JP2006343692A - Projection display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device using a reflective spatial light modulator.
カラー投射表示装置は、白色光から3原色光に係るR(赤)、G(緑)、B(青)の色光を分解して対応色の空間光変調素子に導き、この空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。 The color projection display device decomposes R (red), G (green), and B (blue) color lights related to the three primary colors from white light and leads them to the corresponding spatial light modulation elements. Color light modulated according to the video signal is synthesized and projected to display a color video on the screen.
カラー投射表示装置として反射型の空間光変調素子を用いた方式は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となる傾向があった。それは、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置は、空間光変調素子を照射する入射光と当該空間光変調素子で変調された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッタを必要とするためである。高コントラストを実現するためには1つの空間光変調素子に対して、通常2つ以上の偏光ビームスプリッタを作用させることが必要であり、これが反射型の投射表示装置の光学構成を複雑にしていた。この課題を解決すべく様々な構成が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 A method using a reflective spatial light modulation element as a color projection display device is advantageous for high resolution, but tends to have a complicated optical configuration. That is, a projection display device to which a reflective spatial light modulator is applied needs a polarization beam splitter to separate incident light that irradiates the spatial light modulator and reflected light modulated by the spatial light modulator. It is to do. In order to realize high contrast, it is usually necessary to operate two or more polarization beam splitters on one spatial light modulator, which complicates the optical configuration of the reflection type projection display device. . Various configurations have been proposed to solve this problem (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上述の特許文献1に提案されているように、反射型の空間光変調素子を用いたカラー投射表示装置を小型化するためには、作用させる複数の偏光ビームスプリッタの内の1つの偏光ビームスプリッタに対して、2つの空間光変調素子を配置するようにした構成をとる必要がある。
By the way, as proposed in the above-mentioned
この2つの反射型の空間光変調素子を配置するようにした偏光ビームスプリッタには、それぞれの色光に対応した2色の色光が互いの偏光状態が90度異なる状態で入射され、偏光ビームスプリッタの偏光分離面で分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタに入射した2色の色光は、偏光状態に応じて透過するか反射するかによって分離され、それぞれ反射型の空間光変調素子に入射する。 In the polarization beam splitter in which the two reflective spatial light modulation elements are arranged, two color lights corresponding to the respective color lights are incident with their polarization states being 90 degrees different from each other. Separated by the polarization separation plane. That is, the two color lights incident on the polarization beam splitter are separated depending on whether they are transmitted or reflected in accordance with the polarization state, and are incident on the reflective spatial light modulator.
この偏光ビームスプリッタの偏光分離面における一般的な特性を考慮した場合、全透過、すなわち、透過を100%達成することは困難であり、若干の反射が発生する。今、入射された2色の色光の内、この偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過して対応した反射型の空間光変調素子に入射される色光に注目する。この色光は、偏光分離面を透過して対応した反射型の空間光変調素子に入射され、この空間光変調素子においてこの色光に応じた画像信号により変調、すなわち、偏光状態を変化させ反射される。 Considering general characteristics on the polarization separation surface of this polarization beam splitter, it is difficult to achieve total transmission, that is, transmission of 100%, and some reflection occurs. Attention is now focused on the color light that is incident on the corresponding reflective spatial light modulation element through the polarization separation surface of the polarization beam splitter, out of the two color light incident thereon. The colored light is transmitted through the polarization splitting surface and incident on the corresponding reflective spatial light modulator, and is modulated by the image signal corresponding to the colored light in the spatial light modulator, that is, the polarization state is changed and reflected. .
この反射された変調光は、再び偏光分離面に入射されるが、偏光状態を変化させられているので偏光分離面により反射され色光を合成する偏光ビームスプリッタに出射され、投影レンズを介してスクリーン上に投射される。 The reflected modulated light is incident on the polarization separation surface again, but since the polarization state is changed, it is reflected by the polarization separation surface and emitted to the polarization beam splitter that combines the color lights, and is passed through the projection lens to the screen. Projected on top.
