JP2004286767A - Projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色分解光学系を経た原色光によって空間光変調素子を照明し、これら空間光変調素子を経た原色光を色合成プリズムによって合成して投射して画像表示を行う投射型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、反射型空間光変調素子として、いわゆる「反射型液晶ライトバルブ」を備え、この反射型空間光変調素子によって空間変調された光をスクリーン上に拡大投影して画像表示を行うように構成された投射型表示装置が提案されている。
【0003】
この投射型表示装置においては、光源からの白色光を、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の原色光に色分解し、これら各原色光によって、3枚の反射型空間光変調素子をそれぞれ照明する。そして、各反射型空間光変調素子は、原色の照明光を、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分に応じて変調して反射する。そして、これら各反射型空間光変調素子からの反射光を合成してスクリーン上に投射することにより、このスクリーン上にカラー画像が表示される。
【0004】
このような投射型表示装置を構成する光学系として、色合成光学部品として、いわゆる「クロスダイクロイックプリズム」を用いた光学系がある。
【0005】
図16は、いわゆる「クロスダイクロイックプリズム」を用いた光学系を備えて構成された従来の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【0006】
この投射型表示装置においては、光源101から水平に発せられた白色光は、コリメータレンズ102、第1及び第2のインテグレータ103,104、コールドミラー105を経て、第1のダイクロイックミラー106に入射される。この第1のダイクロイックミラー106は、マゼンタ色光(R+B)をそのまま透過させ、緑色光(G)を反射させて90°偏向させる。この第1のダイクロイックミラー106で反射された緑色光(G)は、光軸に対して45°傾斜されて配置されている反射ミラー107Gへ入射し、この反射ミラー107Gで反射されることによって垂直方向へ90°偏向され、集光レンズ111Gへ入射させられる。
【0007】
一方、第1のダイクロイックミラー106を透過したマゼンタ光(R+B)は、光軸に対して45°傾斜されて配置されている第2のダイクロイックミラー108に入射する。この第2のダイクロイックミラー108は、赤色光(R)をそのまま透過させ、青色光(B)を反射させて90°偏向させる。この第2のダイクロイックミラー108で反射された青色光(B)は、垂直方向へ90°偏向され、集光レンズ111Bへ入射させられる。
【0008】
そして、第2のダイクロイックミラー108を透過した赤色光(R)は、図示しない複数のミラーに導かれ、垂直方向へ90°偏向されて、集光レンズ111Rへ入射させられる。
【0009】
光源101が発した白色光は、このようにして、3原色光に分離される。
【0010】
そして、集光レンズ111Gに入射された緑色光(G)は、第1及び第2の緑色光用偏光ビームスプリッタ112G,113Gを経て、緑色用の反射型空間光変調素子114Gを照明する。反射型空間光変調素子114Gは、照明光を、表示画像の緑色成分に応じて変調して反射する。
【0011】
また、集光レンズ111Bに入射された青色光(B)は、第1及び第2の青色光用偏光ビームスプリッタ112B,113Bを経て、青色用の反射型空間光変調素子114Bを照明する。反射型空間光変調素子114Bは、照明光を、表示画像の青色成分に応じて変調して反射する。
【0012】
さらに、集光レンズ111Rに入射された赤色光(R)は、第1及び第2の赤色光用偏光ビームスプリッタ112R,113Rを経て、赤色用の反射型空間光変調素子114Rを照明する。反射型空間光変調素子114Rは、照明光を、表示画像の赤色成分に応じて変調して反射する。
【0013】
各色用の第2の偏光ビームスプリッタ113G,113B,113Rは、それぞれ反射型空間光変調素子114G,114B,114Rからの変調光を透過させて出射するそれぞれの出射面を、クロスダイクロイックプリズム115の3面の入射面に対向させている。
【0014】
クロスダイクロイックプリズム115は、各反射型空間光変調素子114G,114B,114Rからの反射光を合成し、投射レンズ116に入射させる。すなわち、このクロスダイクロイックプリズム115は、互いに垂直に交差した状態のダイクロイック膜面を有している。緑色用の反射型空間光変調素子114Gからの変調光は、これらダイクロイック膜面を透過し、クロスダイクロイックプリズム115の出射面から出射される。青色用の反射型空間光変調素子114Bからの変調光は、一方のダイクロイック膜面により反射され、クロスダイクロイックプリズム115の出射面から出射される。また、赤色用の反射型空間光変調素子114Rからの変調光は、他方のダイクロイック膜面により反射され、クロスダイクロイックプリズム115の出射面から出射される。
【0015】
クロスダイクロイックプリズム115の出射面から出射された光は、投射レンズ116に入射され、この投射レンズ116により図示しないスクリーン上に投射されることにより、このスクリーン上にカラー画像を表示する。
【0016】
この投射型表示装置においては、光源101から各グイクロイックミラーに至る「色分解・導光光学系」が下段に設置され、各ビームスプリッタからクロスダイクロイックプリズムを経て投射レンズに至る「変調・色合成・投射光学系」が上段に設置された構成となっている。
【0017】
このような構成は、「色分解・導光光学系」における光路の引き回しを「変調・色合成・投射光学系」が水平面内で占める方形の領域内に収めることができるようになっており、装置構成の小型化が実現できるようになっている。
【0018】
【特許文献1】
特開平11−64796号公報
【特許文献2】
特開2001−290010号公報
【特許文献3】
特開2002−55210号公報
【特許文献4】
特開2002−55305号公報
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような投射型表示装置においては、色合成光学部品としての「クロスダイクロプリズム」は、4つの直角プリズムの頂角の角度が正確に形成され、かつ、各面が高精度に研磨されて形成されていないと、互いに交差したダイクロイック膜面が直角プリズムの頂角の位置で折れ曲がってしまうことになる。
【0020】
このようにしてダイクロイック膜面が折れ曲がってしまうと、スクリーン上の投影像が二重像となってしまい、画像の解像度が著しく劣化するという問題がある。
【0021】
また、スクリーン上の解像度を良好に保つためには、4つの直角プリズムを接合するときに、接合面に段差が生じないように高精度に接合しなければならない。そのため、「クロスダイクロプリズム」の作製における4つの直角プリズムの接合は、困難な作業となっている。
【0022】
さらに、直角プリズムの直角の稜線部分は、いわゆるピリやカケ等の欠陥が許されず、稜線部分の幅が広いと、ダイクロイック膜面が交差する部分が縦筋となってスクリーン上に投影されてしまうという問題もあった。
【0023】
このように、従来のクロスダイクロイックプリズムは、プリズムの加工及びプリズム接合が極めて困難であり、製造するのに多大の時間と費用とを要していた。
【0024】
このような問題を解決するためには、プリズムにおける画面対応部分に、接合部を有さないプリズムを使用することが効果的である。そのような例として、特許第2505758号公報に記載された技術がある。
【0025】
図17は、特許第2505758号公報に記載された画面対応部分に接合部を有さないプリズムを使用した投影型表示装置の構成を示す側面図である。
【0026】
すなわち、この投影型表示装置は、図17に示すように、いわゆる「3板式ビデオカメラ」で使用されている色分解プリズム(いわゆる「フィリップス型プリズム」)を用いたものである。
【0027】
この表示装置においては、光源101から発せられた光束は、コリメータレンズ102によって平行光束となされて、偏光ビームスプリッタ117に入射する。この偏光ビームスプリッタ117において、入射光束に対して傾斜した反射面に対するS偏光成分のみが反射されて、色分解プリズム118に入射する。
【0028】
この色分解プリズム118においては、第1の三角プリズム118Aの入射面118Bより入射した光束は、この第1の三角プリズム118Aの背面部の第1のダイクロイック膜118Cに入射し、この第1のダイクロイック膜118Cにおいて、シアン光(R+G)が透過され、青色光(B)が反射される。
【0029】
青色光(B)は、第1の三角プリズム118Aの入射面118Bにより内面全反射されて、青色カラーフィルタ119を経て、青色用反射型光変調素子122に入射される。この青色用反射型光変調素子122により変調されて反射された光は、第1の三角プリズム118Aの入射面118Bにより内面全反射され、第1のダイクロイック膜118Cにより反射されて、偏光ビームスプリッタ117に戻る。
【0030】
第1のダイクロイック膜118Cを透過したシアン光(R+G)は、第2の三角プリズム118Dに入射し、この第2の三角プリズム118Dの背面部の第2のダイクロイック膜118Eに入射し、この第2のダイクロイック膜118Eにおいて、緑色光(G)が透過され、赤色光(R)が反射される。
【0031】
赤色光(R)は、第2の三角プリズム118Dの入射面により内面全反射されて、赤色カラーフィルタ120を経て、赤色用反射型光変調素子123に入射される。この赤色用反射型光変調素子123により変調されて反射された光は、第2の三角プリズム118Dの入射面により内面全反射され、第2のダイクロイック膜118Eにより反射されて、第1の三角プリズム118Aを透過して偏光ビームスプリッタ117に戻る。なお、第1の三角プリズム118Aと第2の三角プリズム118Dとの間には、空気層が存在している。
【0032】
第2のダイクロイック膜118Eを透過した緑色光(G)は、第3のプリズム118Fに入射し、この第3のプリズム118Fを透過して、緑色カラーフィルタ121を経て、緑色用反射型光変調素子124に入射される。この緑色用反射型光変調素子124により変調されて反射された光は、第3のプリズム118F、第2の三角プリズム118D及び第1の三角プリズム118Aを透過して偏光ビームスプリッタ117に戻る。
【0033】
偏光ビームスプリッタ117においては、各反射型光変調素子において変調された成分のみが反射面を透過し、投射レンズ116に入射し、この投射レンズ116によりスクリーン128に投射される。
【0034】
なお、各反射型光変調素子122,123,124は、それぞれに対応する各ドライブ回路125,126,127により駆動される。
【0035】
しかしながら、いわゆる「フィリップス型プリズム」を用いた従来の投射型表示装置においては、偏光ビームスプリッタ117と各反射型光変調素子122,123,124との間に色分解プリズム118が存在していること、及び、1個の偏光ビームスプリッタ117を偏光素子として使用していることより、表示画像のコントラストが低下するという問題がある。
【0036】
そこで、本発明は、製造が容易でありながらも、高いコントラストの画像を表示できるようになされた投射型表示装置を提供しようとするものである。
【0037】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、白色光源と、前記白色光源からの光が入射され、この白色光を第1乃至第3の3原色光に分離させる色分解光学系と、前記色分解光学系によって分離された各原色光がそれぞれ入射される3個の偏光ビームスプリッタと、前記各偏光ビームスプリッタに対応して配置され、この偏光ビームスプリッタを経た光を表示画像の各原色成分に応じて偏光変調して反射する3枚の反射型空間光変調素子と、前記3枚の反射型空間光変調素子及び前記3個の偏光ビームスプリッタを経た原色光を合成する色合成プリズムと、前記色合成プリズムにおいて合成された光を投射する投射光学系とを備え、前記色合成プリズムは、前記第1の原色光を垂直に入射する第1の面と、前記第1乃至第3の原色光の内、前記第1の原色光を反射し、第2及び第3の原色光を透過する、第1のダイクロイック膜が形成された第2の面と、前記第1乃至第3の原色光が垂直に出射する第3の面と、を有し、前記第1の原色光は、前記第1の面に入射し、前記第3の面で全反射し、前記第2の面で反射し、前記第3の面から出射し、前記第2及び第3の原色光は、前記第2の面に入射し、前記第3の面から出射する第1のプリズムと、前記第2の原色光が垂直に入射する第4の面と、前記第2及び第3の原色光の内、前記第2の原色光を反射し、前記第3の原色光を透過する、第2のダイクロイック膜が形成された第5の面と、前記第2及び第3の原色光が出射する、前記第1のプリズムの第2の面に空気層を介して平行に対向する第6の面と、を有し、前記第2の原色光は、前記第4の面に入射し、前記第6の面で全反射し、前記第5の面で反射し、前記第6の面から出射し、前記第3の原色光は、前記第5の面に入射し、前記第6の面から出射する第2のプリズムと、前記第3の原色光が垂直に入射する第7の面と、前記第3の原色光が出射する、前記第2のプリズムの第5の面に光学用接着材で接合された第8の面と、を有し、前記第3の原色光は、前記第7の面に入射し、前記第8の面から出射する第3のプリズムとから構成される。
