JP2011257645A - Projector - Google Patents

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Yoshitaka Ito
嘉高 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projector capable of displaying a stereoscopic image and keeping the brightness of a projected image, without an increase in its size and its manufacturing cost.SOLUTION: A projector 1 comprises: a light source 2; a plurality of light modulation elements 6R, 6G and 6B having a first writing region for writing first image data corresponding to an image for a left eye and a second writing region for writing second image data corresponding to an image for a right eye, for modulating respective colored light beams based on the respective image data; a light combination optical system 7; a polarization switching element 9 having a first region which a light beam from the first writing region of the light modulation element enters and a second region which a light beam from the second writing region of the light modulation element enters, for changing the polarization status of a light beam emitted from the first region and a light beam emitted from the second region; a light transmission optical system 8 for transmitting the modulated light beam to the polarization switching element to form an intermediate image thereon; and a projection optical system 10.

Description

本発明は、プロジェクターに関し、より詳しくは、偏光メガネを用いて投写画像を立体的に鑑賞できるプロジェクターに関する。   The present invention relates to a projector, and more particularly to a projector capable of viewing a projected image in three dimensions using polarized glasses.

大画面表示が可能なプロジェクターを用いて、表示画像を立体的に表現する技術が開発、実用化されてきている。プロジェクターを用いた立体画像表示では、左眼用画像と右眼用画像とをスクリーンに投影して、左眼および右眼にてそれぞれの画像を観察する視差利用の方式が一般的に用いられる。このとき、観察者は各々の眼に対応する画像を選択的に観察する必要があり、その一つの方式として偏光メガネを用いる偏光方式のプロジェクターが知られている。   A technique for three-dimensionally expressing a display image using a projector capable of displaying a large screen has been developed and put into practical use. In stereoscopic image display using a projector, a parallax-based method is generally used in which a left-eye image and a right-eye image are projected on a screen, and the respective images are observed by the left eye and the right eye. At this time, it is necessary for an observer to selectively observe an image corresponding to each eye. As one of the methods, a polarizing projector using polarizing glasses is known.

偏光方式のプロジェクターでは、視差情報を含んだ左眼用画像と右眼用画像とを、両画像間で偏光状態を変えてスクリーン上に同時に表示する。あるいは、左眼用画像と右眼用画像とを、両画像間で偏光状態を変えて時系列的に並ぶフレーム毎に交互に連続して表示する。このとき、観察者は、偏光選択性を備えた偏光メガネを通して、異なる偏光状態で表示された左眼用画像と右眼用画像とを見ることにより2種類の画像がそれぞれ対応する眼のみで選択的に観察されるため、表示画像を立体的に視認することができる。   In a polarizing projector, a left-eye image and a right-eye image including parallax information are simultaneously displayed on a screen while changing the polarization state between the two images. Alternatively, the image for the left eye and the image for the right eye are alternately and continuously displayed for each frame arranged in time series while changing the polarization state between the two images. At this time, the observer selects only two eyes corresponding to the two types of images by viewing the left-eye image and the right-eye image displayed in different polarization states through polarizing glasses having polarization selectivity. Therefore, the display image can be viewed in three dimensions.

互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とをスクリーン上に同時に表示する一つの方策として、第1のプロジェクターで左眼用画像を表示し、第2のプロジェクターで左眼用画像を表示するというように、2台のプロジェクターを用いる立体画像表示装置が提案されている(下記の特許文献1参照)。特許文献1に記載の立体画像表示装置では、投写光の偏光状態が異なる2台のプロジェクターを用意する不便さを解消するために、投写光の偏光状態が同一の2台のプロジェクターを用い、一方のプロジェクターからの投写光の偏光状態を反射鏡からなる偏光切替素子で切り替えることにより、偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを生成している。   As one measure for simultaneously displaying a left-eye image and a right-eye image having different polarization states on the screen, the left-eye image is displayed by the first projector, and the left-eye image is displayed by the second projector. A stereoscopic image display device using two projectors has been proposed (see Patent Document 1 below). In the stereoscopic image display device described in Patent Document 1, in order to eliminate the inconvenience of preparing two projectors having different polarization states of projection light, two projectors having the same polarization state of projection light are used. By switching the polarization state of the projection light from the projector with a polarization switching element made of a reflecting mirror, a left-eye image and a right-eye image with different polarization states are generated.

また、互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とをスクリーン上に同時に表示する他の方策として、左眼用画像形成用と右眼用画像形成用の2組の表示パネルを備えた投射型立体表示装置が提案されている(下記の特許文献2参照)。特許文献2に記載の投射型表示装置では、色選択フィルターを用いて光源から射出された光から特定の色成分を時分割的に選択した後、ワイヤーグリッドにより各色成分を偏光状態に応じて分離し、分離された偏光状態の異なる各光を左眼用画像形成用の第1表示パネル、右眼用画像形成用の第2表示パネルにおいてそれぞれ変調する。   In addition, as another measure for simultaneously displaying on the screen a left-eye image and a right-eye image having different polarization states, two sets of display panels for left-eye image formation and right-eye image formation are provided. A projection-type stereoscopic display device has been proposed (see Patent Document 2 below). In the projection display device described in Patent Document 2, after a specific color component is selected in a time-sharing manner from light emitted from a light source using a color selection filter, each color component is separated according to a polarization state by a wire grid. Then, the separated lights having different polarization states are modulated in the first display panel for image formation for the left eye and the second display panel for image formation for the right eye, respectively.

一方、互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを時系列的に交互に連続して表示する方式は、1台のプロジェクターだけで表示画像を立体的に表現できるという利点を有しており、この方式の投射型表示装置も提案されている(下記の特許文献3参照)。特許文献3に記載の投射型表示装置では、偏光状態が交互に切り替わる液晶セルと位相差板とからなる偏光制御手段を介して液晶ライトバルブからの射出光を投射することで、左眼用画像と右眼用画像とを時系列的に交互に表示している。   On the other hand, the method of displaying left-eye images and right-eye images having different polarization states alternately in time series has the advantage that the display image can be expressed in three dimensions with only one projector. In addition, a projection display device of this system has also been proposed (see Patent Document 3 below). In the projection type display device described in Patent Document 3, the image for the left eye is projected by projecting the light emitted from the liquid crystal light valve via the polarization control means including the liquid crystal cell and the phase difference plate whose polarization states are alternately switched. And right-eye images are displayed alternately in time series.

特開2003−202520号公報JP 2003-202520 A 特開2004−205919号公報JP 2004-205919 A 特開2005−115276号公報JP-A-2005-115276

ところが、特許文献1に記載の立体画像表示装置のように、プロジェクターを2台使用する方式では、2台のプロジェクター間で、明るさや色合いなどの表示画像の特性を合わせたり、投写位置を調整したりするのが難しいという問題が生じる。また、プロジェクターを2台使用するため、装置の小型化や使い勝手の面でも問題がある。   However, in the method using two projectors as in the stereoscopic image display device described in Patent Document 1, the characteristics of the display image such as brightness and hue are adjusted and the projection position is adjusted between the two projectors. The problem that it is difficult to do. Further, since two projectors are used, there are problems in terms of downsizing and usability.

また、特許文献2に記載の投射型立体表示装置は、表示方式で言えば、時系列的に順次入射される異なる色の光を一つの空間光変調素子において時分割で変調し、カラー画像を生成する方式、いわゆるフィールドシーケンシャル方式の投射型表示装置である。一般的なフィールドシーケンシャル方式の投射型表示装置の場合、空間光変調素子を一つ備えていれば良いが、この投射型立体表示装置の場合、偏光分離光学系によって分離された光の各光路上に左眼用、右眼用の空間光変調素子をそれぞれ備える必要がある。そのため、装置構成が複雑化するとともに装置が大型化し、製品コストが高騰するという問題がある。   In addition, the projection type stereoscopic display device described in Patent Document 2 modulates light of different colors that are sequentially incident in time series in a time-division manner in a single spatial light modulation element, and displays a color image. This is a projection type display device of a so-called field sequential method. In the case of a general field sequential type projection display device, it is only necessary to have one spatial light modulation element. However, in the case of this projection type stereoscopic display device, each light path of light separated by the polarization separation optical system is provided. It is necessary to provide spatial light modulation elements for the left eye and right eye respectively. For this reason, there is a problem that the apparatus configuration becomes complicated and the apparatus becomes larger and the product cost increases.

また、特許文献3に記載の投射型表示装置では、左眼用画像、右眼用画像を時分割で交互に生成し、時系列的に開閉する光シャッターを備えたシャッターメガネを用いて左眼による視認と右眼による視認とを時分割で切り替えることにより立体視を可能としている。ところが、シャッターメガネにより左眼と右眼とを交互に遮光することになるため、投射型表示装置の出力に対して、観察者が視認する画像の明るさは略半減してしまうという問題がある。また、シャッターメガネに用いる偏光スイッチング素子が高価であり、偏光スイッチング素子を駆動するための電源をメガネに備える必要があり、使い勝手が悪い。   Further, in the projection display device described in Patent Document 3, left eye images and right eye images are alternately generated in a time-division manner, and left eye using shutter glasses provided with optical shutters that open and close in time series. Stereoscopic viewing is enabled by switching between visual recognition by the right eye and visual recognition by the right eye in a time-sharing manner. However, since the left eye and the right eye are alternately shielded by the shutter glasses, there is a problem that the brightness of the image visually recognized by the observer is substantially halved with respect to the output of the projection display device. . Further, the polarization switching element used for the shutter glasses is expensive, and it is necessary to provide the glasses with a power source for driving the polarization switching element, which is inconvenient.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを表示して立体画像表示を行うプロジェクターであって、装置の大型化、製造コストの高騰を招くことなく、投写画像の明るさを確保することができるプロジェクターを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a projector that displays a left-eye image and a right-eye image with different polarization states to display a stereoscopic image, and the size of the apparatus is increased. It is an object of the present invention to provide a projector that can ensure the brightness of a projected image without causing an increase in manufacturing cost.

上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクターは、光源と、左眼用画像に対応する第1画像データが書き込まれる第1書込領域と右眼用画像に対応する第2画像データが書き込まれる第2書込領域とを有し、前記光源から射出された波長域が異なる複数の色光を前記第1画像データおよび前記第2画像データに基づいてそれぞれ変調する複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を合成する光合成光学系と、前記光変調素子の前記第1書込領域からの光が入射される第1領域と前記光変調素子の前記第2書込領域からの光が入射される第2領域とを有し、前記第1領域から射出された光と前記第2領域から射出された光とが互いに異なる偏光状態となるように入射光の偏光状態を切り替える偏光切替素子と、前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子の位置に結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、前記偏光切替素子上に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a projector according to the present invention includes a light source, a first writing area in which first image data corresponding to a left-eye image is written, and second image data corresponding to a right-eye image. A plurality of light modulation elements that respectively modulate a plurality of color lights having different wavelength ranges emitted from the light source based on the first image data and the second image data, A light combining optical system configured to combine a plurality of color lights modulated by the plurality of light modulation elements; a first region into which light from the first writing region of the light modulation element is incident; and the first of the light modulation elements. Incident light so that the light emitted from the first area and the light emitted from the second area are in different polarization states. Polarization switching element that switches the polarization state of A light transmission optical system that transmits a plurality of color lights modulated by the plurality of light modulation elements to the polarization switching element and forms an image on the position of the polarization switching element, and the polarization switching element A projection optical system for projecting the intermediate image formed thereon.

