflection type diffraction grating 16b is also formed by stacking aluminum layers in a stepwise manner as shown in FIG. Here, the number of steps is about 3 to 4 steps, and the height of the grating is constant. The configuration from the light source 1 to the microlens array 15 described above is called an illumination optical system.

【0034】図6は、本実施形態で用いられるPBSプ
リズムの透過率特性を示すグラフである。同図(a),
(b),(c)は、それぞれ上記PBSプリズム14の
誘電体多層膜14aに対する入射角が40度,50度,
60度の場合を示している。各グラフにおいては、横軸
に使用される光の波長を単位nmで示し、縦軸に透過率
を示している。また、P偏光の透過率を曲線Pで示し、
S偏光の透過率を曲線Sで示している。
FIG. 6 is a graph showing the transmittance characteristics of the PBS prism used in this embodiment. FIG.
(B) and (c) show the incident angles of the PBS prism 14 with respect to the dielectric multilayer film 14a of 40 degrees and 50 degrees, respectively.
The case of 60 degrees is shown. In each graph, the horizontal axis indicates the wavelength of the light used in units of nm, and the vertical axis indicates the transmittance. The transmittance of P-polarized light is indicated by a curve P,
The transmittance of S-polarized light is shown by curve S.

【0035】同図(a)に示すように、入射角が40度
の場合は、矢印Raで示す例えば580〜670nmの
R(赤色)の波長領域で、P偏光に対して概ね良好な透
過率であり、S偏光に対して概ね良好な反射率となって
いる(反射率=1−透過率)。また、同図(b)に示す
ように、入射角が50度の場合は、矢印Gaで示す例え
ば510〜580nmのG(緑色)の波長領域で、P偏
光に対して良好な透過率であり、S偏光に対して良好な
反射率となっている。また、同図(c)に示すように、
入射角が60度の場合は、矢印Baで示す例えば450
〜510nmのB(青色)の波長領域で、P偏光に対し
て概ね良好な透過率であり、S偏光に対して概ね良好な
反射率となっている。
As shown in FIG. 3A, when the incident angle is 40 degrees, the transmittance is generally good for P-polarized light in the R (red) wavelength region of, for example, 580 to 670 nm indicated by an arrow Ra. The reflectance is generally good for S-polarized light (reflectance = 1−transmittance). Further, as shown in FIG. 3B, when the incident angle is 50 degrees, the transmittance is good for P-polarized light in a G (green) wavelength region of, for example, 510 to 580 nm indicated by an arrow Ga. , S-polarized light. Also, as shown in FIG.
When the incident angle is 60 degrees, for example, 450
In the B (blue) wavelength region of 510510 nm, the transmittance is generally good for P-polarized light, and the reflectance is good for S-polarized light.

【0036】このようにして、誘電体多層膜に対して
は、RGBの順で波長が短くなるほど大きい入射角で光
が入射するように構成し、その各入射角で入射した各波
長の光に対応して、良好に偏光分離できる特性となるよ
うに誘電体多層膜が設定されている。このような構成に
よれば、入射光のPBSプリズムへの入射角が変動し、
入射する光の波長領域に対する透過率の特性が大きく変
化しても、概ね良好な偏光分離特性を保つ事ができるの
で、通常の偏光ビームスプリッターを用いて、照明光及
び投影光をそれぞれ分離して取り扱う事ができ、照明光
学系と投影光学系とを簡単に構成する事ができる。
In this manner, light is incident on the dielectric multilayer film at a larger incident angle as the wavelength becomes shorter in the order of RGB. Correspondingly, the dielectric multilayer film is set so as to have a characteristic capable of excellent polarization separation. According to such a configuration, the incident angle of the incident light to the PBS prism fluctuates,
Even if the characteristics of the transmittance of the incident light with respect to the wavelength region greatly change, generally good polarization separation characteristics can be maintained, so that a normal polarization beam splitter is used to separate the illumination light and the projection light respectively. The illumination optical system and the projection optical system can be easily configured.

【0037】ちなみに、誘電体多層膜に対する各色の光
の入射角は、一般に、R(赤色),G(緑色)間及びG
(緑色),B(青色)間でそれぞれ5〜15度の差とな
るように構成し、さらに、G(緑色)の入射角を45度
以上となるように構成すれば、良好な偏光分離特性が得
られる。
Incidentally, the incident angle of light of each color with respect to the dielectric multilayer film is generally between R (red) and G (green) and G (green).
(Green) and B (blue) have a difference of 5 to 15 degrees, respectively, and further, the incident angle of G (green) is 45 degrees or more. Is obtained.

