JP2004317958A - Image display device and reflection type light valve element - Google Patents

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JP2004317958A
JP2004317958A JP2003114606A JP2003114606A JP2004317958A JP 2004317958 A JP2004317958 A JP 2004317958A JP 2003114606 A JP2003114606 A JP 2003114606A JP 2003114606 A JP2003114606 A JP 2003114606A JP 2004317958 A JP2004317958 A JP 2004317958A
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Atsushi Takaura
淳 高浦
Kazuya Miyagaki
一也 宮垣
Keishin Aisaka
敬信 逢坂
Kazuhiro Fujita
和弘 藤田
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve contrast by reducing the number of light beams whose polarization is canceled or reducing polarization canceling amount out of a plurality of light beams whose incident angles are different. <P>SOLUTION: A microlens 18 has such lens surface shape that a direction where it has curvature is limited to only one direction. The direction where it has the curvature is a direction X, and it does not have the curvature in a direction Y. By setting the lens surface in such a way, the contrast is improved by about 50%. The area of a surface having a surface inclined component where the polarization is canceled in the case of refraction on the lens surface of the lens 18 is reduced. Therefore, an effect that the contrast is improved is obtained by reducing the number of light beams whose polarization is canceled or reducing the polarization canceling amount out of a plurality of light beams whose incident angles are different. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、反射型ライトバルブ素子及び該反射型ライトバルブ素子を用いた投射型画像表示装置に関し、特に、ライトバルブの画素数よりもたくさんの画素数を投影表示させる画素ずらし表示手段、および、ライトバルブがもつ画素の投影像を、画面全体の投影倍率よりも小さい倍率で投影するための画素縮小投影手段を併用した液晶プロジェクタ装置に関するが、効果の有効性から透過型ライトバルブ素子を用いた場合も含めることができる。
【0002】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイによる画素縮小系がない一般的な画像投射装置においてもコントラスト低下の課題は存在する。その要因と対策については、たとえば特開2003−021807号公報(特許文献1)や、特開平10−142691号公報(特許文献2)に開示されている。これらは、偏光ビームスピリッタ(PBS)や偏光子において、理想的には、100%透過/反射されるべき光線の偏光状態が理想状態からずれるためにコントラストが低下するという課題に言及している。しかし、これらは、画素縮小や画素ずらし表示を行う場合におけるコントラスト低下の原因と対策には言及していない。
【0003】
ライトバルブと、マイクロレンズアレイを積層構成した公知技術は多数あるが、それらは、ライトバルブの開口効率の向上を目的としており、画素縮小することが目的ではない。マイクロレンズアレイのレンズ開口間の隙間や、マイクロレンズアレイ板とライトバルブ面の間にクロストーク防止スリット層を設けたものが特開2000−047258号公報(特許文献3)などに開示されているが、これは、フレア光の遮光によって画像コントラストを改善するという主旨内容のもので、光の偏光状態とコントラストについては言及されていない。
【0004】
本発明において後述される画素ずらし素子については、たとえば、垂直配向型強誘電性液晶を用いた画素ずらし素子の構成動作、および、画素ずらし表示を行うことによる画質改善効果がSID2002、IDW2002などに開示されているが、コントラスト性能については言及されていない。
【0005】
ライトバルブのパネル上の表示画像を、拡大光学系によってスクリーン上に投射するプロジェクタ装置において、投影像の画素数増加による投影画像の高精細化が進展している。投影画像を高精細化する最も一般的な方法は、ライトバルブの画素数そのものを増やす方法である。しかし、ライトバルブの画素数を増やすには1画素のサイズを小さくする必要がある。このことはライトバルブのコストアップに影響する。画素サイズを小さくしないで画素数を増やすにはライトバルブの面積を大きくすればよい。しかし、ライトバルブの面積を大きくして照明光学系や投射光学系を小さくするのは難しい。投射装置の小型軽量化は重要であり、ライトバルブ素子のサイズは小型化している。
【0006】
これとは別な方法として、ライトバルブの画素数を増やすことなく、拡大投射像の画素数がみかけ上多くなるようにする方法が提案されている。
それは、ライトバルブの画素を投影する位置を、微小量ずらして投影表示する方法である。この方法を以下、画素ずらし表示と称する。
【0007】
画素ずらし表示を行うには、画素ずらし表示をしない場合の1フレームの表示情報を2つ以上のサブフレーム表示情報に分割し、分割したサブフレームの表示情報を、表示位置をわずかにずらして投影する。
【0008】
ずらし方としては、サブフレームで構成された複数の別なる画面を静的に重ねて投影する方法と、これらを時分割で投影表示する方法がある。ずらす量は投影画素のサイズよりも小さくする。画素の半分位ずらすのが良い。
【0009】
ずらす方法としては、静的な重ね合わせ投影表示の場合には、複数の投射装置を用いて、その各々が分割したサブフレームの画像を投影するという方法がある。動的に時分割投影表示の場合には、アクティブな画素ずらし手段をもってサブフレーム画像を時分割投影表示する。
【0010】
時分割投影表示する場合には、画像の投影位置を、画像を表示する周波数よりも高速に、投影面上で移動させている。標準的なフレーム周波数を60Hzとすると、2つのサブフレームに分割して画素ずらし表示する場合には、各サブフレームの表示周波数は120Hzとなる。同様に、4つのサブフレームに分割して画素ずらし表示する場合には、各サブフレームの表示周波数は240Hzとなる。
【0011】
画像の表示位置を移動させる方法としては、例えば、光透過性基板、ITO電極層、液晶層、ITO電極層、光透過性基板の積層構成素子を投射系の光路中におき、液晶層にITO電極によって電界を印加する方法により液晶の配向方向を電気的にスイッチングさせ、液晶層中を通過する光路を複屈折効果によって平行シフトさせる方法がある。垂直配向型強誘電性液晶の長軸の方向を、光軸に対し、光軸を含む面内で±に傾くようにスイッチング動作させることにより、液晶層を通過する光線の出射位置を、光軸を含む面内で±にシフト動作させることができる。このような画素ずらし素子に関する説明の詳細は特開2002−214579号公報(特許文献4)に記載されている。このほかの方法によっても画素ずらし表示は可能であり、多くの開示例がある。
【0012】
ところで、ライトバルブの画素を投影表示するとき、投影表示されるライトバルブの画素像の大きさは、通常のプロジェクタ装置においては、画素サイズ×投影倍率である。このときには、隣接する画素の像はほぼ隙間なく投影されている。厳密には、ライトバルブの画素間に隙間があるので、隙間の領域は黒く表示されているが、黒く表示されている領域は画素と比べればはるかに細い。この状態において画素ずらし表示を行うと、隣接する画素同士の像が重なることになる。このため、輪郭のぼけた画像になる。輪郭のぼけは画像の濃淡差の大きいところにおいて特に顕著である。文字や図面などエッジが目立つ画像を表示する場合にこのぼけが目立つことになる。
【0013】
上述の画像ぼけを改善する方法として、投影面上の画素の大きさを縮小する方法がある。以下、画素縮小表示と称する。
【0014】
画素縮小表示というのは、投影画面そのもののサイズを縮小することではない。画素の像の大きさのみが縮小されるものである。画素の像の大きさのみが縮小表示されると、隣接する画素の像同士は隙間を以って投影された状態となる。この状態にて画素ずらしを行うと、隣接する画素像の重なりの問題を解消できる。これにより、画像のぼけが解消される。
【0015】
上記の画素縮小表示を実現する手段として、ライトバルブの画素の各々に対してマイクロレンズを配置した構成手段がある。すなわち、マイクロレンズアレイをライトバルブの画素配列と等しく構成し、ライトバルブと対向配置させる構成手段である。マイクロレンズアレイとライトバルブを接着層によって固定する構成が好ましい。マイクロレンズの焦点距離、接着層の屈折率、層厚などのパラメータを適切に設計すると、マイクロレンズの手前側からライトバルブに向けて照明することにより、ライトバルブの画素の縮小像を中間像として生成することができる。ライトバルブが反射型の場合には、縮小像はライトバルブの手前側にできる。この縮小像の位置と投影面が光学的に共役な関係になるように投射光学系を配置すると、この縮小像を拡大投影することができる。
【0016】
図12は、上述のプロジェクタ光学系の構成をさらに詳細に説明するための図で、照明光源1からの光は、インテグレータ光学系2、偏光変換素子3を通してPBS(偏光ビームスプリッタ)4に入射され、該PBS4の偏光分離面5で反射され、リターダー6を通過し、色分解/合成素子7によって、R、G、Bの3色に色分離される。ここで、Rとは赤、Gとは緑、Bとは青のことである。色分離された3色の照明光の各々は、画素縮小光学系8(8R,8G,8B)を介し、反射型ライトバルブ9(9R,9G,9B)に至る光学系を構成する。これを、ここでは往路光学系と称する。偏光変換素子3として1/2λ板が用いられる。リターダー6は位相補償素子のことであり、1/4λ板が用いられる。
【0017】
また、前記反射型ライトバルブ9の反射光が、画素縮小光学系8、色分解/合成素子7、リターダー6、偏光ビームスプリッタ4の順に戻り、偏光分離面5を透過/反射し、透過光は偏光変換素子10、画素ずらし素子11、投射光学系12を介して、投影面に至る光学系を構成する。これを、ここでは復路光学系と称する。往路光学系と復路光学系は同一の素子を共有している。上記偏光変換素子10は偏光変換素子3に対してクロスニコル配置としている。
【0018】
図13及び図14は、上記の画素縮小光学系8および反射型ライトバルブ9の断面構成を示す図で、図中13はマイクロレンズ基板、14はマイクロレンズアレイであり、光透過性材料が用いられる。15は接着層、16は反射型ライトバルブ9の液晶層、17はライトバルブ基板、画素縮小系8と反射型ライトバルブ9は接着層15によって接着されている。図13および14におけるZ軸は照明光束の光軸方向にとっている。
【0019】