着目した色光のうち、上述の若干の反射により反射された光は、着目した色光とは異なる一方の色光に対応した反射型の空間光変調素子に入射される。若干の反射により反射された光は、この空間光変調素子によりさらに反射され再び偏光分離面に入射されるが、こちらは、偏光状態は変化しておらず偏光分離面を透過して色光を合成する偏光ビームスプリッタに出射され、投影レンズを介してスクリーン上に投射される。 Of the focused color light, the light reflected by the slight reflection described above is incident on a reflective spatial light modulation element corresponding to one color light different from the focused color light. The light reflected by the slight reflection is further reflected by this spatial light modulation element and is incident on the polarization separation surface again, but here the polarization state has not changed and the color light is synthesized through the polarization separation surface. Is output to a polarizing beam splitter and projected onto a screen via a projection lens.
通常、投射表示装置においては、スクリーン上に投射される画像の焦点を各色光にて均一にするため、スクリーンから各反射型の空間光変調素子までの距離を均一に、且つ、投射レンズの軸上色収差を各色光で最小になるよう設定されている。このため、着目した色光に対応した反射型の空間光変調素子で反射してきた着目した色光と、着目した色光とは異なる一方の色光に対応した反射型の空間光変調素子で反射してきた着目した色光と、が投射されるスクリーン上で干渉して干渉縞となるという問題があった。 Usually, in a projection display device, in order to make the focal point of an image projected on a screen uniform with each color light, the distance from the screen to each reflective spatial light modulator is uniform, and the axis of the projection lens The upper chromatic aberration is set to be minimum for each color light. Therefore, the focused color light reflected by the reflective spatial light modulation element corresponding to the focused color light and the reflected reflected by the reflective spatial light modulation element corresponding to one color light different from the focused color light There was a problem that the colored light interfered with the projected screen to form interference fringes.
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、投射画像の干渉縞を低減し、高品位の画像を投射することのできる投射表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a projection display device that can reduce interference fringes in a projected image and project a high-quality image.
本発明は、上記課題を解決するために、以下の1)〜2)に記載の手段よりなる。
すなわち、
1)投射表示装置において、
不定偏光光を出射する光源と、
前記不定偏光光を色分解した3原色光を光変調する第1〜第3の反射型空間光変調素子と、
前記光源から出射された前記不定偏光光を、第1の偏波面を有する第1の色成分光と、該第1の偏波面とは偏波面が90度異なるもう一方の偏波面である第2の偏波面を有する第2及び第3の色成分光と、に分離して出射する第1の波長選択性偏光変換手段と、
前記第1の波長選択性偏光変換手段を透過した光束が入射され、前記第1の色成分光と前記第2及び第3の色成分光との光路を分岐させる第1の偏光分離素子と、
前記第1の偏光分離素子から前記第2及び第3の色成分光が入射され、前記第2の色成分光の偏波面と第3の色成分光の偏波面とを互いに直交する状態として出射する第2の波長選択性偏光変換手段と、
前記第2の波長選択性偏光変換手段から前記第2及び第3の色成分光が入射される偏光分離面を有し、前記偏光分離面は前記第2の色成分光を透過させて、前記偏光分離面に対して第1の距離を設けて設置した前記第2の反射型空間光変調素子に入射させると共に、前記第3の色成分光を反射させて、前記偏光分離面に対して前記第1の距離とは異なる第2の距離を設けて設置した前記第3の反射型空間光変調素子に入射させる第2の偏光分離素子と、
前記第1〜第3の反射型空間光変調素子によって変調された変調光が入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、
前記第2の偏光分離素子と前記第2の反射型空間光変調素子との間、或いは前記第2の偏光分離素子と前記第3の反射型空間光変調素子との間、に前記第1の距離と前記第2の距離との差に応じた軸上色収差を発生する手段と、
を有することを特徴とする投射表示装置。
2)前記軸上色収差を発生する手段は、凹レンズ或いは凸レンズ或いは平板であることを特徴とする前記1)記載の投射表示装置。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises means described in the following 1) to 2).