【0038】
この投射型画像表示装置においては、各偏光ビームスプリッタと各反射光変調素子との間に従来のように光学部品が介在しないため各反射型光変調素子で変調された光が振動面を乱される虞がなくそのまま偏光ビームスプリッタに入射する。そのため、この投射型画像表示装置においては、表示画像のコントラストの低下を防止することができ、また、組立が容易である。
【0039】
前記色分解光学系は、前記第1乃至第3の原色光が垂直に入射する第3の面と、前記第1乃至第3の原色光の内、前記第1の原色光を反射し、第2及び第3の原色光を透過する、第1のダイクロイック膜が形成された第2の面と、前記第1の原色光を垂直に出射する第1の面と、を有し、前記第1の原色光は、前記第3の面に入射し、前記第2の面で反射し、前記第3の面で全反射し、前記第1の面から出射し、前記第2及び第3の原色光は、前記第3の面に入射し、前記第2の面から出射する第1のプリズムと、前記第2及び第3の原色光が入射する、前記第1のプリズムの第2の面に空気層を介して平行に対向する第6の面と、前記第2及び第3の原色光の内、前記第2の原色光を反射し、前記第3の原色光を透過する、第2のダイクロイック膜が形成された第5の面と、前記第2の原色光を垂直に出射する第4の面と、を有し、前記第2の原色光は、前記第6の面に入射し、前記第5の面で反射し、前記第6の面で全反射し、前記第4の面から出射し、前記第3の原色光は、前記第6の面に入射し、前記第5の面から出射する第2のプリズムと、前記第3の原色光が入射する、前記第2のプリズムの第5の面に光学用接着材で接合された第8の面と、前記第3の原色光が垂直に出射する第7の面と、を有し、前記第3の原色光は、前記第8の面に入射し、前記第7の面から出射する第3のプリズムとから構成される色分解プリズムであることが望ましい。
【0040】
前記色分解プリズムは、前記色合成プリズムと略々同様な形状を有していることが望ましい。
【0041】
この色分解プリズムを経た各原色光は、それぞれ偏向プリズムによって90°偏向されて互いに進行方向が平行な光束となされて対応する偏光ビームスプリッタに入射されるとともに偏光ビームスプリッタの反射膜面に対してS偏光、または、P偏光となっていることが望ましい。
【0042】
また、各偏光ビームスプリッタに入射される光とこの偏光ビームスプリッタに対応する反射型空間光変調素子において変調され、または、変調されずに、この偏光ビームスプリッタを経た光とは、互いに進行方向が直交していることが望ましい。
【0043】
この場合には、色分解プリズム及び色合成プリズムを通過する偏光は、その振動面を大幅に回転される虞がない。そのため、この投射型画像表示装置においては、表示画像のコントラストの低下を防止することができ、また、組立が容易である。
【0044】
なお、本発明における色分解プリズム及び色合成プリズムは、特開2001−290010号公報、特開2002−55210号公報及び特開2002−55305号公報において開示されている「3つ以上のプリズムにより構成される色合成光学素子」とは異なる。これらの公報に記載されている光学素子は、図18に示すように、2つのダイクロイック膜D1,D2部分に全反射のための空気層が存在していない。これに対し、本発明においては、図2に示すように、ダイクロイック膜の部分に「第2の原色光をプリズム内で全反射させる」ための空気層が存在しており、そのために、プリズムの小型化が達成されている。
【0045】
前記色分解プリズムから前記各偏光ビームスプリッタに至る光路上、又は前記各偏光ビームスプリッタから前記色合成プリズムに至る光路上に1/2波長板を配置することが望ましい。
【0046】
この1/2波長板により、各偏光ビームスプリッタに入射する光をこの偏光ビームスプリッタの反射膜面に対するS偏光、または、P偏光とすることが望ましい。
【0047】
前記分解プリズムと前記偏光ビームスプリッタの間にフィールドレンズを配置して、このフィールドレンズを主光線に直角方向に変位させることによって前記反射型空間変調素子へ入射する光の位置を調整することが望ましい。
【0048】
前記色分解プリズムと前記偏光ビームスプリッタの間にステアリングプリズムを配置して、このステアリングプリズムを主光線に直角方向に変位させることによって前記反射型空間変調素子への照明分布を調整することが望ましい。
【0049】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【0050】
図1は、第1の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【0051】
この投射型表示装置においては、光源1より発せられた光束は、UV/IRフィルタ2を透過して紫外線及び赤外線を除去され、ロッドインテグレータ3の入射端面に集光して入射する。なお、光源1は、白色光を発する放電ランプ等及び凹面反射鏡(回転楕円面鏡または放物面鏡)を備えて構成されている。
【0052】
ロッドインテグレータ3においては、入射光は、ロッドの側面部において内面全反射を繰り返し、照度を均一化されて、出射端面より、均一な空間分布の光として出射される。
【0053】
ロッドインテグレータ3からの出射光は、コリメータレンズ4、リレーレンズ5,6、P−S合成素子7及びコンデンサーレンズ8を経て、偏向ミラー(ステアリングミラー)9に入射される。PS合成素子7は、光源からの光を、一定の方向の直線偏光に揃える素子であり、複数の偏光ビームスプリッタ及び二分の一波長板が平面状に配列された構造を有している。
【0054】
偏向ミラー9に入射された光は、この偏向ミラー9により光路を90°偏向される。この偏向ミラー9としては、アルミ反射ミラー、銀ミラーなどの他に、コールドミラーを使用することもできる。コールドミラーは、誘電体層を積層して構成されたミラーであり、紫外線及び赤外線を透過させ、可視光線のみを反射させる特性を有している。偏向ミラー9で反射された光は、色分解プリズム10に入射する。
【0055】
なお、光源1から偏光ミラー9に向かう光軸をZ軸、偏光ミラー9で反射された光の光軸をY軸、これらZ軸及びY軸に直交する図中上方をX軸とするXYZ座標軸を設定する。
【0056】
図2は、色分解プリズム10の形状を示す側面図である。
【0057】
この色分解プリズム10は、第1及び第2の三角プリズム10A,10B及び第3のプリズム(四角柱プリズム)10Cの3個のガラスブロックから構成されている。
【0058】
この色分解プリズム10は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものであって、ダイクロイック膜による色の選択反射と、プリズム面による全反射とを利用した3ブロック構成の色分解プリズムである。青色光(B)を反射する第1のダイクロイック膜11は、第1の三角プリズム10Aの背面に設けられている。第1のダイクロイック膜11で反射された青色光(B)は、第1の三角プリズム10Aの入射面で内面全反射される。この第1の三角プリズム10Aは、青色光(B)が内面全反射されるように、プリズムの頂角(α1)が選ばれており、青色光(B)の射出面(XY面)が光軸(Z方向)に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。
【0059】
そして、赤色光(R)を反射する第2のダイクロイック膜12は、第2の三角プリズム10Bの背面に設けられており、この第2のダイクロイック膜12により反射された赤色光(R)は、第2の三角プリズム10Bの入射面で内面全反射される。この第2の三角プリズム10Bは、赤色光(R)が内面全反射されるように、プリズムの頂角(α2)が選ばれており、赤色光(R)の射出面が光軸に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。そして、これら第1及び第2の三角プリズム10A,10Bは、第2の三角プリズム10Bの入射面を全反射面として利用するために、第1の三角プリズム10Aの背面と第2の三角プリズム10Bの入射面との間に非常に狭い空気層が保たれるように、組み立てられている。
【0060】
そして、第2のダイクロイック膜12を透過した緑色光(G)は、第3のプリズム10Cを透過して出射される。この第3のプリズム10Cは、緑色光(G)の射出面が光軸に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。
【0061】
この投射型表示装置においては、色分解プリズム10に入射された光束は、第1の三角プリズム10の入射面より入射され、この第1の三角プリズム10Aの背面部の第1のダイクロイック膜11に入射し、この第1のダイクロイック膜11において、シアン光(R+G)が透過され、青色光(B)が反射される。青色光(B)は、第1の三角プリズム10Aの入射面により内面全反射されて、第1の三角プリズム10Aの側面部より出射される。
【0062】
第1のダイクロイック膜11を透過したシアン光(R+G)は、第2の三角プリズム10Bに入射し、この第2の三角プリズム10Bの背面部の第2のダイクロイック膜12に入射し、この第2のダイクロイック膜12において、緑色光(G)が透過され、赤色光(R)が反射される。赤色光(R)は、第2の三角プリズム10Bの入射面により内面全反射されて、第2の三角プリズム10Bの側面部より出射される。
【0063】
第2のダイクロイック膜12を透過した緑色光(G)は、第3のプリズム10Cに入射し、この第3のプリズム10Cを透過して、この第3の三角プリズム10Cの背面部より出射される。
【0064】
このようにして、色分解された3原色光は、それぞれ偏向プリズム13,14,15に入射し、それぞれが光路を90°偏向され、互いに平行な方向(Z方向)に進行する。すなわち、色分解された3原色光は、それぞれ、色分解プリズム10への光源からの光の入射方向(Y方向)及び各原色光の色分解プリズム10からの出射方向(XY面内)に垂直な方向に進行する。
【0065】
すなわち、図1に示すように、青色光(B)が出射される第1の三角プリズム10Aの側面部には、青色用偏向プリズム13が設けられている。また、赤色光(R)が出射される第2の三角プリズム10Bの側面部には、赤色用偏向プリズム14が設けられている。そして、緑色光(G)が出射される第3の三角プリズム10Cの背面部には、緑色用偏向プリズム15が設けられている。
【0066】
これら偏向プリズム13,14,15は、いわゆる直角プリズムである。
【0067】
図3は、本発明に係る投射型表示装置における色合成プリズム20の周辺の構成を示す側面図である。
【0068】
各偏向プリズム13,14,15から出射されて互いに平行な方向に進行した3原色光は、それぞれ、偏光ビームスプリッタ16,17,18に入射する。これら偏光ビームスプリッタ16,17,18は、色分解プリズム10と同様に構成された色合成プリズム20に対して、それぞれスペーサ19を介して取付けられている。この色合成プリズム20は、色分解プリズム10に対して、略々鏡面対称な形状に構成されている。すなわち、この色合成プリズム20は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものと同様の構成を有し、第1及び第2の三角プリズム20A,20B及び第3のプリズム(四角柱プリズム)20Cの3個のガラスブロックと、第1及び第2のダイクロイック膜とを有する3ブロック構成の色合成プリズムである。
【0069】
図4は、本発明に係る投射型表示装置における色分解プリズム10及び色合成プリズム20の周辺の構成を示す斜視図である。
【0070】
各偏向プリズム13,14,15と各偏光ビームスプリッタ16,17,18との間には、それぞれ、位相差板(1/2波長板)21、フィールドレンズ22及び偏光板23が配置されている。フィールドレンズ22は、前述のリレーレンズ5,6及びコンデンサーレンズ8と相俟って、ロッドインテグレータ3の出射端面の光を、後述する反射型空間光変調素子の像面に結像させる。なお、位相差板(1/2波長板)21及び偏光板23は、必要に応じて設置される。
【0071】