マイクロレンズアレイ14を構成する個々のマイクロレンズ14は反射型ライトバルブ9の反射面17上にある画素と1対1に対応するように構成配置されている。なお、図13および図14におけるマイクロレンズの数は概念的なものであり、実際の数は反射型ライトバルブ9の画素数に相当する。また、各層の厚さもここでは模式的表現になっているが、たとえば、マイクロレンズ14の厚さは10ミクロン程度である。
【0020】
図15は、図13及び図14に示した画素縮小系8及び反射型ライトバルブ9を通る光学系を説明するための図で、まず、往路において、照明光は画素縮小系8にいたる。画素縮小系8は複数のマイクロレンズの開口を有しており、照明光束は開口分割される。各々のマイクロレンズ面にて照明光は集光作用をうけ、接着層15、液晶層16を介して、反射型ライトバルブ9の画素面にいたる。
【0021】
復路においては、反射型ライトバルブ9の画素面で反射し、液晶層16、接着層15、画素縮小光学系8を再度通過する。反射型ライトバルブ9の画素の縮小像が、各マイクロレンズ14Mのレンズ面よりも図15の上側に生成されるようにする。さらに、この縮小像の位置と投影面の位置が光学的に共役になるように、復路の投射光学系を配置する。これにより、縮小された画素の像が投影面に投影表示される。
【0022】
図15に示した光学系は、光線が図の上から下に向かってマイクロレンズの光軸と平行に入射された場合の光路を模式的に示している。実際には照明光のなかには非平行な光線成分が存在するため、結像位置I−1における像は所定の大きさをもつことになる。なお、画素縮小像位置I−1と投影面の光学的共役関係については容易に理解されるので図による説明を省略する。
【0023】
上記光学配置において、反射型ライトバルブ素子9の液晶層16は入/反射光の偏光を回転させる機能をもつ。これによって、復路光学系の色合成素子7、リターダー6、PBS4、偏光変換素子10を透過する光量を変える。すなわち、投影表示画像の明暗を制御する。
【0024】
ここで、ライトバルブ素子9のオン/オフ時、すなわち、明/暗状態における投影画面上のコントラストについては、以下に述べるような、コントラスト低下の課題がある。
【0025】
コントラストが低下する要因は、画素縮小系がない状態においても存在しており、その要因と対策については、たとえば、特開2003−021807号公報(特許文献5)や、特開平10−142691号公報(特許文献6)などにおいて開示されている。これらでは、PBSや偏光子において、理想的には100%透過/反射されるべき理想的な偏光状態からずれている光線成分があるためにコントラストが低下するとの課題を提示し、その解決方向について言及している。しかしながら、これらの開示例においては、画素縮小表示を行う場合におけるコントラスト低下の原因と対策には言及されていない。広義に表現すればマイクロレンズ系が介在することに起因するコントラスト低下については言及されていない。
【0026】
以上に例示した光学系において、光軸をZ軸、S偏光方向をY軸、P偏光方向をX軸とし、偏光変換素子3と偏光変換素子10は通常クロスニコル配置としている。照明光源1がランプである場合、照明光は無偏光である。これを、偏光変換素子3を通過した後に直線偏光に偏光変換している。ここでの直線偏光をS偏光とすると、その偏光状態を維持したままPBS4の偏光分離面5で反射し、反射型ライトバルブ9に至り、復路におけるライトバルブのオン時にはP偏光、オフ時にはS偏光の状態で、PBS4の偏光分離面5に戻れば、理想的なコントラスト特性が得られるはずである。しかし、実際には、往路、復路の各々の素子において偏光回転が生じて偏光軸が傾き、さらには、楕円偏光化し、余計な偏光成分が発生するために、消光比が下がってしまう。つまりは、コントラストが低下してしまう。しかし、特開2003−021807号公報(特許文献5)や、特開平10−142691号公報(特許文献6)の構成条件をとれば、上記の原因によるコントラスト低下が改善されると記載されている。
【0027】
しかしながら、マイクロレンズを用いた画素縮小系が追加された場合には、事情が異なる。曲率半径が数10ミクロンレベルのマイクロレンズが介在する場合には、偏光解消によってコントラスト(消光比)が低下する。
【0028】
図16は、偏光解消(de−polarization)について説明するための図で、図16(A)に示すようなレンズの円形断面図において、レンズの中心を通る紙面直交方向に光軸をとり、レンズ面を含む面にX軸とY軸を定義した場合において、たとえば、図16(B)に示すように、Y軸と同一方向に振動面をもつ直線偏光光が入射すると、光線入射位置の座標がX≠0、Y≠0の位置では、偏光軸、偏光の振動面が傾く。X軸から45度の位置に入射した場合の入射位置Mを図示すると、Mにおいて光軸とMのつくる面が入射面となるので、図示されるように、半径方向がP成分、これに直交する方向がS成分になる。反射防止膜がついている場合には、偏光軸が傾くだけでなく、位相差の発生を伴うために楕円偏光化(図16(C))することが、光の鉛筆(非特許文献1)に記載されている。
【0029】
しかしながら、通常のレンズにおいて偏光解消が問題になることは稀である。それは一般的な光学装置においては、使用されるレンズ面の曲率半径がマイクロレンズの場合に比べて大きく、また、使用するレンズ周縁部の面の傾きがさほどきつくない形状のレンズであることが多く、レンズ面への光線入射角度が比較的小さいことや、偏光特性が装置性能上の問題とならないケースが多いためで、これらのケースにおいては、偏光解消が問題になることはほとんどないといってよい。
【0030】
偏光解消が問題になる装置としては、偏光顕微鏡の例がある。偏光顕微鏡においては、NAが大きく明るい対物レンズを通過すると光の偏光情報の乱れが顕著になるので、これを補正しなければならないが、偏光顕微鏡の場合にはレクティファイアによる対策があり、光の鉛筆(非特許文献1、195p)などにも紹介されている。しかしながら、レクティファイアの構成対策がとれるのは光学系が透過系の場合に限られている。反射型ライトバルブを使用する光学系は再帰光学系なので、レクティファイアの構成対策がとれない。よって、別なる対策を考える必要がある。
【0031】
それゆえに、本発明において提示している課題は特異的な課題であり、本課題に言及した公知例がないのが現状である。
【0032】
【特許文献1】
特開2003−021807号公報
【特許文献2】
特開平10−142691号公報
【特許文献3】
特開2000−047258号公報
【特許文献4】
特開2002−214579号公報
【特許文献5】
特開2003−021807号公報
【特許文献6】
特開平10−142691号公報
【非特許文献1】
鶴田匡夫著「光の鉛筆」新技術コミュニケーションズ刊、1988年8月20日、p.186−196、図25.5
【0033】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、マイクロレンズを併用した反射型ライトバルブ素子、及び、上述した画素縮小機能と画素ずらし表示機能をもつ投射型画像表示装置において、コントラストの改善に適した反射型ライトバルブ素子および画像表示装置を提供することを目的とする。
【0034】
なお、厳密には反射型ライトバルブ素子とマイクロレンズを主体とする画素縮小素子は別個の素子ととらえることができる。しかし、通常、反射型ライトバルブの画素とマイクロレンズをペアで用いているので、両者は一体的な構成で機能しているととらえることができる。そこで、以下においては、反射型ライトバルブ素子は画素縮小光学系を含めたものとして説明するが、画素縮小機能のない反射型ライトバルブ素子、たとえば、開口効率の向上を目的としてマイクロレンズアレイを併用する場合、あるいは、画素縮小機能が得られる構成でマイクロレンズアレイを使用する場合における画素縮小素子部のみの構造も、以下に述べる理由から、本発明の対象範囲である。
【0035】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、少なくとも、反射型ライトバルブ素子本体、および、前記反射型ライトバルブ素子本体がもつ複数の画素の各々と対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズのレンズ面は、前記レンズ面内の一方向に対して曲率をもっていることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0036】
第2の発明は、少なくとも、反射型ライトバルブ素子本体、および、前記反射型ライトバルブ素子本体がもつ複数の画素の各々と対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズのレンズ面は、前記レンズ面内の一方向に対して曲率の分布をもっていることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子であり、曲率の分布をもっているという点において第1の発明とは異なるものである。
【0037】
第3の発明は、第2の発明において、前記レンズ面内の曲率が、前記レンズの中心よりも周辺が緩やかな分布をもっていることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0038】
第4の発明は、第1乃至3のいずれかに記載される反射型ライトバルブ素子において、前記レンズ面の曲率が変化する方向を、前記反射型ライトバルブ素子を照明する光の偏光軸に一致させて用いることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0039】
第5の発明は、第1乃至3のいずれかに記載される反射型ライトバルブ素子において、前記レンズ面の曲率が変化する方向を、前記反射型ライトバルブ素子を照明する光の偏光軸と90度傾けて用いることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0040】
第6の発明は、少なくとも、反射型ライトバルブ素子本体、および、前記反射型ライトバルブ素子本体がもつ複数の画素の各々と対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズは、前記レンズ面内の一方向に対して曲率をもっているレンズ面1と、該レンズ面1の曲率をもっている方向と直交する方向に曲率をもつレンズ面2を具備してなることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0041】
第7の発明は、第6に記載の前記2つのレンズ面の、曲率をもつ方向のいずれか一方を、前記反射型ライトバルブ素子を照明する光の偏光軸に一致させて用いることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0042】
第8の発明は、第7に記載の反射型ライトバルブ素子において、前記レンズ面1ないしレンズ面2の少なくとも一方が曲率の分布を有してなる、すなわち、レンズ面内の曲率が一様でないことを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0043】
第9の発明は、第8に記載の反射型ライトバルブ素子において、前記2つのレンズ面の、曲率の分布をもつ方向のいずれか一方を、前記反射型ライトバルブ照明光の偏光軸に一致させて用いることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0044】
第10の発明は、少なくとも、反射型ライトバルブ本体、および、前記反射型ライトバルブ本体がもつ複数の画素の各々に対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズのレンズ開口の中心をO、レンズの光軸をZ軸とし、P偏光、もしくは、S偏光の振動方向をY軸方向とするときに、前記マイクロレンズのレンズ面において、前記Y軸に対し±45度以内の領域は、前記中心Oが曲面のピークでY方向にのみ曲率を有するレンズ面であり、それ以外の領域は前記中心Oが曲面のピークでX方向に曲率を有するレンズ面であることを特徴とする反射型ライトバルブ素子である。
【0045】
第11の発明は、第10の反射型ライトバルブ素子において、前記レンズ面の、曲率をもつ方向のいずれか一方を、前記反射型ライトバルブ素子を照明光の偏光軸に一致させて用いることを特徴とする、反射型ライトバルブ素子である。
【0046】