That is,
1) In a projection display device,
A light source that emits indefinitely polarized light;
First to third reflective spatial light modulators for optically modulating three primary color lights obtained by color-separating the indefinitely polarized light;
The indefinitely polarized light emitted from the light source is converted into a first color component light having a first polarization plane and a second polarization plane having a plane of polarization different from the first polarization plane by 90 degrees. A first wavelength-selective polarization conversion means for separating and emitting the second and third color component lights having a polarization plane of
A first polarization separation element that receives a light beam that has passed through the first wavelength-selective polarization conversion unit and branches an optical path between the first color component light and the second and third color component lights;
The second and third color component lights are incident from the first polarization separation element, and the polarization plane of the second color component light and the polarization plane of the third color component light are emitted so as to be orthogonal to each other. Second wavelength-selective polarization conversion means,
A polarization separation surface on which the second and third color component lights are incident from the second wavelength-selective polarization conversion means, and the polarization separation surface transmits the second color component light, and The light is incident on the second reflective spatial light modulator disposed at a first distance with respect to the polarization separation surface, and the third color component light is reflected so that the light is reflected on the polarization separation surface. A second polarization separation element that is incident on the third reflective spatial light modulation element installed at a second distance different from the first distance;
A polarization beam combining element that receives the modulated light modulated by the first to third reflective spatial light modulation elements and synthesizes and emits the modulated light; and
Between the second polarization separation element and the second reflective spatial light modulation element, or between the second polarization separation element and the third reflective spatial light modulation element, the first Means for generating axial chromatic aberration in accordance with a difference between a distance and the second distance;
A projection display device comprising:
2) The projection display device according to 1), wherein the means for generating the longitudinal chromatic aberration is a concave lens, a convex lens, or a flat plate.
本発明の投射表示装置によれば、1つの偏光ビームスプリッタに対して、2つの反射型の空間光変調素子を配置するようにして構成された各々の反射型の空間光変調素子と、スクリーンと、の距離を異なるように反射型の空間光変調素子を配置し、その距離の差に応じて軸上色収差を設けた色収差発生する手段を、前記偏光ビームスプリッタと前記いずれかの反射型の空間光変調素子との間に配置することにより、スクリーンに投射される画像の干渉縞を低減し、高品位の画像を投射することのできる投射表示装置を提供することができる。特に暗い画像の画像品位の向上に効果を奏するものである。
また、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置の場合、該空間光変調素子から射出された光が光学部材と空気との界面などで反射することにより生じる不要反射光が再び該空間光変調素子に戻ることで該不要反射光が該空間光変調素子で再反射し、スクリーンに投射されることで低下するANSIコントラスト比についても、該軸上色収差を発生する手段として凹レンズ或いは凸レンズを用いることにより、該不要反射光の射出瞳位置と射出瞳径が投射結像レンズの射出瞳位置と射出瞳径からずれるため、前記干渉縞の低減と同時にANSIコントラスト比を向上する効果がある。
また、本発明の構成を用いることで、同時に投射結像レンズの倍率色収差を同時にコントロールする設計が可能となる。
According to the projection display device of the present invention, each reflective spatial light modulator configured to arrange two reflective spatial light modulators with respect to one polarization beam splitter, a screen, The reflection-type spatial light modulation elements are arranged so as to have different distances, and a means for generating chromatic aberration in which axial chromatic aberration is provided according to the difference in the distance is provided between the polarization beam splitter and any one of the reflection-type spaces. By disposing it between the light modulation elements, it is possible to provide a projection display device capable of reducing the interference fringes of the image projected on the screen and projecting a high-quality image. This is particularly effective for improving the image quality of dark images.
Further, in the case of a projection display device using a reflective spatial light modulation element, unnecessary reflected light generated by reflection of light emitted from the spatial light modulation element at an interface between an optical member and air or the like is again generated in the space. Concerning the ANSI contrast ratio, the unwanted reflected light is re-reflected by the spatial light modulation element when it returns to the light modulation element and is projected onto the screen, a concave lens or a convex lens is used as a means for generating the axial chromatic aberration. By using it, the exit pupil position and exit pupil diameter of the unnecessary reflected light deviate from the exit pupil position and exit pupil diameter of the projection imaging lens, so that there is an effect of improving the ANSI contrast ratio simultaneously with the reduction of the interference fringes.
Further, by using the configuration of the present invention, it is possible to design to simultaneously control the lateral chromatic aberration of the projection imaging lens.
以下、本発明に係る投射表示装置の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the invention of the projection display device according to the present invention will be described with reference to preferred embodiments.
