JP2009180793A - Projection-type display device - Google Patents

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Kazuaki Murayama
和章 村山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection-type display device equipped with optical components that attains the functions of separating illumination projection light and of separating and composing colors, using a simple, inexpensive and small-sized configuration with few constraints. <P>SOLUTION: The projection-ype display device is equipped with a color separating and compositing prism 10 having a dichroic film 14 on a prism-jointed face 13 of prisms 11, 12, the dichroic film determining the transmission reflection characteristics of polarized light in each color wavelength range, depending on an incident angle difference between a first incident angle and a second incident angle. The illumination light having passed through a filter member that selectively changes the polarization directions in accordance with wavelengths is made to enter the dichroic film 14, at a first incident angle and is then separated by the dichroic film 14 into a plurality of color beams; the separated color beams are guided to DMD elements 6R, 6GB for the respective color beams and are modulated by the plurality of DMD elements 6R, 6GB; the plurality of exiting color beams are made to enter the dichroic film 14 at a second incident angle; and the color beams are subjected to color compositing by the dichroic film 14 to exit toward a projection lens. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の反射型空間光変調器を用いた投影型表示装置に関するものである。   The present invention relates to a projection display device using a plurality of reflective spatial light modulators.

従来、投影型表示装置としては、各種方式のものがあるが、その一例として、複数の反射型空間光変調器を用いる多板型の投影型表示装置がある。   Conventionally, there are various types of projection display devices. As an example, there is a multi-plate projection display device using a plurality of reflective spatial light modulators.

このような投影型表示装置の一つに、特許文献1に示されるように反射型空間光変調器として反射型ライトバルブを用いた投影型表示装置がある。図10は、特許文献1に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源101からの照明光を偏光ビームスプリッタ102の偏光膜102aを透過させて第1〜第3プリズム103A,103B,103Cの組合せからなる色分離合成用のプリズム103に入射させる。ここで、照明光の内、青色光Bは第1プリズム103Aの青色反射ダイクロイック膜103aで反射させることで色分離してプリズム面103bで全反射させ青色用の反射型液晶ライトバルブ104Bに導く。また、照明光の内、赤色光Rは第2,第3プリズム103B,103Cの接合面の赤色反射ダイクロイック膜103cで反射させることで色分離しプリズム面103dで全反射させて赤色用の反射型液晶ライトバルブ104Rに導く。照明光の内、緑色光Gは赤色反射ダイクロイック膜103cを透過させることで色分離してプリズム面103eで全反射させて緑色用の反射型液晶ライトバルブ104Gに導く。   As one of such projection display devices, there is a projection display device using a reflection type light valve as a reflection type spatial light modulator as disclosed in Patent Document 1. FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an outline of the projection display device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In this projection display device, first, illumination light from the light source 101 is transmitted through the polarizing film 102a of the polarization beam splitter 102, and the color separation / combination prism 103, which is a combination of the first to third prisms 103A, 103B, and 103C. To enter. Here, of the illumination light, the blue light B is reflected by the blue reflecting dichroic film 103a of the first prism 103A, is color-separated, is totally reflected by the prism surface 103b, and is guided to the blue reflective liquid crystal light valve 104B. Of the illumination light, the red light R is reflected by the red reflecting dichroic film 103c on the joint surface of the second and third prisms 103B and 103C, and is color-separated to be totally reflected by the prism surface 103d, thereby reflecting for red. Guide to the liquid crystal light valve 104R. Of the illumination light, the green light G is transmitted through the red reflective dichroic film 103c to be color-separated, totally reflected by the prism surface 103e, and guided to the green reflective liquid crystal light valve 104G.

反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gは、いずれも多数の画素を有し、色信号によって選択された画素部分へのP偏光の入射光をS偏光に変換して反射・射出する変調機能を有する。これら反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gからの反射光は、入射光(照明光)と逆の方向に進行し、プリズム面103bでは色合成光となって偏光ビームスプリッタ102に再び入射する。ここで、色合成光の内、変調光であるS偏光は、偏光膜102aで反射されることで照明光と分離されて投影レンズ105に投影光として入射し、投影レンズ105によってスクリーン等に投影される。   Each of the reflective liquid crystal light valves 104B, 104R, and 104G has a large number of pixels, and has a modulation function that converts incident light of P-polarized light to a pixel portion selected by a color signal into S-polarized light and reflects and emits the light. Have. The reflected light from these reflective liquid crystal light valves 104B, 104R, and 104G travels in the opposite direction to the incident light (illumination light), and enters the polarization beam splitter 102 again as color-combined light on the prism surface 103b. Here, S-polarized light, which is modulated light among the color synthesized light, is separated from the illumination light by being reflected by the polarizing film 102a, is incident as projection light on the projection lens 105, and is projected onto the screen or the like by the projection lens 105. Is done.

また、非特許文献1に示されるように反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の投影型表示装置がある。図11は、非特許文献1に示される2チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源111から出射される照明光(白色光)中の赤色光Rと緑色光Gとを透過させるイエーロY領域と、赤色光Rと青色光Bとを透過させるマゼンタM領域とが光軸に対して時分割で交互に切り換えられるカラーホイール112を備える。このカラーホイール112、インテグレータロッド113およびリレー光学系114を透過した照明光は、プリズム115A,115Bからなる照明投影分離用プリズム115に入射し、エアーギャップを有するプリズム面115aで全反射されてプリズム116A,116Bからなる色分離合成プリズム116に入射する。色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、赤色光Rは、赤色反射ダイクロイック膜116aで反射させることで色分離され、プリズム面116bで全反射されて赤色用のDMD素子117Rに導かれる。一方、色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、緑色光Gまたは青色光Bは、カラーホイール112の回転に従い時分割で、赤色反射ダイクロイック膜116aを透過させて色分離され、緑/青色用のDMD素子117GBに導かれる。   Further, as shown in Non-Patent Document 1, there is a DLP (Digital Light Processing) type projection display device using a DMD element (Digital Micromirror Device) as a reflective spatial light modulator. FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an outline of a two-chip projection display device disclosed in Non-Patent Document 1. In this projection display device, first, the yellow Y region that transmits the red light R and the green light G in the illumination light (white light) emitted from the light source 111, and the red light R and the blue light B are transmitted. A magenta M region is provided with a color wheel 112 that is alternately switched in a time-division manner with respect to the optical axis. The illumination light that has passed through the color wheel 112, the integrator rod 113, and the relay optical system 114 is incident on the illumination projection separation prism 115 including the prisms 115A and 115B, and is totally reflected by the prism surface 115a having an air gap to be prism 116A. , 116B is incident on the color separation / combination prism 116. Of the illumination light incident on the color separation / combination prism 116, the red light R is color-separated by being reflected by the red reflecting dichroic film 116a, totally reflected by the prism surface 116b, and guided to the red DMD element 117R. On the other hand, among the illumination lights incident on the color separation / combination prism 116, the green light G or the blue light B is time-divisionally transmitted through the red reflecting dichroic film 116a according to the rotation of the color wheel 112, and is separated into green / blue. To the DMD element 117GB.