図5は、本発明に係る投射型表示装置における色分解プリズム10、色合成プリズム20及び反射型光変調素子24,25,26の構成を示す斜視図である。
【0072】
偏光ビームスプリッタ16,17,18に入射した光は、この偏光ビームスプリッタ16,17,18内の入射面に対して、S偏光となっている。したがって、この入射光は、PBS膜面によって反射されて、90°偏向されて、偏光ビームスプリッタ16,17,18から出射される。このように出射された光は、これら偏光ビームスプリッタ16,17,18に対応して設置された各原色用の反射型光変調素子24,25,26に入射される。
【0073】
なお、偏光ビームスプリッタ16,17,18への入射光のうちのP偏光成分は、反射面を透過するので、各反射型光変調素子24,25,26には到達しない。
【0074】
各反射型光変調素子24,25,26は、それぞれに対応する図示しないドライブ回路により駆動され、青色用の反射型光変調素子24は表示画像の青色成分に基づく空間光変調(偏光変調)を行い、赤色用の反射型光変調素子25は表示画像の赤色成分に基づく空間光変調(偏光変調)を行い、緑色用の反射型光変調素子26は表示画像の緑色成分に基づく空間光変調(偏光変調)を行う。
【0075】
青色用の反射型光変調素子24に入射した青色光(B)は、この青色用反射型光変調素子24により変調されて反射され、変調されてP偏光となった成分が、偏光ビームスプリッタ16を透過し、色合成プリズム20の第1の三角プリズム20Aの側面部から入射する。
【0076】
色合成プリズム20の第1の三角プリズム20Aに入射された青色光(B)は、この第1の三角プリズム20Aの出射面により内面全反射され、第1のダイクロイック膜27により反射されて、第1の三角プリズム20Aの出射面から出射される。
【0077】
また、赤色用の反射型光変調素子25に入射した赤色光(R)は、この赤色用反射型光変調素子25により変調されて反射され、変調されてP偏光となった成分が、偏光ビームスプリッタ17を透過し、色合成プリズム20の第2の三角プリズム20Bの側面部から入射する。
【0078】
色合成プリズム20の第2の三角プリズム20Bに入射された赤色光(R)は、この第2の三角プリズム20Bの出射面により内面全反射され、第2のダイクロイック膜28により反射されて、第2の三角プリズム20Bの出射面から出射され、第1の三角プリズム20Aを透過して、この第1の三角プリズム20Aの出射面から出射される。
【0079】
そして、緑色用の反射型光変調素子26に入射した緑色光(G)は、この緑色用反射型光変調素子26により変調されて反射され、変調されてP偏光となった成分が、偏光ビームスプリッタ18を透過し、色合成プリズム20の第3のプリズム20Cの背面部から入射する。
【0080】
色合成プリズム20の第3のプリズム20Cに入射された緑色光(G)は、この第3のプリズム20Cを透過し、第2の三角プリズム20Bも透過し、さらに、第1の三角プリズム20Aも透過して、この第1の三角プリズム20Aの出射面から出射される。
【0081】
このようにして、色合成プリズム20に入射した各原色光は、合成されて、この色合成ブロック20から出射される。そして、図1に示すように、投射光学系である投射レンズ29に入射され、この投射レンズ29により、図示しないスクリーンに投射される。
【0082】
この投射型表示装置においては、各反射型光変調素子24,25,26の物理的方向、すなわちスクリーンに投射された画像に対する反射型光変調素子24,25,26の相対的位置が全て一致している。したがって、ディスクリ方向、素子ドライブ方向等は全て一致することになり、素子ドライブ方向の違いによって発生する特性の差異は画面に現れず、解像度、シェーディングを良好なものとすることができる。
【0083】
この投射型表示装置において、各偏光ビームスプリッタ16,17,18に入射するS偏光(X方向の偏光)は、色分解プリズム10のダイクロイック膜11,12に対してはP偏光となる。また、各偏光ビームスプリッタ15,16,17から出射される信号光としてのP偏光(Y方向の偏光)は、色合成プリズム20のダイクロイック膜27,28に対してはS偏光となる。
【0084】
したがって、色分解プリズム10においては各ダイクロイック膜11,12をP偏光用に設計し、色合成プリズム20においては各ダイクロイック膜27,28をS偏光用に設計する必要がある。
【0085】
ここで、このような各偏光ビームスプリッタ16,17,18にS偏光が入射される配置を「S配置」と呼ぶことにする。この場合の色分解プリズム10及び色合成プリズム20のダイクロイック膜に対する偏光状態をまとめると、以下の〔表1〕のようになる(「1/2波長板無し」の欄)。
【0086】
【表1】
【0087】
そこで、例えば、各フィールドレンズ22と各偏向プリズム13,14,15との間に位相差板(1/2波長板)21を挿入することによって、偏光方向を90°回転させれば、色分解プリズム10のダイクロイック膜11,12へ入射するS偏光(信号光)は、色合成プリズム20のダイクロイック膜27,28に対してもS偏光となる(〔表1〕の「偏光ビームスプリッタ(PBS)と色分解プリズムの間に1/2波長板がある場合」の欄)。
【0088】
すなわち、位相差板(1/2波長板)21を上述の位置に挿入することにより、色分解プリズム10及び色合成プリズム20において、同一の偏光方向(S偏光)を基準としたダイクロイック膜の設計ができる。そして、これら全てのダイクロイック膜11,12、27,28を同時に成膜することとすれば、波長特性(分光特性)などの特性が一致したダイクロイック膜が得られ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【0089】
同様に、各偏光ビームスプリッタ15,16,17と色合成プリズム20との間に、位相差板(1/2波長板)を挿入し、色分解プリズム10と色合成プリズム20とで、ともにP偏光を基準として設計されたダイクロイック膜を用いることもできる(〔表1〕の「偏光ビームスプリッタ(PBS)と色合成プリズムの間に1/2波長板がある場合」の欄)。
【0090】
この場合においても、全てのダイクロイック膜11,12、27,28を同時に成膜して特性が一致したダイクロイック膜を得ることができ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【0091】
図6は、各偏光ビームスプリッタ16,17,18に入射する光を偏光ビームスプリッタ内の入射面に対するP偏光とし、この反射面(PBS面)を透過した光を受光する位置に各反射型空間光変調素子24,25,26を配置した構成(「P配置」という。)を示す斜視図である。
【0092】
この場合においては、各偏光ビームスプリッタ16,17,18への入射光の偏光方向は、上述した「S配置」と異なり、偏光ビームスプリッタ16,17,18の反射面に対するP偏光である。そして、色分解プリズム10のダイクロイック膜11,12における入射面と偏光ビームスプリッタ16,17,18の入射面とが互いに直交していることから、偏光ビームスプリッタ16,17,18に対するP偏光は、色分解プリズム10のダイクロイック膜11,12に対しては、S偏光となる。また、各偏光ビームスプリッタ15,16,17から出射されるS偏光に対応する偏光は、色合成プリズム20のダイクロイック膜27,28に対してはP偏光となるようになっている。
【0093】
したがって、色分解プリズム10においては各ダイクロイック膜11,12をS偏光用に設計し、色合成プリズム20においては各ダイクロイック膜27,28をP偏光用に設計する必要がある。
【0094】
この場合の色分解プリズム10及び色合成プリズム20のダイクロイック膜に対する偏光状態をまとめると、以下の〔表2〕のようになる(「1/2波長板無し」の欄)。
【0095】
【表2】
【0096】
そこで、例えば、各フィールドレンズ22と各偏向プリズム13,14,15との間に位相差板(1/2波長板)を挿入することによって、偏光方向を90°回転させれば、色分解プリズム10のダイクロイック膜11,12に対するP偏光に対応する光は、色合成プリズム20のダイクロイック膜27,28に対してもP偏光となる(〔表2〕の「偏光ビームスプリッタ(PBS)と色分解プリズムの間に1/2波長板がある場合」の欄)。
【0097】
すなわち、位相差板(1/2波長板)21を上述の位置に挿入することにより、色分解プリズム10及び色合成プリズム20において、同一の偏光方向(P偏光)を基準としたダイクロイック膜の設計ができる。そして、これら全てのダイクロイック膜11,12、27,28を同時に成膜することとすれば、波長特性(分光特性)などの特性が一致したダイクロイック膜が得られ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【0098】
同様に、各偏光ビームスプリッタ15,16,17と色合成プリズム20との間に、位相差板(1/2波長板)を挿入し、色分解プリズム10と色合成プリズム20とで、ともにS偏光を基準として設計されたダイクロイック膜を用いることもできる(〔表2〕の「偏光ビームスプリッタ(PBS)と色合成プリズムの間に1/2波長板がある場合」の欄)。
【0099】
この場合においても、全てのダイクロイック膜11,12、27,28を同時に成膜して特性が一致したダイクロイック膜を得ることができ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【0100】
次に、この投射型表示装置においては、各偏向プリズム13,14,15を、各偏光ビームスプリッタ15,16,17に接離する方向に移動調整することにより、各反射型光変調素子24,25,26上における照明領域の位置を微調整することができる。
【0101】
一方、図7は、偏向プリズム13,14,15に代えて、平面鏡、または、曲面鏡30を用いた構成を示す斜視図である。
【0102】
この投射型表示装置においては、偏向プリズム13,14,15に代えて、平面鏡、または、曲面鏡30を用いることができ、この場合には、この平面鏡、または、曲面鏡30を、図7中の矢印で示すように、各偏光ビームスプリッタ15,16,17に接離する方向、あるいは、平面鏡、または、曲面鏡30の反射面に沿う2方向に移動させることにより、各反射型光変調素子24,25,26上における照明領域の位置を微調整することができる。
【0103】
図8は、フィールドレンズ22を光軸に対して直交する2方向に移動調整するための構成を示す斜視図である。
【0104】
この投射型表示装置においては、フィールドレンズ22を光軸に対して直交する2方向に移動調整することにより、各反射型光変調素子24,25,26上における照明領域の位置を微調整することができる。この場合には、フィールドレンズ22を支持する支持枠31を固定枠32に対して移動可能に取り付けておき、この固定枠32に対して、2方向の押しネジ33,34により、支持枠31を移動させることにより、フィールドレンズ22の光軸に対する直交2方向についての移動調整を行うことができる。
【0105】
なお、押しネジ33,34に代えて、圧電素子を使用することとしてもよい。
【0106】
上述のような投射型表示装置において、色分解プリズム10及び色合成プリズム20をなす材質(硝材)としては、いわゆる「BK−7」が一般的に使用されるが、これに限られるものではない。また、上述した、色分解プリズム10及び色合成プリズム20の形状、例えば、頂角α1,α2の角度等は、特に限定されるものではない。
【0107】
さらに、上述の実施の形態においては、ロッドインテグレータ3を照明系に使用しているが、これには限られず、例えば、フライアイインテグレータを照明系に用いても良い。
【0108】
上述のように、本実施の形態の投射型表示装置においては、クロスダイクロイックプリズムを用いた場合のように投射画像中にダイクロイック膜の交差部の影や不要な輝線などの発生がなく、いわゆる「レジずれ」もない。また、他の色用の反射型光変調素子ヘの漏れ光が少なく、ゴーストの発生が防止された良好なコントラストの画像を表示することができる。
【0109】
さらに、ダイクロイック膜に対する光の入射角度が小さく、色合成時の光利用効率を高くすることができる。また、各色毎に最適な特性の偏光ビームスプリッタを使用でき、各色ごとに最適な狭帯域カラーフィルタを使用することができるため、高いコントラストの画像表示を容易に実現できる。
【0110】
また、この投射型表示装置においては、3つの反射型光変調素子が表示する像が互いに反転したり鏡像関係になることがないので、反射型光変調素子に起因する面内むら(反射率むら等)がある場合であっても、3色を合成したときに色むら等の発生がない。すなわち、この投射型表示装置の色分解プリズムにおいては、緑色光は反射されずに透過し、赤色光及び青色光はそれぞれ2回反射されるため、照明光像が反転しない正立像となる。そのため、各反射型光変調素子の物理方向に対して緑色光、赤色光及び青色光の全てが同じ照明光となり、照明ムラが色むらの原因となることがない。
