JP2004061726A - 画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】投射型画像表示素子装置において実際に投射された画像を見ながら1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調節することなく、作業性を向上し、また調整機構を小型化する。
【解決手段】光源と、反射型液晶表示素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光源からの照明光を分離する偏光ビームスプリッターと、1/4位相差板と、投射レンズ系とを有し、前記1/4位相差板が前記1/4位相差板の進相軸または遅相軸が前記反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向にある状態で保持部材を介して前記偏光ビームスプリッターに固定されている偏光ビームスプリッターユニットからなる反射型画像投射装置。
【選択図】 図1
【解決手段】光源と、反射型液晶表示素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光源からの照明光を分離する偏光ビームスプリッターと、1/4位相差板と、投射レンズ系とを有し、前記1/4位相差板が前記1/4位相差板の進相軸または遅相軸が前記反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向にある状態で保持部材を介して前記偏光ビームスプリッターに固定されている偏光ビームスプリッターユニットからなる反射型画像投射装置。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は色合成光学素子及びそれを用いた投射型画像表示装置に関し、例えばカラー液晶パネルに基づく投射像原画をスクリーン面上に拡大投射するカラー液晶プロジェクターに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、入射した照明光を画像信号に応じて変調し反射して画像光を形成する反射型液晶表示素子と、偏光ビームスプリッターと、反射型液晶表示素子と偏光ビームスプリッターとのあいだに1/4位相差板を配置し、偏光ビームスプリッターと1/4位相差板とを接合した投射型画像表示装置は、特公平07−38050号公報などに提案されている。
【0003】
ここで、従来の投射型画像表示装置の構成例を図14に示す。101は光源、102は偏光ビームスプリッター、103は1/4位相差板、104は反射型液晶表示素子、105は入射光軸、106は反射光軸、107は1/4位相差板103の進相軸、108は1/4位相差板103の遅相軸、109は偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜、110は投射レンズである。光源101から出射した光は、偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜109によってS偏光を反射し、1/4位相板103を透過し、反射型液晶表示素子104に入射する。反射型液晶表示素子104で画像変調された光は1/4位相板103を透過し、偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜109によってP偏光のみ透過させ、投射レンズ109によって画像投射される。上記従来の投射型画像表示装置において、S偏光またはP偏光の光線が偏光ビームスプリッター102に対して斜めに入射する場合、偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜109を出射した光は偏光分離膜109への入射角度に応じて偏光方向が所定の方向(S偏光またはP偏光)から回転した直線偏光となるが、進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子104への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向にある理想的な1/4位相差板103を2度透過することにより、再び偏光ビームスプリッター102に入射した光は偏光分離膜109に対して所定の偏光方向(S偏光またはP偏光)となり、偏光分離膜109で完全に検光するような偏光方向となる。このとき1/4位相板103の光学的作用は、偏光ビームスプリッター102によって発生する入射角度に応じた偏光軸の回転を補正して、コントラストを向上させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型画像表示素子装置において投射された画像のコントラストを向上させる為に用いられる1/4位相差板は一般的に偏光ビームスプリッターと反射型液晶表示素子のあいだに設けられ、1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向と異なる場合は、偏光ビームスプリッターの偏光分離膜を出射した光が1/4位相差板を2度透過するとき入射偏光方向と進相軸または遅相軸方向が異なることで位相差が発生し、再び偏光ビームスプリッターに入射するとき偏光分離膜に対して所定の偏光方向から傾くことで完全に検光されず漏れ光が発生するために、1/4位相差板の進相軸または遅相軸を反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向にし偏光ビームスプリッターで理想的に検光され、前記投射前記投射型画像表示装置により実際に投影された画像の黒の光量が減少するように1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調整しなくてはならなかった。
【0005】
前記従来例においては1/4位相差板の調整方法に関する開示はなく、これまでは、1/4位相差板の調整は調整機構を投射型画像表示素子装置に設け、実際に投射型画像表示素子装置によって投射された画像を見ながらおこなわれるために作業性が悪く、調整機構が必要となり装置(投射型画像表示素子装置)が大型化してしまうという問題があった。
【0006】
また、公知例には偏光ビームスプリッターに1/4位相差板を固着した実施形態が開示されているが、一般に1/4位相差板を偏光ビームスプリッターに固着するときには1/4位相差板のフィルムの一方の面に接着剤を塗布し、偏光ビームスプリッターのプリズム面に直接固着する方法が用いられるが、この方法では1/4位相差板の進相軸と遅相軸を精度良く調整することができず、コントラストが低下するという問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明では、光源と、反射型液晶表示素子と、光源からの光を複数の光束に分割して均一強度化する光束分割系と、光源からの無偏光光を偏光方向の揃った光に変換する偏光変換素子と、偏光変換素子からの光を集光し反射型液晶表示素子に入射する光をテレセントリックな光とする集光レンズ系と、光源からの光を第1の波長領域と第2の波長領域の光に分離する色分離素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光を分離する偏光ビームスプリッターと、偏光ビームスプリッターと反射型液晶表示素子との間に設けられた1/4位相差板と、偏光ビームスプリッターとλ/4位相差板とを固定するために用いられるλ/4位相差板に固着された第1の板保持部材と、偏光ビームスプリッターに固着された第2の保持部材と、投射レンズ系とからなる反射型画像投射装置において、
1/4位相差板はλ/4位相差板に固着された第1の板保持部材と偏光ビームスプリッターに固着された第2の保持部材とを接着することで偏光ビームスプリッターに固定しており、1/4位相差板の進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交している。1/4位相差板は偏光ビームスプリッターに固定する際に、1/4位相差板の進相軸または遅相軸の位置は調整する必要があり、本件で考案した1/4位相差板の遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置によっておこなわれる。
【0008】
ここで、上記構成の1/4位相差板の遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を図6で説明する。9aは偏光ビームスプリッター、9a1は偏光分離膜、12gは1/4位相差板、13gaは1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材、13gbは偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材、15は反射ミラー、16はLEDなどの光源、17は光源からの照明光を集光するための集光レンズ、18は偏光ビームスプリッターに入射する偏光方向を揃える偏光子、19は偏光ビームスプリッター9aから出射した偏光成分を調べる検光子、20は光量測定器、21は光量測定器20の受光面に光を集光するためのレンズである。つぎに、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置の光学的な作用について述べる。光源16から出射した無偏光の光は集光レンズ17によって集光された後、偏光子18によってS偏光に揃えられ偏光ビームスプリッター9aに入射される。偏光ビームスプリッター9aを反射した光は遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し反射ミラー15を反射し再び遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し、偏光ビームスプリッター9aに入射する。さらに偏光ビームスプリッター9aを透過した光を検光子19でP偏光成分を検光し、レンズ21で集光した後、光量測定器20で光量測定する。
【0009】
ここで、一般的に1/4位相差板は、1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向と異なる場合は、偏光ビームスプリッターの偏光分離膜を出射した光が1/4位相差板を2度透過するとき入射偏光方向と進相軸または遅相軸方向が異なることで位相差が発生し、再び偏光ビームスプリッターに入射するとき偏光分離膜に対して所定の偏光方向から傾くことで完全に検光されず漏れ光が発生する。
【0010】