図1は、実施例1に適用される投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
破線にて囲んだ色分解合成光学系290は、立方体または角柱状の偏光分離素子として作用する第1,第2,第3の偏光ビームスプリッタ102,103,104、偏光合成素子として作用する第4の偏光ビームスプリッタ105を、その偏光分離面121,131,141,151が全体として略X字状の如くに配置したものである。さらに、第1の偏光ビームスプリッタ102の入射側の透光面(第1の偏光ビームスプリッタの上側面)には、R光とG光との偏波面を90度回転する機能を有するカラー偏光子113を、第1と第2の偏光ビームスプリッタ102,103間には、G光の偏波面を90°回転する機能を有するカラー偏光子118を備えている。また、第2と第4の偏光ビームスプリッタ103,105間には、R光の偏波面を90°回転する機能を有するカラー偏光子124、第3と第4の偏光ビームスプリッタ104,105間には、B光の偏波面を90°回転させる機能を有するカラー偏光子115を備えている。
FIG. 1 is a schematic plan view illustrating an optical configuration of a projection display device applied to the first embodiment.
A color separation / synthesis
実施例1に適用される投射表示装置300は次のように動作する。
光源111から発した不定偏光の白色光はインテグレータ光学系112に入射する。そして、白色光が均一化されるとともにS偏光にそろえられカラー偏光子113に入射する。カラー偏光子113はR光とG光との偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、カラー偏光子113を透過するR光とG光とに係るS偏光はP偏光に変換される。また、カラー偏光子113は、B光に対しては何ら作用しないため、それらはS偏光のままである。
以後、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。
The
Unfixed polarized white light emitted from the
Hereinafter, the transition of the optical path and the plane of polarization of each color light will be described individually.
先ず、カラー偏光子113を透過したP偏光のG光は、第1の偏光ビームスプリッタ102の偏光分離面121を透過直進して、カラー偏光子118に入射する。カラー偏光子118はG光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、カラー偏光子118を透過するG光に係るP偏光はS偏光に変換される。カラー偏光子118を透過したS偏光のG光は、第2の偏光ビームスプリッタ103に入射され、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131において反射され透光面103aより出射して軸上色収差レンズ170を透過し、G対応の反射型空間光変調素子161に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子161においてG対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
First, the P-polarized G light transmitted through the
光変調されて生成したG光のP偏光成分は、軸上色収差レンズ170を再度透過し、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131を透過直進して、カラー偏光子124に入射する。カラー偏光子124は、R光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、G光に対しては何ら作用せずG光のP偏光成分はP偏光のまま透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151を透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射する。
The P-polarized component of the G light generated by the light modulation is transmitted again through the axial
次に、R光について説明する。カラー偏光子113を透過したP偏光のR光は、第1の偏光ビームスプリッタ102の偏光分離面121を透過直進して、カラー偏光子118に入射する。カラー偏光子118はG光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、R光に対しては何ら作用せず、R光はP偏光のまま第2の偏光ビームスプリッタ103に入射される。第2の偏光ビームスプリッタ103に入射されたP偏光のR光は、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131を透過直進して透光面103bより出射してR対応の反射型空間光変調素子162に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子162においてR対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
Next, the R light will be described. The P-polarized R light transmitted through the
光変調されて生成したR光のS偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131で反射され、カラー偏光子124に入射する。当該カラー偏光子124は、R光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、R光のS偏光成分はP偏光に偏光変換されて第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151を透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射する。
The S-polarized component of the R light generated by the light modulation is reflected by the
次に、B光について説明する。カラー偏光子113は、B光に対しては何ら作用しないため、B光はS偏光のままであるのでカラー偏光フィルタ16を透過したS偏光のB光は、第1の偏光ビームスプリッタ102の偏光分離面121で反射され、第3の偏光ビームスプリッタ104に入射する。
Next, the B light will be described. Since the
S偏光のB光は第3の偏光ビームスプリッタ104の偏光分離面141で反射され透光面104dより出射し、B対応の反射型空間光変調素子163に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子162においてB対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
The S-polarized B light is reflected by the
光変調されて生成したB光のP偏光成分は、第3の偏光ビームスプリッタ104の偏光分離面141を透過直進しカラー偏光子115に入射する。当該カラー偏光子115は、前述したようにB光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるためB光のP偏光成分はS偏光に偏光変換されて第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151で反射され、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射する。