第12の発明は、照明光源と、インテグレータ光学系と、直線偏光子1と、直線偏光子1により直線偏光に偏光変換された照明光を反射する偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタ(PBS)とが順次配置されてなる光学系1と、前記偏光分離面の反射光路上に設けた位相補償板と、RGB分離する色分解プリズムと、色分解プリズムの射出面に配置したR,G,B用反射型ライトバルブ素子とが順次配置されてなる光学系2と、前記直線偏光子1とクロスニコル配置し、前記PBSを透過した前記反射型ライトバルブの反射光を透過/遮断する直線偏光子2と、画素ずらし素子と、反射型ライトバルブ素子の表示像を投影する投射光学系とが順次配置されてなる光学系3とから成る投射型画像表示装置において、前記反射型ライトバルブは、前記第1乃至11のいずれかに記載の反射型ライトバルブ素子であることを特徴とする、投射型画像表示装置である。
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態につき、従来技術と比較しながら説明する。
従来の画素縮小機能を備えた反射型ライトバルブ素子においては、マイクロレンズの曲率面は、レンズの光軸と垂直な面内で一様な曲率を有しているものが提案されている。この構成の曲率面に対して光線が入射するとき、光線は曲率面において屈折するが、このときに、光線が入射する位置や角度によって、偏光解消の発生のしかたは異なっている。ここでいう偏光解消とは、上述したように、レンズ面に入射する光線が例えばS偏光(直線偏光)であった場合に、レンズ面における屈折に伴い、偏光角度の回転が生じる現象のことをいう。偏光回転した光線は、レンズ面の後(光の進行方向)に、屈折率の異なる媒質境界があれば、この境界面において、さらに偏光性が変化し、楕円偏光化する。偏光回転し、かつ、楕円偏光化した光線は、反射型ライトバルブ素子の液晶のスイッチングによって反射光線の偏光を制御しても、本来はリターダー偏光子やPBSの偏光分離面で透過すべき成分が反射し、あるいは反射すべき成分が透過してしまうために、コントラストが低下する。
【0047】
ここで、ランプ光源を用いる場合、発光体が有限体積体であり、アーク長が有限の長さを有するために、レンズ面への光線入射角度は一様ではなく、所定の角度内に分布している。すなわち、レンズ面に入射する光線はレンズの光軸に対して一様に平行ではない。このように光線入射角のファクタが加わると、偏光解消はより顕著になる。
【0048】
特に、マイクロレンズ系を含む反射型ライトバルブ素子の場合、マイクロレンズの曲率面の曲率半径を数10ミクロン程度とし、光線がマイクロレンズ開口周縁部にも入射すると、上記の偏光解消によるコントラスト低下は顕著になる。
【0049】
繰り返しになるが、レンズ面内における偏光解消は、レンズの周縁部の方が中心部よりもその度合いが大きい。つまり、周縁部の方がレンズ面に対する入射角度が大きくなることと、偏光解消が大きくなることとは関連性がある。このことは、マイクロレンズの曲率半径を変えた場合のコントラストの比較によって確認することができる。すなわち、曲率半径が小さい場合の方がコントラストは低下する。
【0050】
このことから、マイクロレンズの曲率を緩めることによって偏光解消量を少なくすることができることはわかる。しかし、曲率をゆるくすると画素縮小効果が低くなるので、画素ずらし表示する際の画像ぼけの問題が浮上する可能性がある。
【0051】
これに対し、本発明では、図1に示すように、マイクロレンズ18の形状をマイクロレンズ18の曲率をもつ方向を一方向のみに限定したレンズ面形状にしている。図1において、曲率をもつ方向はX方向であり、Y方向には曲率をもたない。レンズ面をこのように変更すると、コントラストは50%程度向上する。本発明では、マイクロレンズのレンズ面における屈折時に偏光解消を生じる面傾斜成分をもつ面の領域が減少されていることになる。このため、入射角度の異なる複数の光線のうち、偏光解消する光線数が減少する。あるいは、偏光解消量が減少する。これによって、コントラストが向上する効果が得られる。
【0052】
図1に示すようなレンズ面形状にすると、マイクロレンズのレンズ光軸をZ軸としたときに、入射光線の振動面をY軸と平行にとると、Y方向の入射角がゼロである入射光線は偏光解消しなくなる。また、レンズ面の曲率のピークを結んだ稜線19上に入射する光線はY方向の入射角がゼロか、X方向の入射角がゼロのいずれかの条件を満たせば偏光解消しない。
【0053】
これに対し、通常のレンズ面の場合には、偏光解消が発生しない領域は、レンズ中心を通るX軸上に入射し、入射角のY成分がゼロの条件、あるいは、レンズ中心を通るY軸上に入射し、入射角のX成分がゼロの条件を満たす光線のみであり、それ以外の光線は偏光解消する。以上の比較から、図1に示すレンズ形状の方が、偏光解消しない光線条件が広いことがわかる。
【0054】
図1において、レンズ面は+Z方向に標記されている。このとき、光線は−Z方向から入射させた方がよい。照明光は所定の角度分布をもっているが、これらを−Z側から入射させると、光線はレンズ媒質と空気層の境界で屈折する。レンズ媒質の屈折率は空気の屈折率よりも大きいので、レンズ媒質中における照明光の角度分布は狭くなる。このことによって、レンズ面において発生する偏光解消を少なくする効果がある。その理由について以下に説明する。
【0055】
図1のレンズ面において、図1のXZ面上に存在する光線は、X方向の入射角成分をもっていても偏光解消を生じない。一方、Y方向の入射角成分がある光線は偏光解消する。これらの光線は、Y方向の入射角成分が少ないほど、偏光解消が少なくなる。つまり、先に述べたように、空気層からレンズ面に光線を入射させるよりも、レンズ媒質中からレンズ面に光線を入射させた方が、光線入射角は小さくなるので、偏光解消を発生するY方向成分も少なくなり、コントラストは20%程度向上する。
【0056】
図1のマイクロレンズ18は、実際には、図2に示すように、アレイ状に構成される。個々のマイクロレンズ18が、反射型ライトバルブ素子の画素と対に構成される条件は、従来と同一である。なお、図2は模式図であり、実際のマイクロレンズ数は反射型ライトバルブ素子の画素数と同一である。
【0057】
なお、図1のレンズ面を使用する場合、その曲率方向と入射光線の振動方向の配置関係によってもコントラストに差がでる。好ましい配置条件は、振動方向と一致させるか、90度回転させた2つの状態である。比較例として、入射光線の振動方向をY軸と45度回転して入射した場合、偏光解消しない光線は、図1の稜線19上に入射し、入射角のX成分がゼロの条件を満たす光線のみとなる。
【0058】
また、図3の20の領域に示されるように、マイクロレンズ18の中央部の曲率半径に対し、周縁部の曲率が緩い非球面形状にすると、球面の場合よりコントラストはさらに10%程度向上する。非球面化によって、レンズ周縁部の光線入射角を小さくすると偏光解消作用が抑制され、コントラストが向上する。
【0059】
図4ではレンズ面の曲率のある方向がY方向になっている。このレンズ面を図5のようにアレイ化する。
【0060】
以上は、マイクロレンズのレンズ面が1つである場合を例に説明した。この構成では、ライトバルブの画素を縮小投影する作用は1方向のみに限定されている。たとえば、図1の場合、画素縮小効果はXZ面内においてのみ得られる。
画素ずらし表示する場合には、画素ずらしする方向を1方向とし、画素縮小方向と画素ずらしする方向を一致させる。
【0061】
ところで、画素ずらし素子を光軸方向に2段化して交互に光路シフト動作を行うことによって、XYの2方向の画素ずらし表示を行うことができる。この場合には、図1のようなレンズ面形状であると、レンズ集光効果のない方向には画素縮小されていないので、投影像における隣接画素同士が重なる。
【0062】
XY2方向に画素ずらし表示する場合には、以上に説明した形状のレンズ面を、互いの光軸を一致させて、光軸方向に2段構成し、互いのレンズ面の曲率方向を直交配置させると、XY2方向に対する画素縮小効果が得られるので、上記の隣接画素像の重なり現象を回避できる。
【0063】
図6において、第1のレンズ面18AはX方向にのみ曲率をもち、第2のレンズ面18BはY方向にのみ曲率をもつ。図6は、レンズ面18Aと18Bを、レンズ面の開口中心を一致させて対向配置した構成を示している。なお、図6における21はライトバルブの画素を示すものである。
図12は、図11に示したレンズをアレイ化した模式図を示したものである。
【0064】
図6の変形例として、18Aと18Bのレンズ面が向かい合うように配置する構成は、上述したように、レンズ面への光線入射角度範囲が狭くなるので、好ましい構成である。
さらに、上記の直交配置に加えて、少なくとも一方のレンズ面の曲率がレンズ中心より周辺の方がゆるい形状にすれば、コントラストは10%程度向上する。
【0065】
次に、レンズ面1と2の一部を一体的に複合化した構成について説明する。図8に示すように、レンズの開口中心をO、レンズ光軸をZ軸方向とする。このとき、図9に示すように、レンズ開口面の±45度内の領域22と23はY方向に曲率を有する曲面とし、それ以外の領域24と25をX方向に曲率を有する曲面とする。このようにすると、4つのレンズ面領域からなる連続で切れ目ない複合レンズ面ができる。図9は、ひとつのマイクロレンズの面を表わすものであり、ライトバルブ素子に対しては図10に示すようにアレイ状に配列して使用されることはいうまでもない。
【0066】
上述のようにして得られた複合レンズ面は、光線をXY2軸方向に集光する作用をもつ。また、X軸方向の光線屈折が生じる面と、Y軸方向の光線屈折が生じる面の位置は、光軸Z方向に対してずれていない。よって、光線の集光位置をXZ面内とYZ面内に分離して考えるとき、それぞれの集光位置はそろえやすくなり、同一の焦点距離にすることができ、また、同一の集光角度にすることができる。このため、画素縮小した中間像を投射光学系で投影する場合にも、得られる像性能のX方向とY方向の対称性がよくなる。
【0067】
また、レンズ面1とレンズ面2を光軸方向に積層構成した場合には、たとえばレンズ面1を通過する際には偏光解消がほとんどなくても、次にレンズ面2を通過する際に偏光解消がおこる。これは、レンズ面1における屈折によって光線が屈折して進行方向が変わることにより、レンズ面2に対する光線入射角が、偏光解消をおこす成分をもつようになることがあるためである。レンズ面1と2を積層化するとこのような理由で偏光解消をおこす光線数が増える。これに対し、レンズ面1と2を複合構成した場合にはこのようなことはおこらない。
上述した新規な反射型ライトバルブ素子を用いて投射型画像表示装置を構成することができる。かかる装置においては画素ずらし表示を行うことができる。
【0068】
図11は、本発明によるプロジェクタ光学系の一実施例を説明するための図であるが、その構成は前述の図12に示した構成とほぼ同じである。図12の構成動作についてはすでに説明したとおりである。図11と図12の相違点は、画素縮小光学系8にある。画素縮小光学系8を構成するマイクロレンズの面形状については、すでに述べたように、本発明では従来の球面とは異なる面が使用されている。
【0069】
上記画素ずらし表示方式のプロジェクタ装置において、ライトバルブとペアで構成される画素縮小素子のマイクロレンズの面形状をこれまでに説明した形状に変更することによって、コントラストは50%以上向上する。
【0070】
上記のほか、反射型ライトバルブ素子を1枚だけ使用するフィールドシーケンシャル型プロジェクタエンジンにおいても、同様に、偏光解消に伴うコントラスト低下を抑制する効果はある。フィールドシーケンシャル方式は、ダイクロイックプリズムないしダイクロイックミラーが不要なこと、時分割回転カラーフィルタを使用すること、画素ずらし表示のタイミングが変わることなどの違いがあるが、これらの差異は、偏光解消に伴うコントラスト低下とは関係がなく、マイクロレンズを使用していることにより偏光解消がおこることにかわりない。
【0071】
このほか、ライトバルブが透過型である場合においても同様に偏光解消の抑制効果が得られる。この場合にも、偏光解消がおこる原因となるマイクロレンズを使用する点で共通しているので、本発明によるコントラスト向上の効果は透過型ライトバルブにおいても得られる。
【0072】
透過型ライトバルブで画素縮小を行うには、画素縮小を行うためのマイクロレンズをライトバルブの光線出射側に設ける。この場合、光はマイクロレンズを1回だけ通過するので、偏光解消は反射型ライトバルブの場合と比較すればおこりにくい。反射型の場合には、往路で生じた復路でもマイクロレンズを通るので偏光解消がさらに大きくなる。このことから、透過型の方が偏光解消によるコントラストの低下は少ない。しかし、それでも、マイクロレンズ通過時に偏光解消はおこるので、上述の新規なるマイクロレンズを用いたライトバルブ構成による対策は有効である。