【0038】表1は、本実施形態で使用されるPBSプ
リズムの誘電体多層膜の膜構成を表す表である。同表に
おいて、Niはi番目の層の屈折率を意味している。ま
た、光学膜厚は、基準波長650nmに基づく無次元量
である。ここで、0番目と18番目の層は、PBSプリ
ズムを構成するガラスブロックを示しており、1番目〜
17番目の層が誘電体多層膜を示している。つまり、誘
電体多層膜をその両側からガラスブロックで挟み込んだ
構成である。1番目と17番目の層の屈折率が、ガラス
ブロックのものと同じであるのは、互いの接着性を良く
し、馴染ませやすくするためである。
Table 1 is a table showing the film configuration of the dielectric multilayer film of the PBS prism used in this embodiment. In the table, Ni means the refractive index of the i-th layer. The optical film thickness is a dimensionless quantity based on a reference wavelength of 650 nm. Here, the 0th and 18th layers indicate the glass blocks constituting the PBS prism,
The seventeenth layer indicates a dielectric multilayer film. In other words, the configuration is such that the dielectric multilayer film is sandwiched between the glass blocks from both sides. The refractive indices of the first and seventeenth layers are the same as those of the glass block in order to improve mutual adhesion and make it easier to conform.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大きい角度で広がった照明光及びそれに基づいた投影光
の場合、さらには広い波長範囲の場合でも、通常の偏光
ビームスプリッターを用いて、照明光及び投影光をそれ
ぞれ分離して取り扱う事ができ、照明光学系と投影光学
系とを簡単に構成する事ができる表示光学装置を提供す
る事ができる。
As described above, according to the present invention,
In the case of the illumination light spread at a large angle and the projection light based on the illumination light, and even in the case of a wide wavelength range, the illumination light and the projection light can be handled separately by using a normal polarizing beam splitter. It is possible to provide a display optical device that can easily configure an optical system and a projection optical system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態の表示光学装置を模式的に
示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a display optical device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施形態の複屈折回折格子と第1,第2レン
ズアレイとの関係を模式的に示す分解斜視図。
FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing a relationship between the birefringent diffraction grating of the present embodiment and first and second lens arrays.

【図3】インテグレータが1段の場合の第1,第2レン
ズアレイの位置関係を模式的に示す正面図。
FIG. 3 is a front view schematically showing a positional relationship between first and second lens arrays when the number of integrators is one;

【図4】本実施形態のマイクロレンズアレイと表示パネ
ルとの関係を示す模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the microlens array of the embodiment and a display panel.

【図5】回折効果を持つ表示パネルの具体的な構成を示
す模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a specific configuration of a display panel having a diffraction effect.

【図6】本実施形態で用いられるPBSプリズムの透過
率特性を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing transmittance characteristics of a PBS prism used in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 リフレクター 3 複屈折回折格子 4 第1レンズアレイ 5 1/2波長板 6 第2レンズアレイ 7 UVIRカットフィルター 8 重ね合わせレンズ 14 PBSプリズム 15 マイクロレンズアレイ 16 表示パネル 17 投影光学系 Rm,Gm,Bm ダイクロイックミラーReference Signs List 1 light source 2 reflector 3 birefringent diffraction grating 4 first lens array 5 1/2 wavelength plate 6 second lens array 7 UVIR cut filter 8 superimposing lens 14 PBS prism 15 micro lens array 16 display panel 17 projection optical system R m , G m , B m dichroic mirror

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の偏光方向に揃えられた光源からの
光を、所定の波長領域毎に異なった方向に分離する色分
離装置を備えた照明光学系と、 前記分離された照明光としての光を反射型表示パネルへ
導き、該反射型表示パネルからの投影光を投影光学系へ
導く偏光ビームスプリッターとを有し、 前記分離された照明光は、波長が短いほど大きい入射角
で、前記偏光ビームスプリッターの分離面に入射する事
を特徴とする表示光学装置。
1. An illumination optical system including a color separation device that separates light from a light source aligned in a predetermined polarization direction in different directions for each predetermined wavelength region; A polarizing beam splitter that guides light to a reflective display panel and guides projection light from the reflective display panel to a projection optical system, wherein the separated illumination light has a larger incident angle as the wavelength is shorter. A display optical device, which is incident on a separation surface of a polarizing beam splitter.
【請求項2】 前記照明光学系は、前記光源からの光を
前記所定の偏光方向に揃えるための偏光変換装置を備え
た事を特徴とする請求項1に記載の表示光学装置。
2. The display optical device according to claim 1, wherein the illumination optical system includes a polarization conversion device for aligning light from the light source with the predetermined polarization direction.
【請求項3】 前記投影光は、波長が短いほど大きい入
射角で、前記偏光ビームスプリッターの分離面に入射す
る事を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表示光
学装置。
3. The display optical device according to claim 1, wherein the projection light is incident on the separation surface of the polarizing beam splitter at a larger incident angle as the wavelength is shorter.
【請求項4】 前記色分離装置と前記反射型表示パネル
との間に、該反射型表示パネルの絵素毎に一つのレンズ
が対応するマイクロレンズアレイを設け、前記反射型表
示パネルの画素の反射面上に、反射型回折格子を備えた
事を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
の表示光学装置。
4. A microlens array in which one lens corresponds to each picture element of the reflection type display panel between the color separation device and the reflection type display panel, and a pixel of the reflection type display panel is provided. 4. The display optical device according to claim 1, wherein a reflection type diffraction grating is provided on the reflection surface.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105739219A (en) * 2015-11-20 2016-07-06 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 Parallel light transmission imaging device in multi-sequence laser shadow photography system

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