The P-polarized component of the B light generated by the light modulation is transmitted through the
このようにして、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射したR光、G光、B光は、後段に配置された投射レンズ130を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
In this way, the R light, G light, and B light emitted from the
ここで図2を用いて、従来の光学系で問題となっていた干渉縞の発生を説明する。同図は、第2の偏光ビームスプリッタ103、G光対応の反射型空間光変調素子161、及びR光対応の反射型空間光変調素子162の配置部分を拡大表示したものである。従来の光学系の説明であるので、軸上色収差レンズ170は配置されていないものとなる。上述の発明が解決しようとする課題において説明したように、1つの偏光ビームスプリッタに対して、2つの反射型空間光変調素子を配置するようにした構成をとり、その偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過直進し、反射型空間光変調素子で光変調を受けて反射され、当該偏光分離面で反射される色光において干渉縞が発生するので、第2の偏光ビームスプリッタ103に入射したP偏光のR光が問題となる。
Here, the generation of interference fringes, which is a problem in the conventional optical system, will be described with reference to FIG. This figure is an enlarged view of the arrangement of the second
説明のため図中各R光にそれぞれ記号R,Rmi,Rmo,Rsi,Rsoをつける。第2の偏光ビームスプリッタ103に入射にするR光は、上述の説明のようにP偏光Rとして入射する。そして、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131を透過直進してRmiとなって透光面103bより出射してR対応の反射型空間光変調素子162に入射する。
For the sake of explanation, symbols R, Rmi, Rmo, Rsi, and Rso are attached to each R light in the figure. The R light incident on the second
しかしながら、偏光ビームスプリッタの偏光分離面の一般的な特性により、入射したR光Rの一部は偏光分離面131で反射し第2の偏光ビームスプリッタ103の透光面103aより出射してG対応の反射型空間光変調素子161にR光Rsiとなって入射する。
このR光RsiはG対応の反射型空間光変調素子161で反射しR光Rsoとなる。R光RsoはP偏光のため偏光分離面131を透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151を透過直進し、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射する。
However, due to the general characteristics of the polarization separation surface of the polarization beam splitter, a part of the incident R light R is reflected by the
The R light Rsi is reflected by the reflective spatial
一方、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131を透過直進し透光面103bより出射してR対応の反射型空間光変調素子162に入射したR光Rmiは、当該反射型空間光変調素子162においてR対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。光変調されて生成したR光のS偏光成分Rmoは、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131で反射され、カラー偏光子124に入射する。当該カラー偏光子124において、R光のS偏光成分はP偏光に偏光変換されて第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151を透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射する。
On the other hand, the R light Rmi that travels straight through the
これら、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射されたR光RmiとR光Rmoとが投射レンズ123を介してスクリーン上で干渉し干渉縞となる。この干渉縞は、R光Rmoのレベルが小さくR光RmoとR光Rmiとが同じようなレベルになる暗い画面で、且つ、偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgと、偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrと、が一致するとき最も目立つようになるものであった。
These R light Rmi and R light Rmo emitted from the
通常、投射表示装置においては、スクリーン上に投射される画像の焦点を各色光にて均一にするため、スクリーンから各色反射型空間光変調素子までの距離を均一になるよう配置する構成をとる。すなわち、偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgと、偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrと、が一致するようにしている。
In general, a projection display device has a configuration in which the distance from the screen to each color reflection type spatial light modulation element is made uniform in order to make the focus of the image projected on the screen uniform with each color light. That is, the distance Lg between the
そこで、この配置関係を改良するために適用した軸上色収差レンズ170について説明する。偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgと、偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrと、が異なる位置にそれぞれG対応の反射型空間光変調素子161、R対応の反射型空間光変調素子162を設置する。
Therefore, the axial
しかし、偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgと、偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrと、が異なる位置にそれぞれG対応の反射型空間光変調素子161、R対応の反射型空間光変調素子162を設置すると当然ながらスクリーン上での焦点がR光とG光とでずれてしまう。
However, the distance Lg between the