【0073】
また、透過型ライトバルブの場合、画素縮小の目的とは別に、ライトバルブの開口効率・光利用効率を上げるという目的から、ライトバルブの、照明光源に近い側の面の手前にマイクロレンズをおくことが多い。この場合にはライトバルブの前後でマイクロレンズを光線が通過するので、偏光解消は大きくなり、本発明による効果はさらに有効である。
【0074】
【発明の効果】
マイクロレンズのレンズ面は、レンズ面の一方向に対してのみ曲率をもつことを特徴としているので、従来の球面マイクロレンズ形状よりも偏光解消作用が抑制され、コントラストが向上する。
【0075】
マイクロレンズのレンズ面は、レンズ面の一方向に対して曲率の分布をもつことを特徴としているので、レンズ面の周縁部における光線入射角が小さくなることによって特にレンズ周縁部の偏光解消作用が抑制され、これにより、コントラストは更に向上する。
【0076】
プロジェクタ装置への適用を考えた場合、ライトバルブへの入射光線は直線偏光化されている。この場合には、偏光方向に対しマイクロレンズの曲率面の方向を揃えるか直交させることによって、マイクロレンズ面で発生する偏光解消を少なくすることができ、これにより、ライトバルブのオン/オフにおけるコントラストは更に向上する。
【0077】
投影面内の2方向に画素ずらしを行う場合にも、ライトバルブの画素像の縮小効果がXY2方向に対して得られているので、1枚レンズ構成時よりも画質が改善する。また、偏光解消作用を受けにくい点において従来の球面マイクロレンズのレンズ面の場合よりも優れているのでコントラストも向上する。
【0078】
2つのレンズ面の、曲率をもつ方向のいずれか一方が、反射型ライトバルブを照明する光の偏光軸に一致して用いられていることによって、コントラストを最もよくすることができる。
【0079】
レンズ面1とレンズ面2の曲率をもつ方向が直交しているので、各レンズ面の周縁部における光線入射角が小さくなり、特に、レンズ周縁部の偏光解消作用が抑制され、これにより、コントラストは更に向上する。
【0080】
レンズ面1とレンズ面2の、曲率の分布をもつ方向のいずれか一方が、反射型ライトバルブを照明する光の偏光軸に一致して用いられていることによって、コントラストを最もよくすることができる。
【0081】
マイクロレンズのレンズ面において、Y軸に対し±45度以内の領域は、レンズ中心Oが曲面のピークでY方向にのみ曲率を有するレンズ面であり、それ以外の領域は、レンズ中心Oが曲面のピークでX方向に曲率を有するレンズ面であることを特徴としているので、曲率の存在するレンズ面位置が光軸方向にずれていないので、ライトバルブの画素縮小像の位置をあわせやすくなるばかりでなく、偏光解消がおこりにくく、投影表示画像のコントラストは向上する。
【0082】
複合レンズ面の、曲率を有する方向のいずれか一方が、反射型ライトバルブを照明する光の偏光軸に一致して用いられているので、入射光線の偏光方向がレンズ面の曲率が存在する方向に一致もしくは直交し、最も高いコントラストがえられる。
【0083】
従来の画素ずらし方式の投射光学装置と比較して、偏光解消抑制効果が得られるので、ライトコントラスト特性の改善された画像投射表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるマイクロレンズの一実施例を説明するための概略斜視図である。
【図2】図1に示したマイクロレンズをアレイ化した場合の一例を示す模式図である。
【図3】本発明によるマイクロレンズの他の実施例を説明するための図である。
【図4】本発明によるマイクロレンズの他の実施例を説明するための図である。
【図5】図4に示したマイクロレンズをアレイ化した場合の一例を示す模式図である。
【図6】本発明によるマイクロレンズの他の実施例を説明するための図である。
【図7】図6に示したマイクロレンズをアレイ化した場合の一例を示す模式図である。
【図8】レンズの開口中心と光軸との関係を示す図である。
【図9】本発明による複合レンズ面を有するマイクロレンズの一例を示す図である。
【図10】図9に示したマイクロレンズをアレイ化した場合の一例を示す模式図である。
【図11】本発明による反射型ライトバルブ素子を備えた投射型画像表示装置の一例を説明するための図である。
【図12】従来の反射型ライトバルブ素子を備えた投射型画像表示装置の一例を説明するための図である。
【図13】従来の画素縮小系および反射型ライトバルブのX−Z断面構成を示す図である。
【図14】従来の画素縮小系および反射型ライトバルブのY−Z断面構成を示す図である。
【図15】マイクロレンズの動作説明をするための光線図である。
【図16】マイクロレンズの偏光解消について説明するための図である。
【符号の説明】
1…照明光源、2…インテグレータ光学系、3…偏光変換素子、4…偏光ビームスプリッタ(PBS)、5…偏光分離面、6…リターダー、7…色分解/合成素子、8(8R,8G,8B)…画素縮小光学系、9(9R,9G,9B)…反射型ライトバルブ、10…偏光変換素子、11…画素ずらし素子、12…投射光学系、13…マイクロレンズ基板、14…マイクロレンズアレイ、15…接着層、16…液晶層、17…ライトバルブ基板、18(18A,18B)…レンズ面、19…稜線。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates mainly to a reflection type light valve element and a projection type image display device using the reflection type light valve element, and in particular, a pixel shift display means for projecting and displaying a larger number of pixels than the number of pixels of the light valve. And a liquid crystal projector using a pixel reduction projection unit for projecting a projection image of a pixel of the light valve at a magnification smaller than the projection magnification of the entire screen. Can also be included.
[0002]
[Prior art]
Even in a general image projection apparatus without a pixel reduction system using a microlens array, there is a problem of a decrease in contrast. The factors and countermeasures are disclosed in, for example, JP-A-2003-021807 (Patent Document 1) and JP-A-10-142691 (Patent Document 2). These mention the problem that in a polarizing beam splitter (PBS) or a polarizer, ideally, the polarization state of a light beam to be transmitted / reflected 100% deviates from the ideal state, resulting in a decrease in contrast. . However, these documents do not mention the causes and countermeasures of a decrease in contrast when performing pixel reduction or pixel shift display.
[0003]
There are many known techniques in which a light valve and a microlens array are stacked, but these techniques aim to improve the aperture efficiency of the light valve, not to reduce the pixels. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-047258 (Patent Document 3) discloses a device in which a gap between lens openings of a microlens array or a crosstalk prevention slit layer is provided between a microlens array plate and a light valve surface. However, this is intended to improve the image contrast by blocking the flare light, and does not mention the polarization state and contrast of light.
[0004]
Regarding the pixel shift element described later in the present invention, for example, the configuration operation of the pixel shift element using the vertical alignment type ferroelectric liquid crystal and the image quality improvement effect by performing the pixel shift display are disclosed in SID2002, IDW2002, and the like. However, there is no mention of contrast performance.
[0005]
2. Description of the Related Art In a projector device that projects a display image on a panel of a light valve onto a screen by an enlargement optical system, the definition of a projected image has been improved by increasing the number of pixels of the projected image. The most common method for increasing the definition of a projected image is to increase the number of pixels of the light valve itself. However, in order to increase the number of pixels of the light valve, it is necessary to reduce the size of one pixel. This affects the cost of the light valve. To increase the number of pixels without reducing the pixel size, the area of the light valve may be increased. However, it is difficult to reduce the illumination optical system and the projection optical system by increasing the area of the light valve. It is important to reduce the size and weight of the projection device, and the size of the light valve element has been reduced.