ここで、DMD素子117R,117GBは、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。DMD素子117Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム116のプリズム面116cに略垂直に入射し、プリズム面116bで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜116aで反射され、照明投影分離用プリズム115を経て投影レンズ118に投影される。一方、DMD素子117GBにより時分割で反射される緑色光Gまたは青色光Bは、色分離合成プリズム116のプリズム面116dに略垂直に入射し、ダイクロイック膜116aを透過して赤色光Rと色合成され、照明投影分離用プリズム115を透過して投影レンズ118に投影される。   Here, the DMD elements 117R and 117GB are semiconductor projection devices in which an infinite number of micrometer-sized miniature reflecting mirrors are arranged, and angle control is performed by a high-speed shake operation of a predetermined shake angle ± 12 °, for example, based on a color signal. By doing this, the color light is modulated so as to project the color light deflected and reflected. The red light R reflected by the DMD element 117R enters the prism surface 116c of the color separation / combination prism 116 substantially perpendicularly, is totally reflected by the prism surface 116b, and is further reflected by the red reflecting dichroic film 116a for illumination projection separation. The light is projected onto the projection lens 118 via the prism 115. On the other hand, the green light G or the blue light B reflected in a time division manner by the DMD element 117GB is incident on the prism surface 116d of the color separation / combination prism 116 substantially perpendicularly, passes through the dichroic film 116a, and is combined with the red light R. Then, the light passes through the illumination projection separation prism 115 and is projected onto the projection lens 118.

図12は、非特許文献1に示される3チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源121から出射される照明光(白色光)は、インテグレータロッド122およびリレー光学系123を透過し、プリズム124A,124Bからなる照明投影分離用プリズム124に入射し、エアーギャップを有するプリズム面124aで全反射されてプリズム125A,125B,125Cからなる色分離合成プリズム125に入射する。色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、青色光Bは、青色反射ダイクロイック膜125aで反射させることで色分離され、プリズム面125bで全反射されて青色用のDMD素子126Bに導かれる。一方、色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、赤色光Rは、青色反射ダイクロイック膜125aを透過後、赤色反射ダイクロイック膜125cで反射させることで色分離され、エアーギャップを有するプリズム面125dで全反射されて赤色用のDMD素子126Rに導かれる。さらに、緑色光Gは、青色反射ダイクロイック膜125a、赤色反射ダイクロイック膜125cを透過して緑色用のDMD素子126Gに導かれる。   FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an overview of a three-chip projection display device disclosed in Non-Patent Document 1. In this projection display device, first, the illumination light (white light) emitted from the light source 121 passes through the integrator rod 122 and the relay optical system 123 and enters the illumination projection separation prism 124 including the prisms 124A and 124B. Then, the light is totally reflected by the prism surface 124a having an air gap and enters the color separation / combination prism 125 including the prisms 125A, 125B, and 125C. Of the illumination light incident on the color separation / combination prism 125, the blue light B is color-separated by being reflected by the blue reflecting dichroic film 125a, totally reflected by the prism surface 125b, and guided to the blue DMD element 126B. On the other hand, of the illumination light incident on the color separation / combination prism 125, the red light R is transmitted through the blue reflective dichroic film 125a and then reflected by the red reflective dichroic film 125c to be color-separated and a prism surface 125d having an air gap. Are totally reflected and guided to the red DMD element 126R. Further, the green light G passes through the blue reflective dichroic film 125a and the red reflective dichroic film 125c and is guided to the green DMD element 126G.

DMD素子126Bにより反射される青色光Bは、色分離合成プリズム125のプリズム面125eに略垂直に入射し、プリズム面125bで全反射され、さらに青色反射ダイクロイック膜125aで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。また、DMD素子126Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム125のプリズム面125fに略垂直に入射し、プリズム面125dで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜125cで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。さらに、DMD素子126Gにより反射される緑色光Gは、色分離合成プリズム125のプリズム面125gに略垂直に入射し、赤色反射ダイクロイック膜125c、青色ダイクロイック膜125aを透過して、赤色光Rおよび青色光Bと色合成され、照明投影分離用プリズム124を透過して投影レンズ127に投影される。   The blue light B reflected by the DMD element 126B is substantially perpendicularly incident on the prism surface 125e of the color separation / combination prism 125, totally reflected by the prism surface 125b, and further reflected by the blue reflective dichroic film 125a for illumination projection separation. The light is projected onto the projection lens 127 through the prism 124. The red light R reflected by the DMD element 126R enters the prism surface 125f of the color separation / combination prism 125 substantially perpendicularly, is totally reflected by the prism surface 125d, is further reflected by the red reflecting dichroic film 125c, and is projected by illumination. The light is projected onto the projection lens 127 through the separation prism 124. Further, the green light G reflected by the DMD element 126G is incident on the prism surface 125g of the color separation / combination prism 125 substantially perpendicularly, and is transmitted through the red reflection dichroic film 125c and the blue dichroic film 125a. The light B is color-combined and transmitted through the illumination projection separation prism 124 and projected onto the projection lens 127.

さらに、特許文献2に示されるように、反射型空間光変調器としてDMD素子を用いた3板型の投影型表示装置がある。図13は、特許文献2に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図であり、図14は、その概略側面図である。この投影型表示装置では、全反射型光分離プリズム131に入射した照明光は、全反射面131aで全反射され、クロスダイクロイックプリズム132に入射する。クロスダイクロイックプリズム132に入射した照明光は、2つのクロスダイクロイック面132a,132bにおいて赤色光R、緑色光G、青色光Bの3原色に色分離される。色分離された各色光は、互いに直交する3方向に向かい、各色光に対応させたDMD素子133R,133G,133Bに入射する。各DMD素子133R,133G,133Bは、極小反射鏡をオン/オフ制御することで各色光に対応する画像を形成し、これを偏向反射する。   Furthermore, as disclosed in Patent Document 2, there is a three-plate projection display device using a DMD element as a reflective spatial light modulator. FIG. 13 is a schematic plan view showing an outline of the projection display device disclosed in Patent Document 2, and FIG. 14 is a schematic side view thereof. In this projection display device, the illumination light incident on the total reflection type light separation prism 131 is totally reflected by the total reflection surface 131 a and enters the cross dichroic prism 132. The illumination light incident on the cross dichroic prism 132 is separated into three primary colors of red light R, green light G, and blue light B on the two cross dichroic surfaces 132a and 132b. The separated color lights are directed in three directions orthogonal to each other, and are incident on DMD elements 133R, 133G, and 133B corresponding to the respective color lights. Each DMD element 133R, 133G, 133B forms an image corresponding to each color light by turning on / off the minimal reflector, and deflects and reflects the image.

各DMD素子133R,133G,133Bで偏向反射された各色光(変調光)は、クロスダイクロイックプリズム132で再合成され、全反射型分離プリズム131を経て投影レンズ134へ向かい、スクリーン等に投影される。   Each color light (modulated light) deflected and reflected by each DMD element 133R, 133G, 133B is recombined by the cross dichroic prism 132, travels to the projection lens 134 through the total reflection type separation prism 131, and is projected onto the screen or the like. .

特開2000−171923号公報JP 2000-171923 A 特開2007−25287号公報JP 2007-25287 A 光技術情報誌「ライトエッジ」No.19/特集 映像…デジタル化時代に向けて(2000年7月発行)第3章Optical technology information magazine "Light Edge" No. 19 / Special Feature Video ... Toward the Digital Age (July 2000) Chapter 3

しかしながら、特許文献1に示される投影型表示装置の場合、照明投影分離を行うための偏光ビームスプリッタ102と色分離合成を行うプリズム103とが別体で構成されている。加えて、偏光ビームスプリッタ102は、2個のプリズム102A,102Bからなり、色分離合成用のプリズム103は異なる種類の3個のプリズム103A〜103Cからなり、合計5個のプリズムが必要となる。3板型の反射型液晶ライトバルブに代えて、2板型の反射型ライトバルブを用いる構成にしても、色分離合成用のプリズムは異なる種類の2個のプリズムからなり、合計4個のプリズムが必要となる。よって、照明投影分離および色分離合成のための光学部品の数や種類が多く、光学系が大型化・コストアップ化する要因となっている。   However, in the case of the projection display device disclosed in Patent Document 1, the polarization beam splitter 102 for performing illumination projection separation and the prism 103 for performing color separation / combination are configured separately. In addition, the polarization beam splitter 102 includes two prisms 102A and 102B, and the color separation / combination prism 103 includes three different types of prisms 103A to 103C, which requires a total of five prisms. In place of the three-plate reflective liquid crystal light valve, a two-plate reflective light valve may be used, and the color separation / combination prism is composed of two different types of prisms, for a total of four prisms. Is required. Therefore, the number and types of optical components for illumination projection separation and color separation / synthesis are large, which is a factor that increases the size and cost of the optical system.