本発明のプロジェクターにおいては、複数の光変調素子が、波長域の異なる複数の色光を左眼用画像に対応する第1画像データおよび右眼用画像に対応する第2画像データに基づいてそれぞれ変調し、左眼用画像および右眼用画像に対応する光学像を形成する。光伝達光学系は、複数の光変調素子により変調された複数の色光を偏光切替素子に伝達し、結像させて偏光切替素子上に左眼用画像および右眼用画像の中間像を形成する。ここで、偏光切替素子は、光変調素子の第1書込領域からの光が入射される第1領域と第2書込領域からの光が入射される第2領域とを有しており、第1領域からの射出光と第2領域からの射出光とが互いに異なる偏光状態となるように入射光の偏光状態を切り替える。   In the projector according to the aspect of the invention, the plurality of light modulation elements modulate the plurality of color lights having different wavelength ranges based on the first image data corresponding to the left eye image and the second image data corresponding to the right eye image, respectively. Then, an optical image corresponding to the image for the left eye and the image for the right eye is formed. The light transmission optical system transmits a plurality of color lights modulated by the plurality of light modulation elements to the polarization switching element, forms an image, and forms an intermediate image of the left eye image and the right eye image on the polarization switching element. . Here, the polarization switching element has a first area where light from the first writing area of the light modulation element is incident and a second area where light from the second writing area is incident, The polarization state of the incident light is switched so that the emission light from the first region and the emission light from the second region are in different polarization states.

このようにして、偏光切替素子上には、第1領域からの射出光による左眼用画像と第2領域からの射出光による右眼用画像とが混在し、左眼用画像と右眼用画像とは互いに偏光状態が異なる状態となった中間像が形成される。よって、観察者は、偏光メガネを通して異なる偏光状態で表示された左眼用画像と右眼用画像とを見ることにより、2種類の画像がそれぞれ対応する眼のみで選択的に観察されるため、表示画像を立体的に視認することができる。本発明においては、プロジェクターが1台で済み、さらに、左眼用、右眼用の空間光変調素子を別個に備える必要がないため、装置の大型化、製造コストの高騰を招くことがなく、小型、安価で、立体視が可能なプロジェクターを実現できる。また、シャッターメガネ等で遮光することにより左眼用画像と右眼用画像とを時間的に分離するわけではなく、左眼用画像と右眼用画像とを常時視認する構成であるため、光源の出力に見合った投写画像の明るさを確保することができる。   Thus, on the polarization switching element, the image for the left eye by the light emitted from the first region and the image for the right eye by the light emitted from the second region are mixed, and the image for the left eye and the image for the right eye are mixed. An intermediate image in which the polarization state is different from that of the image is formed. Therefore, the observer can selectively observe the two types of images only with the corresponding eyes by looking at the left-eye image and the right-eye image displayed in different polarization states through the polarizing glasses. The displayed image can be viewed three-dimensionally. In the present invention, only one projector is required, and it is not necessary to separately provide the left-eye and right-eye spatial light modulation elements, so that the size of the apparatus and the production cost are not increased, A compact, inexpensive projector capable of stereoscopic viewing can be realized. In addition, the left eye image and the right eye image are not temporally separated by shielding light with shutter glasses or the like, but the left eye image and the right eye image are always visually recognized. Therefore, it is possible to ensure the brightness of the projected image corresponding to the output of.

また、光伝達光学系は一般に波長依存性を有しているため、複数の光変調素子により変調された波長域の異なる複数の色光が同じ位置に結像しない場合が考えられる。その場合、表示画像に色ムラが発生する、色再現性が低下する等の問題が生じる虞がある。これに対して、本発明のプロジェクターによれば、光伝達光学系が、複数の光変調素子により変調された複数の色光の全てを偏光切替素子の位置に結像させて中間像を形成するため、色ムラがなく、色再現性に優れた表示画像を得ることができる。   In addition, since the light transmission optical system generally has wavelength dependency, there may be a case where a plurality of colored lights having different wavelength regions modulated by a plurality of light modulation elements do not form an image at the same position. In that case, there is a possibility that problems such as color unevenness occur in the display image and color reproducibility deteriorate. On the other hand, according to the projector of the present invention, the light transmission optical system forms an intermediate image by forming all of the plurality of color lights modulated by the plurality of light modulation elements at the position of the polarization switching element. Thus, a display image having no color unevenness and excellent color reproducibility can be obtained.

本発明のプロジェクターにおいて、前記光変調素子が、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記第1書込領域と前記第2書込領域とは、各々が画面の水平方向に並ぶ複数の画素からなる一つの行で構成され、交互に配置されている構成を採用できる。
この構成によれば、1フレームの画像の中に左眼用画像と右眼用画像とを均等に組み入れることができ、高画質の表示画像を得ることができる。
In the projector according to the aspect of the invention, the light modulation element includes a plurality of pixels arranged in a matrix, and the first writing area and the second writing area are each a plurality arranged in the horizontal direction of the screen. It is possible to adopt a configuration in which the pixel is composed of one row of pixels and arranged alternately.
According to this configuration, the left-eye image and the right-eye image can be evenly incorporated into one frame image, and a high-quality display image can be obtained.

本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子における前記第1領域と前記第2領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数と等しい構成を採用できる。
この構成によれば、光変調素子における各画像データを書き込む画素の各行と偏光切替素子における第1領域、第2領域の各々とが1対1で対応する。この場合、光変調素子での各画像データの書き込み位置と偏光切替素子での偏光状態の切り替え位置とが完全に一致するため、より高画質の立体画像表示を実現できる。
In the projector according to the aspect of the invention, it is possible to employ a configuration in which the sum of the first region and the second region in the polarization switching element is equal to the number of rows of the plurality of pixels in the light modulation element.
According to this configuration, each row of pixels into which each image data is written in the light modulation element and each of the first area and the second area in the polarization switching element have a one-to-one correspondence. In this case, since the writing position of each image data in the light modulation element and the switching position of the polarization state in the polarization switching element are completely coincident with each other, a higher quality stereoscopic image display can be realized.

本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子における前記第1領域と前記第2領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも少ない構成を採用できる。
この構成の場合、光変調素子における各画像データを書き込む画素の各行と偏光切替素子での第1領域、第2領域とが1対1で対応しないため、光変調素子での各画像データの書き込み位置と偏光切替素子での偏光状態の切り替え位置とが完全には一致しない。そのため、投写画像の局所的な偏光状態の乱れを生じ、その結果として局所的な立体視状態の乱れを若干生じることになる。しかしながら、偏光状態の乱れを生じる領域の大きさが画像全体の大きさに比べてごく僅かであれば、実用上ほとんど問題とならない。この構成によれば、偏光切替素子の構成を簡素にでき、低コスト化が図れる。
In the projector according to the aspect of the invention, it is possible to employ a configuration in which the sum of the first region and the second region in the polarization switching element is smaller than the number of rows of the plurality of pixels in the light modulation element.
In the case of this configuration, each row of pixels in which each image data is written in the light modulation element does not have a one-to-one correspondence between the first area and the second area in the polarization switching element, so each image data is written in the light modulation element. The position and the switching position of the polarization state in the polarization switching element do not completely match. Therefore, the local polarization state of the projected image is disturbed, and as a result, the local stereoscopic state is slightly disturbed. However, if the size of the region where the polarization state is disturbed is very small compared to the size of the entire image, there is almost no problem in practical use. According to this configuration, the configuration of the polarization switching element can be simplified, and the cost can be reduced.

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系は、少なくとも前記光変調素子側にテレセントリック性を有することが望ましい。前記光変調素子側と前記偏光切替素子側の双方にテレセントリック性を有するものであれば、より望ましい。
テレセントリック性を有する光学系とは、主光線が像側あるいは物体側焦点を通る光学系のことである。このような光学系からなる光伝達光学系を用いることにより、光変調素子や偏光切替素子が光軸方向に位置ずれを生じても、伝達される画像の寸法および形状が変わらない。そのため、両素子の位置合わせが容易であり、正確な画像の伝達を実現できる。
In the projector according to the aspect of the invention, it is preferable that the light transmission optical system has telecentricity at least on the light modulation element side. It is more desirable if both the light modulation element side and the polarization switching element side have telecentricity.
An optical system having telecentricity is an optical system in which a principal ray passes through an image side or object side focal point. By using a light transmission optical system composed of such an optical system, the size and shape of the transmitted image do not change even if the light modulation element or the polarization switching element is displaced in the optical axis direction. Therefore, alignment of both elements is easy, and accurate image transmission can be realized.

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が等倍伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、光変調素子の画素領域と同一寸法、同一形状の第1領域、第2領域を有する偏光切替素子を用いることによって、正確な画像の伝達を実現できる。
In the projector according to the aspect of the invention, it is possible to employ a configuration in which the light transmission optical system is an equal magnification transmission optical system.
According to this configuration, accurate image transmission can be realized by using the polarization switching element having the first area and the second area having the same size and shape as the pixel area of the light modulation element.

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が縮小伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子や投写光学系を小型化でき、プロジェクター全体の小型化、低コスト化が図り易い。
In the projector according to the aspect of the invention, the light transmission optical system may be a reduction transmission optical system.
According to this configuration, the polarization switching element and the projection optical system can be reduced in size, and the entire projector can be easily reduced in size and cost.

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が拡大伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子に伝達された中間像と偏光切替素子との位置合わせが容易となり、偏光切替素子の配置精度を確保し易い。
In the projector according to the aspect of the invention, it is possible to employ a configuration in which the light transmission optical system is an enlarged transmission optical system.
According to this configuration, it is easy to align the intermediate image transmitted to the polarization switching element and the polarization switching element, and it is easy to ensure the placement accuracy of the polarization switching element.

本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子を少なくとも前記第1領域と前記第2領域との配列方向に移動させることにより前記偏光切替素子の位置を調整する位置調整機構を備えた構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子に伝達された中間像と偏光切替素子との位置合わせ、特に第1領域と第2領域との配列方向における位置合わせが容易となるため、投写画像の局所的な偏光状態の乱れを防止でき、高画質の表示画像を得やすい。
In the projector according to the aspect of the invention, it is possible to employ a configuration including a position adjusting mechanism that adjusts the position of the polarization switching element by moving the polarization switching element in at least the arrangement direction of the first region and the second region.
According to this configuration, since the alignment between the intermediate image transmitted to the polarization switching element and the polarization switching element, particularly the alignment in the arrangement direction of the first region and the second region, becomes easy, Therefore, it is easy to obtain a high-quality display image.

本発明のプロジェクターにおいては、前記光伝達光学系と前記偏光切替素子との間の光路上に、偏光状態の乱れを補償する偏光補償光学系を備えた構成を採用できる。あるいは、前記偏光切替素子の入射側に配置された光吸収型あるいは光反射型の偏光素子を備えた構成を採用できる。
これらの構成によれば、偏光切替素子に入射する偏光の偏光度を高められるため、偏光切替素子で投写光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質の立体画像表示を実現できる。
In the projector according to the aspect of the invention, it is possible to employ a configuration in which a polarization compensation optical system that compensates for a disturbance in the polarization state is provided on the optical path between the light transmission optical system and the polarization switching element. Or the structure provided with the light absorption type or light reflection type polarizing element arrange | positioned at the incident side of the said polarization switching element is employable.
According to these configurations, since the degree of polarization of polarized light incident on the polarization switching element can be increased, the polarization state of the projection light can be accurately switched by the polarization switching element, and high-quality stereoscopic image display can be realized.