[0006]
As another method, a method has been proposed in which the number of pixels of an enlarged projected image is apparently increased without increasing the number of pixels of the light valve.
This is a method of projecting and displaying a position where a pixel of a light valve is projected by a small amount. Hereinafter, this method is referred to as pixel shift display.
[0007]
To perform pixel-shifted display, display information of one frame when pixel-shifted display is not performed is divided into two or more pieces of sub-frame display information, and the display information of the divided sub-frames is slightly shifted in display position and projected. I do.
[0008]
As a method of shifting, there are a method of statically overlapping and projecting a plurality of different screens formed of subframes and a method of projecting and displaying these in a time-division manner. The shift amount is set smaller than the size of the projection pixel. It is better to shift about half a pixel.
[0009]
As a method of shifting, in the case of static overlapping projection display, there is a method of using a plurality of projection devices and projecting an image of a divided sub-frame. In the case of dynamic time-division projection display, a sub-frame image is time-divisionally projected and displayed using active pixel shifting means.
[0010]
In the case of time-division projection display, the projection position of the image is moved on the projection plane at a higher speed than the frequency at which the image is displayed. Assuming that the standard frame frequency is 60 Hz, the display frequency of each sub-frame is 120 Hz in the case of dividing the image into two sub-frames and displaying the shifted pixels. Similarly, when the image is divided into four sub-frames and displayed with shifted pixels, the display frequency of each sub-frame is 240 Hz.
[0011]
As a method of moving the display position of an image, for example, a laminated component of a light-transmitting substrate, an ITO electrode layer, a liquid crystal layer, an ITO electrode layer, and a light-transmitting substrate is placed in an optical path of a projection system, and ITO is placed on the liquid crystal layer. There is a method in which the orientation direction of the liquid crystal is electrically switched by a method of applying an electric field by an electrode, and the optical path passing through the liquid crystal layer is shifted in parallel by a birefringence effect. By performing a switching operation such that the direction of the long axis of the vertical alignment type ferroelectric liquid crystal is tilted ± with respect to the optical axis in a plane including the optical axis, the emission position of the light beam passing through the liquid crystal layer is adjusted to the optical axis. Can be shifted ± in a plane including. The details of such a pixel shift element are described in JP-A-2002-214579 (Patent Document 4). Pixel shift display is also possible by other methods, and there are many disclosed examples.
[0012]
When a pixel of the light valve is projected and displayed, the size of the pixel image of the light valve projected and displayed is (pixel size × projection magnification) in a normal projector device. At this time, the images of the adjacent pixels are projected with almost no gap. Strictly speaking, since there is a gap between the pixels of the light valve, the area of the gap is displayed in black, but the area displayed in black is much thinner than the pixel. If pixel shift display is performed in this state, images of adjacent pixels overlap. For this reason, the image has a blurred outline. The blur of the contour is particularly remarkable in a place where the difference in shading of the image is large. This blur is noticeable when displaying an image with noticeable edges such as characters and drawings.
[0013]
As a method of improving the above-described image blur, there is a method of reducing the size of a pixel on a projection plane. Hereinafter, this is referred to as pixel reduced display.
[0014]
Pixel reduction display does not mean reducing the size of the projection screen itself. Only the size of the pixel image is reduced. When only the size of the pixel image is reduced and displayed, the images of adjacent pixels are projected with a gap. If the pixel is shifted in this state, the problem of overlapping of adjacent pixel images can be solved. Thereby, the blur of the image is eliminated.
[0015]
As means for realizing the above-described pixel reduced display, there is a constitution means in which a microlens is arranged for each pixel of the light valve. That is, this is a configuration means in which the microlens array is configured to be equal to the pixel array of the light valve, and is arranged to face the light valve. A configuration in which the microlens array and the light valve are fixed by an adhesive layer is preferable. If the parameters such as the focal length of the microlens, the refractive index of the adhesive layer, and the layer thickness are properly designed, the reduced image of the pixels of the light valve can be used as an intermediate image by illuminating from the near side of the microlens toward the light valve. Can be generated. When the light valve is a reflection type, the reduced image can be formed in front of the light valve. If the projection optical system is arranged such that the position of the reduced image and the projection plane have an optically conjugate relationship, the reduced image can be enlarged and projected.
[0016]
FIG. 12 is a diagram for explaining the configuration of the above-described projector optical system in more detail. Light from an illumination light source 1 is incident on a PBS (polarization beam splitter) 4 through an integrator optical system 2 and a polarization conversion element 3. The light is reflected by the polarization separation surface 5 of the PBS 4, passes through the retarder 6, and is separated into three colors of R, G, and B by the color separation / synthesis element 7. Here, R is red, G is green, and B is blue. Each of the three color-separated illumination lights forms an optical system that reaches a reflection type light valve 9 (9R, 9G, 9B) via a pixel reduction optical system 8 (8R, 8G, 8B). This is referred to herein as a forward optical system. A 1 / 2λ plate is used as the polarization conversion element 3. The retarder 6 is a phase compensation element, and uses a λλ plate.
[0017]
The reflected light of the reflective light valve 9 returns to the pixel reduction optical system 8, the color separation / synthesis element 7, the retarder 6, and the polarization beam splitter 4 in order, and transmits / reflects the polarization separation surface 5, and the transmitted light is An optical system that reaches the projection plane via the polarization conversion element 10, the pixel shift element 11, and the projection optical system 12 is configured. This is referred to herein as a return optical system. The forward optical system and the backward optical system share the same element. The polarization conversion element 10 has a crossed Nicol arrangement with respect to the polarization conversion element 3.
[0018]
FIG. 13 and FIG. 14 are views showing a cross-sectional configuration of the pixel reduction optical system 8 and the reflection type light valve 9, wherein 13 is a microlens substrate, 14 is a microlens array, and a light transmitting material is used. Can be Reference numeral 15 denotes an adhesive layer, reference numeral 16 denotes a liquid crystal layer of the reflective light valve 9, reference numeral 17 denotes a light valve substrate, and the pixel reduction system 8 and the reflective light valve 9 are bonded by the adhesive layer 15. The Z axis in FIGS. 13 and 14 is set in the optical axis direction of the illumination light beam.
[0019]
The individual microlenses 14 constituting the microlens array 14 are arranged and arranged so as to correspond one-to-one with the pixels on the reflection surface 17 of the reflection type light valve 9. Note that the number of microlenses in FIGS. 13 and 14 is conceptual, and the actual number corresponds to the number of pixels of the reflective light valve 9. In addition, the thickness of each layer is also represented schematically here. For example, the thickness of the microlens 14 is about 10 microns.
[0020]
FIG. 15 is a diagram for explaining the optical system passing through the pixel reduction system 8 and the reflection type light valve 9 shown in FIGS. 13 and 14. First, the illumination light reaches the pixel reduction system 8 on the outward path. The pixel reduction system 8 has openings for a plurality of microlenses, and the illumination light beam is divided into openings. The illumination light is condensed on each microlens surface, and reaches the pixel surface of the reflective light valve 9 via the adhesive layer 15 and the liquid crystal layer 16.
[0021]
On the return path, the light is reflected by the pixel surface of the reflective light valve 9 and passes through the liquid crystal layer 16, the adhesive layer 15, and the pixel reduction optical system 8 again. The reduced image of the pixel of the reflection type light valve 9 is generated above the lens surface of each micro lens 14M in FIG. Further, the backward projection optical system is arranged so that the position of the reduced image and the position of the projection plane are optically conjugate. As a result, the image of the reduced pixel is projected and displayed on the projection plane.
[0022]
The optical system shown in FIG. 15 schematically shows an optical path when a light beam is incident from the top to the bottom of the figure in parallel with the optical axis of the microlens. Actually, since the non-parallel ray components exist in the illumination light, the image at the imaging position I-1 has a predetermined size. Note that the optical conjugate relationship between the pixel reduced image position I-1 and the projection plane is easily understood, and a description thereof will be omitted.
[0023]
In the above optical arrangement, the liquid crystal layer 16 of the reflection type light valve element 9 has a function of rotating the polarization of incident / reflected light. Thus, the amount of light transmitted through the color combining element 7, the retarder 6, the PBS 4, and the polarization conversion element 10 of the return optical system is changed. That is, the brightness of the projected display image is controlled.
[0024]
Here, when the light valve element 9 is turned on / off, that is, the contrast on the projection screen in the light / dark state, there is a problem of a decrease in contrast as described below.
[0025]
The cause of the decrease in contrast exists even when there is no pixel reduction system. For the cause and countermeasures, see, for example, JP-A-2003-021807 (Patent Document 5) and JP-A-10-142691. (Patent Document 6) and the like. In these, a problem that the contrast is reduced due to a light component deviating from an ideal polarization state which should ideally be transmitted / reflected in the PBS or the polarizer is presented. Mentions. However, these disclosures do not mention the cause and countermeasure of the decrease in contrast when performing pixel reduction display. In a broad sense, there is no mention of contrast reduction due to the interposition of the microlens system.
[0026]
In the optical system exemplified above, the optical axis is the Z axis, the S polarization direction is the Y axis, the P polarization direction is the X axis, and the polarization conversion element 3 and the polarization conversion element 10 are usually arranged in a crossed Nicols arrangement. When the illumination light source 1 is a lamp, the illumination light is non-polarized. This is converted into linearly polarized light after passing through the polarization conversion element 3. Assuming that the linearly polarized light is S-polarized light, the light is reflected by the polarization splitting surface 5 of the PBS 4 while maintaining its polarization state, and reaches the reflection type light valve 9. In this state, if the light returns to the polarization separation surface 5 of the PBS 4, ideal contrast characteristics should be obtained. However, in actuality, polarization rotation occurs in each element of the forward path and the return path, and the polarization axis is tilted. Further, the polarization axis becomes elliptically polarized and an extra polarization component is generated, so that the extinction ratio decreases. That is, the contrast is reduced. However, it is described that if the configuration conditions described in JP-A-2003-021807 (Patent Literature 5) and JP-A-10-142691 (Patent Literature 6) are employed, the decrease in contrast due to the above-described causes is improved. .
[0027]
However, the situation is different when a pixel reduction system using a microlens is added. When a micro lens having a radius of curvature of several tens of microns is interposed, the contrast (extinction ratio) is reduced by depolarization.