また、色分離合成用のプリズム103を構成する少なくとも2つのプリズム103A,103Bは、全反射のためにエアーギャップを介して配置されるため、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。色分離合成用のプリズム103と偏光ビームスプリッタ102との間についても、全反射のためにエアーギャップが必要であり、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103と偏光ビームスプリッタ102の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。また、投影レンズ105に達するまでに光軸に対して斜めに配置されたエアーギャップを透過する光(特に、エアーギャップを往復する赤色光Rと青色光B)が存在し、その光量ロスが大きなものとなってしまう。   Further, since at least two prisms 103A and 103B constituting the color separation / combination prism 103 are arranged through an air gap for total reflection, it is necessary to hold both of them while ensuring the accuracy of the air gap. It is difficult and the manufacturing of the prism 103 is complicated and requires a high manufacturing cost. An air gap is also required between the color separation / combination prism 103 and the polarization beam splitter 102 for total reflection, and it is difficult to hold both while ensuring the accuracy of the air gap. The production of the beam splitter 102 is complicated and requires manufacturing costs. In addition, there is light (especially, red light R and blue light B that reciprocates through the air gap) that passes through the air gap disposed obliquely with respect to the optical axis before reaching the projection lens 105, and the light amount loss is large. It becomes a thing.

これらの問題点は、非特許文献1における照明投影分離用プリズム115,124、色分離合成プリズム116,125や、特許文献2に示される全反射型光分離プリズム131、クロスダイクロイックプリズム132の場合も同様である。   These problems also occur in the cases of the illumination projection separation prisms 115 and 124 and the color separation / combination prisms 116 and 125 in Non-Patent Document 1, the total reflection type light separation prism 131 and the cross dichroic prism 132 disclosed in Patent Document 2. It is the same.

即ち、これらの従来技術によれば、照明投影分離と色分離合成とを別体構成としていることによる問題点と、エアーギャップ介在に伴う問題点とがある。   That is, according to these prior arts, there are problems due to separate illumination projection separation and color separation / synthesis, and problems associated with air gaps.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エアーギャップ介在に伴う問題点を解消して、照明投影分離と色分離合成との機能を単純で安価・小型な構成で実現した光学部品を備える投影型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, and has solved the problems associated with the air gap and has realized an optical projection separation and color separation / synthesis function with a simple, inexpensive, and compact configuration. It is an object of the present invention to provide a projection display device comprising:

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる投影型表示装置は、色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、第1と第2のプリズム要素からなりこの第1と第2のプリズム要素のプリズム接合面に第1の入射角と第2の入射角との入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定されるダイクロイック膜を有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経た照明光を前記ダイクロイック膜に前記第1の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調されて射出される複数の色光を前記ダイクロイック膜に前記第2の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a projection display device according to the present invention includes a plurality of reflective spatial light modulators that modulate color light based on color signals, and wavelength selection of the polarization direction of illumination light. A projection type display device comprising a filter member for converting an image and a projection lens, comprising a first prism element and a first prism element, and a first incident angle on a prism joint surface of the first prism element and the second prism element. And a color separation / combination prism having a dichroic film in which transmission and reflection characteristics of polarized light in each color wavelength range are determined depending on the difference in incident angle between the second incident angle and the second incident angle, and the illumination light passing through the filter member is The light is incident on the dichroic film at the first incident angle and is separated into a plurality of color lights by the dichroic film, and the separated color lights are guided to the reflection type spatial light modulators for the corresponding color light, and the plurality of reflection types Spatial light change A plurality of color lights emitted after being modulated by a projector are incident on the dichroic film at the second incident angle, and color synthesis is performed by the dichroic film and emitted toward the projection lens. Projection display device.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がそれぞれ異なる特性を有することを特徴とする。   In the projection display device according to the present invention as set forth in the invention described above, the dichroic film has different characteristics in wavelength regions to be transmitted and reflected in accordance with an incident angle.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がシフトする特性を有することを特徴とする。   In the projection display device according to the present invention as set forth in the invention described above, the dichroic film has a characteristic that a wavelength region to be transmitted and reflected is shifted in accordance with an incident angle.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素は、前記照明光が入射する第1の面部分と第1の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第2の面部分とを有し、前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする。   In the projection display device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first prism element includes illumination light for the first surface portion on which the illumination light is incident and the first reflective spatial light modulator. And a second surface portion that allows passage of both the incident light of the modulated light from the reflective spatial light modulator, and the second prism element has the second reflective spatial light modulation. A third surface portion that transmits both of the illumination light emitted from the reflector and the incident modulated light from the reflective spatial light modulator and a fourth surface that is color-combined and transmits the modulated light toward the screen And a portion.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素は、前記第1の面部分と前記第2の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第2のプリズム要素は、前記第3の面部分と前記第4の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする。   In the projection display device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first prism element has a shape in which a triangle can be defined by the first surface portion, the second surface portion, and the joint surface. The second prism element has a shape in which a triangle can be defined by the third surface portion, the fourth surface portion, and the joint surface.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1および第2のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であることを特徴とする。   In the projection display device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first and second prism elements each have a triangular prism shape.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜から前記各反射型空間光変調器に至る光路および前記各反射型空間光変調器から前記ダイクロイック膜に至る光路において反射面を有しないことを特徴とする。   Further, the projection display device according to the present invention is the reflection surface according to the above-described invention, in the optical path from the dichroic film to each reflective spatial light modulator and the optical path from each reflective spatial light modulator to the dichroic film. It is characterized by not having.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記各反射型空間光変調器の変調面から出射してスクリーンに向かう変調光は、該反射型空間光変調器の上面に対して垂直な方向に出射することを特徴とする。   In the projection display device according to the present invention, in the above invention, the modulated light emitted from the modulation surface of each of the reflection type spatial light modulators and directed to the screen is directed to the upper surface of the reflection type spatial light modulator. The light is emitted in a vertical direction.

また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器として、3原色のうちの1色用の反射型空間光変調器と、3原色のうちの残りの2色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える2板型であることを特徴とする。   In the projection display device according to the present invention, in the above invention, as the reflective spatial light modulator, a reflective spatial light modulator for one of the three primary colors and the remaining two of the three primary colors. It is a two-plate type provided with a reflective spatial light modulator that shares colors in a time-sharing manner.

本発明にかかる投影型表示装置は、第1と第2のプリズム要素からなりこの第1と第2のプリズム要素のプリズム接合面に第1の入射角と第2の入射角との入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定されるダイクロイック膜を有する色分離合成プリズムを備え、フィルタ部材を経た照明光をダイクロイック膜に第1の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の反射型空間光変調器に導き、複数の反射型空間光変調器で変調されて射出される複数の色光をダイクロイック膜に第2の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により色合成して投影レンズに向けて出射させるようにしたので、単純で安価・小型な1個の接合型の色分離合成プリズムによって照明投影分離と色分離合成の機能を実現することができるという効果を奏する。このためにも、プリズム接合面に所定の特性を有するダイクロイック膜を有する接合型の1個の色分離合成プリズムを備えればよいので、照明光や投影光の光路上にエアーギャップが介在せず、よって、エアーギャップ介在に伴う光量ロス等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。   The projection type display apparatus according to the present invention comprises first and second prism elements, and has an incident angle between a first incident angle and a second incident angle on a prism joint surface of the first and second prism elements. A color separation / combination prism having a dichroic film whose transmission and reflection characteristics of polarized light in each color wavelength range are determined depending on the difference, and the illumination light having passed through the filter member is incident on the dichroic film at a first incident angle. The dichroic film separates the color light into a plurality of color lights, guides the separated color lights to the corresponding color light reflection type spatial light modulators, and dichroics the plurality of color lights emitted after being modulated by the plurality of reflection type spatial light modulators. Since the light is incident on the film at the second incident angle and is synthesized by the dichroic film and emitted toward the projection lens, it is illuminated by a simple, inexpensive, and compact single-junction color separation / combination prism. An effect that can realize the functions of the projection separation and color separation synthesis. For this purpose, it is only necessary to provide a single color separation / combination prism having a dichroic film having a predetermined characteristic on the prism bonding surface, so that no air gap is present on the optical path of illumination light or projection light. Therefore, there is an effect that it is possible to solve problems such as light loss associated with the air gap.