【0111】
そして、この投射型表示装置においては、色分解プリズム及び色合成プリズムの設計、製造が容易である。
【0112】
図9は、第2の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【0113】
第2の実施の形態の投射型表示装置は、第1の実施の形態における偏光ビームスプリッタ16,17,18の代わりに、金属偏光板(Wire Grid Polarizer)を使用するものである。
【0114】
図9においては、第1の実施の形態の図6における、フィールドレンズ22以降のPBS部、合成プリズム20における偏光ビームスプリッタ(PBS)16,17,18を金属偏光板に置き換えた実施の形態を示している。光源1からフィールドレンズ22(必要に応じて1/2波長板21)に至る光源系・色分解系の光学系は共通であるため、図上では省略している。
【0115】
金属偏光板は金属グリッド偏光板あるいはグリッド偏光子とも称され、特開昭49−90149号公報、米国特許第4289381号、米国特許第4514479号、特開昭58−42003号公報に見られる様に、1970年代から開発されてきたものである。
【0116】
具体的に説明すると、分解されて3原色となった光がそれぞれPBS用金属偏光板43,44,45を透過して、反射型光変調素子24,25,26に照射する。反射型光変調素子24,25,26に印加された画像情報に応じて変調された反射光はPBS用金属偏光板43,44,45にて反射し、「フィリップスプリズム」と称される色合成プリズム20に入射されて3色合成される。
【0117】
従来のガラス製PBS16,17,18は、光学的にはガラスの直方体であるので、上述のS配置・P配置のいずれの配置を取っても、光学的な収差は基本的に同等である。一方、PBS用金属偏光板43,44,45は、ガラス板上に金属製の格子を設けた構造で、平行平面板であるから、ガラス製PBS16,17,18の代わりに用いる場合、反射型光変調素子24,25,26の出射光の光路にガラスが透過で入ると非点収差等の原因となり、画面の解像度が極端に劣化する。そのため、図6と同様にP配置としている。
【0118】
また、PBS用金属偏光板43,44,45の格子面と逆側ガラス面で反射があると、その面でも反射をしてしまい、その結果として、画面が2重像となるという不具合が発生する。よって、本実施の形態においては、PBS用金属偏光板43,44,45の金属偏光板の格子面と逆側のガラス面には反射防止(AR)コートを設けることが必要である。ARコートの反射率は、そのチャンネルの色の帯域を含む帯域において、約1%以下であることが望ましい。帯域は、例えば、青チャンネルに於いては、420〜500nm、緑チャンネルに於いては、500〜580nm、赤チャンネルに於いては、580nm〜680nmである。更に、上記帯域において、0.5%以下であれば更に良い。
【0119】
金属偏光板によるプリポラライザー40,41,42はPBS用金属偏光板43,44,45に前置されて透過光の偏光度を向上させるものである。なお、便宜上、図中にはプリポラライザー42のみが示されている。
【0120】
ポストポラライザー46,47,48はPBS用金属偏光板43,44,45に後置され、反射型光変調素子24,25,26で変調されない反射光のうちPBS用金属偏光板43,44,45で透過されずに反射してしまった光(PBS用金属偏光板43,44,45に対してP偏光)を阻止してコントラストをより向上させるために用いられる。
【0121】
図10は、本発明に係る第3の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【0122】
図10(a)は第3の実施の形態の投射型表示装置の全体の構成を示す図であり、図10(b)は第3の実施の形態の投射型表示装置におけるポストポラライザー46,47,48の光軸に対する位置関係を説明するための斜視図である。
【0123】
第3の実施の形態における第2の実施の形態との相違点は、光軸に対してポストポラライザー46,47,48が所定角度傾斜していることである。すなわち、光軸とポストポラライザー46,47,48の主面の法線が所定角度を有している。
【0124】
これは、ポストポラライザー46,47,48で反射した反射型光変調素子24,25,26で再度反射し、さらにPBS用金属偏光板43,44,45で反射して投射レンズの入射瞳に入射することによって、ゴーストが発生することを防止するものである。
【0125】
図10(b)は、収差補正のための4枚一組のプレートを示す図である。
【0126】
これらのプレートは、金属偏光板又は単なる透明なガラス板等からなり、光軸に対して所定角度αを有するプレート71、プレート71を光軸に垂直な面について鏡映対称に配置したプレート72、プレート71,72を光軸について90°回転したプレート73,74から構成される。
【0127】
第3の実施の形態のポストポラライザー46,47,48は、光軸に対して例えばプレート71に相当する位置に配置したものである。
【0128】
ポストポラライザー46,47,48の光軸に対する傾斜角度は、上記趣旨により簡単に作図から求めることができる。具体的には、反射型光変調素子24,25,26から反射する光のコーンアングル(円錐角)(すなわち、結像に寄与する光の最大広がり角度と光軸とのなす角である)をα度とした場合に、ポストポラライザー46,47,48の傾斜角度をα度とすると、任意の角度で反射型光変調素子24,25,26から反射した光がポストポラライザー46,47,48及びPBS用金属偏光板43,44,45で反射して反射型光変調素子24,25,26に戻る角度がα度となる。言い換えると、ポストポラライザー46,47,48の傾斜角度をα度以上に設定すれば反射型光変調素子24,25,26での再反射光はコーンアングル以上の角度の付いた光線となり、投射レンズの入射瞳に入射しなくなるため、スクリーンに到達せず、よってゴーストを確実に防止することができる。
【0129】
前記コーンアングルは、投射レンズのFナンバーと対応する。具体的設計に応じて、Fナンバー(すなわち、コーンアングル)は変わるが、一般的にはFナンバーは2.8〜4.0である。
【0130】
ここで、Fナンバー4にて約7.2度、Fナンバー2.8にて約10.3度、Fナンバー2にて約14.5度であるため、望ましい傾斜角度としては、5〜15度である。
【0131】
図11は、本発明に係る第4の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【0132】
本実施の形態は、第3の実施の形態の投射型装置において、ポストポラライザー46,47,48とフィリップスプリズム20の間にシリンドリカルレンズ49,50,51が設置されていることが特徴である。これは、ポストポラライザー46,47,48が傾斜していることによる収差を補正するものである。
【0133】
なお、シリンドリカルレンズ49,50,51の代替として、前記図10(b)に示した4枚一組の収差補正機能付きのプレートセット71,72,73,74で置き換えることもできる。この4枚のプレート71,72,73,74の内の1枚をポストポラライザー46,47,48とすることにより、ポストポラライザー46,47,48とシリンドリカルレンズ49,50,51の機能の代替とすることができる。
【0134】
図12は、第2乃至第4の実施の投射型表示装置におけるPBS用金属偏光板43,44,45とポストポラライザー46,47,48の実装方法を示す斜視図である。
【0135】
これらの実施の形態においては、色合成プリズム20の上面にアルミナ系セラミック52による共通のベース52を設けている。
【0136】
ホルダー53A、53B、53Cは、PBS用金属偏光板43,44,45とポストポラライザー46,47,48を固定するとともに、PBS用金属偏光板43,44,45とポストポラライザー46,47,48と反射型光変調素子24,25,26によってそれらの内側の空間を密閉構造とするためのものである。PBS用金属偏光板43,44,45及びポストポラライザー46,47,48の金属格子(グリッド)側は密閉空間側になるように設置する。このようにしたことによって、金属格子面が密閉に保持され、金属格子が他者と接触することによるダメージ、各種原因によるコンタミネーション等の不具合を効果的に防止することができる。
【0137】
ホルダー53A、53B、53Cは、ベース52に固定されている状態とし、そのホルダー53A、53B、53Cに反射型光変調素子24,25,26をレジストレーション調整されても良いし、反射型光変調素子24,25,26とともに固定されたユニット状態でレジストレーション調整されても良い。
【0138】
金属偏光板は金属格子の作用により、偏光作用を発揮するのであるが、金属偏光板に入射する光の幾分かは金属格子により吸収されるため、金属偏光板は温度上昇する。よって、金属偏光板は、その信頼性確保の観点及び、温度変化により金属偏光板の平面度が劣化すると、結像性能が劣化するという問題点除去の観点から、適切に冷却される必要がある。しかしながら、金属偏光板の金属格子側は結像光学系を構成しているため、直接冷却すると上記弊害があるため、密閉された金属偏光板をその基板側から空冷することが必要となる。
【0139】
前記図12は、PBS用金属偏光板43,44,45のシロッコファン54A、54B、54Cも示している。これらのシロッコファン54A、54B、54Cは、PBS用金属偏光板43,44,45の非金属格子面を冷却する。
【0140】
当、シロッコファン54A、54B、54Cでなく軸流ファンであっても良く、シロッコファン54A、54B、54Cからの風を適切な導風路を経て冷却されても良い。またプリポラライザー40,41,42や、ポストポラライザー46,47,48も適切に冷却することが望ましい。直接図示していないが、ポストポラライザー46,47,48は、ホルダー53A、53B、53Cと色合成プリズム20の隙間への送風により、プリポラライザー40,41,42はそれらの周りの空間への送風により冷却が達成されている。
【0141】
以上の構成により、ガラス製PBS16,17,18の代わりに、金属偏光板(Wire Grid Polarizer)を使用した投射型表示装置を実現することができ、光学系の軽量化、ガラスの複屈折による影響を除去することによるコントラスト向上に資することができる。
【0142】
以上の金属偏光板を使用したプリポラライザー−PBS−ポストポラライザーの構成は、従来のクロスダイクロイックプリズムを使用したシステムにおいても当然に適用することが可能である。
【0143】
以下では、金属偏光板をクロスダイクロイックプリズムを備える投射型表示装置に適用した実施の形態を示す。
【0144】
なお、クロスダイクロイックプリズムの従来例としては、特開2001−398198号公報が挙げられる。この従来例は、従来のクロスダイクロイックプリズムを使用したシステムであり、ガラス製PBSをプリポラライザー、及びPBSとして使用し、補助的に金属偏光板のプリポラライザーを追加挿入したものである。
【0145】
前記従来例においてもプリPBSガラスの複屈折による影響を除去することによるコントラスト向上に資することができた。しかしながら、コントラルト向上等の画質要求は強く、更なる改善が望まれていた。
【0146】
図13〜図15はクロスダイクロイックプリズムを使用した合成ブロックを有する、第5乃至第7の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。なお、図中のようにX、Y、Z軸を定義する。
【0147】
図13は、本発明に係る第5の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。第5の実施の形態の投射型表示装置は、図9に示した第2の実施の形態の投射型表示装置に対応している。
【0148】
ランプならびに放物面鏡等の凹面鏡から構成される光源1から射出された略平行光束の光源光(白色光)1aは折り曲げミラー(コールドミラー)65を経て水平方向に所定の角度例えば略90°に折り曲げられて偏光変換装置60に入射して偏光変換を受ける。
【0149】
ここで、偏光変換装置60は複数のフライアイレンズ61aを有する第1のレンズ板61と複数のフライアイレンズ62aを有する第2のレンズ板62とからなるフライアイインテグレータと、偏光ビームスプリッタをアレイ状に形成した偏光ビームスプリッタアレイ63と、所定位置に形成した1/2波長位相板64とから構成される。
【0150】
上記の偏光変換装置60から射出された光は大部分がS偏光であるが、一部P偏光が混じっている。偏光変換装置60を射出した光はコンデンサーレンズ59を経てB(青)光反射ダイクロイックミラー57と、R(赤)光とG(緑)光を反射するダイクロイックミラー58とを互いに直交するようにX型に配置したクロスダイクロイックミラー56に入射され、入射光軸に直交し互いに反対方向に進行するB光(図中右方へ進行)と、R光、G光(図中左方へ進行)とに色分解する。