[0028]
FIG. 16 is a diagram for explaining de-polarization. In a circular sectional view of a lens as shown in FIG. 16A, an optical axis is taken in a direction perpendicular to the plane of the drawing passing through the center of the lens. In the case where the X-axis and the Y-axis are defined on a plane including a plane, for example, as shown in FIG. 16B, when linearly polarized light having a vibrating surface is incident in the same direction as the Y-axis, the coordinates of the light incident position When X ≠ 0 and Y ≠ 0, the polarization axis and the vibration plane of polarized light are inclined. When the incident position M when incident at a position 45 degrees from the X-axis is illustrated, the plane formed by the optical axis and M at M is the incident surface. Is the S component. When an anti-reflection film is provided, not only the polarization axis is tilted, but also elliptically polarized light (FIG. 16 (C)) is generated due to the occurrence of a phase difference. Has been described.
[0029]
However, depolarization is rarely a problem in ordinary lenses. In general optical devices, the lens used has a larger radius of curvature than the micro lens, and the lens used has a shape in which the inclination of the peripheral surface of the lens is not so steep. However, in many cases, the angle of incidence of the light beam on the lens surface is relatively small, and the polarization characteristics do not pose a problem in the performance of the device. In these cases, depolarization is rarely a problem. Good.
[0030]
An example of an apparatus in which depolarization is problematic is a polarizing microscope. In a polarizing microscope, when the light passes through a bright objective lens with a large NA, the disturbance of the polarization information of the light becomes remarkable, so this must be corrected. It is also introduced in pencils (Non-Patent Document 1, 195p) and the like. However, a rectifier configuration measure can be taken only when the optical system is a transmission system. Since the optical system using the reflection type light valve is a recursive optical system, no measures can be taken for the rectifier. Therefore, it is necessary to consider another countermeasure.
[0031]
Therefore, the problem presented in the present invention is a specific problem, and at present, there is no known example referring to the problem.
[0032]
[Patent Document 1]
JP 2003-021807 A
[Patent Document 2]
JP-A-10-142691
[Patent Document 3]
JP 2000-047258 A
[Patent Document 4]
JP-A-2002-214579
[Patent Document 5]
JP 2003-021807 A
[Patent Document 6]
JP-A-10-142691
[Non-patent document 1]
Masaru Tsuruta, "Pencil of Light", published by New Technology Communications, August 20, 1988, p. 186-196, FIG. 25.5.
[0033]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a reflective light valve element using a microlens and a reflective light valve element and an image display suitable for improving contrast in a projection type image display device having the above-described pixel reduction function and pixel shift display function. It is intended to provide a device.
[0034]
Strictly speaking, the reflection type light valve element and the pixel reduction element mainly composed of a micro lens can be considered as separate elements. However, since the pixel and the microlens of the reflection type light valve are usually used as a pair, it can be considered that both function as an integrated configuration. Therefore, in the following, the reflection type light valve element will be described as including a pixel reduction optical system. However, a reflection type light valve element having no pixel reduction function, for example, a microlens array is also used for the purpose of improving aperture efficiency. However, the structure of only the pixel reduction element portion in the case of using a microlens array with a configuration capable of obtaining a pixel reduction function is also within the scope of the present invention for the following reasons.
[0035]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a reflective light valve element having at least a reflective light valve element main body and an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve element main body. The lens surface of the lens has a curvature in one direction in the lens surface, and is a reflection type light valve element.
[0036]
According to a second aspect of the present invention, in the reflective light valve element having at least a reflective light valve element main body and an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve element main body, The lens surface of the lens is a reflective light valve element characterized by having a distribution of curvature in one direction in the lens surface, and differs from the first invention in that it has a distribution of curvature. Things.
[0037]
A third invention is the reflective light valve element according to the second invention, wherein the curvature in the lens surface has a gentler distribution at the periphery than at the center of the lens.
[0038]
According to a fourth aspect, in the reflective light valve element according to any one of the first to third aspects, a direction in which a curvature of the lens surface changes coincides with a polarization axis of light illuminating the reflective light valve element. It is a reflection type light valve element characterized by being used.
[0039]
According to a fifth aspect of the present invention, in the reflective light valve element according to any one of the first to third aspects, the direction in which the curvature of the lens surface changes corresponds to 90 degrees of the polarization axis of light illuminating the reflective light valve element. A reflective light valve element characterized by being used at an angle.
[0040]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a reflective light valve element having at least a reflective light valve element main body and an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve element main body. The lens comprises a lens surface 1 having a curvature in one direction in the lens surface, and a lens surface 2 having a curvature in a direction orthogonal to the direction having the curvature of the lens surface 1. A reflective light valve element.
[0041]
A seventh invention is characterized in that one of the two directions of curvature of the two lens surfaces according to the sixth is used in accordance with the polarization axis of light illuminating the reflective light valve element. A reflective light valve element.
[0042]
According to an eighth aspect, in the reflection type light valve element according to the seventh aspect, at least one of the lens surfaces 1 and 2 has a curvature distribution, that is, the curvature in the lens surface is not uniform. This is a reflection type light valve element.
[0043]
A ninth aspect of the present invention is the reflective light valve element according to the eighth aspect, wherein one of the two lens surfaces having a curvature distribution direction coincides with a polarization axis of the reflective light valve illumination light. A reflective light valve element.
[0044]
A tenth aspect of the present invention is a reflective light valve element having at least a reflective light valve body and an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve body. When the center of the lens aperture is O, the optical axis of the lens is the Z axis, and the oscillation direction of the P-polarized light or the S-polarized light is the Y-axis direction, the lens surface of the microlens is ± 45 ° with respect to the Y-axis. The region within the degree is a lens surface having the center O at the peak of the curved surface and having a curvature only in the Y direction, and the other region is a lens surface having the center O at the peak of the curved surface and having a curvature in the X direction. And a reflection type light valve element.
[0045]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the tenth reflective light valve element, one of the directions having a curvature of the lens surface is used by matching the reflective light valve element with a polarization axis of illumination light. A reflective light valve element.
[0046]
A twelfth invention provides an illumination light source, an integrator optical system, a linear polarizer 1, and a polarization beam splitter (PBS) having a polarization splitting surface that reflects illumination light that has been linearly polarized by the linear polarizer 1 and converted. Are sequentially arranged, a phase compensator provided on the reflected light path of the polarization separation surface, a color separation prism for separating RGB, and R, G, B components arranged on the exit surface of the color separation prism. An optical system 2 in which reflective light valve elements are sequentially arranged; and a linear polarizer 2 which is arranged in a crossed Nicol arrangement with the linear polarizer 1 and transmits / blocks the reflected light of the reflective light valve transmitted through the PBS. A projection type image display device comprising: a pixel shifting element; and an optical system 3 in which a projection optical system for projecting a display image of the reflection type light valve element is sequentially arranged. Characterized in that it is a reflection type light valve device according to any one of the first to 11, a projection image display device.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in comparison with the related art.
As a conventional reflection type light valve element having a pixel reduction function, it has been proposed that a curvature surface of a microlens has a uniform curvature in a plane perpendicular to an optical axis of the lens. When a light beam enters the curvature surface having this configuration, the light beam is refracted at the curvature surface. At this time, how light is depolarized differs depending on the position and angle at which the light beam enters. As described above, the term “polarization elimination” refers to a phenomenon in which, when a light beam incident on a lens surface is, for example, S-polarized light (linearly polarized light), rotation of the polarization angle occurs due to refraction on the lens surface. Say. If there is a medium boundary having a different refractive index behind the lens surface (the traveling direction of the light), the polarization-rotated light beam is further changed in polarization at this boundary surface, and becomes elliptically polarized. Even if the polarization-rotated and elliptically-polarized light beam controls the polarization of the reflected light beam by switching the liquid crystal of the reflection-type light valve element, the component that should be transmitted through the polarization splitting surface of the retarder polarizer or PBS is not used. Since the component to be reflected or to be reflected is transmitted, the contrast is reduced.
[0047]
Here, when a lamp light source is used, since the luminous body is a finite volume body and the arc length has a finite length, the light incident angle on the lens surface is not uniform but distributed within a predetermined angle. ing. That is, light rays incident on the lens surface are not uniformly parallel to the optical axis of the lens. When the light incident angle factor is added in this way, the depolarization becomes more prominent.
[0048]
In particular, in the case of a reflection type light valve element including a microlens system, when the radius of curvature of the curvature surface of the microlens is set to about several tens of microns and the light beam also enters the periphery of the opening of the microlens, the decrease in contrast due to the depolarization described above is reduced. Become noticeable.
[0049]
Again, the degree of depolarization in the lens plane is greater at the periphery of the lens than at the center. In other words, there is a relationship between a larger incident angle with respect to the lens surface at the peripheral edge and a larger depolarization. This can be confirmed by comparing the contrast when the radius of curvature of the microlens is changed. That is, the contrast decreases when the radius of curvature is small.
[0050]
This indicates that the amount of depolarization can be reduced by relaxing the curvature of the microlens. However, if the curvature is reduced, the effect of pixel reduction is reduced, so that the problem of image blurring when performing pixel-shifted display may arise.
[0051]
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 1, the shape of the micro lens 18 is a lens surface shape in which the direction having the curvature of the micro lens 18 is limited to only one direction. In FIG. 1, the direction having the curvature is the X direction, and has no curvature in the Y direction. When the lens surface is changed in this way, the contrast is improved by about 50%. According to the present invention, the area of the surface having a surface inclination component that causes depolarization upon refraction on the lens surface of the microlens is reduced. Therefore, the number of depolarized light beams among the plurality of light beams having different incident angles is reduced. Alternatively, the amount of depolarization decreases. Thereby, an effect of improving the contrast can be obtained.
[0052]
When the lens surface shape is as shown in FIG. 1, the incident angle in the Y direction is zero when the vibration surface of the incident light beam is parallel to the Y axis when the lens optical axis of the micro lens is the Z axis. The light beam is no longer depolarized. Light rays incident on the ridgeline 19 connecting the peaks of the curvature of the lens surface are not depolarized if the incident angle in the Y direction is zero or the incident angle in the X direction is zero.