以下、本発明を実施するための最良の形態である投影型表示装置について図面を参照して説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A projection display device that is the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態)
図1は、本実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。本実施の形態の投影型表示装置1は、反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の2板型の投影型表示装置への適用例を示す。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to the present embodiment. The projection display device 1 according to the present embodiment is applied to a DLP (Digital Light Processing) type two-plate projection display device using a DMD element (Digital Micromirror Device) as a reflective spatial light modulator. Show.

本実施の形態の投影型表示装置1は、概略的には、光源2、波長選択性偏光素子3、インテグレータロッド4、リレー光学系5、色分離合成プリズム10、2つのDMD素子6G,6RB、および投影レンズ7を備える。   The projection display device 1 of the present embodiment generally includes a light source 2, a wavelength selective polarizing element 3, an integrator rod 4, a relay optical system 5, a color separation / combination prism 10, two DMD elements 6G and 6RB, And a projection lens 7.

光源2は、DMD素子6G,6RBを照明する照明光として白色光を発光出力するためのものである。波長選択性偏光素子3は、光源2から出射された白色光(照明光)の偏光方向を波長選択的にP偏光からS偏光に変換するためのフィルタ部材として設けられたものである。図2は、波長選択性偏光素子3の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態で用いる波長選択性偏光素子3は、ホイール形状に形成されて中心軸周りに回転駆動されるもので、例えば、放射状に均等に4分割された領域R−CS,B−CSを交互に有する。領域R−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の赤色光Rの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する領域であり、緑色光Gや青色光Bは偏光変換されずに透過する。領域B−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の青色光Bの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する領域であり、緑色光Gや赤色光Rは偏光変換されずに透過する。よって、これら領域R−CS,B−CSを白色光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子3を回転させることにより、赤色光Rと青色光Bとの偏光状態が時分割的に交互にP偏光からS偏光に変換され、緑色光Gは偏光変換されず、投影光として常に有効になる。なお、領域R−CS,B−CSを構成する分割数は、適宜でよく、例えば均等2分割構成であってもよい。また、波長選択性偏光素子3の前段に、白色光の偏光状態をP偏光に揃える偏光変換素子を備えるようにすれば、光利用効率が向上する。   The light source 2 is for emitting and outputting white light as illumination light for illuminating the DMD elements 6G and 6RB. The wavelength selective polarization element 3 is provided as a filter member for converting the polarization direction of white light (illumination light) emitted from the light source 2 from P polarization to S polarization in a wavelength selective manner. FIG. 2 is a schematic front view illustrating a configuration example of the wavelength selective polarizing element 3. The wavelength-selective polarizing element 3 used in the present embodiment is formed in a wheel shape and is driven to rotate around a central axis. For example, the regions R-CS and B-CS that are equally divided into four in a radial manner are provided. Have alternately. The region R-CS is a region in which the polarization direction of the red light R in the three primary colors RGB included in the white light is converted from P-polarized light to S-polarized light, and the green light G and the blue light B are transmitted without being subjected to polarization conversion. . The region B-CS is a region where the polarization direction of the blue light B in the three primary colors RGB included in the white light is converted from P-polarized light to S-polarized light, and the green light G and the red light R are transmitted without being subjected to polarization conversion. . Therefore, by rotating the wavelength-selective polarizing element 3 with these regions R-CS and B-CS positioned on the optical axis of white light, the polarization states of the red light R and the blue light B are time-divisionally divided. The light is alternately converted from P-polarized light to S-polarized light, and the green light G is not polarized and is always effective as projection light. In addition, the division | segmentation number which comprises area | region R-CS and B-CS may be appropriate, for example, an equally 2 division | segmentation structure may be sufficient. Further, if a polarization conversion element that aligns the polarization state of white light with P-polarized light is provided in front of the wavelength-selective polarizing element 3, the light utilization efficiency is improved.

インテグレータロッド4は、照明光を均質化させるために必要に応じて設けられるもので、フライアイレンズ等であってもよい。リレー光学系5は、インテグレータロッド4を経た照明光を、色分離合成プリズム10の所定位置に入射させるためのものである。   The integrator rod 4 is provided as necessary to homogenize the illumination light, and may be a fly-eye lens or the like. The relay optical system 5 is for making the illumination light that has passed through the integrator rod 4 enter a predetermined position of the color separation / combination prism 10.

また、DMD素子は、非特許文献1、特許文献2等に示されるように、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御(オンオフ制御)を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。本実施の形態では、3原色RGBのうちの1色である緑色光G用のDMD素子6Gと、残りの2色である赤色光Rと青色光Bとの2色分を波長選択性偏光素子3に従い時分割で共用するDMD素子6RBとを備える2板型として構成されている。   Further, as shown in Non-Patent Document 1, Patent Document 2, and the like, the DMD element is a semiconductor projection device in which an infinite number of microscopic reflectors having a size of μm are arranged. The color light is modulated so as to project the color light deflected and reflected by performing angle control (on / off control) by a high-speed shake operation of 12 °. In the present embodiment, a wavelength selective polarizing element is used for two colors of DMD element 6G for green light G, which is one of the three primary colors RGB, and red light R and blue light B, which are the remaining two colors. 3 is configured as a two-plate type including a DMD element 6RB shared in a time-sharing manner.

さらに、投影レンズ7は、DMD素子6G,6RBによって変調された色光として色分離合成プリズム10から出射される投影光を図示しないスクリーンに向けて投影させるためのものである。   Furthermore, the projection lens 7 is for projecting projection light emitted from the color separation / combination prism 10 as color light modulated by the DMD elements 6G and 6RB onto a screen (not shown).

ついで、本実施の形態の特徴とする色分離合成プリズム10について説明する。図3は、色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。本実施の形態で用いる色分離合成プリズム10は、三角形の対称断面形状を有する三角柱状の2個のプリズム(プリズム要素)11,12をプリズム接合面13で一体に接合させることで全体がキュービック形状に形成されたプリズムであり、プリズム接合面13にダイクロイック膜14を有する。なお、色分離合成プリズム10の形状は、機能的にキュービック形状であれば足り、その頂部等を一部切り欠いた形状とすることも可能である。その場合は、三角柱状のプリズム11,12の断面である三角形の頂部等が一部切り欠かれた形状となる。この三角形は、左右対称としてもよく、非対称とすることもできる。第1のプリズム要素であるプリズム11は、プリズム面10a,10bとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。第2のプリズム要素であるプリズム12は、プリズム面10c,10dとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。   Next, the color separation / combination prism 10 that characterizes the present embodiment will be described. FIG. 3 is a front view illustrating a configuration example of the color separation / combination prism. The color separation / combination prism 10 used in the present embodiment is entirely cubic by joining two triangular prisms (prism elements) 11 and 12 having a triangular symmetrical cross section together at a prism joint surface 13. The dichroic film 14 is provided on the prism joint surface 13. The color separation / combination prism 10 may have a cubic shape as a function, and may have a shape in which a part of the top portion is cut away. In that case, a triangular top portion or the like which is a cross section of the triangular prisms 11 and 12 is partially cut out. This triangle may be left-right symmetric or asymmetric. The prism 11, which is the first prism element, has a shape in which a triangle can be defined by the prism surfaces 10a and 10b and the prism joint surface 13, and is three-dimensionally triangular. The prism 12, which is the second prism element, has a shape in which a triangle can be defined by the prism surfaces 10c and 10d and the prism joint surface 13, and has a triangular prism shape in three dimensions.