ここで、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置による1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸の調整方法について述べる。検光子19の偏光軸は1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸が調整されていないことによって発生する漏れ光の偏光成分であるP偏光方向にする。ここで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整し1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向とすることでP偏光成分は発生しないことから、光量測定器20での測定値が減少するように1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整することで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸の位置を決めることが可能となる。
【0011】
次に1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整したのち、1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材13gaと偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材13gbとを接着面13gcで接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aと固定し、保持部材13ga,13gbを介して固定された1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aのユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0012】
以上のように、簡易的な光学装置(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)を用いて1/4位相差板の遅相軸または進相軸の調整をおこない、偏光ビームスプリッターの偏光分離面と1/4位相差板の遅相軸または進相軸との位置を固定することで、投射型画像表示素子装置において実際に投射された画像を見ながら1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調節する必要がなく、作業性が向上し、調整機構(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)小型化できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施形態1
図1には、本発明の第1実施形態である反射型画像変調装置を示している。図中、1は高圧水銀ランプなどからなる光源、2は光源1から光を所定の方向に放射するためのリフレクター、3は均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのインテグレーターであり、フライアイレンズ3a、3bから構成されており、4は無偏光な光を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子であり、偏光分離膜4aと反射膜4bと1/2位相差板4cとから構成されており、5は照明光を集光するコンデンサーレンズ、6はミラー、7は照明光をテレセントリックな光にするフィールドレンズ、8は緑の波長領域光を透過するダイクロイックミラー、9a1、9b1、9c1はそれぞれS偏光を反射してP偏光を透過させる特性をもつ偏光分離膜、9a、9b、9cはそれぞれ偏光分離膜9a1、9b1、9c1を有する偏光ビームスプリッター、10a、10bはそれぞれ所定波長領域の光の偏光方向を90°変換(回転)する色選択性位相差板、11r、11g、11bはそれぞれ入射した照明光を反射するとともに画像信号に応じて変調して画像光を形成する反射型液晶表示素子、12r、12g、12bはそれぞれ1/4位相差板、13ra、13ga、13baはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる1/4位相差板12r、12g、12bに固着された第1の保持部材、13rb、13gb、13bbはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる偏光ビームスプリッター9a、9b、9cに固着された第2の保持部材であり、14は投射レンズ系である。
【0014】
次に、上記構成の光学的な作用を説明する。光源1から出射した光はリフレクター2によりフライアイレンズ3aの方向に集光される。この光束は、フライアイレンズ3aにより複数の光束に分割された後、複数の光束はフライアイレンズ3b、コンデンサーレンズ5およびフィールドレンズ7の作用によって各反射型液晶表示素子11r、11g、11b上に重ね合わされ、均一な照明強度の照明領域を各反射型液晶表示素子11r、11g、11b上に形成する。また、このときフライアイレンズ3bから出射した多数の光束はそれぞれの光束に対応した偏光分離膜4aでP偏光とS偏光とに分離される。P偏光は1/2位相差板4cによりS偏光と同方向の偏光成分に変換され、S偏光は反射膜4bにより反射される。これにより、フライアイレンズ3bから出射した多数の光束は、所定の偏光方向を有する光として同一方向に出射される。偏光変換素子4によりほぼS偏光にそろえられた光は、緑の波長領域光を透過するダイクロイックミラー8(図2に透過曲線を示す)に入射し、緑の波長領域光は透過し、赤と青の波長領域光は反射する。ダイクロイックミラー8を透過した緑領域光は偏光ビームスプリッター9aに入射し、偏光分離膜9a1において反射して、1/4位相差板12gを透過し、反射型液晶表示素子11gに入射する。一方、ダイクロイックミラー8を反射した赤と青の波長領域光は、第1の色選択性位相差板10aによって青の波長領域光のみ偏光方向を90°変換されてP偏光となり、赤の波長領域光はS偏光のままで、偏光ビームスプリッター9bに入射する。ここで、第1の色選択性位相差板10aの特性を図3に示す。点線の曲線が入射偏光方向に対して直交した偏光方向の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平行な偏光方向の透過率を示す。偏光ビームスプリッター9bの偏光分離膜9b1において、P偏光である青の波長領域光は透過し、S偏光である赤の波長領域光は反射する。これにより、互いに偏光方向が直交する赤と青の波長領域光に分離される。偏光ビームスプリッター9bを反射した赤の波長領域光は、1/4位相差板12rを透過し、反射型液晶表示素子11rに入射し、偏光ビームスプリッター9bを透過した青の波長領域光は、1/4位相差板12gを透過し、反射型液晶表示素子11gに入射する。さらに、反射型液晶表示素子11gによって変調され反射した緑の波長領域光は、P偏光となって偏光ビームスプリッター9a、9cを透過する。また、反射型液晶表示素子11rによって変調され反射した赤の波長領域光は、P偏光となって偏光ビームスプリッター9bを透過し、第2の色選択性位相差板10bに入射する。ここで、第2の色選択性位相差板10bの特性を図4に示す。点線の曲線が入射偏光方向に対して直交した偏光方向の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平行な偏光方向の透過率を示す。また反射型液晶表示素子11bによって変調され反射した青の波長領域光は、S偏光となって偏光ビームスプリッター9bを反射し、第2の色選択性位相差板10bに入射する。赤の波長領域光のみ偏光方向を90°変換する第2の色選択性位相差板10bに入射した赤と青の波長領域光は第2の色選択性位相差板10bにより赤の波長領域光のみ偏光方向を90°変換されてS偏光となり、青の波長領域光はS偏光のままで、偏光ビームスプリッター9cに入射し、反射する。そして、RGBの全波長領域の光は偏光ビームスプリッター9cによって合成され、投射レンズ14に導かれ、不図示のスクリーン等に投射される。
【0015】
このとき、図1で示した1/4位相差板12gは第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbとを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図5a、図5b、図5c、図5d)で説明する。図5aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの側面12gaと入射面12gbとに固着された第1の保持部材13gaと、偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと出射面9abとに固着された第2の保持部材13gbとを接着面13gcでUV硬化剤等の接着剤を用いて接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。
【0016】
また、図5bは、第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbとを斜めから見た図で、第1の保持部材13gaの面13gaa(十字斜線部)は1/4位相差板12gの側面12gaと固着する面で、面13gab(斜線部)は1/4位相差板12gの入射面12gbと固着する面である。第2の保持部材13gbの面13gba(十字斜線部)は偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと固着する面で、面13gbb(斜線部)は偏光ビームスプリッター9aの出射面9abと固着する面で、第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbの接着面13gc(太線内)を接着することで、1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定する。図5cは1/4位相差板12gと第1の保持部材13gaとを反射型液晶表示素子11g側から見た図である。図5dは1/4位相差板12gと第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれ第1の保持部材13ra、13baと第2の保持部材13rb,13bbとを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。また、それぞれ第1の保持部材13ra,13ga,13baと第2の保持部材13rb,13gb,13bbは照明有効領域外に配置している。