[0053]
On the other hand, in the case of a normal lens surface, a region where depolarization does not occur is incident on the X-axis passing through the center of the lens, and the Y component of the incident angle is zero, or the Y-axis passing through the center of the lens. Only light rays incident on the top and satisfying the condition that the X component of the incident angle is zero are depolarized. From the above comparison, it can be seen that the lens shape shown in FIG.
[0054]
In FIG. 1, the lens surface is marked in the + Z direction. At this time, it is better that the light beam is incident from the −Z direction. Although the illumination light has a predetermined angular distribution, when these are made incident from the −Z side, the light rays are refracted at the boundary between the lens medium and the air layer. Since the refractive index of the lens medium is larger than the refractive index of air, the angular distribution of the illumination light in the lens medium becomes narrow. This has the effect of reducing the depolarization that occurs on the lens surface. The reason will be described below.
[0055]
In the lens surface of FIG. 1, a light ray existing on the XZ plane of FIG. 1 does not cause depolarization even if it has an incident angle component in the X direction. On the other hand, a ray having an incident angle component in the Y direction is depolarized. These rays have less depolarization as the incident angle component in the Y direction is smaller. That is, as described above, the incidence of the light beam on the lens surface from the lens medium becomes smaller than the incidence of the light beam on the lens surface from the air layer. The component in the Y direction is reduced, and the contrast is improved by about 20%.
[0056]
The microlenses 18 in FIG. 1 are actually configured in an array as shown in FIG. The conditions under which each microlens 18 is formed as a pair with the pixel of the reflection type light valve element are the same as those in the related art. FIG. 2 is a schematic diagram, and the actual number of microlenses is the same as the number of pixels of the reflective light valve element.
[0057]
In the case where the lens surface shown in FIG. 1 is used, the contrast differs depending on the arrangement relationship between the direction of curvature and the direction of vibration of the incident light. Preferred arrangement conditions are two states in which the vibration direction is matched or rotated by 90 degrees. As a comparative example, when the incident light beam is rotated by 45 degrees with respect to the Y axis, the unpolarized light beam is incident on the ridge line 19 in FIG. 1 and the X component of the incident angle satisfies the condition of zero. Only.
[0058]
Further, as shown in a region 20 in FIG. 3, when the microlens 18 is formed into an aspherical shape having a smaller radius of curvature at the peripheral portion with respect to the radius of curvature at the central portion, the contrast is further improved by about 10% as compared with a spherical surface. . If the angle of incidence of the light beam at the peripheral edge of the lens is reduced by the aspherical surface, the depolarization effect is suppressed, and the contrast is improved.
[0059]
In FIG. 4, the direction of the curvature of the lens surface is the Y direction. This lens surface is arrayed as shown in FIG.
[0060]
The above has described an example in which the microlens has one lens surface. In this configuration, the operation of reducing and projecting the pixels of the light valve is limited to only one direction. For example, in the case of FIG. 1, the pixel reduction effect is obtained only in the XZ plane.
In the case of pixel-shifted display, the direction of pixel shift is set to one direction, and the pixel reduction direction and the pixel shift direction are matched.
[0061]
By shifting the pixel shift elements into two stages in the optical axis direction and alternately performing the optical path shift operation, it is possible to perform the pixel shift display in the two directions of XY. In this case, if the lens surface shape is as shown in FIG. 1, the pixels are not reduced in a direction in which the lens does not have a light focusing effect, and therefore, adjacent pixels in the projected image overlap.
[0062]
In the case of pixel-shifted display in the XY2 directions, the lens surfaces having the above-described shapes are configured in two stages in the optical axis direction with their optical axes coincident with each other, and the curvature directions of the lens surfaces are orthogonally arranged. And the effect of reducing the pixels in the X and Y directions can be obtained, so that the overlapping phenomenon of the adjacent pixel images can be avoided.
[0063]
In FIG. 6, the first lens surface 18A has a curvature only in the X direction, and the second lens surface 18B has a curvature only in the Y direction. FIG. 6 shows a configuration in which the lens surfaces 18A and 18B are arranged to face each other with the opening centers of the lens surfaces coincident with each other. In FIG. 6, reference numeral 21 denotes a light valve pixel.
FIG. 12 is a schematic diagram in which the lenses shown in FIG. 11 are arrayed.
[0064]
As a modification of FIG. 6, a configuration in which the lens surfaces of 18A and 18B are arranged so as to face each other is a preferable configuration because the range of incident angles of light rays on the lens surfaces is narrowed as described above.
Furthermore, if the curvature of at least one of the lens surfaces is made to be gentler at the periphery than at the lens center in addition to the orthogonal arrangement, the contrast is improved by about 10%.
[0065]
Next, a configuration in which a part of the lens surfaces 1 and 2 is integrally combined will be described. As shown in FIG. 8, the center of the opening of the lens is O, and the optical axis of the lens is the Z-axis direction. At this time, as shown in FIG. 9, the regions 22 and 23 within ± 45 degrees of the lens aperture surface are curved surfaces having a curvature in the Y direction, and the other regions 24 and 25 are curved surfaces having a curvature in the X direction. . In this way, a continuous and uninterrupted composite lens surface composed of four lens surface regions is obtained. FIG. 9 shows the surface of one microlens, and it goes without saying that the light valve element is arranged in an array as shown in FIG.
[0066]
The composite lens surface obtained as described above has an action of condensing light rays in the XY two-axis directions. In addition, the position of the surface on which light refraction in the X-axis direction occurs and the position of the surface on which light refraction in the Y-axis direction occurs do not deviate from the optical axis Z direction. Therefore, when the light-condensing positions of the light rays are considered separately in the XZ plane and the YZ plane, the respective light-condensing positions can be easily aligned, can have the same focal length, and can have the same converging angle. can do. For this reason, even when the pixel-reduced intermediate image is projected by the projection optical system, the symmetry of the obtained image performance in the X direction and the Y direction is improved.
[0067]
When the lens surface 1 and the lens surface 2 are laminated in the optical axis direction, for example, even though there is almost no depolarization when passing through the lens surface 1, the polarized light is next passed through the lens surface 2. Elimination occurs. This is because the light ray is refracted by the refraction on the lens surface 1 and the traveling direction is changed, so that the light incident angle on the lens surface 2 may have a component causing depolarization. When the lens surfaces 1 and 2 are stacked, the number of light beams that cause depolarization increases for such a reason. On the other hand, this does not occur when the lens surfaces 1 and 2 are combined.
A projection-type image display device can be configured using the above-described novel reflection-type light valve element. In such a device, pixel shift display can be performed.
[0068]
FIG. 11 is a diagram for explaining an embodiment of the projector optical system according to the present invention, and the configuration is almost the same as the configuration shown in FIG. The configuration operation of FIG. 12 is as described above. The difference between FIG. 11 and FIG. 12 lies in the pixel reduction optical system 8. As described above, in the present invention, a surface different from a conventional spherical surface is used for the surface shape of the microlens constituting the pixel reduction optical system 8 as described above.
[0069]
In the above-described pixel shift display type projector apparatus, the contrast is improved by 50% or more by changing the surface shape of the microlens of the pixel reduction element formed as a pair with the light valve to the shape described above.
[0070]
In addition to the above, a field sequential type projector engine using only one reflection type light valve element has an effect of suppressing a decrease in contrast due to depolarization. The field-sequential method has the difference that a dichroic prism or dichroic mirror is not required, the use of a time-division rotating color filter, and the timing of pixel-shifted display changes. It is not related to the decrease, and the use of the microlens does not change the depolarization.
[0071]
In addition, even when the light valve is of a transmission type, the effect of suppressing depolarization can be obtained. Also in this case, the common point is that a microlens that causes depolarization is used, so that the effect of improving contrast according to the present invention can be obtained also in a transmission type light valve.
[0072]
To perform pixel reduction with a transmission light valve, a microlens for pixel reduction is provided on the light emission side of the light valve. In this case, since light passes through the microlens only once, depolarization is less likely to occur as compared with the case of a reflective light valve. In the case of the reflection type, depolarization is further increased because the light passes through the microlens even on the return path generated on the outward path. For this reason, in the transmission type, the decrease in contrast due to depolarization is smaller. However, the polarization is depolarized when the light passes through the microlens. Therefore, the countermeasure by the light valve configuration using the above-described novel microlens is effective.
[0073]
In the case of a transmissive light valve, apart from the purpose of pixel reduction, a microlens is placed in front of the surface of the light valve closer to the illumination light source for the purpose of increasing the aperture efficiency and light use efficiency of the light valve. Often. In this case, since the light beam passes through the microlens before and after the light valve, depolarization is increased, and the effect of the present invention is more effective.
[0074]
【The invention's effect】
Since the lens surface of the microlens is characterized in that it has a curvature only in one direction of the lens surface, the depolarization effect is suppressed as compared with the conventional spherical microlens shape, and the contrast is improved.
[0075]
Since the lens surface of the microlens is characterized by having a distribution of curvature with respect to one direction of the lens surface, the light incident angle at the peripheral portion of the lens surface is reduced, so that the depolarization effect particularly at the peripheral portion of the lens is reduced. It is suppressed, thereby further improving the contrast.
[0076]
In consideration of application to a projector device, an incident light beam to a light valve is linearly polarized. In this case, by aligning or orthogonalizing the direction of the curvature surface of the microlens with the polarization direction, it is possible to reduce the depolarization generated on the microlens surface, and thereby, the contrast at the time of turning on / off the light valve. Is further improved.
[0077]
Even in the case where the pixel is shifted in two directions in the projection plane, the image quality is improved as compared with the single lens configuration, because the effect of reducing the pixel image of the light valve is obtained in the X and Y directions. In addition, the contrast is also improved because it is superior to the conventional spherical microlens lens surface in that it is less susceptible to depolarization.
[0078]
The best contrast can be achieved by using one of the two directions of curvature of the lens surfaces so as to coincide with the polarization axis of the light illuminating the reflective light valve.
[0079]
Since the directions of curvature of the lens surface 1 and the lens surface 2 are orthogonal to each other, the incident angle of light at the peripheral edge of each lens surface is reduced, and in particular, the depolarizing action of the peripheral edge of the lens is suppressed, thereby increasing the contrast. Is further improved.
[0080]
Since one of the directions having the curvature distribution of the lens surface 1 and the lens surface 2 is used in accordance with the polarization axis of the light illuminating the reflective light valve, the best contrast can be obtained. it can.