本発明の第1実施形態のプロジェクターの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a projector according to a first embodiment of the invention. 第1実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図である。It is a figure which shows the polarization switching element of the projector of 1st Embodiment. 偏光切替素子と画像光との対応関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correspondence of a polarization switching element and image light. 偏光切替素子の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a polarization switching element. 偏光切替素子の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a polarization switching element. 偏光切替素子の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a polarization switching element. 偏光切替素子の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a polarization switching element. 光伝達光学系のいくつかの構成例を示す図である。It is a figure which shows some structural examples of a light transmission optical system. 光伝達光学系に光路長補正光学系を付加した構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example which added the optical path length correction | amendment optical system to the light transmission optical system. 光伝達光学系において光路長を補正する他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example which correct | amends the optical path length in a light transmission optical system. 光伝達光学系に偏光補償光学系を付加した構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example which added the polarization compensation optical system to the light transmission optical system. 本発明の第2実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図である。It is a figure which shows the polarization switching element of the projector of 2nd Embodiment of this invention.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図11を参照して説明する。
本実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを3組使用した、いわゆる3板式の液晶プロジェクターを例示する。また、本実施形態のプロジェクターは、画像データの書き込み形態として線順次方式を採用している。
図1は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図2(A)、(B)は本実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図であり、図2(A)はz軸方向から見たxy平面図、図2(B)はx軸方向から見たyz平面断面図である。図3(A)〜(C)は偏光切替素子と画像光との対応関係を説明するための図である。図4〜図7は偏光切替素子の他の例を示す図であり、図4(A)、図5(A)、図6(A)、図7(A)はz軸方向から見たxy平面図、図4(B)、図5(B)、図6(B)、図7(B)はx軸方向から見たyz平面断面図である。図8(A)〜(E)は光伝達光学系のいくつかの構成例を示す図である。図9は光伝達光学系に光路長補正光学系を付加した構成例を示す図である。図10は光伝達光学系において光路長を補正する他の構成例を示す図である。図11は光伝達光学系に偏光補償光学系を付加した構成例を示す図である。
なお、以下の全ての図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, a so-called three-plate liquid crystal projector using three sets of transmissive liquid crystal light valves as light modulation elements is illustrated. Further, the projector according to the present embodiment employs a line sequential method as a writing mode of image data.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector according to the present embodiment. 2A and 2B are diagrams showing the polarization switching element of the projector according to the present embodiment. FIG. 2A is an xy plan view viewed from the z-axis direction, and FIG. 2B is the x-axis direction. It is yz plane sectional drawing seen from. 3A to 3C are diagrams for explaining the correspondence between the polarization switching element and the image light. 4 to 7 are diagrams showing other examples of the polarization switching element. FIGS. 4A, 5A, 6A, and 7A are xy viewed from the z-axis direction. FIG. 4B, FIG. 5B, FIG. 6B, and FIG. 7B are yz plan sectional views as seen from the x-axis direction. 8A to 8E are diagrams showing some configuration examples of the light transmission optical system. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example in which an optical path length correction optical system is added to the light transmission optical system. FIG. 10 is a diagram showing another configuration example for correcting the optical path length in the light transmission optical system. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example in which a polarization compensation optical system is added to the light transmission optical system.
It should be noted that in all of the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of dimensions may be different depending on the component.

本実施形態のプロジェクター1は、図1に示すように、光源2と、インテグレーター光学系3と、色光分離光学系4と、光路長補正用リレー光学系5と、各色光を変調する3つの液晶ライトバルブ6R,6G,6B(光変調素子)と、色光合成光学系7と、光伝達光学系8と、偏光切替素子9と、投写光学系10と、を主に備えている。なお、本実施形態の構成では、2つの光伝達光学系が存在するため、照明光路の光路長を補正する目的で用いる方を「光路長補正用リレー光学系5」、液晶ライトバルブが生成した画像光を偏光切替素子に伝達する目的で用いる方を「光伝達光学系8」(特許請求の範囲の「光伝達光学系」に相当)と呼称して区別する。   As shown in FIG. 1, the projector 1 according to the present embodiment includes a light source 2, an integrator optical system 3, a color light separation optical system 4, an optical path length correction relay optical system 5, and three liquid crystals that modulate each color light. It mainly includes light valves 6R, 6G, and 6B (light modulation elements), a color light combining optical system 7, a light transmission optical system 8, a polarization switching element 9, and a projection optical system 10. In the configuration of this embodiment, since there are two light transmission optical systems, the “optical path length correcting relay optical system 5”, which is used for the purpose of correcting the optical path length of the illumination optical path, is generated by the liquid crystal light valve. The method of using the image light for the purpose of transmitting to the polarization switching element is referred to as “light transmission optical system 8” (corresponding to “light transmission optical system” in the claims) and distinguished.

以下、プロジェクター1の各構成要素について説明する。
光源2は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなり、白色光を射出する光源ランプ12と、光源ランプ12からの光を反射してインテグレーター光学系3に向けて射出させるリフレクター13と、を有している。インテグレーター光学系3は、フライアイレンズ等からなる第1レンズアレイ14および第2レンズアレイ15と、重畳レンズ16と、を有している。インテグレーター光学系3は、光源2から射出された光の照度分布を各液晶ライトバルブ6R,6G,6B上で略均一化する機能を有している。
Hereinafter, each component of the projector 1 will be described.
The light source 2 includes an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, and the like, and includes a light source lamp 12 that emits white light and a reflector 13 that reflects the light from the light source lamp 12 and emits the light toward the integrator optical system 3. is doing. The integrator optical system 3 includes a first lens array 14 and a second lens array 15 made of fly-eye lenses and the like, and a superimposing lens 16. The integrator optical system 3 has a function of making the illuminance distribution of the light emitted from the light source 2 substantially uniform on each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B.

色光分離光学系4は、ダイクロイックミラー18,19と、反射ミラー20と、を有している。ダイクロイックミラー18,19は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものであり、入射した白色光に含まれる所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ダイクロイックミラー18は、緑色光LGと青色光LBとを反射させ、赤色光LRを透過する。ダイクロイックミラー19は、ダイクロイックミラー18で反射した色光のうち、緑色光LGを反射させ、青色光LBを透過する。反射ミラー20は、ダイクロイックミラー18を透過した赤色光LRを赤色光変調用液晶ライトバルブ6Rの平行化レンズ21に向けて反射させる。   The color light separation optical system 4 includes dichroic mirrors 18 and 19 and a reflection mirror 20. The dichroic mirrors 18 and 19 are formed by, for example, laminating a dielectric multilayer film on a glass surface, selectively reflect colored light in a predetermined wavelength band included in incident white light, and emit colored light in other wavelength bands. It has the property of transmitting. The dichroic mirror 18 reflects the green light LG and the blue light LB and transmits the red light LR. The dichroic mirror 19 reflects the green light LG among the color lights reflected by the dichroic mirror 18 and transmits the blue light LB. The reflection mirror 20 reflects the red light LR transmitted through the dichroic mirror 18 toward the collimating lens 21 of the liquid crystal light valve 6R for red light modulation.

光路長補正用リレー光学系5は、入射側レンズ23と、リレーレンズ24と、反射ミラー25,26と、を有しており、青色光LBが他の色光LR,LGに比べて液晶ライトバルブ6Bまでの光路長が長いことによる光損失を補正する機能を有している。入射側レンズ23は、リレーレンズ24に光を効率良く入射させる機能を有している。リレーレンズ24は、入射側レンズ23近傍の光を平行化レンズ21を経て青色光変調用液晶ライトバルブ6Bに伝達する機能を有している。光路長補正用リレー光学系5により、入射側レンズ23に入射した青色光LBは、光強度分布が略保存された状態で光損失を殆ど伴うことなく、空間的に離れた液晶ライトバルブ6Bに伝達される。   The optical path length correcting relay optical system 5 includes an incident side lens 23, a relay lens 24, and reflection mirrors 25 and 26, and the blue light LB is a liquid crystal light valve compared to the other color lights LR and LG. It has a function of correcting optical loss due to the long optical path length up to 6B. The incident side lens 23 has a function of making light incident on the relay lens 24 efficiently. The relay lens 24 has a function of transmitting light in the vicinity of the incident side lens 23 to the blue light modulating liquid crystal light valve 6B through the collimating lens 21. The optical path length correcting relay optical system 5 causes the blue light LB incident on the incident side lens 23 to enter the spatially separated liquid crystal light valve 6B with almost no light loss in a state where the light intensity distribution is substantially preserved. Communicated.

各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bは、一対の基板と基板間に挟持された液晶とを備え、透過率を独立に制御可能な複数の画素がマトリクス状に配列された構成を有している。光透過領域には複数の走査線と複数のデータ線とが互いに交差して設けられ、複数のデータ線に画像データを供給する一方、複数の走査線を一方から他方に線順次に走査することにより、各走査線に対応する行方向(画面の水平方向)に並ぶ複数の画素に画像データが書き込まれる。例えば、赤色光変調用の液晶ライトバルブ6Rは、平行化レンズ21によって略平行化されて入射した赤色光を画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した画像光を射出する。緑色光変調用の液晶ライトバルブ6G、青色光変調用の液晶ライトバルブ6Bの作用も赤色光変調用の液晶ライトバルブ6Rと同様である。なお、以下の説明では、行方向に並ぶ複数の画素からなる行を「ライン」と呼ぶこともある。   Each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B includes a pair of substrates and a liquid crystal sandwiched between the substrates, and has a configuration in which a plurality of pixels whose transmittance can be independently controlled are arranged in a matrix. . In the light transmission region, a plurality of scanning lines and a plurality of data lines are provided so as to intersect each other, and image data is supplied to the plurality of data lines, while the plurality of scanning lines are sequentially scanned from one to the other. Thus, the image data is written to a plurality of pixels arranged in the row direction (horizontal direction of the screen) corresponding to each scanning line. For example, the liquid crystal light valve 6R for modulating red light modulates the incident red light substantially parallelized by the collimating lens 21 based on the image data, and emits image light containing an optical image. The operations of the liquid crystal light valve 6G for modulating green light and the liquid crystal light valve 6B for modulating blue light are the same as those of the liquid crystal light valve 6R for modulating red light. In the following description, a row composed of a plurality of pixels arranged in the row direction may be referred to as a “line”.

また、本実施形態の場合、画像データは、左眼用画像に対応する第1画像データと右眼用画像に対応する第2画像データとで構成されている。第1画像データは、例えば最上行、上から3番目の行、上から5番目の行、…というように各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの奇数ラインに対して画面の上側から下側に向けて線順次方式で書き込まれる。一方、第2画像データは、例えば上から2番目の行、上から4番目の行、上から6番目の行、…というように各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの偶数ラインに対して画面の上側から下側に向けて線順次方式で書き込まれる。線順次方式では、行方向に並ぶ複数の画素の全てに対して同時に画像データが書き込まれ、その画素群が列方向(画面の垂直方向)に順次移動することで全画素への画像データが書き込まれ、1フレームの画像が完成する。   In the case of the present embodiment, the image data is composed of first image data corresponding to the left eye image and second image data corresponding to the right eye image. The first image data is from the upper side to the lower side of the screen with respect to the odd lines of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B, for example, the top row, the third row from the top, the fifth row from the top,. Are written in a line sequential manner. On the other hand, the second image data is displayed on the screen for the even lines of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B, for example, the second row from the top, the fourth row from the top, the sixth row from the top, and so on. Are written in a line sequential manner from the upper side to the lower side. In the line-sequential method, image data is written simultaneously to all of a plurality of pixels arranged in the row direction, and the image data is written to all the pixels by sequentially moving the pixel group in the column direction (vertical direction of the screen). One frame image is completed.