【0017】
このとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子11gへの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交している。また、1/4位相差板12g は偏光ビームスプリッター9aに固定する際に、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は調整する必要があり、本件で考案した1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図6)によっておこなわれる。
【0018】
ここで、上記構成の1/4位相差板12r,12g,12bの遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を図6で説明する。なお、図1に示した反射型画像変調装置と共通する構成要素には同じ符号を付している。15は反射ミラー、16はLEDなどの光源、17は光源からの照明光を集光するための第1の集光レンズ、18は偏光ビームスプリッターに入射する偏光方向を揃える偏光子、19は偏光ビームスプリッター9aから出射した偏光成分を調べる検光子、20は光量測定器、21は光量測定器20の受光面に光を集光するための第2の集光レンズである。つぎに、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置の光学的な作用について述べる。光源16から出射した無偏光の光は第1の集光レンズ17によって集光された後、偏光子18によってS偏光に揃えられ偏光ビームスプリッター9aに入射される。偏光ビームスプリッター9aを反射した光は遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し反射ミラー15を反射し再び遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し、偏光ビームスプリッター9aに入射する。さらに偏光ビームスプリッター9aを透過した光を検光子19でP偏光成分を検光し、レンズ21で集光した後、光量測定器20で光量測定する。
【0019】
ここで、実際の1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置においては、偏光子18によりS偏光に揃えられた光は偏光ビームスプリッター9aを反射して、さらに1/4位相差板12gを2度透過するとき1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸が調整されていない(1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向と異なる)ことにより位相差が発生し、偏光ビームスプリッター9aの偏光分離膜9a1に対して理想的な偏光方向(S偏光方向)から傾きP偏光方向の偏光成分が発生することで、P偏光方向の偏光成分の光が偏光ビームスプリッター9aで検光されず透過することとなる。
【0020】
ここで、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置による1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸の調整方法について述べる。検光子19の偏光軸は1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸が調整されていないことによって発生する漏れ光の偏光方向であるP偏光方向にする。ここで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整し1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向とすることでP偏光成分は発生しないことから、光量測定器20での測定値が減少するように1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整することで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸の位置を決めることが可能となる。
【0021】
次に1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整したのち、1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材13gaと偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材13gbとを接着面13gcで接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、それぞれ第1の保持部材13ra,13baと第2の保持部材13rb,13bbとを介して固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0022】
実施形態2
図7には、本発明の第2実施形態である反射型画像変調装置を示している。なお、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成要素には第1実施形態と同じ符号を付している。
【0023】
13rd、13gd、13bdはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる1/4位相差板12r、12g、12bに固着された保持部材である。
このとき、図7で示した1/4位相差板12gは保持部材13gdを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図8a、図8b、図8c、図8d)で説明する。図8aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの側面12gaと入射面12gbとに固着された保持部材13gdと偏光ビームスプリッター9aの出射面9abとを接着面13gcでUV硬化剤等の接着剤を用いて接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。
【0024】
また、図8bは、保持部材13gdを斜めから見た図で、面13gda(十字斜線部)は1/4位相差板12gの側面12gaと固着する面で、面13gdb(斜線部)は1/4位相差板12gの入射面12gbと固着する面で、保持部材13gdの接着面13gc(太線内)と偏光ビームスプリッター9aの出射面9abとを接着することで、1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定する。図8cは1/4位相差板12gと保持部材13gdとを反射型液晶表示素子11g側から見た図である。図8dは1/4位相差板12gと保持部材13gdと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれ保持部材13rd、13bdを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。また、それぞれ保持部材13rd,13gd,13bdは照明有効領域外に配置する。
【0025】
このとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子11gへの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する位置で偏光ビームスプリッター9aに固定されている。また、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は実施形態1と同様に、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図6)によっておこなわれ、遅相軸または進相軸が調整された1/4位相差板12gは、1/4位相差板12gに固着された保持部材13gdと偏光ビームスプリッター9aとを接着面13gcで接着することで偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、それぞれ保持部材13rd,13bdを介して固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0026】
実施形態3
図9には、本発明の第2実施形態である反射型画像変調装置を示している。なお、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成要素には第1実施形態と同じ符号を付している。
【0027】
13re、13ge、13beはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる1/4位相差板12r、12g、12bに固着された第1の保持部材、13rf、13gf、13bfはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる偏光ビームスプリッター9a、9b、9cに固着された第2の保持部材、13rg,13gg,13bgははそれぞれ第1の保持部材13re、13ge、13beと第2の保持部材13rf、13gf、13bfとを固定するために用いられるネジ部材である。
【0028】
このとき、図9で示した1/4位相差板12gは第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfとを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図10a、図10b、図10c、図10d)で説明する。