【0151】
前記色分解されたB光はミラー55にて反射され、フィールドレンズ53Bを経てプリポララリザー41を透過してPBS用金属偏光板45に入射される。ミラー55は、コールドミラーでも良く、金属偏光板であっても良い。
【0152】
一方、前記色分解されたG光、R光はミラー56にて反射されてG光反射ダイクロイックミラー54に入射される。ここで、反射するG光(図中右方へ進行)と、透過するR光(図中上方へ進行)とに色分解され、それぞれフィールドレンズ53G,53Rを経て、プリポラライザー42,40を経て、それぞれのPBS用金属偏光板43,44に入射される。
【0153】
本実施の形態においても、PBS用金属偏光板43,44,45は図6と同様にP配置としている。
【0154】
金属偏光板によるプリポラライザー40,41,42はPBS用金属偏光板43,44,45に前置されて透過光の偏光度を向上させるものである。金属偏光板によるポストポラライザー46,47、48は、PBS用金属偏光板43,44,45に後置され、反射型光変調素子83,84,85で変調されない反射光がPBS用金属偏光板43,44,45で透過されずに反射してしまった光(金属偏光板に対してP偏光)を阻止してコントラストをより向上させるために用いられる。
【0155】
反射型光変調素子83,84,85でそれぞれ変調されたR光、G光、B光は、それぞれポストポラライザー47,46,45を介してクロスダイクロイックプリズム81で合成され、投射レンズ82方向に射出される。
【0156】
図14は、本発明に係る第6の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。図14(a)は第6の実施の形態の投射型表示装置の全体の構成を示す図であり、図14(b)は第6の実施の形態の金属偏光板によるポストポラライザー44,45,46の光軸に対する位置関係を説明するための図である。
【0157】
第6の実施の形態の投射型表示装置は、図10に示した第2の実施の形態の投射型表示装置に対応している。
【0158】
第13に示した第5の実施の形態との相違点は、ポストポラライザー46,47,48が光軸に対して所定角度傾斜していることである。これは、ポストポラライザーで反射した光が反射型光変調素子83,84,85で再度反射し、さらに金属偏光板43,44,45で反射して投射レンズ82の入射瞳に入射することによって、ゴーストが発生することを防止するものである。
【0159】
図14(b)は、収差補正のための4枚1組のプレートを示す図である。
【0160】
これらのプレートは、光軸に対して所定角度αを有するプレート71、プレート71を光軸に垂直な面について鏡映対称に配置したプレート72、プレート71,72を光軸について90°回転したプレート73,74から構成される。
【0161】
本実施の形態のポストポラライザー46,47,48は、光軸に対して例えばプレート71に相当する位置に配置したものである。
【0162】
ポストポラライザー43,44,45の傾斜角度は、上記趣旨により簡単に作図から求めることができる。具体的には、反射型光変調素子83,84,85から反射する光のコーンアングル(円錐角)(すなわち、結像に寄与する光の最大広がり角度と光軸とのなす角である)をα度とした場合に、ポストポラライザー43,44,45の傾斜角度をα度とすると、任意の角度で反射型光変調素子83,84,85から反射した光がポストポラライザー43,44,45及びPBS用金属偏光板43,44,45で反射して反射型光変調素子83,84,85に戻る角度がα度となる。言い換えると、ポストポラライザー43,44,45の傾斜角度をα度以上に設定すれば反射型光変調素子83,84,85での再反射光はコーンアングル以上の角度の付いた光線となり、投射レンズの入射瞳に入射しなくなるため、スクリーンに到達せず、よってゴーストを確実に防止することができる。
【0163】
前記コーンアングルは、投射レンズのFナンバーと対応する。具体的設計に応じて、Fナンバー(すなわち、コーンアングル)は変わるが、一般的にはFナンバーは2.8〜4.0である。
【0164】
ここで、Fナンバー4にて約7.2度、Fナンバー2.8にて約10.3度、Fナンバー2にて約4.5度であるため、望ましい傾斜角度としては、5〜15度である。
【0165】
図15は、本発明に係る第7の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。第7の実施の形態の投射型表示装置は、図11に示した第4の実施の形態の投射型表示装置に対応している。
【0166】
第7の実施の形態においては、ポストポラライザー46,47,48とクロスダイクロイックプリズム81の間にシリンドリカルレンズ49,50,51が設置されていることが特徴である。これは、ポストポラライザー46,47,48が傾斜していることによる収差を補正するものである。
【0167】
前記図14(b)は、シリンドリカルレンズ49,50,51の代替としての機能を有する収差補正のための4枚1組のプレートを示す図である。
【0168】
これらのプレートは、光軸に対して所定角度αを有するプレート71、プレート71を光軸に垂直な面について鏡映対称に配置したプレート72、プレート71,72を光軸について90°回転したプレート73,74から構成される。
【0169】
本実施の形態のポストポラライザー46,47,48は、光軸に対して例えばプレート71に相当する位置に配置したものである。
【0170】
この4枚のプレート71,72,73,74の内の1枚をポストポラライザーと兼用することにより、ポストポラライザー46,47,48とシリンドリカルレンズ49,50,51の機能の代替とすることができる。
【0171】
図13〜図15において、PBS用金属偏光板43,44,45とポストポラライザー46,47,48の実装方法を以下で説明する。クロスダイクロイックプリズム81と3色用のPBS用金属偏光板43,44,45等を含む部分の上下面にアルミナ系セラミックによる共通のベース52を設ける。
【0172】
PBS用金属偏光板43,44,45とポストポラライザー46,47,48と反射型光変調素子83,84,85により囲まれる空間は密閉構造とする密閉構造にする方法としては、これら3種類の部材の間をゴム等の可撓性部材で密閉する方法がある。このようにしたことによって、金属格子面が密閉に保持され、金属格子が他者と接触することによるダメージ、各種原因によるコンタミネーション等の不具合を効果的に防止することができる。
【0173】
金属偏光板は金属格子の作用により、偏光作用を発揮するのであるが、金属偏光板に入射する光の幾分かは金属格子により吸収されるため、金属偏光板は温度上昇する。よって、金属偏光板は、その信頼性確保の観点及び、温度変化により金属偏光板の平面度が劣化すると、結像性能が劣化するという問題点除去の観点から、適切に冷却される必要がある。しかしながら、金属偏光板の金属格子側は結像光学系を構成しているため、直接冷却すると上記弊害があるため、密閉された金属偏光板をその基板側から空冷することが必要となる。図12〜図15では、図中の空気流87に示すように図示しない冷却手段によってPBS用金属偏光板43,44,45の非金属格子面は冷却されている。前記冷却手段としては、シロッコファン、軸流ファンが選択できる。またプリポラライザー40,41,42や、ポストポラライザー46,47,48も適切に冷却することが望ましい。
【0174】
以上の第5乃至第7の実施の形態で示したように、クロスダイクロイックプリズム81を使用した投射型表示装置においても、ガラス製偏光ビームスプリッタの代わりに、金属偏光板(Wire Grid Polarizer)を使用することができ、光学系の軽量化、ガラスの複屈折による影響を除去することによるコントラスト向上に資することができる。
【0175】
【発明の効果】
本発明は、製造が容易であり、画像のぼけやゴーストがなく、高いコントラストの画像を表示できるようになされた投射型表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図2】前記投射型表示装置における色分解プリズムの形状を示す側面図である。
【図3】前記投射型表示装置における色合成プリズムの周辺の構成を示す側面図である。
【図4】前記投射型表示装置における色分解プリズム及び色合成プリズムの周辺の構成を示す斜視図である。
【図5】前記投射型表示装置における色分解プリズム、色合成プリズム及び反射型光変調素子の構成を示す斜視図である。
【図6】前記投射型表示装置において各偏光ビームスプリッタに入射する光を偏光ビームスプリッタ内の反射面に対するP偏光としこの反射面を透過した光を受光する位置に各反射型空間光変調素子を配置した構成を示す斜視図である。
【図7】前記投射型表示装置において偏向プリズムに代えて、平面鏡、または、曲面鏡を用いた構成を示す斜視図である。
【図8】前記投射型表示装置においてフィールドレンズを光軸に対して直交する2方向に移動調整するための構成を示す斜視図である。
【図9】第2の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図10】第3の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図11】第4の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図12】第2乃至第4の実施の形態の実装方法を示す斜視図である。
【図13】第5の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図14】第6の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。
【図15】第7の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。
【図16】いわゆる「クロスダイクロイックプリズム」を用いた光学系を備えた従来の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図17】画面対応部分に接合部を有さないプリズムを使用した従来の投影型表示装置の構成を示す側面図である。
【図18】従来の「3個以上のプリズムにより構成される色合成光学素子」の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
1 光源
3 ロッドインテグレータ
5,6,8 リレーレンズ
7 P−S合成素子
10 色分解プリズム
13,14,15 偏向プリズム
16,17,18 偏光ビームスプリッタ
20 色合成プリズム
40,41,42…プリポラライザー
43,44,45…PBS用金属偏光板
46,47,48 ポストポラライザー
53B,53G,53R…フィールドレンズ
54 G光反射ダイクロイックミラー
56,57,58 クロスダイクロイックミラー
59 コンデンサレンズ
60 偏光変換装置
65 コールドミラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device that illuminates a spatial light modulator with primary color light that has passed through a color separation optical system, combines the primary color light that has passed through the spatial light modulator with a color combining prism, and projects the image to display an image. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a so-called “reflection type liquid crystal light valve” is provided as a reflection type spatial light modulation element, and the image is displayed by enlarging and projecting light spatially modulated by the reflection type spatial light modulation element onto a screen. There has been proposed a projection type display device.