すなわち、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bは、左眼用画像に対応する第1画像データが書き込まれる奇数ラインからなる第1書込領域と、右眼用画像に対応する第2画像データが書き込まれる偶数ラインからなる第2書込領域と、を有している。したがって、第1書込領域、第2書込領域の各々は、行方向に並ぶ複数の画素からなるラインに相当する。このように、第1画像データと第2画像データとは各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bに順次書き込まれ、この書き込み動作がフレーム毎に繰り返される。そして、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bは、書き込まれた第1画像データおよび第2画像データに基づいて入射光を変調する。   That is, each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B has a first writing area including odd lines in which the first image data corresponding to the left-eye image is written, and second image data corresponding to the right-eye image. And a second writing area composed of even lines to be written. Therefore, each of the first writing area and the second writing area corresponds to a line composed of a plurality of pixels arranged in the row direction. As described above, the first image data and the second image data are sequentially written to the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B, and this writing operation is repeated for each frame. Each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B modulates incident light based on the written first image data and second image data.

色光合成光学系7は、クロスダイクロイックプリズム28と、波長選択位相板29と、を有している。クロスダイクロイックプリズム28は、4つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、クロスダイクロイックプリズム28の選択反射面になる。クロスダイクロイックプリズム28の内面に、赤色光LRが反射し緑色光LGが透過する選択反射面と、青色光LBが反射し緑色光LGが透過する選択反射面と、が互いに直交して形成されている。クロスダイクロイックプリズム28に入射した緑色光LGは、選択反射面を通ってそのまま射出され、赤色光LR、青色光LBは、選択反射面で選択的に反射して、緑色光LGの射出方向と同じ方向に射出される。   The color light combining optical system 7 includes a cross dichroic prism 28 and a wavelength selection phase plate 29. The cross dichroic prism 28 has a structure in which four triangular prisms are bonded to each other. The surface to be bonded in the triangular prism becomes the selective reflection surface of the cross dichroic prism 28. On the inner surface of the cross dichroic prism 28, a selective reflection surface that reflects the red light LR and transmits the green light LG and a selective reflection surface that reflects the blue light LB and transmits the green light LG are formed orthogonal to each other. Yes. The green light LG incident on the cross dichroic prism 28 is emitted as it is through the selective reflection surface, and the red light LR and the blue light LB are selectively reflected by the selective reflection surface and have the same emission direction as the green light LG. Injected in the direction.

波長選択位相板29は、入射光のうち、特定の波長帯域の色光の偏光状態を選択的に変換するものであり、例えばColor Select(Color Link社の商品名)等を用いることができる。すなわち、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出される画像光は射出側偏光板(図示せず)を透過した直線偏光であり、色光合成光学系7であるクロスダイクロイックプリズム28での効率を考慮して、緑色光LGはP偏光、赤色光LRおよび青色光LBはS偏光の状態でクロスダイクロイックプリズム28に入射し、カラー画像を形成する画像光に合成されて射出される。クロスダイクロイックプリズム28から射出された画像光は、波長選択位相板29に入射し、緑色光LGの偏光方向のみが90度回転してS偏光となり、偏光状態が揃った3つの色光で構成された画像光となって波長選択位相板29から射出される。このように全ての色光でその偏光状態を揃えた場合には、後述する光伝達光学系8において色光間で伝達特性を揃えやすく、高い伝達効率を実現しやすい。勿論、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出側偏光板(図示せず)を透過して射出される各色光LR,LG,LBが、全て同じ状態の直線偏光(例えば、S偏光)となる構成を採用することもでき、その場合には波長選択位相板29は不要である。   The wavelength selection phase plate 29 selectively converts the polarization state of the color light in a specific wavelength band in the incident light. For example, Color Select (a product name of Color Link) or the like can be used. That is, the image light emitted from each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is linearly polarized light that has passed through an exit side polarizing plate (not shown), and the efficiency at the cross dichroic prism 28 that is the color light combining optical system 7 is increased. Considering this, the green light LG is incident on the cross dichroic prism 28 in the P-polarized state, the red light LR, and the blue light LB in the state of S-polarized light, and is combined with the image light that forms a color image and emitted. The image light emitted from the cross dichroic prism 28 is incident on the wavelength selection phase plate 29, and only the polarization direction of the green light LG is rotated by 90 degrees to become S-polarized light, and is composed of three color lights having the same polarization state. It is emitted from the wavelength selection phase plate 29 as image light. In this way, when the polarization states of all the color lights are aligned, it is easy to align the transmission characteristics between the color lights in the light transmission optical system 8 described later, and it is easy to realize high transmission efficiency. Of course, each of the color light beams LR, LG, and LB emitted from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B through the exit side polarizing plate (not shown) is linearly polarized light (for example, S-polarized light) in the same state. In this case, the wavelength selection phase plate 29 is not necessary.

光伝達光学系8は、入射側レンズ31と、リレーレンズ32と、射出側レンズ33と、を有している。光伝達光学系8は、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出された画像光を偏光切替素子9に伝達し、偏光切替素子9の位置において結像させて中間像を形成する機能を有している。本実施形態の光伝達光学系8は等倍伝達光学系を採用するが、縮小伝達光学系や拡大伝達光学系を採用しても良い。光伝達光学系8の結像倍率については後述する。   The light transmission optical system 8 includes an incident side lens 31, a relay lens 32, and an emission side lens 33. The light transmission optical system 8 has a function of transmitting image light emitted from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B to the polarization switching element 9 and forming an image at the position of the polarization switching element 9 to form an intermediate image. is doing. The light transmission optical system 8 of the present embodiment employs an equal magnification transmission optical system, but may employ a reduction transmission optical system or an enlargement transmission optical system. The imaging magnification of the light transmission optical system 8 will be described later.

入射側レンズ31は、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bとクロスダイクロイックプリズム28との間に配置されている。入射側レンズ31は、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bからの画像光をリレーレンズ32に効率良く入射させる機能を有している。リレーレンズ32は、入射側レンズ31近傍の画像光を、クロスダイクロイックプリズム28を介して一つに合成しつつ、偏光切替素子9上で結像させ、中間像を形成するように伝達する機能を有している。なお、クロスダイクロイックプリズム28の色光合成特性は入射角依存性を有するため、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの射出側には入射側レンズ31を配置せず、一つの入射側レンズをクロスダイクロイックプリズム28の射出端面に近接させて配置しても良い。その構成とした場合、色光合成時に発生し易い色ムラを低減することができる。射出側レンズ33は、リレーレンズ32から射出された画像光を偏光切替素子9に効率良く入射させる機能を有している。   The incident side lens 31 is disposed between the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B and the cross dichroic prism 28. The incident side lens 31 has a function of causing the image light from each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B to efficiently enter the relay lens 32. The relay lens 32 has a function of transmitting the image light in the vicinity of the incident side lens 31 into one through the cross dichroic prism 28 while forming an image on the polarization switching element 9 and forming an intermediate image. Have. Since the color light composition characteristic of the cross dichroic prism 28 is incident angle dependent, the incident side lens 31 is not disposed on the exit side of each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B, and one incident side lens is cross dichroic. The prism 28 may be disposed close to the exit end surface. In such a configuration, it is possible to reduce color unevenness that easily occurs during color light synthesis. The emission side lens 33 has a function of causing the image light emitted from the relay lens 32 to efficiently enter the polarization switching element 9.

光伝達光学系8は、例えば歪曲収差や倍率色収差などの光学収差の発生が少ない光学系であることが望ましく、リレーレンズ32においても同様である。この観点から、リレーレンズ32を複数のレンズで構成する、非球面レンズを使用する、低分散性の硝材を用いるなどの手段を採用するのが効果的である。また、光伝達光学系8は、レンズに限定することなく、反射ミラーなどを用いたり、レンズと反射ミラーとを組み合わせたりして構成しても良い。なお、入射側レンズ31や射出側レンズ33は、伝達効率を向上させる面で有効であるが、必須の光学要素ではなく、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出される画像光の特性や光伝達光学系の構成によっては備えなくても良い。   The light transmission optical system 8 is desirably an optical system that generates less optical aberrations such as distortion and lateral chromatic aberration, and the same applies to the relay lens 32. From this point of view, it is effective to adopt means such as a relay lens 32 composed of a plurality of lenses, an aspheric lens, or a low-dispersion glass material. The light transmission optical system 8 is not limited to a lens, and may be configured by using a reflection mirror or a combination of a lens and a reflection mirror. The incident side lens 31 and the emission side lens 33 are effective in terms of improving transmission efficiency, but are not essential optical elements, and the characteristics and light of image light emitted from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B. This may not be necessary depending on the configuration of the transmission optical system.

光伝達光学系8は、光学収差の発生が少ない光学系であることが望ましいと述べたが、より詳しくは、画像伝達特性の波長依存性が小さい光学系であることが望ましい。その理由は、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bでは波長域の異なる光によって赤色光用画像、緑色光用画像、青色光用画像が形成され、それらの画像が一つの光伝達光学系8で扱われるためである。そのためには、ゼロ分散や低分散性の光学材料を用いて構成することが望ましい。光伝達光学系8として画像伝達特性の波長依存性がゼロもしくは小さい光学系を用いた場合、波長域が異なる光による赤色光用画像、緑色光用画像、青色光用画像の全てが偏光切替素子9の設置位置で結像することにより中間像が形成される。   The optical transmission optical system 8 is preferably an optical system that generates less optical aberrations. More specifically, the optical transmission optical system 8 is preferably an optical system having a small wavelength dependency of image transmission characteristics. The reason is that in each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B, an image for red light, an image for green light, and an image for blue light are formed by light having different wavelength ranges, and these images are formed by one light transmission optical system 8. Because it is handled. For this purpose, it is desirable to use an optical material having zero dispersion or low dispersion. When an optical system having zero or small wavelength dependence of image transmission characteristics is used as the light transmission optical system 8, all of the red light image, the green light image, and the blue light image with light having different wavelength ranges are polarization switching elements. An intermediate image is formed by forming an image at the installation position 9.