図10aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの側面12gaと入射面12gbとに固着された第1の保持部材13geと、偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと出射面9abとに固着された第2の保持部材13gfとをねじ部材13ggでねじ止めすることで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。 図10bは、第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfとを斜めから見た図で、第1の保持部材13geの面13geaは1/4位相差板12gの側面12gaと固着する面で、面13gebは1/4位相差板12gの入射面12gbと固着する面で、第2の保持部材13gfの面13gfaは偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと固着する面で、面13gfbは偏光ビームスプリッター9aの出射面9abと固着する面で、13ggは第2の保持部材13gfに固定されたねじで、13ghは1/4位相差板の同心円状に第1の保持部材13geをスライドすることのできるスライド穴で、スライド穴13ghにねじ13ggを挿入しナット13gh1で固定する構成である。このとき第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfは接面13gc(太線内)で接している。図10cは1/4位相差板12gと第1の保持部材13geとを反射型液晶表示素子11g側から見た図である。図10dは1/4位相差板12gと第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれ第1の保持部材13re、13beと第2の保持部材13rf,13bfとを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。また、それぞれ第1の保持部材13re,13ge,13beと第2の保持部材13rf,13gf,13bfは照明有効領域外に配置する。
【0029】
またこのとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は実施形態1と同様に、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図6)によっておこなわれ、遅相軸または進相軸が調整された1/4位相差板12gは、1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材13geと偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材13gfとをねじ13ggによってねじ止めすることで偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、それぞれ第1の保持部材13re,13beと第2の保持部材13rf,13bfとを介して固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0030】
実施形態4
図11には、本発明の第4実施形態である反射型画像変調装置を示している。なお、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成要素には第1実施形態と同じ符号を付している。
【0031】
13rj、13gj、13bjはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられるガラス板からなる保持部材である。
【0032】
このとき、図11で示した1/4位相差板12gはガラス保持部材13gjを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図12a、図12b、図12c)で説明する。図12aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの入射面12gbは接合面でガラス保持部材13gjの接合面13gjaと接合し、偏光ビームスプリッター9aの出射面9abは接合面でガラス保持部材13gjの接合面13gjbと接合することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。
【0033】
また、図8bは1/4位相差板12gとガラス保持部材13gjと偏光ビームスプリッター9aとを斜めから見た図で、面13gja(斜線部)は1/4位相差板12gの入射面12gb(太線内)と固着する面で、面13gjb(1/4位相差板12gの偏光ビームスプリッター側の面)は偏光ビームスプリッター9aの出射面9abと固着する面である。図12cは1/4位相差板12gとガラス保持部材13gjと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれガラス保持部材13rj、13bjを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。
【0034】
このとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子11gへの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する位置で偏光ビームスプリッター9aに固定されている。
【0035】
またこのとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は実施形態1と同様に、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図13)によっておこなわれる。実施形態1で述べた図6の1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置と共通する構成要素には同じ符号を付している。13gjは1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定するために用いるガラス保持部材で、1/4位相差板12gの入射面12gbとガラス保持部材13gjの接合面13gjaとは接合している。1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図13)によって、接合することで一体化した1/4位相差板12gとガラス保持部材13gjを1/4位相差板12gの遅相軸と進相軸平面内で回転させて1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整した後、偏光ビームスプリッター9aと接合することで偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0036】
また、ガラス保持部材13rj、13gj、13bjの代わりに、反射型液晶表示素子が黒表示状態において発生する位相差を補正する複屈折性位相補償板をもちいた構成としても良い。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射型液晶表示素子と、偏光ビームスプリッターと、反射型液晶表示素子と偏光ビームスプリッターとの間に設けられたλ/4位相差板を有する投射型画像表示素子装置において、λ/4位相差板の進相軸または遅相軸を調節するための簡易的な光学装置(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)を用いて1/4位相差板の遅相軸または進相軸の調整をおこない、偏光ビームスプリッターの偏光分離面と1/4位相差板の遅相軸または進相軸との位置を固定することで、投射型画像表示素子装置において実際に投射された画像を見ながら1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調節する必要がなくなり、作業性が向上し、また調整機構(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態を説明する図。
【図2】第1の実施形態のダイクロイックミラーの特性を示す図。
【図3】第1の実施形態の第1の色選択性位相差板の特性を示す図。
【図4】第1の実施形態の第2の色選択性位相差板の特性を示す図。
【図5】第1の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図6】第1の実施形態の1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調整するための、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を説明する図。
【図7】第2の実施形態を説明する図。
【図8】第2の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図9】第3の実施形態を説明する図。
【図10】第3の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図11】第4の実施形態を説明する図。
【図12】第4の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図13】第4の実施形態の1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調整するための、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を説明する図。
【図14】従来例を説明する図。
【符号の説明】
1 光源
2 リフレクター
3 フライアイインテグレーター
4 偏光変換素子
5 コンデンサーレンズ
6 ミラー
7 フィールドレンズ
8 ダイクロイックミラー
9a1,9b1,9c1 偏光分離膜
9a,9b,9c 偏光ビームスプリッター
10a,10b 色選択性位相差板
11r,11g,11b反射型液晶表示素子
12r,12g,12b 1/4位相差板
13 1/4位相差板保持部材
14 投射レンズ
15 ミラー
16 LED等の光源
17 レンズ
18 偏光子
19 検光子
20 光量測定器、
21 レンズ
101 光源
102 偏光ビームスプリッター
103 1/4位相差板
104 反射型液晶表示素子
105 入射光軸
106 反射光軸
107 1/4位相差板の進相軸
108 1/4位相差板の遅相軸
109 投射レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は色合成光学素子及びそれを用いた投射型画像表示装置に関し、例えばカラー液晶パネルに基づく投射像原画をスクリーン面上に拡大投射するカラー液晶プロジェクターに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、入射した照明光を画像信号に応じて変調し反射して画像光を形成する反射型液晶表示素子と、偏光ビームスプリッターと、反射型液晶表示素子と偏光ビームスプリッターとのあいだに1/4位相差板を配置し、偏光ビームスプリッターと1/4位相差板とを接合した投射型画像表示装置は、特公平07−38050号公報などに提案されている。