[0081]
In the lens surface of the microlens, an area within ± 45 degrees with respect to the Y axis is a lens surface having a curvature only in the Y direction at the lens center O at the peak of the curved surface. Is characterized by having a lens surface having a curvature in the X direction at the peak of the light valve, so that the position of the lens surface having the curvature does not shift in the optical axis direction, so that it becomes easy to align the position of the pixel reduced image of the light valve. In addition, depolarization hardly occurs, and the contrast of the projected display image is improved.
[0082]
Since one of the directions having the curvature of the compound lens surface is used in accordance with the polarization axis of the light illuminating the reflective light valve, the polarization direction of the incident light beam is the direction in which the curvature of the lens surface exists. , And the highest contrast can be obtained.
[0083]
Compared with a conventional pixel shift type projection optical device, an effect of suppressing depolarization is obtained, so that an image projection display device with improved light contrast characteristics can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an embodiment of a microlens according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a case where the microlenses shown in FIG. 1 are arrayed.
FIG. 3 is a view for explaining another embodiment of the microlens according to the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining another embodiment of the microlens according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example in which the microlenses shown in FIG. 4 are arrayed.
FIG. 6 is a view for explaining another embodiment of the microlens according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example in which the microlenses shown in FIG. 6 are arrayed.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between an opening center of a lens and an optical axis.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a microlens having a compound lens surface according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example in which the microlenses shown in FIG. 9 are arrayed.
FIG. 11 is a view for explaining an example of a projection type image display device provided with a reflection type light valve element according to the present invention.
FIG. 12 is a view for explaining an example of a projection type image display device provided with a conventional reflection type light valve element.
FIG. 13 is a view showing the XZ cross-sectional configuration of a conventional pixel reduction system and a reflection type light valve.
FIG. 14 is a diagram showing a YZ sectional configuration of a conventional pixel reduction system and a reflection type light valve.
FIG. 15 is a ray diagram for explaining the operation of the microlens.
FIG. 16 is a diagram illustrating depolarization of a microlens.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Illumination light source, 2 ... Integrator optical system, 3 ... Polarization conversion element, 4 ... Polarization beam splitter (PBS), 5 ... Polarization separation surface, 6 ... Retarder, 7 ... Color separation / synthesis element, 8 (8R, 8G, 8B) Pixel reduction optical system, 9 (9R, 9G, 9B) reflection light valve, 10 polarization conversion element, 11 pixel shift element, 12 projection optical system, 13 microlens substrate, 14 microlens Array, 15: adhesive layer, 16: liquid crystal layer, 17: light valve substrate, 18 (18A, 18B): lens surface, 19: ridge line.

Claims (12)

反射型ライトバルブ本体、および、該反射型ライトバルブ本体がもつ複数の画素の各々に対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズのレンズ面は、該レンズ面の一方向に対してのみ曲率をもつことを特徴とする反射型ライトバルブ素子。In a reflective light valve element, and a reflective light valve element having an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve body, the lens surface of the microlens is a lens surface of the lens surface. A reflective light valve element having a curvature in only one direction. 反射型ライトバルブ本体、および、該反射型ライトバルブ本体がもつ複数の画素の各々に対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズのレンズ面は、該レンズ面の一方向に対して曲率の分布をもつことを特徴とする反射型ライトバルブ素子。In a reflective light valve element, and a reflective light valve element having an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve body, the lens surface of the microlens is a lens surface of the lens surface. A reflective light valve element having a distribution of curvature in one direction. 前記レンズ面の曲率は、前記レンズの中心よりも周辺が緩やかなる分布をもつことを特徴とする請求項2に記載の反射型ライトバルブ素子。3. The reflective light valve element according to claim 2, wherein the curvature of the lens surface has a distribution that is gentler at the periphery than at the center of the lens. 請求項1乃至3のいずれかに記載の反射型ライトバルブ素子において、前記レンズ面の曲率方向が、前記反射型ライトバルブを照明する光の振動方向(偏光軸)に一致して用いられていることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。4. The reflection type light valve element according to claim 1, wherein a curvature direction of the lens surface is used in accordance with a vibration direction (polarization axis) of light illuminating the reflection type light valve. A reflection type light valve element characterized by the above-mentioned. 請求項1乃至3のいずれかに記載の反射型ライトバルブ素子において、前記レンズ面の曲率方向が、前記反射型ライトバルブを照明する光の振動方向に対して90度となるように配置して用いられていることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。4. The reflective light valve element according to claim 1, wherein a curvature direction of the lens surface is arranged to be 90 degrees with respect to a vibration direction of light illuminating the reflective light valve. A reflective light valve element, which is used. 反射型ライトバルブ本体、および、該反射型ライトバルブ本体がもつ複数の画素の各々と対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズは、2つのレンズ面が積層構成され、該2つのレンズ面のうち、その一方のレンズ面は、該レンズ面の一方向に対して曲率をもつレンズ面1であり、もうひとつのレンズ面は、該レンズ面1の曲率方向と直交する方向に曲率をもつレンズ面2であることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。In a reflective light valve element having a reflective light valve body and an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve body, the microlens has a structure in which two lens surfaces are laminated. And one of the two lens surfaces is a lens surface 1 having a curvature in one direction of the lens surface, and the other lens surface has a curvature direction of the lens surface 1. A reflection-type light valve element having a lens surface 2 having a curvature in a direction perpendicular to the direction of the reflection. 請求項6に記載の反射型ライトバルブ素子において、前記2つのレンズ面の、曲率をもつ方向のいずれか一方が、反射型ライトバルブを照明する光の偏光軸に一致して用いられていることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。7. The reflective light valve element according to claim 6, wherein one of the two lens surfaces having a direction of curvature is used in accordance with the polarization axis of light illuminating the reflective light valve. A reflection type light valve element characterized by the above-mentioned. 反射型ライトバルブ本体、および、反射型ライトバルブ本体がもつ複数の画素の各々と対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズは、レンズ面の一方向に対して曲率の分布をもつレンズ面1と、前記レンズ面の他の一方向に対して曲率の分布をもつレンズ面2を有しており、前記レンズ面1とレンズ面2の曲率をもつ方向が直交していることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。In a reflective light valve body, and a reflective light valve element having an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve body, the microlenses are arranged in one direction of the lens surface. It has a lens surface 1 having a curvature distribution and a lens surface 2 having a curvature distribution with respect to the other direction of the lens surface, and the directions of curvature of the lens surface 1 and the lens surface 2 are orthogonal. 1. A reflection type light valve element comprising: 請求項8に記載の反射型ライトバルブ素子において、前記レンズ面1とレンズ面2の、曲率の分布をもつ方向のいずれか一方が、反射型ライトバルブを照明する光の偏光軸に一致して用いられていることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。9. The reflective light valve element according to claim 8, wherein one of the directions having the curvature distribution of the lens surface 1 and the lens surface 2 coincides with the polarization axis of the light illuminating the reflective light valve. A reflective light valve element, which is used. 反射型ライトバルブ本体、および、該反射型ライトバルブ本体がもつ複数の画素の各々に対向配置したマイクロレンズのアレイを有する反射型ライトバルブ素子において、前記マイクロレンズのレンズ開口の中心をO、レンズの光軸をZ軸とし、P偏光もしくはS偏光光の振動方向をY軸とするとき、前記マイクロレンズのレンズ面において、前記Y軸に対し±45度以内の領域は、前記中心Oが曲面のピークでY方向にのみ曲率を有するレンズ面であり、それ以外の領域は、前記中心Oが曲面のピークでX方向に曲率を有するレンズ面であることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。In a reflective light valve element having a reflective light valve body, and an array of microlenses opposed to each of a plurality of pixels of the reflective light valve body, the center of the lens opening of the microlens is O, the lens is When the optical axis of the micro-lens is the Z axis and the oscillation direction of the P-polarized light or the S-polarized light is the Y axis, the center O of the lens surface of the microlens is a curved surface within ± 45 degrees from the Y axis. A reflective surface having a lens surface having a curvature only in the Y direction at its peak, and the other region being a lens surface having a curvature at the center O at the peak of the curved surface in the X direction. 請求項10に記載の反射型ライトバルブ素子において、前記複合レンズ面の、曲率を有する方向のいずれか一方が、反射型ライトバルブを照明する光の偏光軸に一致して用いられていることを特徴とする反射型ライトバルブ素子。11. The reflective light valve element according to claim 10, wherein one of the directions having a curvature of the compound lens surface is used in accordance with the polarization axis of light illuminating the reflective light valve. Characteristic reflective light valve element. 照明光源と、インテグレータ光学系と、直線偏光子1と、該直線偏光子1により直線偏光に偏光変換された照明光を反射する偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタ(PBS)とが順次配置されてなる光学系1と、
前記偏光分離面の反射光路上に設けられた位相補償板と、RGB分離する色分解プリズムと、該色分解プリズムの射出面に配置したR,G,B用反射型ライトバルブとが順次配置されてなる光学系2と、
前記直線偏光子1とクロスニコル配置され、前記PBSを透過した前記反射型ライトバルブの反射光を透過/遮断する直線偏光子2と、画素ずらし素子と、ライトバルブの像を投影する投射光学系とが順次配置されてなる光学系3と、
から成る投射型画像表示装置において、
前記反射型ライトバルブは、請求項1乃至11のいずれかに記載の反射型ライトバルブ素子であることを特徴とする投射型画像表示装置。
An illumination light source, an integrator optical system, a linear polarizer 1, and a polarization beam splitter (PBS) having a polarization splitting surface that reflects illumination light that has been linearly polarized by the linear polarizer 1 are sequentially arranged. Optical system 1
A phase compensator provided on the reflection optical path of the polarization separation surface, a color separation prism for separating RGB, and reflection light valves for R, G, and B disposed on an emission surface of the color separation prism are sequentially arranged. Optical system 2
A linear polarizer 2 arranged in a cross nicol fashion with the linear polarizer 1 to transmit / block the reflected light of the reflective light valve transmitted through the PBS; a pixel shifting element; and a projection optical system for projecting an image of the light valve. And an optical system 3 in which
In the projection type image display device comprising:
A projection-type image display device, wherein the reflection-type light valve is the reflection-type light valve element according to claim 1.
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