ここで、ダイクロイック膜14は、入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定される入射角度依存性を持たせたもので、照明光の色分離用、および投影光の色合成用として機能する。図4(a)(b)は、本実施の形態で用いるダイクロイック膜14が有する入射角度依存性を示す特性図である。図4(a)は、ダイクロイック膜14に対して入射角62°でP偏光が入射する場合のダイクロイック膜14のRGB各色波長域の透過反射特性を示している。この場合、青色B波長域および赤色R波長域のP偏光はダイクロイック膜14によって反射されるのに対して、緑色G波長域のP偏光はダイクロイック膜14を透過する特性を示す。なお、S偏光はいずれの波長域であってもダイクロイック膜14によって反射される。   Here, the dichroic film 14 has an incident angle dependency in which the transmission and reflection characteristics of polarized light in each color wavelength region are determined depending on the difference in the incident angle. Functions for color synthesis of light. 4A and 4B are characteristic diagrams showing the incident angle dependence of the dichroic film 14 used in the present embodiment. FIG. 4A shows the transmission / reflection characteristics of the dichroic film 14 in the respective RGB wavelength ranges when P-polarized light is incident on the dichroic film 14 at an incident angle of 62 °. In this case, the P-polarized light in the blue B wavelength region and the red R wavelength region is reflected by the dichroic film 14, whereas the P-polarized light in the green G wavelength region shows a characteristic of transmitting through the dichroic film 14. S-polarized light is reflected by the dichroic film 14 in any wavelength region.

一方、図4(b)は、ダイクロイック膜14に対して入射角45°でP偏光が入射する場合のダイクロイック膜14のRGB各色波長域の透過反射特性を示している。この場合、青色B波長域および赤色R波長域のP偏光はダイクロイック膜14を透過するのに対して、緑色G波長域のP偏光はダイクロイック膜14によって反射される特性を示す。なお、S偏光はいずれの波長域であってもダイクロイック膜14によって反射される。   On the other hand, FIG. 4B shows the transmission / reflection characteristics of the dichroic film 14 in the respective RGB wavelength ranges when P-polarized light is incident on the dichroic film 14 at an incident angle of 45 °. In this case, the P-polarized light in the blue B wavelength region and the red R wavelength region is transmitted through the dichroic film 14, whereas the P-polarized light in the green G wavelength region is reflected by the dichroic film 14. S-polarized light is reflected by the dichroic film 14 in any wavelength region.

すなわち、図4では、ダイクロイック膜14は、入射角62°と入射角45°との違いにより、各色波長域のP偏光に関して、緑色G波長域のP偏光は、透過から反射へ、青色B波長域および赤色R波長域のP偏光は、反射から透過へ、透過反射特性が反転するようにシフトさせる特性を有する。   That is, in FIG. 4, the dichroic film 14 has a difference between an incident angle of 62 ° and an incident angle of 45 °. P and P-polarized light in the red R wavelength region have a characteristic of shifting from reflection to transmission so that the transmission and reflection characteristics are inverted.

このため、波長選択性偏光素子3を経てプリズム面10aから色分離合成プリズム10に入射する照明光は、ダイクロイック膜14に対して第1の入射角θ=62°で入射するように光路設定されている。さらに、ダイクロイック膜14を透過した緑色光G(P偏光)は、色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面10cを透過して色分離合成プリズム10から出射することでDMD素子6Gに直接導かれてこのDMD素子6Gの上面に対して斜めに照明するように光路設定されている。また、ダイクロイック膜14で反射された赤色光Rおよび青色光Bも、色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面10bを透過して色分離合成プリズム10から出射することでDMD素子6RBに直接導かれてこのDMD素子6RBの上面に対して照明するように光路設定されている。 Therefore, the optical path is set so that the illumination light incident on the color separation / combination prism 10 from the prism surface 10a via the wavelength selective polarizing element 3 is incident on the dichroic film 14 at the first incident angle θ 1 = 62 °. Has been. Further, the green light G (P-polarized light) that has passed through the dichroic film 14 passes through the prism surface 10 c as it is and is emitted from the color separation / combination prism 10 without being reflected or totally reflected in the color separation / combination prism 10. Thus, the optical path is set so that the light is directly guided to the DMD element 6G and illuminated obliquely with respect to the upper surface of the DMD element 6G. Further, the red light R and the blue light B reflected by the dichroic film 14 pass through the prism surface 10 b as they are and are emitted from the color separation / synthesis prism 10 without being reflected or totally reflected in the color separation / synthesis prism 10. Thus, the optical path is set so as to be guided directly to the DMD element 6RB and illuminate the upper surface of the DMD element 6RB.

また、DMD素子6Gのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、DMD素子6Gによってプリズム面10cに対して照明光と異なる角度で再入射する投影光が色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのまま直接ダイクロイック膜14に向かうように光路設定されている。即ち、DMD素子の上面に対してはその斜め方向から照明光が入射するものであり、DMD素子から出射される変調光のうちスクリーン(投影レンズ7)に向かういわゆるオン光はDMD素子の上面に対して垂直に出射されるものである。この際、緑色光Gによる投影光は、ダイクロイック膜14に対して第2の入射角θ=45°で入射するように設定されている。また、DMD素子6RBのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、DMD素子6RBによってプリズム面10bに対して照明光と異なる角度で再入射する投影光が色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのまま直接ダイクロイック膜14に向かうように光路設定されている。この際、赤色光Rや青色光Bによる投影光は、ダイクロイック膜14に対して第2の入射角θ=45°で入射するように設定されている。ここで、本実施の形態では、プリズム面10dが投影光の出射面となり、このプリズム面10dに対して投影レンズ7が所定位置に位置付けられている。 Further, in accordance with the deflection reflection due to the swing operation of the micromirror accompanying the on / off control of the DMD element 6G, the projection light re-entering the prism surface 10c at an angle different from the illumination light by the DMD element 6G is reflected in the color separation / combination prism 10. The optical path is set so as to go directly to the dichroic film 14 without being totally reflected. That is, illumination light is incident on the upper surface of the DMD element from an oblique direction, and so-called on-light of the modulated light emitted from the DMD element toward the screen (projection lens 7) is incident on the upper surface of the DMD element. In contrast, the light is emitted vertically. At this time, the projection light by the green light G is set to enter the dichroic film 14 at the second incident angle θ 2 = 45 °. In addition, according to the deflection reflection due to the swing operation of the micromirror accompanying the on / off control of the DMD element 6RB, the projection light that is incident again on the prism surface 10b at an angle different from the illumination light by the DMD element 6RB is reflected in the color separation / combination prism 10. The optical path is set so as to go directly to the dichroic film 14 without being totally reflected. At this time, the projection light by the red light R and the blue light B is set to enter the dichroic film 14 at the second incident angle θ 2 = 45 °. Here, in the present embodiment, the prism surface 10d serves as a projection light emitting surface, and the projection lens 7 is positioned at a predetermined position with respect to the prism surface 10d.

このような構成において、色分離合成プリズム10の作用について、図5〜図7を参照して説明する。まず、光源2から出射された照明光中の赤色光R、青色光BのP偏光は波長選択性偏光素子3によって交互にS偏光に変換され、緑色光GのP偏光はP偏光のまま波長選択性偏光素子3を透過する。   In such a configuration, the operation of the color separation / combination prism 10 will be described with reference to FIGS. First, the P-polarized light of the red light R and the blue light B in the illumination light emitted from the light source 2 is alternately converted to S-polarized light by the wavelength-selective polarizing element 3, and the P-polarized light of the green light G remains in the P-polarized wavelength. The light passes through the selective polarizing element 3.