【0003】
ここで、従来の投射型画像表示装置の構成例を図14に示す。101は光源、102は偏光ビームスプリッター、103は1/4位相差板、104は反射型液晶表示素子、105は入射光軸、106は反射光軸、107は1/4位相差板103の進相軸、108は1/4位相差板103の遅相軸、109は偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜、110は投射レンズである。光源101から出射した光は、偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜109によってS偏光を反射し、1/4位相板103を透過し、反射型液晶表示素子104に入射する。反射型液晶表示素子104で画像変調された光は1/4位相板103を透過し、偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜109によってP偏光のみ透過させ、投射レンズ109によって画像投射される。上記従来の投射型画像表示装置において、S偏光またはP偏光の光線が偏光ビームスプリッター102に対して斜めに入射する場合、偏光ビームスプリッター102の偏光分離膜109を出射した光は偏光分離膜109への入射角度に応じて偏光方向が所定の方向(S偏光またはP偏光)から回転した直線偏光となるが、進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子104への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向にある理想的な1/4位相差板103を2度透過することにより、再び偏光ビームスプリッター102に入射した光は偏光分離膜109に対して所定の偏光方向(S偏光またはP偏光)となり、偏光分離膜109で完全に検光するような偏光方向となる。このとき1/4位相板103の光学的作用は、偏光ビームスプリッター102によって発生する入射角度に応じた偏光軸の回転を補正して、コントラストを向上させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型画像表示素子装置において投射された画像のコントラストを向上させる為に用いられる1/4位相差板は一般的に偏光ビームスプリッターと反射型液晶表示素子のあいだに設けられ、1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向と異なる場合は、偏光ビームスプリッターの偏光分離膜を出射した光が1/4位相差板を2度透過するとき入射偏光方向と進相軸または遅相軸方向が異なることで位相差が発生し、再び偏光ビームスプリッターに入射するとき偏光分離膜に対して所定の偏光方向から傾くことで完全に検光されず漏れ光が発生するために、1/4位相差板の進相軸または遅相軸を反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向にし偏光ビームスプリッターで理想的に検光され、前記投射前記投射型画像表示装置により実際に投影された画像の黒の光量が減少するように1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調整しなくてはならなかった。
【0005】
前記従来例においては1/4位相差板の調整方法に関する開示はなく、これまでは、1/4位相差板の調整は調整機構を投射型画像表示素子装置に設け、実際に投射型画像表示素子装置によって投射された画像を見ながらおこなわれるために作業性が悪く、調整機構が必要となり装置(投射型画像表示素子装置)が大型化してしまうという問題があった。
【0006】
また、公知例には偏光ビームスプリッターに1/4位相差板を固着した実施形態が開示されているが、一般に1/4位相差板を偏光ビームスプリッターに固着するときには1/4位相差板のフィルムの一方の面に接着剤を塗布し、偏光ビームスプリッターのプリズム面に直接固着する方法が用いられるが、この方法では1/4位相差板の進相軸と遅相軸を精度良く調整することができず、コントラストが低下するという問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明では、光源と、反射型液晶表示素子と、光源からの光を複数の光束に分割して均一強度化する光束分割系と、光源からの無偏光光を偏光方向の揃った光に変換する偏光変換素子と、偏光変換素子からの光を集光し反射型液晶表示素子に入射する光をテレセントリックな光とする集光レンズ系と、光源からの光を第1の波長領域と第2の波長領域の光に分離する色分離素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光を分離する偏光ビームスプリッターと、偏光ビームスプリッターと反射型液晶表示素子との間に設けられた1/4位相差板と、偏光ビームスプリッターとλ/4位相差板とを固定するために用いられるλ/4位相差板に固着された第1の板保持部材と、偏光ビームスプリッターに固着された第2の保持部材と、投射レンズ系とからなる反射型画像投射装置において、
1/4位相差板はλ/4位相差板に固着された第1の板保持部材と偏光ビームスプリッターに固着された第2の保持部材とを接着することで偏光ビームスプリッターに固定しており、1/4位相差板の進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交している。1/4位相差板は偏光ビームスプリッターに固定する際に、1/4位相差板の進相軸または遅相軸の位置は調整する必要があり、本件で考案した1/4位相差板の遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置によっておこなわれる。
【0008】
ここで、上記構成の1/4位相差板の遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を図6で説明する。9aは偏光ビームスプリッター、9a1は偏光分離膜、12gは1/4位相差板、13gaは1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材、13gbは偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材、15は反射ミラー、16はLEDなどの光源、17は光源からの照明光を集光するための集光レンズ、18は偏光ビームスプリッターに入射する偏光方向を揃える偏光子、19は偏光ビームスプリッター9aから出射した偏光成分を調べる検光子、20は光量測定器、21は光量測定器20の受光面に光を集光するためのレンズである。つぎに、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置の光学的な作用について述べる。光源16から出射した無偏光の光は集光レンズ17によって集光された後、偏光子18によってS偏光に揃えられ偏光ビームスプリッター9aに入射される。偏光ビームスプリッター9aを反射した光は遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し反射ミラー15を反射し再び遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し、偏光ビームスプリッター9aに入射する。さらに偏光ビームスプリッター9aを透過した光を検光子19でP偏光成分を検光し、レンズ21で集光した後、光量測定器20で光量測定する。
【0009】
ここで、一般的に1/4位相差板は、1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向と異なる場合は、偏光ビームスプリッターの偏光分離膜を出射した光が1/4位相差板を2度透過するとき入射偏光方向と進相軸または遅相軸方向が異なることで位相差が発生し、再び偏光ビームスプリッターに入射するとき偏光分離膜に対して所定の偏光方向から傾くことで完全に検光されず漏れ光が発生する。
【0010】
ここで、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置による1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸の調整方法について述べる。検光子19の偏光軸は1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸が調整されていないことによって発生する漏れ光の偏光成分であるP偏光方向にする。ここで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整し1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向とすることでP偏光成分は発生しないことから、光量測定器20での測定値が減少するように1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整することで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸の位置を決めることが可能となる。
【0011】
次に1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整したのち、1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材13gaと偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材13gbとを接着面13gcで接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aと固定し、保持部材13ga,13gbを介して固定された1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aのユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0012】