あるいは、画像伝達特性の波長依存性を小さくするための他の手段として、図9に示すように、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの射出側に光路長補正光学系を配置して光路毎に光路長を補正する方策が採用できる。ここでは、光路長補正光学系の一例として、レンズ特性(例えば曲率、材質)が異なる3つの平凸レンズ35R,35G,35Bを光路毎に用いた場合を示す。光路毎にレンズ特性を最適化することで画像伝達時の波長依存性を小さくできる。あるいは、図10に示すように、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bと偏光切替素子9との間の距離DR,DG,DBを変えて光路毎に光路長を補正する、などの方策が採用できる。なお、図10では図面を見易くするため、距離DR,DG,DBを示す矢印を各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出光軸までのみ描いた。   Alternatively, as another means for reducing the wavelength dependence of the image transfer characteristics, as shown in FIG. 9, an optical path length correction optical system is arranged on the exit side of each liquid crystal light valve 6R, 6G, 6B, and each optical path. It is possible to adopt a method for correcting the optical path length. Here, as an example of the optical path length correction optical system, a case where three plano-convex lenses 35R, 35G, and 35B having different lens characteristics (for example, curvature and material) are used for each optical path is shown. By optimizing the lens characteristics for each optical path, the wavelength dependency during image transmission can be reduced. Alternatively, as shown in FIG. 10, measures such as changing the distance DR, DG, DB between the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B and the polarization switching element 9 to correct the optical path length for each optical path are adopted. it can. In FIG. 10, in order to make the drawing easy to see, arrows indicating the distances DR, DG, and DB are drawn only from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B to the emission optical axis.

さらに、複数の液晶ライトバルブを備えた構成では、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの画像光を正確に重畳しつつ偏光切替素子9に確実に伝達するために、上述の光伝達光学系8の光学特性を考慮しつつ、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bと偏光切替素子9との間の光学距離を所定の関係に設定する必要がある。すなわち、各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの投写光軸方向における位置を正確に設定する必要がある。ところが、これは容易なことではない。そこで、少なくとも液晶ライトバルブ6R,6G,6B側の片側に、好ましくは、液晶ライトバルブ6R,6G,6B側と偏光切替素子9側の両側にテレセントリック性を有する光伝達光学系を用いることが望ましい。テレセントリック性を有する光学系とは、主光線が像側焦点あるいは物体側焦点を通る光学系である。このような光学系を用いることにより、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bや偏光切替素子9が光軸方向に位置ずれを生じても、伝達される画像の寸法および形状が変わらない。そのため、両素子の位置合わせが容易となり、正確な画像伝達を実現できる。   Further, in the configuration including a plurality of liquid crystal light valves, the above-described light transmission optical system 8 is used to reliably transmit the image light of each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B to the polarization switching element 9 while accurately superimposing them. It is necessary to set the optical distance between each of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B and the polarization switching element 9 to a predetermined relationship in consideration of the optical characteristics. That is, it is necessary to accurately set the positions of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B in the direction of the projection optical axis. However, this is not easy. Therefore, it is desirable to use a light transmission optical system having telecentricity at least on one side of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B, preferably on both sides of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B and the polarization switching element 9 side. . An optical system having telecentricity is an optical system in which a principal ray passes through an image side focal point or an object side focal point. By using such an optical system, even if the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B and the polarization switching element 9 are displaced in the optical axis direction, the size and shape of the transmitted image do not change. Therefore, the alignment of both elements becomes easy, and accurate image transmission can be realized.

このようなテレセントリック性を有する光伝達光学系のいくつかの例を図8(A)〜(E)に示す。図8(A)は、レンズ方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、2つのレンズ37A,37Bと1つの光学絞り38とを備えている。図8(B)は、ミラー方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、3つの反射ミラー39A,39B,39Cを備えている。図8(C)は、レンズ・ミラー併用方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、2つのミラー40A,40B,41A,41Bの対が2対と1つのレンズ42とを備えている。図8(D)は、両側テレセントリックの縮小伝達光学系の例であり、2つのレンズ43A,43Bと1つの光学絞り44とを備えている。図8(E)は、物体側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、1つのレンズ45と1つの光学絞り46とを備えている。   Several examples of such a light transmission optical system having telecentricity are shown in FIGS. FIG. 8A shows an example of a lens-type double-sided telecentric light transmission optical system, which includes two lenses 37A and 37B and one optical aperture 38. FIG. 8B shows an example of a mirror-type double-side telecentric light transmission optical system, which includes three reflecting mirrors 39A, 39B, and 39C. FIG. 8C shows an example of a both-side telecentric light transmission optical system using a lens / mirror combination system, and two pairs of mirrors 40A, 40B, 41A, and 41B include two pairs and one lens 42. . FIG. 8D shows an example of a double-sided telecentric reduction transmission optical system, which includes two lenses 43A and 43B and one optical aperture 44. FIG. 8E shows an example of an object side telecentric light transmission optical system, which includes one lens 45 and one optical aperture 46.

なお、色光合成光学系7であるクロスダイクロイックプリズム28も、光伝達光学系8と同様、光学収差の発生が少ない素子とすることが望ましく、ゼロ分散や低分散性の光学材料を用いて構成することが望ましい。   Note that the cross dichroic prism 28 which is the color light combining optical system 7 is also preferably an element with little occurrence of optical aberration, similarly to the light transmission optical system 8, and is configured using an optical material having zero dispersion or low dispersion. It is desirable.

偏光切替素子9は、図2(A)、(B)に示すように、支持基板43と、第1波長板44、第2波長板45の2種類の波長板からなる偏光素子46と、を有している。支持基板43は、例えば石英ガラス等の偏光性を持たない透明基板で構成されている。偏光素子46は、複数の第1波長板44と複数の第2波長板45とが各波長板の短手方向に交互に配列された構成となっている。第1波長板44と第2波長板45とは、寸法および形状が同一の細長い矩形状の板体であり、支持基板43の一面に例えば光学接着剤により固定されている。なお、偏光切替素子9には各液晶ライトバルブからの画像光が伝達され、光強度が大きな光が入射することから、画像光の偏光状態を乱さない観点で、偏光切替素子9は光弾性係数の小さい材料を用いて構成することが望ましい。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the polarization switching element 9 includes a support substrate 43 and a polarization element 46 formed of two types of wavelength plates, a first wavelength plate 44 and a second wavelength plate 45. Have. The support substrate 43 is made of a transparent substrate having no polarization such as quartz glass. The polarizing element 46 has a configuration in which a plurality of first wave plates 44 and a plurality of second wave plates 45 are alternately arranged in the short direction of each wave plate. The first wave plate 44 and the second wave plate 45 are elongated rectangular plates having the same dimensions and shape, and are fixed to one surface of the support substrate 43 by, for example, an optical adhesive. In addition, since the image light from each liquid crystal light valve is transmitted to the polarization switching element 9 and light having high light intensity is incident, the polarization switching element 9 has a photoelastic coefficient from the viewpoint of not disturbing the polarization state of the image light. It is desirable to use a material having a small size.

偏光切替素子9は、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの奇数ライン(第1書込領域)からの光が入射される第1領域と、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの偶数ライン(第2書込領域)からの光が入射される第2領域とを有している。第1領域は第1波長板44が配置された領域であり、第2領域は第2波長板45が配置された領域である。偏光切替素子9は、後述する第1波長板44、第2波長板45の光学軸の配置の違いを利用して、第1領域から射出された光と第2領域から射出された光とが互いに異なる偏光状態となるように、入射光の偏光状態を切り替える機能を有している。   The polarization switching element 9 includes a first region where light from the odd lines (first writing region) of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is incident and an even line (second second) of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B. And a second region into which light from the (writing region) is incident. The first region is a region where the first wave plate 44 is disposed, and the second region is a region where the second wave plate 45 is disposed. The polarization switching element 9 uses the difference in the arrangement of the optical axes of the first wave plate 44 and the second wave plate 45, which will be described later, to generate light emitted from the first region and light emitted from the second region. It has a function of switching the polarization state of incident light so that the polarization states are different from each other.

本実施形態では、上述したように、光伝達光学系8によって液晶ライトバルブ6R,6G,6B上の光学像を略等倍で偏光切替素子9に伝達する構成を採用している。そのため、各波長板44,45の形状、長手方向および短手方向の寸法は、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの行方向に並ぶ複数の画素からなる画素群の形状、長手方向および短手方向の寸法と略一致している。また、偏光切替素子9における第1波長板44と第2波長板45との総和、すなわち第1領域と第2領域との総和は、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bにおける画素の行数(ライン数)と一致している。なお、偏光切替素子9における第1波長板44と第2波長板45との総和は、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bにおける画素の行数と必ずしも一致していなくても良い。この点については後述する。   In the present embodiment, as described above, a configuration in which the optical image on the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B is transmitted to the polarization switching element 9 at approximately the same magnification by the light transmission optical system 8 is adopted. Therefore, the shape, the longitudinal direction, and the short dimension of each wave plate 44, 45 are the shape, the longitudinal direction, and the short direction of the pixel group composed of a plurality of pixels arranged in the row direction of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B. It is almost the same as the dimensions of. Further, the sum of the first wave plate 44 and the second wave plate 45 in the polarization switching element 9, that is, the sum of the first region and the second region, is the number of rows of pixels in the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B (line). Number). The total sum of the first wave plate 44 and the second wave plate 45 in the polarization switching element 9 may not necessarily match the number of pixel rows in the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B. This point will be described later.

本実施形態において、第1波長板44と第2波長板45とは、ともに1/4波長板であり、直線偏光を円偏光に変換する機能を有している。そして、第1波長板44と第2波長板45とは、光学軸(進相軸あるいは遅相軸)の配置のみが異なっている。すなわち、図2(A)に示すように、第1波長板44は、その進相軸(矢印PAで示す)が左上方向−右下方向を結ぶ斜め45度方向に配置されている。第2波長板は、その進相軸(矢印PBで示す)が第1波長板の進相軸と直交する方向、すなわち、左下方向−右上方向を結ぶ斜め45度方向に配置されている。各波長板44,45は、複屈折性を有する光学結晶やその積層体、高分子重合体を延伸して光学異方性を発現させた高分子フィルムやその積層体、異方性を有する無機物を延伸させて光学異方性を発現させた多層膜構造体、周期的な微細構造の形成によって構造複屈折性を発現させた構造体などを用いて構成することができる。   In the present embodiment, the first wave plate 44 and the second wave plate 45 are both quarter wave plates and have a function of converting linearly polarized light into circularly polarized light. The first wave plate 44 and the second wave plate 45 differ only in the arrangement of the optical axis (fast axis or slow axis). That is, as shown in FIG. 2 (A), the first wave plate 44 is arranged in an oblique 45 degree direction whose fast axis (indicated by arrow PA) connects the upper left direction and the lower right direction. The second wave plate is disposed in a direction in which the fast axis (indicated by an arrow PB) is orthogonal to the fast axis of the first wave plate, that is, in an oblique 45 degree direction connecting the lower left direction and the upper right direction. Each of the wave plates 44 and 45 includes a birefringent optical crystal, a laminate thereof, a polymer film obtained by stretching a polymer, and an optical anisotropy, a laminate thereof, and an inorganic material having anisotropy. It is possible to use a multilayer film structure in which the optical anisotropy is expressed by stretching the structure, a structure in which the structural birefringence is expressed by forming a periodic fine structure, and the like.