ここで、波長選択性偏光素子3を透過した緑色光G(P偏光)は、色分離合成プリズム10のプリズム面10aを透過してダイクロイック膜14に第1の入射角θ=62°で入射する。この際、図4(a)に示す特性によれば、波長選択性偏光素子3は緑色光G(P偏光)を透過させる特性を有する。よって、第1の入射角θ=62°で波長選択性偏光素子3に入射した緑色光G(P偏光)は、図5(a)に示すように、波長選択性偏光素子3を透過して、そのままプリズム面10cを経て緑色用のDMD素子6Gに直接導かれ、DMD素子6Gを照明する。 Here, the green light G (P-polarized light) transmitted through the wavelength selective polarizing element 3 is transmitted through the prism surface 10a of the color separation / combination prism 10 and is incident on the dichroic film 14 at the first incident angle θ 1 = 62 °. To do. At this time, according to the characteristic shown in FIG. 4A, the wavelength selective polarizing element 3 has a characteristic of transmitting green light G (P-polarized light). Therefore, the green light G (P-polarized light) incident on the wavelength selective polarizing element 3 at the first incident angle θ 1 = 62 ° is transmitted through the wavelength selective polarizing element 3 as shown in FIG. Then, the light is directly guided to the green DMD element 6G through the prism surface 10c, and illuminates the DMD element 6G.

一方、波長選択性偏光素子3を透過した赤色光R(P偏光)および青色光B(S偏光)、または赤色光R(S偏光)および青色光B(P偏光)は、色分離合成プリズム10のプリズム面10aを透過してダイクロイック膜14に第1の入射角θ=62°で入射する。この際、図4(a)に示す特性によれば、波長選択性偏光素子3は赤色光Rおよび青色光Bを偏光方向がP偏光であってもS偏光であっても反射させる特性を有する。よって、第1の入射角θ=62°で波長選択性偏光素子3に入射した赤色光R(P偏光)および青色光B(S偏光)、または赤色光R(S偏光)および青色光B(P偏光)は、図5(b)に示すように、波長選択性偏光素子3で反射され、そのままプリズム面10bを経て赤色および青色用のDMD素子6RBに直接導かれ、DMD素子6RBを照明する。すなわち、照明光路上に偏光ビームスプリッタが存在しないので、共用のDMD素子6RBは、常にダイクロイック膜14で反射されそのままプリズム面10bを経た赤色光Rおよび青色光Bによって照明される。このようにして、照明光は、ダイクロイック膜14によって、緑色光Gと赤色光Rおよび青色光Bとに色分離される。 On the other hand, the red light R (P-polarized light) and the blue light B (S-polarized light) or the red light R (S-polarized light) and the blue light B (P-polarized light) transmitted through the wavelength selective polarizing element 3 And enters the dichroic film 14 at a first incident angle θ 1 = 62 °. At this time, according to the characteristics shown in FIG. 4A, the wavelength-selective polarizing element 3 has a characteristic of reflecting the red light R and the blue light B regardless of whether the polarization direction is P-polarized light or S-polarized light. . Therefore, the red light R (P-polarized light) and the blue light B (S-polarized light) or the red light R (S-polarized light) and the blue light B incident on the wavelength selective polarizing element 3 at the first incident angle θ 1 = 62 °. As shown in FIG. 5B, (P-polarized light) is reflected by the wavelength-selective polarizing element 3, and directly guided to the red and blue DMD elements 6RB through the prism surface 10b, and illuminates the DMD element 6RB. To do. That is, since there is no polarization beam splitter on the illumination optical path, the shared DMD element 6RB is always reflected by the dichroic film 14 and illuminated as it is by the red light R and the blue light B that have passed through the prism surface 10b. In this way, the illumination light is color-separated into green light G, red light R, and blue light B by the dichroic film 14.

緑色光G(P偏光)で照明されたDMD素子6Gは、緑色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(a)に示すように、緑色光G(P偏光)を偏向させて、プリズム面10cに対して照明光の場合と異なる角度で再入射させる。この緑色光G(P偏光)は、そのまま直接ダイクロイック膜14に導かれるが、ダイクロイック膜14に対して第2の入射角θ=45°で入射する。この際、図4(b)に示す特性によれば、波長選択性偏光素子3は緑色光G(P偏光)を反射させる特性を有する。よって、第2の入射角θ=45°で波長選択性偏光素子3に入射した緑色光G(P偏光)は、図6(a)に示すように、波長選択性偏光素子3で反射されて、そのままプリズム面10dから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。 The DMD element 6G illuminated with the green light G (P-polarized light) performs a modulation operation based on the green color signal, deflects the green light G (P-polarized light), as shown in FIG. The light is incident again on the prism surface 10c at an angle different from that of the illumination light. The green light G (P-polarized light) is directly guided to the dichroic film 14 as it is, but is incident on the dichroic film 14 at a second incident angle θ 2 = 45 °. At this time, according to the characteristic shown in FIG. 4B, the wavelength-selective polarizing element 3 has a characteristic of reflecting the green light G (P-polarized light). Accordingly, the green light G (P-polarized light) incident on the wavelength selective polarizing element 3 at the second incident angle θ 2 = 45 ° is reflected by the wavelength selective polarizing element 3 as shown in FIG. Then, the light is emitted from the prism surface 10d as projection light toward the projection lens 7 as it is.

一方、波長選択性偏光素子3のR−CS領域に照明光が当っている場合に、赤色光R(S偏光)および青色光B(P偏光)で照明されたDMD素子6RBは、青色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(b)に示すように、赤色光R(S偏光)および青色光B(P偏光)を偏向させて、プリズム面10bに対して照明光の場合と異なる角度で再入射させる。赤色光R(S偏光)および青色光B(P偏光)は、そのまま直接ダイクロイック膜14に導かれるが、ダイクロイック膜14に対して第2の入射角θ=45°で入射する。この際、図4(b)に示す特性によれば、波長選択性偏光素子3は青色光B(P偏光)を透過させ、赤色光R(S偏光)を反射させる特性を有する。よって、図6(b)に示すように、青色用の色信号に基づき変調された青色光B(P偏光)は、波長選択性偏光素子3を透過して、そのままプリズム面10dから投影光として投影レンズ7に向けて出射し、赤色光R(S偏光)は、波長選択性偏光素子3で反射されて廃棄される。 On the other hand, when the illumination light strikes the R-CS region of the wavelength selective polarizing element 3, the DMD element 6RB illuminated with the red light R (S-polarized light) and the blue light B (P-polarized light) A modulation operation is performed based on the color signal, and as shown in FIG. 6B, the red light R (S-polarized light) and the blue light B (P-polarized light) are deflected to illuminate the prism surface 10b. Re-enter at a different angle. The red light R (S-polarized light) and the blue light B (P-polarized light) are directly guided to the dichroic film 14 as they are, but are incident on the dichroic film 14 at a second incident angle θ 2 = 45 °. At this time, according to the characteristic shown in FIG. 4B, the wavelength selective polarizing element 3 has a characteristic of transmitting the blue light B (P-polarized light) and reflecting the red light R (S-polarized light). Therefore, as shown in FIG. 6B, the blue light B (P-polarized light) modulated based on the blue color signal passes through the wavelength-selective polarizing element 3 and is directly used as projection light from the prism surface 10d. The red light R (S-polarized light) emitted toward the projection lens 7 is reflected by the wavelength selective polarizing element 3 and discarded.