以上のように、簡易的な光学装置(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)を用いて1/4位相差板の遅相軸または進相軸の調整をおこない、偏光ビームスプリッターの偏光分離面と1/4位相差板の遅相軸または進相軸との位置を固定することで、投射型画像表示素子装置において実際に投射された画像を見ながら1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調節する必要がなく、作業性が向上し、調整機構(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)小型化できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施形態1
図1には、本発明の第1実施形態である反射型画像変調装置を示している。図中、1は高圧水銀ランプなどからなる光源、2は光源1から光を所定の方向に放射するためのリフレクター、3は均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのインテグレーターであり、フライアイレンズ3a、3bから構成されており、4は無偏光な光を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子であり、偏光分離膜4aと反射膜4bと1/2位相差板4cとから構成されており、5は照明光を集光するコンデンサーレンズ、6はミラー、7は照明光をテレセントリックな光にするフィールドレンズ、8は緑の波長領域光を透過するダイクロイックミラー、9a1、9b1、9c1はそれぞれS偏光を反射してP偏光を透過させる特性をもつ偏光分離膜、9a、9b、9cはそれぞれ偏光分離膜9a1、9b1、9c1を有する偏光ビームスプリッター、10a、10bはそれぞれ所定波長領域の光の偏光方向を90°変換(回転)する色選択性位相差板、11r、11g、11bはそれぞれ入射した照明光を反射するとともに画像信号に応じて変調して画像光を形成する反射型液晶表示素子、12r、12g、12bはそれぞれ1/4位相差板、13ra、13ga、13baはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる1/4位相差板12r、12g、12bに固着された第1の保持部材、13rb、13gb、13bbはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる偏光ビームスプリッター9a、9b、9cに固着された第2の保持部材であり、14は投射レンズ系である。
【0014】
次に、上記構成の光学的な作用を説明する。光源1から出射した光はリフレクター2によりフライアイレンズ3aの方向に集光される。この光束は、フライアイレンズ3aにより複数の光束に分割された後、複数の光束はフライアイレンズ3b、コンデンサーレンズ5およびフィールドレンズ7の作用によって各反射型液晶表示素子11r、11g、11b上に重ね合わされ、均一な照明強度の照明領域を各反射型液晶表示素子11r、11g、11b上に形成する。また、このときフライアイレンズ3bから出射した多数の光束はそれぞれの光束に対応した偏光分離膜4aでP偏光とS偏光とに分離される。P偏光は1/2位相差板4cによりS偏光と同方向の偏光成分に変換され、S偏光は反射膜4bにより反射される。これにより、フライアイレンズ3bから出射した多数の光束は、所定の偏光方向を有する光として同一方向に出射される。偏光変換素子4によりほぼS偏光にそろえられた光は、緑の波長領域光を透過するダイクロイックミラー8(図2に透過曲線を示す)に入射し、緑の波長領域光は透過し、赤と青の波長領域光は反射する。ダイクロイックミラー8を透過した緑領域光は偏光ビームスプリッター9aに入射し、偏光分離膜9a1において反射して、1/4位相差板12gを透過し、反射型液晶表示素子11gに入射する。一方、ダイクロイックミラー8を反射した赤と青の波長領域光は、第1の色選択性位相差板10aによって青の波長領域光のみ偏光方向を90°変換されてP偏光となり、赤の波長領域光はS偏光のままで、偏光ビームスプリッター9bに入射する。ここで、第1の色選択性位相差板10aの特性を図3に示す。点線の曲線が入射偏光方向に対して直交した偏光方向の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平行な偏光方向の透過率を示す。偏光ビームスプリッター9bの偏光分離膜9b1において、P偏光である青の波長領域光は透過し、S偏光である赤の波長領域光は反射する。これにより、互いに偏光方向が直交する赤と青の波長領域光に分離される。偏光ビームスプリッター9bを反射した赤の波長領域光は、1/4位相差板12rを透過し、反射型液晶表示素子11rに入射し、偏光ビームスプリッター9bを透過した青の波長領域光は、1/4位相差板12gを透過し、反射型液晶表示素子11gに入射する。さらに、反射型液晶表示素子11gによって変調され反射した緑の波長領域光は、P偏光となって偏光ビームスプリッター9a、9cを透過する。また、反射型液晶表示素子11rによって変調され反射した赤の波長領域光は、P偏光となって偏光ビームスプリッター9bを透過し、第2の色選択性位相差板10bに入射する。ここで、第2の色選択性位相差板10bの特性を図4に示す。点線の曲線が入射偏光方向に対して直交した偏光方向の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平行な偏光方向の透過率を示す。また反射型液晶表示素子11bによって変調され反射した青の波長領域光は、S偏光となって偏光ビームスプリッター9bを反射し、第2の色選択性位相差板10bに入射する。赤の波長領域光のみ偏光方向を90°変換する第2の色選択性位相差板10bに入射した赤と青の波長領域光は第2の色選択性位相差板10bにより赤の波長領域光のみ偏光方向を90°変換されてS偏光となり、青の波長領域光はS偏光のままで、偏光ビームスプリッター9cに入射し、反射する。そして、RGBの全波長領域の光は偏光ビームスプリッター9cによって合成され、投射レンズ14に導かれ、不図示のスクリーン等に投射される。
【0015】
このとき、図1で示した1/4位相差板12gは第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbとを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図5a、図5b、図5c、図5d)で説明する。図5aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの側面12gaと入射面12gbとに固着された第1の保持部材13gaと、偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと出射面9abとに固着された第2の保持部材13gbとを接着面13gcでUV硬化剤等の接着剤を用いて接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。
【0016】
また、図5bは、第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbとを斜めから見た図で、第1の保持部材13gaの面13gaa(十字斜線部)は1/4位相差板12gの側面12gaと固着する面で、面13gab(斜線部)は1/4位相差板12gの入射面12gbと固着する面である。第2の保持部材13gbの面13gba(十字斜線部)は偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと固着する面で、面13gbb(斜線部)は偏光ビームスプリッター9aの出射面9abと固着する面で、第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbの接着面13gc(太線内)を接着することで、1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定する。図5cは1/4位相差板12gと第1の保持部材13gaとを反射型液晶表示素子11g側から見た図である。図5dは1/4位相差板12gと第1の保持部材13gaと第2の保持部材13gbと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれ第1の保持部材13ra、13baと第2の保持部材13rb,13bbとを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。また、それぞれ第1の保持部材13ra,13ga,13baと第2の保持部材13rb,13gb,13bbは照明有効領域外に配置している。
【0017】
このとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子11gへの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交している。また、1/4位相差板12g は偏光ビームスプリッター9aに固定する際に、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は調整する必要があり、本件で考案した1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図6)によっておこなわれる。
【0018】
ここで、上記構成の1/4位相差板12r,12g,12bの遅相軸または進相軸を調整するための1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を図6で説明する。なお、図1に示した反射型画像変調装置と共通する構成要素には同じ符号を付している。15は反射ミラー、16はLEDなどの光源、17は光源からの照明光を集光するための第1の集光レンズ、18は偏光ビームスプリッターに入射する偏光方向を揃える偏光子、19は偏光ビームスプリッター9aから出射した偏光成分を調べる検光子、20は光量測定器、21は光量測定器20の受光面に光を集光するための第2の集光レンズである。つぎに、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置の光学的な作用について述べる。光源16から出射した無偏光の光は第1の集光レンズ17によって集光された後、偏光子18によってS偏光に揃えられ偏光ビームスプリッター9aに入射される。偏光ビームスプリッター9aを反射した光は遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し反射ミラー15を反射し再び遅相軸または進相軸が調整されていない1/4位相差板12gを透過し、偏光ビームスプリッター9aに入射する。さらに偏光ビームスプリッター9aを透過した光を検光子19でP偏光成分を検光し、レンズ21で集光した後、光量測定器20で光量測定する。