[0003]
In this projection display device, white light from a light source is color-separated into red (R), green (G), and blue (B) primary color lights. Each of the modulation elements is illuminated. Each reflective spatial light modulator modulates and reflects the primary color illumination light according to the red, green, and blue components of the display image. Then, by combining the reflected lights from the respective reflective spatial light modulators and projecting them on a screen, a color image is displayed on the screen.
[0004]
As an optical system constituting such a projection display device, there is an optical system using a so-called “cross dichroic prism” as a color combining optical component.
[0005]
FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of a conventional projection display device including an optical system using a so-called “cross dichroic prism”.
[0006]
In this projection display device, white light emitted horizontally from a
[0007]
On the other hand, the magenta light (R + B) transmitted through the first
[0008]
Then, the red light (R) transmitted through the second
[0009]
The white light emitted by the
[0010]
The green light (G) incident on the
[0011]
The blue light (B) incident on the
[0012]
Further, the red light (R) incident on the
[0013]
The second polarizing
[0014]
The cross
[0015]
The light emitted from the exit surface of the cross
[0016]
In this projection type display device, a “color separation / light guide optical system” from the
[0017]
Such a configuration allows the routing of the optical path in the `` color separation / light guide optical system '' to be contained in a rectangular area occupied in the horizontal plane by the `` modulation / color synthesis / projection optical system ''. The device configuration can be reduced in size.
[0018]
[Patent Document 1]
JP-A-11-64796
[Patent Document 2]
JP 2001-290010 A
[Patent Document 3]
JP-A-2002-55210
[Patent Document 4]
JP-A-2002-55305
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the projection type display device as described above, the "cross dichroic prism" as a color combining optical component is formed so that the angles of the apex angles of four right-angle prisms are formed accurately, and each surface is polished with high precision Otherwise, the dichroic film surfaces crossing each other will bend at the position of the apex angle of the right-angle prism.
[0020]
If the dichroic film surface is bent in this way, the projected image on the screen becomes a double image, and there is a problem that the resolution of the image is significantly deteriorated.
[0021]
Also, in order to keep the resolution on the screen good, when joining the four right-angle prisms, it is necessary to join them with high precision so that no step is formed on the joining surface. Therefore, joining of the four right-angle prisms in manufacturing the “cross dichroic prism” is a difficult task.
[0022]
Furthermore, the right angle ridge of the right-angle prism does not allow defects such as so-called pills and chips, and if the width of the ridge is wide, the portion where the dichroic film surface intersects is projected on the screen as a vertical streak. There was also a problem.
[0023]
As described above, in the conventional cross dichroic prism, it is extremely difficult to process and join the prisms, and it takes a lot of time and cost to manufacture.
[0024]
In order to solve such a problem, it is effective to use a prism having no joint in a portion corresponding to the screen of the prism. As such an example, there is a technique described in Japanese Patent No. 2505758.
[0025]
FIG. 17 is a side view showing a configuration of a projection display device using a prism having no joint at a portion corresponding to a screen described in Japanese Patent No. 2505758.
[0026]
That is, as shown in FIG. 17, the projection display device uses a color separation prism (so-called “Philips prism”) used in a so-called “three-panel video camera”.
[0027]
In this display device, a light beam emitted from the
[0028]
In the
[0029]
The blue light (B) is totally internally reflected by the
[0030]
The cyan light (R + G) transmitted through the first dichroic film 118C is incident on the second
[0031]
The red light (R) is totally internally reflected by the incident surface of the second
[0032]
The green light (G) transmitted through the second
[0033]
In the
[0034]
The reflection type
[0035]
However, in a conventional projection display device using a so-called "Philips prism", a
[0036]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a projection-type display device that can display a high-contrast image while being easy to manufacture.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a projection display device according to the present invention includes a white light source and a color that receives light from the white light source and separates the white light into first to third primary color lights. Separation optical system, three polarization beam splitters into which the respective primary color lights separated by the color separation optical system are respectively incident, and arranged corresponding to the respective polarization beam splitters. Combining three reflective spatial light modulators that polarize and reflect according to each primary color component of the display image and the primary color light that has passed through the three reflective spatial light modulators and the three polarization beam splitters A color combining prism, and a projection optical system that projects the light combined by the color combining prism, wherein the color combining prism has a first surface that vertically enters the first primary color light, 1st to 1st And a second surface on which a first dichroic film is formed, which reflects the first primary color light and transmits the second and third primary color lights, A third surface from which primary color light is emitted perpendicularly, wherein the first primary color light is incident on the first surface, is totally reflected by the third surface, and is reflected by the second surface. A first prism that reflects and exits from the third surface, wherein the second and third primary color lights are incident on the second surface and exit from the third surface; A fourth surface on which primary color light is vertically incident, and a second dichroic film that reflects the second primary color light out of the second and third primary color lights and transmits the third primary color light And a sixth surface parallel to the second surface of the first prism through an air layer, from which the second and third primary color lights are emitted. The second primary color light is incident on the fourth surface, totally reflected on the sixth surface, reflected on the fifth surface, emitted from the sixth surface, and exited from the third surface. Is incident on the fifth surface and exits from the sixth surface, a seventh surface on which the third primary light is incident perpendicularly, and the third primary color A fifth surface of the second prism from which light is emitted, and an eighth surface bonded with an optical adhesive to the fifth surface of the second prism, wherein the third primary color light is incident on the seventh surface. , And a third prism emitted from the eighth surface.
[0038]
In this projection type image display device, since the optical components are not interposed between each polarization beam splitter and each reflection light modulation element as in the related art, the light modulated by each reflection type light modulation element disturbs the vibration surface. There is no danger that the light enters the polarization beam splitter as it is. Therefore, in this projection type image display device, it is possible to prevent the contrast of the displayed image from being lowered, and the assembly is easy.
[0039]
The color separation optical system reflects the first primary color light out of the first to third primary color lights, and a third surface on which the first to third primary color lights are vertically incident, and A second surface on which a first dichroic film is formed, the second surface transmitting the second and third primary color lights; and a first surface for vertically emitting the first primary color light, Are incident on the third surface, are reflected on the second surface, are totally reflected on the third surface, are emitted from the first surface, and are the second and third primary colors. Light is incident on the third surface and is incident on a first prism that exits from the second surface, and on a second surface of the first prism where the second and third primary colors are incident. A sixth surface that faces in parallel via an air layer, and a second surface that reflects the second primary light and transmits the third primary light among the second and third primary light. Dichroic A fifth surface on which a black film is formed, and a fourth surface for vertically emitting the second primary color light, wherein the second primary color light is incident on the sixth surface. The third primary color light is reflected on the fifth surface, totally reflected on the sixth surface, emitted from the fourth surface, and incident on the sixth surface, A second prism emitted from a surface, an eighth surface, to which the third primary color light is incident, bonded to a fifth surface of the second prism with an optical adhesive, and the third primary color A third surface from which light exits vertically, and wherein the third primary color light is incident on the eighth surface, and comprises a third prism that exits from the seventh surface. A color separation prism is desirable.
[0040]
It is desirable that the color separation prism has substantially the same shape as the color synthesis prism.
[0041]
Each primary color light that has passed through the color separation prism is deflected by 90 ° by a deflecting prism to form a light beam whose traveling direction is parallel to each other, is incident on a corresponding polarizing beam splitter, and is reflected on a reflecting film surface of the polarizing beam splitter. It is desirable that the light be S-polarized light or P-polarized light.
[0042]
In addition, the light incident on each polarization beam splitter and the light that has been modulated or not modulated by the reflection type spatial light modulator corresponding to the polarization beam splitter and has passed through the polarization beam splitter have mutually traveling directions. It is desirable that they are orthogonal.
[0043]
In this case, there is no possibility that the polarized light passing through the color separation prism and the color synthesis prism is largely rotated on its vibration surface. Therefore, in this projection type image display device, it is possible to prevent a decrease in contrast of a display image, and it is easy to assemble.
[0044]
The color separation prism and the color synthesis prism in the present invention are disclosed in JP-A-2001-290010, JP-A-2002-55210, and JP-A-2002-55305. Color combining optical element ". In the optical elements described in these publications, there is no air layer for total reflection in the two dichroic films D1 and D2 as shown in FIG. On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 2, there is an air layer in the portion of the dichroic film for “to totally reflect the second primary color light in the prism”. Miniaturization has been achieved.