また、波長選択性偏光素子3のB−CS領域に照明光が当っている場合に、赤色光R(P偏光)および青色光B(S偏光)で照明されたDMD素子6RBは、赤色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(c)に示すように、赤色光R(P偏光)および青色光B(S偏光)を偏向させて、プリズム面10bに対して照明光の場合と異なる角度で再入射させる。赤色光R(P偏光)および青色光B(S偏光)は、そのまま直接ダイクロイック膜14に導かれるが、ダイクロイック膜14に対して第2の入射角θ=45°で入射する。この際、図4(b)に示す特性によれば、波長選択性偏光素子3は赤色光R(P偏光)を透過させ、青色光R(P偏光)を反射させる特性を有する。よって、図6(c)に示すように、赤色用の色信号に基づき変調された赤色光R(P偏光)は、波長選択性偏光素子3を透過して、そのままプリズム面10dから投影光として投影レンズ7に向けて出射し、青色光B(S偏光)は、波長選択性偏光素子3で反射されて廃棄される。 In addition, when the illumination light strikes the B-CS region of the wavelength selective polarization element 3, the DMD element 6RB illuminated with the red light R (P polarization) and the blue light B (S polarization) A modulation operation is performed based on the color signal, and as shown in FIG. 6C, the red light R (P-polarized light) and the blue light B (S-polarized light) are deflected to illuminate the prism surface 10b. Re-enter at a different angle. The red light R (P-polarized light) and the blue light B (S-polarized light) are directly guided to the dichroic film 14 as they are, but are incident on the dichroic film 14 at a second incident angle θ 2 = 45 °. At this time, according to the characteristic shown in FIG. 4B, the wavelength selective polarizing element 3 has a characteristic of transmitting the red light R (P-polarized light) and reflecting the blue light R (P-polarized light). Therefore, as shown in FIG. 6C, the red light R (P-polarized light) modulated based on the red color signal passes through the wavelength-selective polarizing element 3 and is directly used as projection light from the prism surface 10d. The blue light B (S-polarized light) emitted toward the projection lens 7 is reflected by the wavelength selective polarizing element 3 and discarded.

すなわち、図6(a)に示す緑色光G(P偏光)の投影を常に行うとともに、図6(b)(c)に示す青色光B(S偏光)と赤色光R(S偏光)の投影を時分割で交互に行うこととなる。よって、投影レンズ7に対する投影光としては、ダイクロイック膜14の機能により、緑色光Gと青色光B、または緑色光Gと赤色光Rとの色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。   That is, the green light G (P-polarized light) shown in FIG. 6A is always projected, and the blue light B (S-polarized light) and red light R (S-polarized light) shown in FIGS. 6B and 6C are projected. Are alternately performed in a time-sharing manner. Therefore, as the projection light for the projection lens 7, by the function of the dichroic film 14, the color synthesis of the green light G and the blue light B or the green light G and the red light R is alternately performed in a time division manner. The synthesized color image is displayed on the screen.

このように本実施の形態の投影型表示装置1によれば、同一形状の2個の三角形状のプリズム11,12を接合させて全体がキュービック形状に形成された単純で安価・小型な1個の色分離合成プリズム10だけで、照明投影分離と色分離合成とを行わせることができ、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する部品を減らすことができる。特に、分離された各色光が反射や全反射をせずに直接、DMD素子6G,6RBに導かれるので、各プリズム面10a〜10dが全反射条件等による制約を受けることがなく、設計の自由度を向上させることができる。また、色分離合成プリズム10の全体をキュービック形状に形成することで、ケスタ型形状とする場合よりも、一層の小型化が可能となる。また、プリズム接合面13に所定の特性を有するダイクロイック膜14を有する接合型の1個の色分離合成プリズム10を備えればよいので、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する色分離合成プリズム10にエアーギャップが存在せず、エアーギャップに伴う光量低下等の問題も回避することができる。   As described above, according to the projection display device 1 of the present embodiment, one simple, inexpensive, and compact one that is formed into a cubic shape by joining two triangular prisms 11 and 12 having the same shape. With only the color separation / combination prism 10, illumination projection separation and color separation / synthesis can be performed, and the components constituting the optical system for illumination projection separation and color separation / synthesis can be reduced. In particular, since each separated color light is directly guided to the DMD elements 6G and 6RB without being reflected or totally reflected, each prism surface 10a to 10d is not restricted by the total reflection condition and the like, and the design is free. The degree can be improved. Further, by forming the entire color separation / combination prism 10 in a cubic shape, the size can be further reduced as compared with the case where the color separation / combination prism 10 is formed in a kester shape. Further, since it is only necessary to provide one junction type color separation / combination prism 10 having a dichroic film 14 having predetermined characteristics on the prism joint surface 13, an optical system for illumination projection separation and color separation / combination is configured. There is no air gap in the color separation / combination prism 10, and problems such as a decrease in the amount of light accompanying the air gap can be avoided.

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。以下、各種変形例を例示する。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Hereinafter, various modifications will be exemplified.

(変形例1)
図7は、変形例1の波長選択性偏光素子3Aの構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。変形例1では、ホイール形状の波長選択性偏光素子3に代えて、ドラム状の波長選択性偏光素子3Aを用いたものである。波長選択性偏光素子3Aは、その外周面上に領域R−CS,B−CSが交互に均等分割されて回転駆動されるもので、外周面の特定位置に入射する照明光に対して領域R−CS,B−CSが時分割的に偏光方向変換機能を発揮し、内部に一体に形成された円錐台形状のミラー41で所望の方向に反射させる。
(Modification 1)
FIG. 7 is a diagram illustrating an XY plan view, a YZ plan view, and a cross-sectional view thereof as a configuration example of the wavelength-selective polarizing element 3A of the first modification. In the first modification, a drum-shaped wavelength selective polarizing element 3 </ b> A is used in place of the wheel-shaped wavelength selective polarizing element 3. The wavelength-selective polarizing element 3 </ b> A is such that the regions R-CS and B-CS are alternately and equally divided on the outer peripheral surface thereof, and are rotationally driven. -CS and B-CS exhibit a polarization direction conversion function in a time-sharing manner, and are reflected in a desired direction by a truncated cone-shaped mirror 41 integrally formed therein.

なお、波長選択性偏光素子3Aと一体的なミラー41に代えて、図8に示すように、固定配置させた固定ミラー42によって波長選択性偏光素子3Aを透過した光を所望方向に反射させるようにしてもよい。   In place of the mirror 41 integrated with the wavelength selective polarizing element 3A, as shown in FIG. 8, the light transmitted through the wavelength selective polarizing element 3A is reflected in a desired direction by a fixed mirror 42 fixedly arranged. It may be.

さらに、図9に示すように、波長選択性偏光素子3Aおよびミラー41に対する入射方向を逆に設定してもよい。この際、光源2からの照明光を波長選択性偏光素子3Aとインテグレータロッド4との間付近に集光させるようにすれば、ドラム状の波長選択性偏光素子3Aおよびインテグレータロッド4における光束径を小さくすることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 9, the incident direction with respect to the wavelength selective polarizing element 3A and the mirror 41 may be set in reverse. At this time, if the illumination light from the light source 2 is condensed in the vicinity of between the wavelength-selective polarizing element 3A and the integrator rod 4, the light beam diameters in the drum-shaped wavelength-selective polarizing element 3A and the integrator rod 4 are reduced. Can be small.

(変形例2)
この他、フィルタ部材としては、カラーリンク社のカラースイッチ(登録商標)を用いるようにしてもよい。また、回転式の波長選択性偏光素子3,3Aに限らず、直線状に往復移動するタイプであってもよい。
(Modification 2)
In addition, a color switch (registered trademark) manufactured by Color Link may be used as the filter member. Further, not only the rotary wavelength selective polarizing elements 3 and 3A, but also a type that reciprocates linearly may be used.