そのため、偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgが偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrより大きくなる位置にそれぞれG対応の反射型空間光変調素子161、R対応の反射型空間光変調素子162を設置し、凹レンズである軸上色収差レンズ170を偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との間に配置することにより、G領域のフォーカス位置とR領域のフォーカス位置に差異ができるように軸上色収差を付与している。
Therefore, each of the G-corresponding G positions is located at a position where the distance Lg between the
すなわち、偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrと、偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgと、の差分に相当する軸上色収差を、軸上色収差レンズ170に付与している。図3(a)に球面収差、同図(b)に非点収差の付与例を示す。同図(a)、(b)に示す球面収差、非点収差は、スクリーンに画像を投射した際の投射レンズ130における入射側で発生する収差量を示している。横軸はそれぞれ収差量である収差の大きさを表しており、単位はμmである。同図(a)に示す球面収差における縦軸は、投射レンズ130に入射する光線の高さであり、投射レンズ130の光軸(中心からの距離)からの距離を最大値を1に正規化して表している。同図(b)に示す非点収差における縦軸は、それぞれ投射レンズ130のバックフォーカス位置に配置された反射型空間光変調素子の位置における投射レンズ130のレンズ光軸(中心からの距離)からの距離であり、最大値を1に正規化して表している。
That is, an axis corresponding to the difference between the distance Lr between the
同図(a)、(b)に示す球面収差、非点収差のそれぞれ縦軸上0、投射レンズ130の光軸上の値が軸上色収差である。緑領域の収差と赤領域の収差とに色間で差異があるということは、バックフォーカス位置が異なることを意味しており、この収差の差異が緑領域のバックフォーカス位置と赤領域のバックフォーカス位置との距離の差異に相当するものである。同図より、緑領域の軸上色収差が大きく、赤領域のフォーカス位置と赤領域のフォーカス位置に約67μmの差異があることがわかる。従って、偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrと、偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgと、の差分も光学距離にて約67μmに設置している。
The spherical aberration and astigmatism shown in FIGS. 4A and 4B are each 0 on the vertical axis and the value on the optical axis of the
なお、同図中、Gは光線波長0.54607μm、Rは光線波長0.630μm、の収差をそれぞれ示している。非点収差Sはサジタル光線、Tはタンジェンシャル光線の収差を示しており、それぞれSRはR光のサジタル光線の収差、SGはG光のサジタル光線の収差、TRはR光のタンジェンシャル光線の収差、TGはG光のタンジェンシャル光線の収差を示している。 In the figure, G indicates the aberration of the light wavelength of 0.54607 μm, and R indicates the aberration of the light wavelength of 0.630 μm. Astigmatism S indicates a sagittal ray, T indicates an aberration of a tangential ray, SR indicates an aberration of a sagittal ray of R light, SG indicates an aberration of a sagittal ray of G light, and TR indicates an aberration of a tangential ray of R light. Aberration, TG, indicates the aberration of tangential rays of G light.
上述の偏光分離面131とR対応の反射型空間光変調素子162との距離Lrと、偏光分離面131とG対応の反射型空間光変調素子161との距離Lgと、の差分はすなわち、投射レンズ130のそれぞれのR対応の反射型空間光変調素子162に対するバックフォーカス距離と、G対応の反射型空間光変調素子161に対するバックフォーカス距離と、の光学距離の差分に相当するものである。
なぜなら、スクリーン上で画像の焦点があっている場合、各色対応の反射型空間光変調素子は、投射レンズ130のバックフォーカス距離の位置にあるからである。
The difference between the distance Lr between the
This is because, when the image is in focus on the screen, the reflective spatial light modulator corresponding to each color is at the position of the back focus distance of the
このように、反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置において、1つの偏光ビームスプリッタに対して、2つの反射型の空間光変調素子を配置するようにして構成された各々の反射型の空間光変調素子とスクリーンとの距離を異なるように反射型の空間光変調素子を配置し、その距離の差に応じて軸上色収差を付与した軸上色収差レンズ設けることにより、当該偏光ビームスプリッタにP偏光状態で入射し、S偏光状態で反射され射出される色光の干渉縞を目立ちにくくし暗い画像の画像品位を著しく上げることができるようにしたものである。 As described above, in the projection display device using the reflective spatial light modulator, each reflective spatial light modulator configured to arrange two reflective spatial light modulators with respect to one polarization beam splitter. A reflective spatial light modulation element is arranged so that the distance between the spatial light modulation element and the screen is different, and an axial chromatic aberration lens is provided with axial chromatic aberration according to the difference in the distance. The interference fringes of the colored light incident in the P-polarized state, reflected and emitted in the S-polarized state are less noticeable, and the image quality of a dark image can be remarkably improved.