[0045]
It is desirable to arrange a half-wave plate on an optical path from the color separation prism to each of the polarization beam splitters, or on an optical path from each of the polarization beam splitters to the color combining prism.
[0046]
It is desirable that the light incident on each polarizing beam splitter be S-polarized light or P-polarized light with respect to the reflection film surface of the polarizing beam splitter by the half-wave plate.
[0047]
It is desirable to arrange a field lens between the decomposing prism and the polarizing beam splitter, and adjust the position of light incident on the reflective spatial light modulator by displacing the field lens in a direction perpendicular to the principal ray. .
[0048]
It is desirable to arrange a steering prism between the color separation prism and the polarization beam splitter, and adjust the illumination distribution to the reflection type spatial modulation element by displacing the steering prism in a direction perpendicular to the principal ray.
[0049]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0050]
FIG. 1 is a perspective view illustrating the configuration of the projection display device according to the first embodiment.
[0051]
In this projection display device, a light beam emitted from the
[0052]
In the rod integrator 3, the incident light repeats total internal reflection on the side surface of the rod, makes the illuminance uniform, and is emitted from the emission end face as light having a uniform spatial distribution.
[0053]
Light emitted from the rod integrator 3 is incident on a deflection mirror (steering mirror) 9 via a collimator lens 4, relay lenses 5 and 6, a PS synthesizing element 7, and a condenser lens 8. The PS combining element 7 is an element for aligning light from a light source to linearly polarized light in a certain direction, and has a structure in which a plurality of polarizing beam splitters and a half-wave plate are arranged in a plane.
[0054]
The light incident on the deflecting mirror 9 is deflected by 90 ° in the optical path by the deflecting mirror 9. As the deflecting mirror 9, a cold mirror can be used in addition to the aluminum reflecting mirror and the silver mirror. The cold mirror is a mirror configured by laminating dielectric layers, and has a property of transmitting ultraviolet light and infrared light and reflecting only visible light. The light reflected by the deflecting mirror 9 enters the
[0055]
Note that the optical axis from the
[0056]
FIG. 2 is a side view showing the shape of the
[0057]
The
[0058]
The
[0059]
The second
[0060]
Then, the green light (G) transmitted through the second
[0061]
In this projection display device, the light beam incident on the
[0062]
The cyan light (R + G) transmitted through the first
[0063]
The green light (G) transmitted through the second
[0064]
The three primary color lights separated in this way enter the deflecting
[0065]
That is, as shown in FIG. 1, a blue deflecting
[0066]
These deflecting
[0067]
FIG. 3 is a side view showing a configuration around the
[0068]
The three primary color lights emitted from the deflecting
[0069]
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration around the
[0070]
Between each of the deflecting
[0071]
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of the
[0072]
The light that has entered the
[0073]
The P-polarized light component of the light incident on the
[0074]
Each of the reflective
[0075]
The blue light (B) incident on the blue reflection type
[0076]
The blue light (B) incident on the first
[0077]
Also, the red light (R) incident on the red reflective
[0078]
The red light (R) incident on the second
[0079]
The green light (G) that has entered the green reflective
[0080]
The green light (G) incident on the third prism 20C of the
[0081]
In this manner, the primary color lights that have entered the
[0082]
In this projection type display device, the physical directions of the reflection type
[0083]
In this projection display device, the S-polarized light (polarized light in the X direction) incident on each of the
[0084]
Therefore, in the
[0085]
Here, such an arrangement in which the S-polarized light is incident on each of the
[0086]
[Table 1]
[0087]
Therefore, for example, by inserting a phase difference plate (1 / wavelength plate) 21 between each
[0088]
That is, by inserting the phase difference plate ((wavelength plate) 21 at the above-described position, the dichroic film is designed in the
[0089]
Similarly, a phase difference plate (1/2 wavelength plate) is inserted between each of the
[0090]
Also in this case, all the
[0091]
FIG. 6 shows that the light incident on each of the
[0092]
In this case, the polarization direction of the light incident on each of the
[0093]
Therefore, in the
[0094]
The polarization states of the
[0095]
[Table 2]
[0096]
Therefore, for example, by inserting a phase difference plate (half-wave plate) between each
[0097]
That is, by inserting the phase difference plate ((wavelength plate) 21 at the above-described position, the dichroic film is designed in the
[0098]
Similarly, a phase difference plate (half-wave plate) is inserted between each of the
[0099]
Also in this case, all the
[0100]
Next, in this projection type display device, each of the deflecting
[0101]
On the other hand, FIG. 7 is a perspective view showing a configuration using a plane mirror or a
[0102]
In this projection type display device, a flat mirror or a
[0103]
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration for moving and adjusting the
[0104]
In this projection display device, the position of the illumination area on each of the reflective
[0105]
Note that a piezoelectric element may be used instead of the push screws 33 and 34.
[0106]
In the above-described projection type display device, a so-called “BK-7” is generally used as a material (glass material) forming the
[0107]
Further, in the above-described embodiment, the rod integrator 3 is used for the illumination system. However, the present invention is not limited to this. For example, a fly-eye integrator may be used for the illumination system.
[0108]
As described above, in the projection display device of the present embodiment, there is no occurrence of shadows or unnecessary bright lines at intersections of dichroic films in a projected image as in the case of using a cross dichroic prism, and the so-called “ There are no cashiers. Further, it is possible to display an image with good contrast in which light leakage to the reflection type light modulation element for other colors is small and generation of ghost is prevented.
[0109]
Further, the angle of incidence of light on the dichroic film is small, and the light use efficiency during color synthesis can be increased. In addition, a polarizing beam splitter having optimal characteristics can be used for each color, and an optimal narrow band color filter can be used for each color, so that a high-contrast image display can be easily realized.
[0110]
Further, in this projection display device, since the images displayed by the three reflection-type light modulation elements do not invert or mirror each other, the in-plane unevenness (reflectance unevenness) caused by the reflection-type light modulation elements. Etc.), there is no color unevenness when three colors are combined. That is, in the color separation prism of the projection display device, the green light is transmitted without being reflected, and the red light and the blue light are respectively reflected twice, so that the illumination light image is an erect image that is not inverted. Therefore, green light, red light, and blue light all become the same illumination light in the physical direction of each reflective light modulation element, and illumination unevenness does not cause color unevenness.
[0111]
In this projection display device, the design and manufacture of the color separation prism and the color synthesis prism are easy.
[0112]
FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration of a projection display device according to the second embodiment.
[0113]
The projection display device of the second embodiment uses a metal polarizing plate (Wire Grid Polarizer) instead of the
[0114]
FIG. 9 shows an embodiment in which the polarizing beam splitters (PBS) 16, 17, and 18 in the PBS section and the
[0115]
Metal polarizers are also referred to as metal grid polarizers or grid polarizers, as shown in JP-A-49-90149, U.S. Pat. No. 4,289,381, U.S. Pat. No. 4,514,479, and JP-A-58-42003. , Developed since the 1970s.
[0116]
More specifically, the light that has been decomposed into three primary colors passes through the
[0117]
Since the
[0118]
Also, if there is reflection on the glass surface opposite to the grating surface of the
[0119]
The
[0120]
The
[0121]
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the projection display device according to the third embodiment of the present invention.
[0122]
FIG. 10A is a diagram showing the overall configuration of a projection display device according to the third embodiment, and FIG. 10B is a
[0123]
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that the
[0124]
This is reflected again by the reflection type
[0125]
FIG. 10B is a diagram showing a set of four plates for aberration correction.
[0126]
These plates are made of a metal polarizing plate or a mere transparent glass plate, and have a predetermined angle α with respect to the optical axis, a
[0127]
The
[0128]
The inclination angles of the
[0129]
The cone angle corresponds to the F-number of the projection lens. The F-number (i.e., cone angle) varies depending on the specific design, but generally the F-number is 2.8 to 4.0.
[0130]
Here, since the F number is about 7.2 degrees, the F number 2.8 is about 10.3 degrees, and the F number 2 is about 14.5 degrees, the preferable inclination angle is 5 to 15 degrees. Degrees.
[0131]
FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration of a projection display device according to a fourth embodiment of the present invention.
[0132]
This embodiment is characterized in that
[0133]
Note that, as an alternative to the
[0134]
FIG. 12 is a perspective view showing a mounting method of the
[0135]
In these embodiments, a
[0136]
The
[0137]
The
[0138]
The metal polarizing plate exerts a polarizing action by the action of the metal grating. However, since some of the light incident on the metal polarizing plate is absorbed by the metal grating, the temperature of the metal polarizing plate rises. Therefore, the metal polarizing plate needs to be appropriately cooled from the viewpoint of securing its reliability and from the viewpoint of eliminating the problem that the imaging performance is deteriorated when the flatness of the metal polarizing plate is deteriorated due to a temperature change. . However, since the metal grating side of the metal polarizing plate constitutes an imaging optical system, direct cooling has the above-mentioned adverse effects. Therefore, it is necessary to air-cool the sealed metal polarizing plate from the substrate side.
[0139]
FIG. 12 also shows
[0140]
The
[0141]
With the above configuration, it is possible to realize a projection type display device using a metal polarizing plate (Wire Grid Polarizer) instead of the
[0142]
The configuration of the pre-polarizer-PBS-post-polarizer using the metal polarizing plate described above can be naturally applied to a system using a conventional cross dichroic prism.
[0143]
Hereinafter, an embodiment in which a metal polarizing plate is applied to a projection display device including a cross dichroic prism will be described.
[0144]
In addition, as a conventional example of the cross dichroic prism, JP-A-2001-398198 is cited. This conventional example is a system using a conventional cross dichroic prism, in which a glass PBS is used as a prepolarizer and a PBS, and a metal polarizer prepolarizer is additionally inserted.
[0145]
Also in the above conventional example, it was possible to contribute to the improvement of the contrast by removing the influence of the birefringence of the pre-PBS glass. However, there is a strong demand for image quality such as improvement in contrast, and further improvement has been desired.
[0146]
FIG. 13 to FIG. 15 are diagrams showing the configurations of the projection display devices according to the fifth to seventh embodiments each having a synthesis block using a cross dichroic prism. The X, Y, and Z axes are defined as shown in the figure.
[0147]
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a projection display device according to a fifth embodiment of the present invention. The projection type display device according to the fifth embodiment corresponds to the projection type display device according to the second embodiment shown in FIG.
[0148]
Light source light (white light) 1a of a substantially parallel light flux emitted from a
[0149]
Here, the
[0150]
The light emitted from the
[0151]
The color-separated B light is reflected by a
[0152]
On the other hand, the color-separated G light and R light are reflected by a
[0153]
Also in the present embodiment, the
[0154]
The
[0155]
The R light, G light, and B light modulated by the reflection-type
[0156]
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a projection display device according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 14A is a diagram illustrating the overall configuration of a projection display device according to the sixth embodiment, and FIG. 14B is a
[0157]
The projection display device according to the sixth embodiment corresponds to the projection display device according to the second embodiment shown in FIG.