また、反射型空間光変調器に関する2板型の構成として、本実施の形態では、赤色光R用と青色光B用とで時分割で共用するようにしたが、緑色光G用と赤色光R用とで時分割で共用し、あるいは、緑色光G用と青色光B用とで時分割で共用するようにしてもよい。その場合は、当然に本実施例の図4で説明した特性とは異なる特性が必要となる。波長選択性偏光素子3,3A(フィルタ部材)の構成も、このような構成に対応させて、偏光方向を変換させる色光を変更すればよい。また、本実施の形態では、ダイクロイック膜14に対する第1の入射角θ=62°とし、第2の入射角θ=45°としたが、これらを入れ替えて、第1の入射角θ=45°とし、第2の入射角θ=62°とし各色光に対する色分離特性、色合成特性を変更させてもよい。 In the present embodiment, the two-plate configuration relating to the reflective spatial light modulator is shared by the red light R and the blue light B in a time-sharing manner, but the green light G and the red light are shared. It may be shared in time division for R, or may be shared in time division for green light G and blue light B. In that case, of course, characteristics different from the characteristics described in FIG. The wavelength-selective polarizing elements 3 and 3A (filter member) may be configured to change the color light that changes the polarization direction in accordance with such a configuration. Further, in the present embodiment, the first incident angle θ 1 = 62 ° and the second incident angle θ 2 = 45 ° with respect to the dichroic film 14 are set, but the first incident angle θ 1 is exchanged. = 45 ° and the second incident angle θ 2 = 62 ° may be used to change the color separation characteristics and the color synthesis characteristics for each color light.

本発明の実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the projection type display apparatus concerning embodiment of this invention. 波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the structural example of a wavelength selective polarizing element. 色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。It is a front view which shows the structural example of a color separation synthetic | combination prism. ダイクロイック膜の入射角依存特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the incident angle dependence characteristic of a dichroic film | membrane. 色分離合成プリズムの照明光に対する作用を示す正面図である。It is a front view which shows the effect | action with respect to the illumination light of a color separation synthetic | combination prism. 色分離合成プリズムの投射光に対する作用を示す正面図である。It is a front view which shows the effect | action with respect to the projection light of a color separation synthetic | combination prism. 変形例1の波長選択性偏光素子の構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。It is a figure which shows XY plan view, YZ top view, and its sectional drawing as a structural example of the wavelength selective polarizing element of the modification 1. 変形例1の波長選択性偏光素子の別の構成例を示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing another configuration example of the wavelength selective polarizing element of Modification Example 1. FIG. 変形例1の波長選択性偏光素子のさらに別の構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。It is a figure which shows together XY top view, YZ top view, and its sectional drawing as another example of a structure of the wavelength selective polarizing element of the modification 1. FIG. 特許文献1に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the outline | summary of the projection type display apparatus shown by patent document 1. FIG. 非特許文献1に示される2チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the outline | summary of the projection display apparatus of the 2 chip | tip system shown by the nonpatent literature 1. 非特許文献1に示される3チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the outline | summary of the projection display apparatus of the 3 chip | tip system shown by the nonpatent literature 1. 特許文献2に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the outline | summary of the projection type display apparatus shown by patent document 2. FIG. 図13の概略側面図である。FIG. 14 is a schematic side view of FIG. 13.

符号の説明Explanation of symbols

3,3A 波長選択性偏光素子
6G,6RB DMD素子
7 投影レンズ
10 色分離合成プリズム
11,12 プリズム
13 プリズム接合面
14 ダイクロイック膜
3,3A Wavelength selective polarizing element 6G, 6RB DMD element 7 Projection lens 10 Color separation / combination prism 11, 12 Prism 13 Prism joint surface 14 Dichroic film

Claims (9)

色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、
第1と第2のプリズム要素からなりこの第1と第2のプリズム要素の接合面に第1の入射角と第2の入射角との入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定されるダイクロイック膜を有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経た照明光を前記ダイクロイック膜に前記第1の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調されて射出される複数の色光を前記ダイクロイック膜に前記第2の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。
A projection display device comprising: a plurality of reflective spatial light modulators that modulate color light based on a color signal; a filter member that selectively converts the polarization direction of illumination light; and a projection lens.
Polarized light of each color wavelength range depending on the difference in incident angle between the first incident angle and the second incident angle on the joint surface of the first and second prism elements, which is composed of first and second prism elements. A color separation / combination prism having a dichroic film whose transmission and reflection characteristics are determined, and the illumination light having passed through the filter member is incident on the dichroic film at the first incident angle and separated into a plurality of color lights by the dichroic film. Then, each separated color light is guided to the corresponding reflective spatial light modulator for the corresponding color light, and a plurality of color lights emitted after being modulated by the plurality of reflective spatial light modulators are applied to the second dichroic film. A projection type display device characterized in that it is made incident at an incident angle of, and is color-combined by the dichroic film and emitted toward the projection lens.
前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がそれぞれ異なる特性を有することを特徴とする請求項1に記載の投影型表示装置。   The projection display device according to claim 1, wherein the dichroic film has different characteristics in wavelength regions to be transmitted and reflected in accordance with an incident angle. 前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がシフトする特性を有することを特徴とする請求項2に記載の投影型表示装置。   The projection display device according to claim 2, wherein the dichroic film has a characteristic that a wavelength region transmitted and reflected is shifted in accordance with an incident angle. 前記第1のプリズム要素は、前記照明光が入射する第1の面部分と第1の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第1の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第2の面部分とを有し、
前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第2の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
The first prism element includes a first surface portion on which the illumination light is incident, emission of illumination light to the first reflective spatial light modulator, and modulation from the first reflective spatial light modulator. A second surface portion that allows both incident light to pass through,
The second prism element allows a third light to pass through both the emission of illumination light to the second reflective spatial light modulator and the incidence of modulated light from the second reflective spatial light modulator. 4. The projection display device according to claim 1, further comprising: a fourth surface portion that transmits the modulated light that is color-combined and travels toward the screen. 5.
前記第1のプリズム要素は、前記第1の面部分と前記第2の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第2のプリズム要素は、前記第3の面部分と前記第4の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする請求項4に記載の投影型表示装置。   The first prism element has a shape in which a triangle can be defined by the first surface portion, the second surface portion, and the joint surface, and the second prism element is formed by the third surface portion. The projection display device according to claim 4, wherein a triangle can be defined by the fourth surface portion and the joint surface. 前記第1および第2のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の投影型表示装置。   The projection display device according to claim 1, wherein each of the first and second prism elements has a triangular prism shape. 前記ダイクロイック膜から前記各反射型空間光変調器に至る光路および前記各反射型空間光変調器から前記ダイクロイック膜に至る光路において反射面を有しないことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の投影型表示装置。   7. The optical path from the dichroic film to each of the reflective spatial light modulators and the optical path from each of the reflective spatial light modulators to the dichroic film do not have a reflective surface. The projection display device according to one. 前記各反射型空間光変調器の変調面から出射してスクリーンに向かう変調光は、該反射型空間光変調器の上面に対して垂直な方向に出射することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の投影型表示装置。   8. The modulated light emitted from the modulation surface of each reflective spatial light modulator and directed to the screen is emitted in a direction perpendicular to the top surface of the reflective spatial light modulator. The projection display device according to any one of the above. 前記反射型空間光変調器として、3原色のうちの1色用の反射型空間光変調器と、3原色のうちの残りの2色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える2板型であることを特徴とする請求項1〜8の何れか一つに記載の投影型表示装置。   The reflective spatial light modulator includes a reflective spatial light modulator for one of the three primary colors and a reflective spatial light modulator that shares the remaining two of the three primary colors in a time-sharing manner. The projection display device according to claim 1, wherein the projection display device is a two-plate type.
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