また、図1に示すように、偏光切替素子9は保持部材48によって保持されており、保持部材48には偏光切替素子9の位置を調整するための位置調整機構49が設けられている。この構成により、偏光切替素子9は、x軸方向、y軸方向、z軸方向の全ての方向に位置調整が可能となっている。液晶ライトバルブ6R,6G,6Bに形成された画像の行方向に並ぶ画素群と偏光切替素子9の第1領域、第2領域とが1対1で対応するように、光伝達光学系8は液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの画像を偏光切替素子9の所定の位置に正確に伝達する必要がある。そこで、上述の位置調整機構49を備えることにより、光伝達光学系8や偏光切替素子9の調整(位置合わせ)が行い易くなる。   As shown in FIG. 1, the polarization switching element 9 is held by a holding member 48, and the holding member 48 is provided with a position adjusting mechanism 49 for adjusting the position of the polarization switching element 9. With this configuration, the polarization switching element 9 can be adjusted in position in all the x-axis direction, y-axis direction, and z-axis direction. The light transmission optical system 8 has a one-to-one correspondence between the pixel groups arranged in the row direction of the images formed on the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B and the first region and the second region of the polarization switching element 9. It is necessary to accurately transmit the images of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B to a predetermined position of the polarization switching element 9. Therefore, by providing the above-described position adjustment mechanism 49, the light transmission optical system 8 and the polarization switching element 9 can be easily adjusted (positioned).

なお、偏光切替素子9は、x軸方向、y軸方向、z軸方向の全ての方向に位置調整が可能となっていることが望ましいが、少なくとも第1領域と第2領域との配列方向(y軸方向)に位置調整が可能となっていることが望ましい。この構成によれば、偏光切替素子9に伝達された中間像と偏光切替素子9の第1領域と第2領域との配列方向における位置合わせが容易となる。偏光切替素子9の第1領域と第2領域との配列方向における位置合わせが不十分な場合に生じる投写画像の局所的な偏光状態の乱れを防止でき、高画質の表示画像を得やすい。   The polarization switching element 9 is preferably position-adjustable in all directions of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, but at least the arrangement direction of the first region and the second region ( It is desirable that position adjustment is possible in the y-axis direction). According to this configuration, it is easy to align the intermediate image transmitted to the polarization switching element 9 and the first region and the second region of the polarization switching element 9 in the arrangement direction. The local polarization state disorder of the projected image that occurs when the alignment of the first and second regions of the polarization switching element 9 in the arrangement direction is insufficient can be prevented, and a high-quality display image can be easily obtained.

以下、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bからの画像光が、偏光切替素子9によって所定の偏光状態を有する画像光に変換されて射出される様子を、図3(A)〜(C)を用いて説明する。なお、図3(A)は偏光切替素子9に入射する画像光の状態を示し、図3(B)は偏光切替素子9の状態を示し、図3(C)は偏光切替素子9から射出する画像光の状態を示している。   Hereinafter, the state in which image light from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is converted into image light having a predetermined polarization state by the polarization switching element 9 and emitted is used with reference to FIGS. I will explain. 3A shows the state of the image light incident on the polarization switching element 9, FIG. 3B shows the state of the polarization switching element 9, and FIG. 3C exits from the polarization switching element 9. The state of image light is shown.

偏光切替素子9に入射した画像光を仔細に見ると、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの垂直方向への線順次走査での画像データの書き込みに対応して、その画像はライン単位で連続的に書き換えられている。すなわち、偏光切替素子9に入射した画像光によって形成される中間像は、図3(A)に示すように、ある時点において、前のフレームの画像と新たに書き換えられた現行のフレームの画像とが所定の境界位置Xを挟んで併存している。各フレームの画像において、左眼用画像Lに対応する第1画像データと右眼用画像Rに対応する第2画像データとはライン単位で交互に配置された構成となっている。すなわち、第1画像データに対応する左眼用画像Lは奇数ラインに現れ、第2画像データに対応する右眼用画像Rは偶数ラインに現れる。   When the image light incident on the polarization switching element 9 is viewed in detail, the image is continuous line by line corresponding to the writing of the image data in the line sequential scanning in the vertical direction of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B. Has been rewritten. In other words, the intermediate image formed by the image light incident on the polarization switching element 9 is, as shown in FIG. 3 (A), at a certain point in time, the image of the previous frame and the image of the current frame newly rewritten. Coexist with a predetermined boundary position X in between. In each frame image, the first image data corresponding to the left-eye image L and the second image data corresponding to the right-eye image R are alternately arranged in line units. That is, the left eye image L corresponding to the first image data appears on the odd lines, and the right eye image R corresponding to the second image data appears on the even lines.

そして、図3(B)に示すように、偏光切替素子9の第1波長板44は、その進相軸が左上方向−右下方向を結ぶ斜め45度方向(矢印PAの方向)に配置され、第2波長板45は、その進相軸が左下方向−右上方向を結ぶ斜め45度方向(矢印PBの方向)に配置されている。ここで、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bからの画像光は直線偏光、例えば図3(B)のy軸方向に振動方向を有するS偏光の状態で偏光切替素子9に入射する。この場合、第1波長板44に入射した画像光は、第1波長板44の進相軸が左上方向−右下方向を結ぶ斜め45度方向に設定されているため、左回りの円偏光となって射出される。一方、第2波長板45に入射した画像光は、第2波長板45の進相軸が左下方向−右上方向を結ぶ斜め45度方向に設定されているため、右回りの円偏光となって射出される。   As shown in FIG. 3B, the first wave plate 44 of the polarization switching element 9 is arranged in an oblique 45-degree direction (the direction of the arrow PA) whose fast axis connects the upper left direction and the lower right direction. The second wave plate 45 is disposed in a 45-degree oblique direction (in the direction of the arrow PB) whose fast axis connects the lower left direction to the upper right direction. Here, the image light from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is incident on the polarization switching element 9 in the state of linearly polarized light, for example, S-polarized light having a vibration direction in the y-axis direction in FIG. In this case, the image light incident on the first wave plate 44 is set in a 45-degree oblique direction connecting the upper left direction and the lower right direction with the fast axis of the first wave plate 44, so It becomes and is injected. On the other hand, the image light incident on the second wave plate 45 becomes clockwise circularly polarized light because the fast axis of the second wave plate 45 is set in an oblique 45 degree direction connecting the lower left direction and the upper right direction. It is injected.

したがって、図3(C)に示すように、前のフレームの画像と現行のフレームの画像とが所定の境界位置Xを挟んで併存した状態で、全ての左眼用画像は第1の偏光状態である左回りの円偏光に変換され、全ての右眼用画像は第2の偏光状態である右回りの円偏光に変換される。このようにして、左眼用画像あるいは右眼用画像を所定の偏光状態に選択的に変換することができ、左眼用画像と右眼用画像とを異なる偏光状態とすることができる。   Therefore, as shown in FIG. 3C, in the state where the image of the previous frame and the image of the current frame coexist with the predetermined boundary position X in between, all the left-eye images are in the first polarization state. Is converted into counterclockwise circularly polarized light, and all right-eye images are converted into clockwise circularly polarized light that is the second polarization state. In this way, the left-eye image or the right-eye image can be selectively converted into a predetermined polarization state, and the left-eye image and the right-eye image can be in different polarization states.

観察者は、このような偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とが混在した投写画像を、左眼用に左回りの円偏光のみを透過する偏光素子、右眼用に右回りの円偏光のみを透過する偏光素子をそれぞれ備えた偏光メガネを通して観察する。すると、左眼用画像と右眼用画像とが正確に分離され、観察者は、左眼用画像を左眼のみで視認し、右眼用画像を右眼のみで視認することができる。このようにして、良好な立体視状態を得ることができる。   The observer displays a projection image in which a left-eye image and a right-eye image having different polarization states are mixed, a polarizing element that transmits only counterclockwise circularly polarized light for the left eye, and clockwise for the right eye. Observation is performed through polarizing glasses each having a polarizing element that transmits only the circularly polarized light. Then, the left-eye image and the right-eye image are accurately separated, and the observer can visually recognize the left-eye image only with the left eye and the right-eye image with only the right eye. In this way, a favorable stereoscopic state can be obtained.

以上のように、本実施形態によれば、プロジェクターが1台で済み、さらに左眼用、右眼用の空間光変調素子をそれぞれ備える必要がないため、装置の大型化、製造コストの高騰を招くことがなく、小型で安価な立体視が可能なプロジェクターを実現することができる。また、シャッターメガネ等を用いて遮光することにより、左眼用画像と右眼用画像とを時間的に分離するわけではなく、左眼用画像と右眼用画像とを常時観察した状態で立体画像を視認するため、全体的な投写画像の明るさを確保することができる。   As described above, according to the present embodiment, only one projector is required, and it is not necessary to provide the left-eye and right-eye spatial light modulation elements, respectively, which increases the size of the apparatus and the manufacturing cost. A small and inexpensive projector capable of stereoscopic viewing can be realized without incurring. Also, by shielding light using shutter glasses or the like, the left-eye image and the right-eye image are not temporally separated, and the left-eye image and the right-eye image are stereoscopically viewed at all times. Since the image is viewed, the overall brightness of the projected image can be ensured.

また、仮に波長依存性を有する光伝達光学系を用いたとすると、3組の液晶ライトバルブ6R,6G,6Bにより変調されたR光、G光、B光が同じ位置に結像しない場合があり、表示画像の色ムラの発生、色再現性の低下等の問題が生じる虞がある。これに対して、本実施形態のプロジェクター1によれば、光伝達光学系8が、3組の液晶ライトバルブ6R,6G,6Bにより変調されたR光、G光、B光の全てを偏光切替素子9の位置に結像させて中間像を形成するため、色ムラがなく、色再現性に優れた表示画像を得ることができる。   If a light transmission optical system having wavelength dependency is used, R light, G light, and B light modulated by the three liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B may not form an image at the same position. There is a risk that problems such as occurrence of color unevenness in the display image and deterioration in color reproducibility may occur. On the other hand, according to the projector 1 of the present embodiment, the light transmission optical system 8 switches all the R light, G light, and B light modulated by the three sets of liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B. Since an intermediate image is formed by forming an image at the position of the element 9, a display image having no color unevenness and excellent color reproducibility can be obtained.

[偏光切替素子の他の構成例1]
本実施形態のプロジェクター1に適用可能な偏光切替素子の他の構成例を図4(A)、(B)に示す。
図2(A)、(B)に示した偏光切替素子9は、支持基板43上に第1波長板44、第2波長板45をそれぞれ貼付した構成であった。この構成に代えて、本構成例の偏光切替素子51は、図4(A)、(B)に示すように、枠状の支持体52の内部に第1波長板44、第2波長板45が交互に嵌め込まれた構成となっている。支持体52は内部が刳り抜かれており、第1波長板44および第2波長板45は、支持体52によって支持される端部を除いて略全てが支持体52から露出した状態となっている。なお、偏光切替素子51をx軸方向に沿って見た場合、内部に配置された第1波長板44、第2波長板45は枠状の支持体52の光透過性によっては不可視となるが、図4(B)では枠状の支持体52が光透過性を有する場合を想定して描かれている。後述する図7(B)も同様の観点で描かれている。
[Other configuration example 1 of polarization switching element]
4A and 4B show another configuration example of the polarization switching element applicable to the projector 1 of the present embodiment.
The polarization switching element 9 shown in FIGS. 2A and 2B has a configuration in which a first wave plate 44 and a second wave plate 45 are attached to a support substrate 43, respectively. Instead of this configuration, the polarization switching element 51 of this configuration example includes a first wave plate 44 and a second wave plate 45 inside a frame-shaped support body 52 as shown in FIGS. Are configured to be alternately fitted. The inside of the support body 52 is hollowed out, and the first wave plate 44 and the second wave plate 45 are substantially exposed from the support body 52 except for an end portion supported by the support body 52. . In addition, when the polarization switching element 51 is viewed along the x-axis direction, the first wave plate 44 and the second wave plate 45 disposed therein may be invisible depending on the light transmittance of the frame-shaped support body 52. In FIG. 4 (B), the case where the frame-like support body 52 has a light transmitting property is illustrated. FIG. 7B described later is also drawn from the same viewpoint.