[0158]
The difference from the fifth embodiment shown in the thirteenth embodiment is that the
[0159]
FIG. 14B is a diagram showing a set of four plates for aberration correction.
[0160]
These plates include a
[0161]
The
[0162]
The inclination angles of the
[0163]
The cone angle corresponds to the F-number of the projection lens. The F-number (i.e., cone angle) varies depending on the specific design, but generally the F-number is 2.8 to 4.0.
[0164]
Here, since the F number is about 7.2 degrees, the F number 2.8 is about 10.3 degrees, and the F number 2 is about 4.5 degrees, the preferable inclination angle is 5 to 15 degrees. Degrees.
[0165]
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a projection display device according to a seventh embodiment of the present invention. The projection display device according to the seventh embodiment corresponds to the projection display device according to the fourth embodiment shown in FIG.
[0166]
The seventh embodiment is characterized in that
[0167]
FIG. 14B is a diagram showing a set of four plates for aberration correction having a function as an alternative to the
[0168]
These plates include a
[0169]
The
[0170]
By using one of the four
[0171]
13 to 15, a mounting method of the
[0172]
The space surrounded by the
[0173]
The metal polarizing plate exerts a polarizing action by the action of the metal grating. However, since some of the light incident on the metal polarizing plate is absorbed by the metal grating, the temperature of the metal polarizing plate rises. Therefore, the metal polarizing plate needs to be appropriately cooled from the viewpoint of securing its reliability and from the viewpoint of eliminating the problem that the imaging performance is deteriorated when the flatness of the metal polarizing plate is deteriorated due to a temperature change. . However, since the metal grating side of the metal polarizing plate constitutes an imaging optical system, direct cooling has the above-mentioned adverse effects. Therefore, it is necessary to air-cool the sealed metal polarizing plate from the substrate side. In FIGS. 12 to 15, the non-metal lattice surfaces of the PBS
[0174]
As described in the fifth to seventh embodiments, in a projection display device using the cross
[0175]
【The invention's effect】
An object of the present invention is to provide a projection display device which can be easily manufactured, has no image blur or ghost, and can display a high-contrast image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a projection display device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a side view showing a shape of a color separation prism in the projection display device.
FIG. 3 is a side view showing a configuration around a color combining prism in the projection display device.
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration around a color separation prism and a color synthesis prism in the projection display device.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a color separation prism, a color synthesis prism, and a reflection type light modulation element in the projection type display device.
FIG. 6 is a view showing a configuration in which light incident on each polarization beam splitter in the projection type display device is P-polarized light with respect to a reflection surface in the polarization beam splitter, and each reflection type spatial light modulator is provided at a position where light transmitted through the reflection surface is received. FIG. 3 is a perspective view showing a configuration in which the components are arranged.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration in which a plane mirror or a curved mirror is used instead of the deflecting prism in the projection display device.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration for moving and adjusting a field lens in two directions orthogonal to an optical axis in the projection display device.
FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration of a projection display device according to a second embodiment.
FIG. 10 is a perspective view illustrating a configuration of a projection display device according to a third embodiment.
FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration of a projection display device according to a fourth embodiment.
FIG. 12 is a perspective view illustrating a mounting method according to the second to fourth embodiments.
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a projection display apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a projection display device according to a sixth embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a projection display device according to a seventh embodiment.
FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of a conventional projection display device provided with an optical system using a so-called “cross dichroic prism”.
FIG. 17 is a side view showing a configuration of a conventional projection display device using a prism having no joint at a screen corresponding portion.
FIG. 18 is a side view showing a configuration of a conventional “color combining optical element composed of three or more prisms”.
[Explanation of symbols]
1 light source
3 Rod integrator
5,6,8 relay lens
7 PS composite element
10 color separation prism
13,14,15 Deflection prism
16,17,18 Polarizing beam splitter
20 color synthesis prism
40, 41, 42 ... pre-polarizer
43,44,45 ... Metal polarizing plate for PBS
46, 47, 48 Post polarizer
53B, 53G, 53R: Field lens
54 G light reflection dichroic mirror
56,57,58 Cross dichroic mirror
59 Condenser lens
60 Polarization converter
65 cold mirror
Claims (5)
前記白色光源からの光が入射され、この白色光を第1乃至第3の3原色光に分離させる色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分離された各原色光がそれぞれ入射される3個の偏光ビームスプリッタと、
前記各偏光ビームスプリッタに対応して配置され、この偏光ビームスプリッタを経た光を表示画像の各原色成分に応じて偏光変調して反射する3枚の反射型空間光変調素子と、
前記3枚の反射型空間光変調素子及び前記3個の偏光ビームスプリッタを経た原色光を合成する色合成プリズムと、
前記色合成プリズムにおいて合成された光を投射する投射光学系とを備え、
前記色合成プリズムは、
前記第1の原色光を垂直に入射する第1の面と、前記第1乃至第3の原色光の内、前記第1の原色光を反射し、第2及び第3の原色光を透過する、第1のダイクロイック膜が形成された第2の面と、前記第1乃至第3の原色光が垂直に出射する第3の面と、を有し、前記第1の原色光は、前記第1の面に入射し、前記第3の面で全反射し、前記第2の面で反射し、前記第3の面から出射し、前記第2及び第3の原色光は、前記第2の面に入射し、前記第3の面から出射する第1のプリズムと、
前記第2の原色光が垂直に入射する第4の面と、前記第2及び第3の原色光の内、前記第2の原色光を反射し、前記第3の原色光を透過する、第2のダイクロイック膜が形成された第5の面と、前記第2及び第3の原色光が出射する、前記第1のプリズムの第2の面に空気層を介して平行に対向する第6の面と、を有し、前記第2の原色光は、前記第4の面に入射し、前記第6の面で全反射し、前記第5の面で反射し、前記第6の面から出射し、前記第3の原色光は、前記第5の面に入射し、前記第6の面から出射する第2のプリズムと、 前記第3の原色光が垂直に入射する第7の面と、前記第3の原色光が出射する、前記第2のプリズムの第5の面に光学用接着材で接合された第8の面と、を有し、前記第3の原色光は、前記第7の面に入射し、前記第8の面から出射する第3のプリズムとから構成されることを特徴とする投射型表示装置。A white light source,
A color separation optical system that receives light from the white light source and separates the white light into first to third primary color lights;
Three polarizing beam splitters into which respective primary color lights separated by the color separation optical system are respectively incident;
Three reflective spatial light modulators arranged corresponding to the respective polarizing beam splitters, and polarization-modulating and reflecting light passing through the polarizing beam splitter according to each primary color component of a display image;
A color combining prism that combines the primary color lights that have passed through the three reflective spatial light modulators and the three polarization beam splitters;
A projection optical system that projects the light combined in the color combining prism,
The color combining prism,
A first surface on which the first primary color light is perpendicularly incident, and the first to third primary color lights, which reflect the first primary color light and transmit the second and third primary color lights. A second surface on which a first dichroic film is formed, and a third surface on which the first to third primary color lights are emitted perpendicularly. The first primary color light is 1, the light is totally reflected on the third surface, reflected on the second surface, emitted from the third surface, and the second and third primary color lights are reflected on the second surface. A first prism incident on a surface and exiting from the third surface;
A fourth surface on which the second primary color light is perpendicularly incident, and a second surface that reflects the second primary color light and transmits the third primary color light among the second and third primary color lights. A fifth surface on which the second dichroic film is formed, and a sixth surface in parallel with the second surface of the first prism, through which the second and third primary colors of light are emitted, via an air layer. And the second primary color light is incident on the fourth surface, is totally reflected on the sixth surface, is reflected on the fifth surface, and is emitted from the sixth surface. And the third primary color light is incident on the fifth surface, and is emitted from the sixth surface, a second prism; and a seventh surface on which the third primary color light is vertically incident; An eighth surface, from which the third primary color light is emitted, bonded to a fifth surface of the second prism with an optical adhesive; Enter the face And a third prism that emits light and emits from the eighth surface.
前記第1乃至第3の原色光が垂直に入射する第3の面と、前記第1乃至第3の原色光の内、前記第1の原色光を反射し、第2及び第3の原色光を透過する、第1のダイクロイック膜が形成された第2の面と、前記第1の原色光を垂直に出射する第1の面と、を有し、前記第1の原色光は、前記第3の面に入射し、前記第2の面で反射し、前記第3の面で全反射し、前記第1の面から出射し、前記第2及び第3の原色光は、前記第3の面に入射し、前記第2の面から出射する第1のプリズムと、
前記第2及び第3の原色光が入射する、前記第1のプリズムの第2の面に空気層を介して平行に対向する第6の面と、前記第2及び第3の原色光の内、前記第2の原色光を反射し、前記第3の原色光を透過する、第2のダイクロイック膜が形成された第5の面と、前記第2の原色光を垂直に出射する第4の面と、を有し、前記第2の原色光は、前記第6の面に入射し、前記第5の面で反射し、前記第6の面で全反射し、前記第4の面から出射し、前記第3の原色光は、前記第6の面に入射し、前記第5の面から出射する第2のプリズムと、
前記第3の原色光が入射する、前記第2のプリズムの第5の面に光学用接着材で接合された第8の面と、前記第3の原色光が垂直に出射する第7の面と、を有し、前記第3の原色光は、前記第8の面に入射し、前記第7の面から出射する第3のプリズムとから構成される色分解プリズムであることを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。The color separation optical system,
A third surface on which the first to third primary color lights are vertically incident, and the first primary color light of the first to third primary color lights is reflected, and second and third primary color lights are reflected. And a second surface on which the first dichroic film is formed, and a first surface for vertically emitting the first primary color light, wherein the first primary color light is 3, the light is reflected by the second surface, is totally reflected by the third surface, emerges from the first surface, and the second and third primary color lights are A first prism that is incident on a surface and exits from the second surface;
A sixth surface, on which the second and third primary color lights are incident, which is opposed to the second surface of the first prism in parallel with an air layer interposed therebetween, among the second and third primary color lights; A fifth surface on which a second dichroic film is formed, which reflects the second primary color light and transmits the third primary color light, and a fourth surface which vertically emits the second primary color light And the second primary color light is incident on the sixth surface, is reflected on the fifth surface, is totally reflected on the sixth surface, and is emitted from the fourth surface. A second prism that is incident on the sixth surface and exits from the fifth surface;
An eighth surface, on which the third primary color light is incident, bonded to a fifth surface of the second prism with an optical adhesive, and a seventh surface, from which the third primary color light is emitted perpendicularly Wherein the third primary color light is a color separation prism composed of a third prism that enters the eighth surface and exits from the seventh surface. The projection display device according to claim 1.
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