なお、上述の説明では軸上色収差レンズは凹レンズで構成される実施例を示したが、同様の軸上色収差を付与した凸レンズ或いは平板を配置する構成としてもよい。 In the above description, an example in which the axial chromatic aberration lens is a concave lens is shown, but a convex lens or a flat plate to which similar axial chromatic aberration is imparted may be arranged.
また、上述の説明では軸上色収差レンズを設ける構成としたが、投射レンズと干渉縞が発生する色光に対応した反射型空間光変調素子との間に配置される偏光ビームスプリッタの反射型空間光変調素子との対向面に所望の曲率半径を付与することで軸上色収差を設けてもよいし、反射型空間光変調素子と偏光ビームスプリッタの間に他の目的で配置される波長板などの光学部材に曲率半径を付与することで軸上色収差を設けても良いし、それら複数の手段を合算して所望の軸上色収差を得る構成としてもよい。 In the above description, the axial chromatic aberration lens is provided. However, the reflective spatial light of the polarization beam splitter disposed between the projection lens and the reflective spatial light modulator corresponding to the color light in which the interference fringes are generated. On-surface chromatic aberration may be provided by giving a desired radius of curvature to the surface facing the modulation element, or a wave plate arranged for other purposes between the reflective spatial light modulation element and the polarization beam splitter, etc. A longitudinal chromatic aberration may be provided by giving a radius of curvature to the optical member, or a configuration in which a plurality of means are added to obtain a desired longitudinal chromatic aberration may be adopted.
さらに、実施例1による光学系の構成は従来例と同一の構成に軸上色収差レンズを追加することにより実現することができるため、光学系の構造、調整法の大幅な変更等を必要とせずに高品位の画像を投射することのできる投射表示装置を実現することができる。 Furthermore, since the configuration of the optical system according to the first embodiment can be realized by adding an axial chromatic aberration lens to the same configuration as the conventional example, it is not necessary to significantly change the structure and adjustment method of the optical system. It is possible to realize a projection display device that can project a high-quality image.
実施例1の構成にて用いる軸上色収差レンズ170の反射光とR対応の反射型空間光変調素子162から射出される光との干渉が問題になる場合がある。図4は、実施例2に適用される減反射コーティング特性を示したグラフである。実施例2では、波長600nm付近の反射が最小となる減反射コーティング特性を軸上色収差レンズ170に施すことにより、軸上色収差レンズ170の反射による干渉を抑えることができる。
具体的には、波長帯域430nmから500nmにおける平均正反射率を0.7%以下に抑えると共に、波長帯域500nmから680nmにおける平均正反射率を0.5%以下に抑え、さらに、波長帯域520nmから550nm、及び620nmから650nmにおける最大正反射率を0.3%以下に抑え、かつ、波長帯域550nmから620nmにおける最大正反射率を0.2%以下に抑えることが望ましい。
Interference between the reflected light of the axial
Specifically, the average regular reflectance in the wavelength band 430 nm to 500 nm is suppressed to 0.7% or less, the average regular reflectance in the
上述の各実施例の説明では構成例の光学系の色配置から、赤色光の干渉縞に関して説明したが、反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置において、1つの偏光ビームスプリッタに対して、2つの反射型の空間光変調素子を配置するようにして構成し、当該偏光ビームスプリッタにP偏光状態で入射し、S偏光状態で反射され出射される色光で発生しうる問題であるため、青色光や緑色光の干渉縞を低減するよう構成してもよい。
また、上述の各実施例の説明では、光源から発した白色光の内の2色の色光が、2つの反射型の空間光変調素子を配置する偏光ビームスプリッタに対して、この偏光ビームスプリッタの前段に配置された偏光ビームスプリッタを透過直進して入射するよう構成したが、前段に配置された偏光ビームスプリッタで反射されて入射するよう構成してもよい。
本発明は、以上説明した各実施例に限定したものでない。
In the description of each of the above-described embodiments, the interference fringes of red light have been described based on the color arrangement of the optical system of the configuration example. However, in the projection display device using the reflective spatial light modulation element, one polarization beam splitter is used. This is a problem that can occur with colored light that is configured by arranging two reflective spatial light modulators, enters the polarization beam splitter in the P-polarized state, is reflected in the S-polarized state, and is emitted. You may comprise so that the interference fringe of blue light or green light may be reduced.