図2(A)、(B)に示した偏光切替素子9では、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出された画像光が、第1波長板44あるいは第2波長板45に加えて支持基板43を透過する構成であった。これに対して、図4(A)、(B)に示す本構成例の偏光切替素子51では、支持基板がなく、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出された画像光が、第1波長板44あるいは第2波長板45のみを透過する構成であるから、画像光の偏光状態に悪影響を与える構成部材が存在しない点で好ましい。   In the polarization switching element 9 shown in FIGS. 2A and 2B, the image light emitted from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is added to the first wave plate 44 or the second wave plate 45 and the support substrate. 43. In contrast, in the polarization switching element 51 of this configuration example shown in FIGS. 4A and 4B, there is no support substrate, and the image light emitted from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B has the first wavelength. Since it is the structure which permeate | transmits only the plate 44 or the 2nd wavelength plate 45, it is preferable at the point which does not have the structural member which has a bad influence on the polarization state of image light.

[偏光切替素子の他の構成例2]
本実施形態のプロジェクター1に適用可能な偏光切替素子のさらに他の構成例を図5(A)、(B)に示す。
図2(A)、(B)に示した偏光切替素子9では、光学軸配置が異なる2種類の1/4波長板からなる第1波長板44、第2波長板45が支持基板43上に設けられていた。この構成に代えて、図5(A)、(B)に示す本構成例の偏光切替素子55では、1種類の1/2波長板からなる波長板56が支持基板43上に貼付されている。この偏光切替素子55は、複数の波長板56が、波長板56の短手方向の寸法の2倍のピッチでy軸方向に離間して配置された構成となっている。そして、所定の間隔をおいて配置された波長板56の間には、偏光性を持たないガラス等からなる透明部材57が配置されている。本構成例では、波長板56の設置位置を左眼用画像が入射される第1領域とし、透明部材57の設置位置を右眼用画像が入射される第2領域とする。
[Other configuration example 2 of polarization switching element]
Still another configuration example of the polarization switching element applicable to the projector 1 of the present embodiment is shown in FIGS.
In the polarization switching element 9 shown in FIGS. 2A and 2B, the first wave plate 44 and the second wave plate 45 formed of two types of quarter wave plates having different optical axis arrangements are provided on the support substrate 43. It was provided. Instead of this configuration, in the polarization switching element 55 of this configuration example shown in FIGS. 5A and 5B, a wave plate 56 made of one kind of half-wave plate is stuck on the support substrate 43. . The polarization switching element 55 has a configuration in which a plurality of wave plates 56 are spaced apart from each other in the y-axis direction at a pitch that is twice the dimension in the short direction of the wave plate 56. Between the wave plates 56 arranged at a predetermined interval, a transparent member 57 made of glass or the like having no polarizing property is arranged. In this configuration example, the installation position of the wave plate 56 is set as a first area where the image for the left eye is incident, and the installation position of the transparent member 57 is set as a second area where the image for the right eye is incident.

あるいは、第2領域に透明部材57を配置することなく、空気層としても良い。この構成とした場合、透明部材57を削減でき、偏光切替素子55の低コスト化が図れる。   Or it is good also as an air layer, without arrange | positioning the transparent member 57 in a 2nd area | region. In this configuration, the transparent member 57 can be reduced, and the cost of the polarization switching element 55 can be reduced.

上記構成の偏光切替素子55に画像光、例えば図5(A)のy軸方向に振動方向を有するS偏光が入射したとする。この場合、波長板56に入射した画像光は、波長板の進相軸が左上方向−右下方向を結ぶ斜め45度方向(矢印PAで示す方向、もしくは左下方向−右上方向でも良い)に設定されているため、偏光方向が90度回転されたP偏光となり、偏光切替素子55から射出される。一方、透明部材57に入射した画像光は、偏光回転の作用を受けることなく、入射時と同様のS偏光の状態で射出される。したがって、全ての左眼用画像は第1の偏光状態であるP偏光となり、全ての右眼用画像は第2の偏光状態であるS偏光となる。このように、左眼用画像あるいは右眼用画像を所定の偏光状態に選択的に変換することができ、左眼用画像と右眼用画像とを異なる偏光状態とすることができる。   Assume that image light, for example, S-polarized light having a vibration direction in the y-axis direction in FIG. 5A is incident on the polarization switching element 55 having the above configuration. In this case, the image light incident on the wave plate 56 is set in an oblique 45 degree direction (the direction indicated by the arrow PA or the lower left direction and the upper right direction may be used) in which the fast axis of the wave plate connects the upper left direction and the lower right direction. Therefore, the polarization direction is P-polarized light rotated by 90 degrees, and is emitted from the polarization switching element 55. On the other hand, the image light incident on the transparent member 57 is emitted in the S-polarized state similar to that at the time of incidence without receiving the action of polarization rotation. Therefore, all the left-eye images are P-polarized light that is the first polarization state, and all the right-eye images are S-polarized light that is the second polarization state. Thus, the left-eye image or the right-eye image can be selectively converted into a predetermined polarization state, and the left-eye image and the right-eye image can be in different polarization states.

観察者は、このような偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とが混在した投写画像を、左眼用にP偏光のみを透過する偏光素子、右眼用にS偏光のみを透過する偏光素子をそれぞれ備えた偏光メガネを通して観察する。すると、左眼用画像と右眼用画像とが正確に分離され、観察者は、左眼用画像を左眼のみで視認し、右眼用画像を右眼のみで視認することができる。これにより、良好な立体視状態を得ることができる。   An observer transmits a projection image in which a left-eye image and a right-eye image having different polarization states are mixed, a polarizing element that transmits only P-polarized light for the left eye, and only S-polarized light for the right eye. Observe through polarizing glasses each equipped with a polarizing element. Then, the left-eye image and the right-eye image are accurately separated, and the observer can visually recognize the left-eye image only with the left eye and the right-eye image with only the right eye. Thereby, a favorable stereoscopic state can be obtained.

[偏光切替素子の他の構成例3]
上記の構成のように、波長板に加えて、偏光性を持たないガラス等の透明部材を用いる場合、波長板と光学的厚み(光学距離)が略同じとなるような透明部材を用いることが望ましい。例えば図6(A)、(B)に示す偏光切替素子59のように、透明部材80の屈折率が波長板81の屈折率よりも大きい場合、透明部材80の物理的厚みを波長板81の物理的厚みよりも小さくして、透明部材80の光学的厚みと波長板81の光学的厚みとが略同じとなるように調整する。このように、透明部材80の物理的厚みと波長板81の物理的厚みとが異なる場合、透明部材80と波長板81とを支持基板43上に配置することで、厚み方向(z軸方向)の一方の端面が透明部材80と波長板81とで揃って配置されるため、この端面を平坦面とすることができる。その平坦面を液晶ライトバルブ6R,6G,6Bからの画像の伝達面とすることが望ましい。これにより、偏光切替素子59の波長板81の配列に対する中間像の位置合わせが容易となる。
[Other configuration example 3 of polarization switching element]
In the case of using a transparent member such as glass having no polarizing property in addition to the wave plate as in the above configuration, it is necessary to use a transparent member having an optical thickness (optical distance) substantially the same as that of the wave plate. desirable. For example, when the refractive index of the transparent member 80 is larger than the refractive index of the wave plate 81 as in the polarization switching element 59 shown in FIGS. The thickness is made smaller than the physical thickness and adjusted so that the optical thickness of the transparent member 80 and the optical thickness of the wave plate 81 are substantially the same. As described above, when the physical thickness of the transparent member 80 and the physical thickness of the wave plate 81 are different, the transparent member 80 and the wave plate 81 are disposed on the support substrate 43, so that the thickness direction (z-axis direction). Since the one end face is arranged with the transparent member 80 and the wave plate 81, this end face can be made flat. It is desirable that the flat surface be an image transmission surface from the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B. This facilitates the alignment of the intermediate image with respect to the arrangement of the wave plates 81 of the polarization switching element 59.

このように、波長板81と透明部材80とで光学的厚みを略同じとした場合、偏光切替素子59上に伝達された中間像を投写光学系10によって投写面(スクリーン)上に投写表示する際に、偏光切替素子59上に伝達された中間像面内のいずれの位置においても偏光切替素子59と投写光学系10との間の光学距離が一定となる。そのため、焦点深度が比較的浅い投写光学系を使用でき、投写光学系を小型化、低コスト化し易い。   Thus, when the optical thickness of the wave plate 81 and the transparent member 80 is approximately the same, the intermediate image transmitted onto the polarization switching element 59 is projected and displayed on the projection plane (screen) by the projection optical system 10. At this time, the optical distance between the polarization switching element 59 and the projection optical system 10 is constant at any position in the intermediate image plane transmitted onto the polarization switching element 59. Therefore, a projection optical system having a relatively shallow depth of focus can be used, and the projection optical system can be easily reduced in size and cost.

[偏光切替素子の他の構成例4]
あるいは、支持基板43を用いる構成に代えて、図7(A)、(B)に示す偏光切替素子63のように、枠状の支持体52の内部に波長板81と透明部材80とが交互に嵌め込まれた構成としても良い。この場合も、透明部材80と波長板81との厚み方向の一方の端面を支持体52によって規定される仮想平面に突き当てて揃えて平坦面とし、その平坦面を液晶ライトバルブ6R,6G,6Bからの画像の伝達面とすることが望ましい。あるいは、波長板81と透明部材80の厚み(z軸方向の寸法)が仮想平面を中心にその前後で等しくなるように揃えて配置し、その仮想平面を液晶ライトバルブ6R,6G,6Bからの画像の伝達面としても良い。
[Other configuration example 4 of polarization switching element]
Alternatively, instead of the configuration using the support substrate 43, the wave plates 81 and the transparent members 80 are alternately arranged inside the frame-shaped support body 52, as in the polarization switching element 63 shown in FIGS. 7A and 7B. It is good also as a structure inserted in. Also in this case, one end surface in the thickness direction of the transparent member 80 and the wave plate 81 is abutted against and aligned with a virtual plane defined by the support 52, and the flat surface is made into a flat surface, and the liquid crystal light valves 6R, 6G, It is desirable to use the transmission surface of the image from 6B. Alternatively, the wavelength plate 81 and the transparent member 80 are arranged so that the thicknesses (dimensions in the z-axis direction) are the same before and after the virtual plane, and the virtual planes from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B are arranged. It may be an image transmission surface.