【0019】
ここで、実際の1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置においては、偏光子18によりS偏光に揃えられた光は偏光ビームスプリッター9aを反射して、さらに1/4位相差板12gを2度透過するとき1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸が調整されていない(1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向と異なる)ことにより位相差が発生し、偏光ビームスプリッター9aの偏光分離膜9a1に対して理想的な偏光方向(S偏光方向)から傾きP偏光方向の偏光成分が発生することで、P偏光方向の偏光成分の光が偏光ビームスプリッター9aで検光されず透過することとなる。
【0020】
ここで、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置による1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸の調整方法について述べる。検光子19の偏光軸は1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸が調整されていないことによって発生する漏れ光の偏光方向であるP偏光方向にする。ここで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整し1/4位相差板の進相軸または遅相軸が反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向とすることでP偏光成分は発生しないことから、光量測定器20での測定値が減少するように1/4位相板12gの進相軸または遅相軸を調整することで、1/4位相板12gの進相軸または遅相軸の位置を決めることが可能となる。
【0021】
次に1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整したのち、1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材13gaと偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材13gbとを接着面13gcで接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、それぞれ第1の保持部材13ra,13baと第2の保持部材13rb,13bbとを介して固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0022】
実施形態2
図7には、本発明の第2実施形態である反射型画像変調装置を示している。なお、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成要素には第1実施形態と同じ符号を付している。
【0023】
13rd、13gd、13bdはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる1/4位相差板12r、12g、12bに固着された保持部材である。
このとき、図7で示した1/4位相差板12gは保持部材13gdを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図8a、図8b、図8c、図8d)で説明する。図8aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの側面12gaと入射面12gbとに固着された保持部材13gdと偏光ビームスプリッター9aの出射面9abとを接着面13gcでUV硬化剤等の接着剤を用いて接着することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。
【0024】
また、図8bは、保持部材13gdを斜めから見た図で、面13gda(十字斜線部)は1/4位相差板12gの側面12gaと固着する面で、面13gdb(斜線部)は1/4位相差板12gの入射面12gbと固着する面で、保持部材13gdの接着面13gc(太線内)と偏光ビームスプリッター9aの出射面9abとを接着することで、1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定する。図8cは1/4位相差板12gと保持部材13gdとを反射型液晶表示素子11g側から見た図である。図8dは1/4位相差板12gと保持部材13gdと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれ保持部材13rd、13bdを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。また、それぞれ保持部材13rd,13gd,13bdは照明有効領域外に配置する。
【0025】
このとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子11gへの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する位置で偏光ビームスプリッター9aに固定されている。また、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は実施形態1と同様に、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図6)によっておこなわれ、遅相軸または進相軸が調整された1/4位相差板12gは、1/4位相差板12gに固着された保持部材13gdと偏光ビームスプリッター9aとを接着面13gcで接着することで偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、それぞれ保持部材13rd,13bdを介して固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0026】
実施形態3
図9には、本発明の第2実施形態である反射型画像変調装置を示している。なお、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成要素には第1実施形態と同じ符号を付している。
【0027】
13re、13ge、13beはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる1/4位相差板12r、12g、12bに固着された第1の保持部材、13rf、13gf、13bfはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられる偏光ビームスプリッター9a、9b、9cに固着された第2の保持部材、13rg,13gg,13bgははそれぞれ第1の保持部材13re、13ge、13beと第2の保持部材13rf、13gf、13bfとを固定するために用いられるネジ部材である。
【0028】
このとき、図9で示した1/4位相差板12gは第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfとを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図10a、図10b、図10c、図10d)で説明する。
図10aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの側面12gaと入射面12gbとに固着された第1の保持部材13geと、偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと出射面9abとに固着された第2の保持部材13gfとをねじ部材13ggでねじ止めすることで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。 図10bは、第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfとを斜めから見た図で、第1の保持部材13geの面13geaは1/4位相差板12gの側面12gaと固着する面で、面13gebは1/4位相差板12gの入射面12gbと固着する面で、第2の保持部材13gfの面13gfaは偏光ビームスプリッター9aの側面9aaと固着する面で、面13gfbは偏光ビームスプリッター9aの出射面9abと固着する面で、13ggは第2の保持部材13gfに固定されたねじで、13ghは1/4位相差板の同心円状に第1の保持部材13geをスライドすることのできるスライド穴で、スライド穴13ghにねじ13ggを挿入しナット13gh1で固定する構成である。このとき第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfは接面13gc(太線内)で接している。図10cは1/4位相差板12gと第1の保持部材13geとを反射型液晶表示素子11g側から見た図である。図10dは1/4位相差板12gと第1の保持部材13geと第2の保持部材13gfと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれ第1の保持部材13re、13beと第2の保持部材13rf,13bfとを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。また、それぞれ第1の保持部材13re,13ge,13beと第2の保持部材13rf,13gf,13bfは照明有効領域外に配置する。
【0029】
またこのとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は実施形態1と同様に、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図6)によっておこなわれ、遅相軸または進相軸が調整された1/4位相差板12gは、1/4位相差板12gに固着された第1の保持部材13geと偏光ビームスプリッター9aに固着された第2の保持部材13gfとをねじ13ggによってねじ止めすることで偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、それぞれ第1の保持部材13re,13beと第2の保持部材13rf,13bfとを介して固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0030】