In the description of each of the above-described embodiments, the two color light beams of the white light emitted from the light source are applied to the polarization beam splitter in which two reflective spatial light modulation elements are arranged. The polarizing beam splitter arranged in the previous stage is configured to pass through and pass through, but it may be configured to be reflected by the polarizing beam splitter arranged in the previous stage.
The present invention is not limited to the embodiments described above.
111…光源
112…インテグレータ光学系
113,115,118,124…カラー偏光子
102,103,104,105…偏光ビームスプリッタ
121,131,141,151…偏光分離面
123,130…投射レンズ
161,162,163…反射型空間光変調素子
170…軸上色収差レンズ
111 ...
Claims (2)
不定偏光光を出射する光源と、
前記不定偏光光を色分解した3原色光を光変調する第1〜第3の反射型空間光変調素子と、
前記光源から出射された前記不定偏光光を、第1の偏波面を有する第1の色成分光と、該第1の偏波面とは偏波面が90度異なるもう一方の偏波面である第2の偏波面を有する第2及び第3の色成分光と、に分離して出射する第1の波長選択性偏光変換手段と、
前記第1の波長選択性偏光変換手段を透過した光束が入射され、前記第1の色成分光と前記第2及び第3の色成分光との光路を分岐させる第1の偏光分離素子と、
前記第1の偏光分離素子から前記第2及び第3の色成分光が入射され、前記第2の色成分光の偏波面と第3の色成分光の偏波面とを互いに直交する状態として出射する第2の波長選択性偏光変換手段と、
前記第2の波長選択性偏光変換手段から前記第2及び第3の色成分光が入射される偏光分離面を有し、前記偏光分離面は前記第2の色成分光を透過させて、前記偏光分離面に対して第1の距離を設けて設置した前記第2の反射型空間光変調素子に入射させると共に、前記第3の色成分光を反射させて、前記偏光分離面に対して前記第1の距離とは異なる第2の距離を設けて設置した前記第3の反射型空間光変調素子に入射させる第2の偏光分離素子と、
前記第1〜第3の反射型空間光変調素子によって変調された変調光が入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、
前記第2の偏光分離素子と前記第2の反射型空間光変調素子との間、或いは前記第2の偏光分離素子と前記第3の反射型空間光変調素子との間、に前記第1の距離と前記第2の距離との差に応じた軸上色収差を発生する手段と、
を有することを特徴とする投射表示装置。 In the projection display device,
A light source that emits indefinitely polarized light;
First to third reflective spatial light modulators for optically modulating three primary color lights obtained by color-separating the indefinitely polarized light;
The indefinitely polarized light emitted from the light source is converted into a first color component light having a first polarization plane and a second polarization plane having a plane of polarization different from the first polarization plane by 90 degrees. A first wavelength-selective polarization conversion means for separating and emitting the second and third color component lights having a polarization plane of
A first polarization separation element that receives a light beam that has passed through the first wavelength-selective polarization conversion unit and branches an optical path between the first color component light and the second and third color component lights;
The second and third color component lights are incident from the first polarization separation element, and the polarization plane of the second color component light and the polarization plane of the third color component light are emitted so as to be orthogonal to each other. Second wavelength-selective polarization conversion means,
A polarization separation surface on which the second and third color component lights are incident from the second wavelength-selective polarization conversion means, and the polarization separation surface transmits the second color component light, and The light is incident on the second reflective spatial light modulator disposed at a first distance with respect to the polarization separation surface, and the third color component light is reflected so that the light is reflected on the polarization separation surface. A second polarization separation element that is incident on the third reflective spatial light modulation element installed at a second distance different from the first distance;
A polarization beam combining element that receives the modulated light modulated by the first to third reflective spatial light modulation elements and synthesizes and emits the modulated light; and
Between the second polarization separation element and the second reflective spatial light modulation element, or between the second polarization separation element and the third reflective spatial light modulation element, the first Means for generating axial chromatic aberration in accordance with a difference between a distance and the second distance;
A projection display device comprising:
2. The projection display device according to claim 1, wherein the means for generating the longitudinal chromatic aberration is a concave lens, a convex lens, or a flat plate.
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