実施形態4
図11には、本発明の第4実施形態である反射型画像変調装置を示している。なお、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成要素には第1実施形態と同じ符号を付している。
【0031】
13rj、13gj、13bjはそれぞれ偏光ビームスプリッター9a、9b、9cと1/4位相差板12r、12g、12bとを固定するために用いられるガラス板からなる保持部材である。
【0032】
このとき、図11で示した1/4位相差板12gはガラス保持部材13gjを介して偏光ビームスプリッター9aに固定しているが、固定構造を拡大図(図12a、図12b、図12c)で説明する。図12aは図1と同方向から見た図で、1/4位相差板12gの入射面12gbは接合面でガラス保持部材13gjの接合面13gjaと接合し、偏光ビームスプリッター9aの出射面9abは接合面でガラス保持部材13gjの接合面13gjbと接合することで1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定している。
【0033】
また、図8bは1/4位相差板12gとガラス保持部材13gjと偏光ビームスプリッター9aとを斜めから見た図で、面13gja(斜線部)は1/4位相差板12gの入射面12gb(太線内)と固着する面で、面13gjb(1/4位相差板12gの偏光ビームスプリッター側の面)は偏光ビームスプリッター9aの出射面9abと固着する面である。図12cは1/4位相差板12gとガラス保持部材13gjと偏光ビームスプリッター9aとをダイクロイックミラー8側から見た図である。また、それぞれ1/4位相差板12r、12bは1/4位相差板12gと同様にそれぞれガラス保持部材13rj、13bjを介して偏光ビームスプリッター9bに固定している。
【0034】
このとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸は反射型液晶表示素子11gへの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する位置で偏光ビームスプリッター9aに固定されている。
【0035】
またこのとき、1/4位相差板12gの進相軸または遅相軸の位置は実施形態1と同様に、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図13)によっておこなわれる。実施形態1で述べた図6の1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置と共通する構成要素には同じ符号を付している。13gjは1/4位相差板12gと偏光ビームスプリッター9aとを固定するために用いるガラス保持部材で、1/4位相差板12gの入射面12gbとガラス保持部材13gjの接合面13gjaとは接合している。1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置(図13)によって、接合することで一体化した1/4位相差板12gとガラス保持部材13gjを1/4位相差板12gの遅相軸と進相軸平面内で回転させて1/4位相差板12gの遅相軸または進相軸を調整した後、偏光ビームスプリッター9aと接合することで偏光ビームスプリッター9aと固定する。また、それぞれ1/4位相差板12r,12bと偏光ビームスプリッター9bのユニットも同様に調整後、固定する。さらに、調整された1/4位相差板12g,12r,12bと偏光ビームスプリッター9a,9bを固定したユニットを反射型画像変調装置に組み込む。
【0036】
また、ガラス保持部材13rj、13gj、13bjの代わりに、反射型液晶表示素子が黒表示状態において発生する位相差を補正する複屈折性位相補償板をもちいた構成としても良い。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射型液晶表示素子と、偏光ビームスプリッターと、反射型液晶表示素子と偏光ビームスプリッターとの間に設けられたλ/4位相差板を有する投射型画像表示素子装置において、λ/4位相差板の進相軸または遅相軸を調節するための簡易的な光学装置(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)を用いて1/4位相差板の遅相軸または進相軸の調整をおこない、偏光ビームスプリッターの偏光分離面と1/4位相差板の遅相軸または進相軸との位置を固定することで、投射型画像表示素子装置において実際に投射された画像を見ながら1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調節する必要がなくなり、作業性が向上し、また調整機構(1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置)を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態を説明する図。
【図2】第1の実施形態のダイクロイックミラーの特性を示す図。
【図3】第1の実施形態の第1の色選択性位相差板の特性を示す図。
【図4】第1の実施形態の第2の色選択性位相差板の特性を示す図。
【図5】第1の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図6】第1の実施形態の1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調整するための、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を説明する図。
【図7】第2の実施形態を説明する図。
【図8】第2の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図9】第3の実施形態を説明する図。
【図10】第3の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図11】第4の実施形態を説明する図。
【図12】第4の実施形態の1/4位相差板の保持構造を拡大した図。
【図13】第4の実施形態の1/4位相差板の進相軸または遅相軸を調整するための、1/4位相差板進相軸(遅相軸)調整光学装置を説明する図。
【図14】従来例を説明する図。
【符号の説明】
1 光源
2 リフレクター
3 フライアイインテグレーター
4 偏光変換素子
5 コンデンサーレンズ
6 ミラー
7 フィールドレンズ
8 ダイクロイックミラー
9a1,9b1,9c1 偏光分離膜
9a,9b,9c 偏光ビームスプリッター
10a,10b 色選択性位相差板
11r,11g,11b反射型液晶表示素子
12r,12g,12b 1/4位相差板
13 1/4位相差板保持部材
14 投射レンズ
15 ミラー
16 LED等の光源
17 レンズ
18 偏光子
19 検光子
20 光量測定器、
21 レンズ
101 光源
102 偏光ビームスプリッター
103 1/4位相差板
104 反射型液晶表示素子
105 入射光軸
106 反射光軸
107 1/4位相差板の進相軸
108 1/4位相差板の遅相軸
109 投射レンズ
Claims (5)
- 光源と、反射型液晶表示素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光源からの照明光を分離する偏光ビームスプリッターと、1/4位相差板と、投射レンズ系とを有し、前記1/4位相差板が前記1/4位相差板の進相軸または遅相軸が前記反射型液晶表示素子への入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交する方向にある状態で保持部材を介して前記偏光ビームスプリッターに固定されている偏光ビームスプリッターユニットからなることを特徴とする反射型画像投射装置。
- 1つの前記保持部材が1/4位相差板に固着され、前記保持部材と偏光ビームスプリッターとを固定することで前記1/4位相差板が前記偏光ビームスプリッターに固定されていることを特徴とする請求項1に記載の偏光ビームスプリッターユニットからなる反射型画像投射装置。
- 前記保持部材は第1の保持部材と第2の保持部材とからなり、前記第1の保持部材は1/4位相差板に固着され、前記第2の保持部材は偏光ビームスプリッターに固着され、前記第1の保持部材と前記第2の保持部材とを固定することで前記1/4位相差板が前記偏光ビームスプリッターに固定されていることを特徴とする請求項1に記載の偏光ビームスプリッターユニットからなる反射型画像投射装置。
- 前記保持部材がガラス部材であることを特徴とする請求項1に記載の偏光ビームスプリッターユニットからなる反射型画像投射装置。
- 前記反射型液晶表示素子が黒表示状態において発生する位相差を補正する異方性フィルターと1/4位相差板と偏光ビームスプリッターとが一体で固定されていることを特徴とする請求項1から4に記載の偏光ビームスプリッター装置からなる反射型画像投射装置。
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JP2002218135A JP2004061726A (ja) | 2002-07-26 | 2002-07-26 | 画像投射装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008537602A (ja) * | 2005-03-23 | 2008-09-18 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 偏光ビームスプリッタにおける応力複屈折の補償およびそれを使用するシステム |
JP2009169358A (ja) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Canon Inc | 投射型表示装置 |
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2002
- 2002-07-26 JP JP2002218135A patent/JP2004061726A/ja not_active Withdrawn
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