[偏光切替素子の他の構成例5]
偏光切替素子9における第1領域と第2領域との総和は、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bにおける画素の行数(ライン数)と一致していることが望ましいが、これに限定されるものではない。偏光切替素子9の第1領域と第2領域との総和が液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの画素の行数と一致しない場合には、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの行方向の画素群と偏光切替素子9の各領域とが1対1で対応しないため、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bでの各画像データの境界位置と偏光切替素子9での偏光状態が異なる領域の境界位置とが完全には一致しない。そのため、例えば境界位置の近傍で本来第1偏光状態となるべき光束が第2偏光状態として射出される等、投写画像の局所的な偏光状態の乱れが若干生じることになる。しかしながら、偏光状態の乱れが生じる領域の大きさが画像全体の大きさに比べてごく僅かであれば、実用上ほとんど問題とならない。
[Other configuration example 5 of polarization switching element]
The total sum of the first region and the second region in the polarization switching element 9 is preferably the same as the number of pixels (number of lines) in the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B, but is not limited thereto. is not. When the sum of the first region and the second region of the polarization switching element 9 does not match the number of rows of pixels of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B, a pixel group in the row direction of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B And the respective regions of the polarization switching element 9 do not have a one-to-one correspondence, so that the boundary position of each image data in the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B and the boundary position of the region where the polarization state in the polarization switching element 9 is different Does not match exactly. Therefore, for example, the local polarization state of the projected image is slightly disturbed, for example, a light beam that should originally be in the first polarization state in the vicinity of the boundary position is emitted as the second polarization state. However, if the size of the region where the polarization state is disturbed is very small compared to the size of the entire image, there is almost no problem in practical use.

この観点から、偏光切替素子9の第1領域と第2領域との総和が液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの画素の行数(ライン数)よりも少ない構成としても良い。液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの画素の行数に対して、その1/2程度以上の数の第1領域、第2領域が形成されていれば、偏光切替素子9としてほぼ所望の効果を得られる。偏光切替素子9の第1領域と第2領域との総和が液晶ライトバルブ6R,6G,6Bの画素の行数よりも少ない構成の場合、使用する波長板の数が減らせるため、低コスト化が図れる。   From this viewpoint, the total of the first region and the second region of the polarization switching element 9 may be smaller than the number of rows (number of lines) of pixels of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B. If the number of first regions and second regions that are about ½ or more of the number of rows of pixels of the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is formed, the polarization switching element 9 has almost a desired effect. can get. In the case where the sum of the first region and the second region of the polarization switching element 9 is smaller than the number of rows of pixels of the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B, the number of wave plates to be used can be reduced, thereby reducing the cost. Can be planned.

[光伝達光学系の他の構成例]
上記実施形態では、光伝達光学系8を等倍伝達光学系としたが、液晶ライトバルブ6R,6G,6B上の光学像を相似的に縮小もしくは拡大して伝達する構成であっても良い。すなわち、光伝達光学系8を縮小伝達光学系もしくは拡大伝達光学系としても良い。液晶ライトバルブ6R,6G,6Bで形成された光学像を縮小して偏光切替素子9に伝達する構成では、偏光切替素子9や投写光学系10を小型化できるため、プロジェクター全体の小型化、低コスト化が図り易い。逆に、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bで形成された光学像を拡大して偏光切替素子9に伝達する構成では、伝達された画像と偏光切替素子9との位置合わせが容易となり、偏光切替素子9の配置精度を確保し易い。
[Other configuration examples of optical transmission optical system]
In the above-described embodiment, the light transmission optical system 8 is an equal magnification transmission optical system. However, the optical image on the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B may be similarly reduced or enlarged and transmitted. That is, the light transmission optical system 8 may be a reduction transmission optical system or an enlargement transmission optical system. In the configuration in which the optical image formed by the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is reduced and transmitted to the polarization switching element 9, the polarization switching element 9 and the projection optical system 10 can be reduced in size. Cost is easy to achieve. Conversely, in the configuration in which the optical image formed by the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B is enlarged and transmitted to the polarization switching element 9, the alignment between the transmitted image and the polarization switching element 9 becomes easy, and the polarization switching is performed. It is easy to ensure the arrangement accuracy of the element 9.

上記実施形態の場合、偏光切替素子9は投写光学系10の焦点位置に配置され、偏光切替素子9と投写光学系10との間には空気以外の介在物が存在しないため、バックフォーカス長が極めて短い投写光学系を用いることができる。バックフォーカス長が短くなる程、F値が小さく大口径であるにもかかわらず、高性能な投写光学系10をより容易に実現できる。したがって、光伝達光学系8における画像伝達の倍率を等倍以外に設定した場合でも、この構成に対応する投写光学系10を比較的容易に実現することができる。   In the case of the above embodiment, the polarization switching element 9 is disposed at the focal position of the projection optical system 10, and there is no inclusion other than air between the polarization switching element 9 and the projection optical system 10. An extremely short projection optical system can be used. As the back focus length becomes shorter, the high-performance projection optical system 10 can be realized more easily despite the small F value and the large aperture. Therefore, even when the magnification of image transmission in the light transmission optical system 8 is set to other than equal magnification, the projection optical system 10 corresponding to this configuration can be realized relatively easily.

[偏光素子を併用した構成例]
また、偏光切替素子9で画像光の偏光状態を正確に切り替えるためには、偏光切替素子9に入射する画像光は偏光度が高い直線偏光であることが望ましい。あるいは、偏光切替素子9における波長板等の構成によっては真円度の高い円偏光であっても良い。不図示の射出側偏光板を通して液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出された画像光は偏光度が高い直線偏光であるが、偏光切替素子9に至る途中に存在する色光合成光学系7、例えば、誘電体多層膜で形成されたダイクロイック膜を有するクロスダイクロイックプリズム28や、曲率を有するレンズ類を備える光伝達光学系8によって、偏光が乱され、偏光度が低下する。
[Configuration example using a polarizing element]
In order to switch the polarization state of the image light accurately by the polarization switching element 9, it is desirable that the image light incident on the polarization switching element 9 is linearly polarized light having a high degree of polarization. Alternatively, depending on the configuration of the wave plate or the like in the polarization switching element 9, circularly polarized light with high roundness may be used. The image light emitted from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B through the unillustrated exit side polarizing plate is linearly polarized light having a high degree of polarization, but the color light combining optical system 7 existing on the way to the polarization switching element 9, for example, Polarization is disturbed by the cross dichroic prism 28 having a dichroic film formed of a dielectric multilayer film and the light transmission optical system 8 including lenses having curvature, and the degree of polarization is lowered.

そこで、光伝達光学系8と偏光切替素子9との間に、偏光切替素子9に入射する画像光の偏光度を高めるための偏光素子を配置しても良い。偏光素子としては、高分子素材の延伸フィルムを用いた光吸収型偏光素子、光吸収性の微粒子を配向させた光吸収型偏光素子、構造複屈折性を利用した光吸収型あるいは光反射型偏光素子などを用いることができる。ただし、これらの偏光素子は、いずれも不要な偏光成分の光を吸収あるいは反射して排除することで画像光の偏光度を向上させる素子であるため、偏光切替素子9の直前(液晶ライトバルブ6R,6G,6B側)に配置することが望ましい。設置スペースが限られることを考慮すると、光吸収型偏光素子が利用し易いが、反射型偏光素子を用いて、不要な偏光成分の光を透過させて排除し、反射光である画像光を偏光切替素子9に入射させる構成としても良い。   Therefore, a polarizing element for increasing the degree of polarization of image light incident on the polarization switching element 9 may be disposed between the light transmission optical system 8 and the polarization switching element 9. Polarizing elements include light-absorbing polarizing elements using stretched polymer materials, light-absorbing polarizing elements with orienting light-absorbing fine particles, light-absorbing or light-reflecting polarized light utilizing structural birefringence An element or the like can be used. However, since these polarization elements are elements that improve the degree of polarization of image light by absorbing or reflecting light of unnecessary polarization components, the polarization elements immediately before the polarization switching element 9 (liquid crystal light valve 6R). , 6G, 6B side). Considering the limited installation space, light-absorbing polarization elements are easy to use, but reflection-type polarization elements are used to transmit and eliminate unnecessary polarization components and to polarize reflected image light. A configuration may be adopted in which the light is incident on the switching element 9.

これらの偏光素子を偏光切替素子9の直前(液晶ライトバルブ6R,6G,6B側)に配置することにより、液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから偏光切替素子9に至る段階で画像光の偏光度が低下した場合でも、偏光切替素子9に入射する直線偏光の偏光度が高められる。そのため、偏光切替素子9で画像光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質な立体視状態を実現できる。   By disposing these polarizing elements immediately before the polarization switching element 9 (on the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B side), the degree of polarization of the image light at the stage from the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B to the polarization switching element 9 Even in the case of a decrease, the degree of polarization of linearly polarized light incident on the polarization switching element 9 is increased. Therefore, the polarization switching element 9 can accurately switch the polarization state of the image light, and a high-quality stereoscopic state can be realized.

[偏光補償光学系を併用した構成例]
上記の光吸収型あるいは光反射型偏光素子を用いる方策では、偏光素子がいずれも不要な偏光成分の光を排除することで画像光の偏光度を高める素子であるため、画像光の光量低下が避けられない。そこで、偏光切替素子に入射する画像光の偏光度を高める他の方策として、色光合成光学系7や光伝達光学系8に起因して生じる偏光の乱れを補償する偏光補償光学系を用いる構成を採用できる。偏光補償光学系では、不要な偏光特性の光を補償して有用な偏光特性の光に大きな光損失を伴うことなく変換できるため、画像光の光量低下を小さく抑えることができる。
[Example of configuration using polarization compensation optics]
In the measures using the light absorption type or light reflection type polarizing element, since the polarizing element is an element that increases the degree of polarization of the image light by eliminating light of an unnecessary polarization component, the light amount of the image light is reduced. Inevitable. Therefore, as another measure for increasing the degree of polarization of image light incident on the polarization switching element, a configuration using a polarization compensation optical system that compensates for polarization disturbance caused by the color light combining optical system 7 and the light transmission optical system 8 is used. Can be adopted. In the polarization compensation optical system, light having an unnecessary polarization characteristic can be compensated and converted to light having a useful polarization characteristic without causing a large light loss, so that a reduction in the amount of image light can be suppressed to a small level.

具体的には、図11に示すように、偏光補償光学系53を、光伝達光学系8のリレーレンズ32と偏光切替素子9との間の光路上に配置することが望ましい。この構成によれば、偏光切替素子9に入射する直前で偏光の偏光度を高められるため、偏光切替素子9によって投写光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質の立体画像表示を実現できる。   Specifically, as shown in FIG. 11, it is desirable to dispose the polarization compensation optical system 53 on the optical path between the relay lens 32 of the light transmission optical system 8 and the polarization switching element 9. According to this configuration, since the degree of polarization of polarized light can be increased immediately before entering the polarization switching element 9, the polarization switching element 9 can accurately switch the polarization state of the projection light, realizing high-quality stereoscopic image display. it can.

偏光補償光学系53としては、周知のレクチファイアを用いることができる。レクチファイアは1/2波長板71と屈折力の無いレンズ72から構成される。屈折力の無いレンズ72は、一対の強い屈折面を持つ凸レンズ73と凹レンズ74の組み合わせで構成される。屈折力の無いレンズ72は、透過光線のP偏光成分とS偏光成分に透過率差を生じさせ、偏光面を回転させることができる。その曲面の曲率半径、ガラス屈折率を調整することで、偏光の回転の度合いを広範囲に調節することが可能である。さらに、1/2波長板71の表面や、屈折力の無いレンズ72の各面に所望のリターデーションを発生する誘電体多層膜を形成することで、透過光線に所望のリターデーションを付与することができる。   A known rectifier can be used as the polarization compensation optical system 53. The rectifier includes a half-wave plate 71 and a lens 72 having no refractive power. The lens 72 having no refractive power is constituted by a combination of a convex lens 73 and a concave lens 74 having a pair of strong refractive surfaces. The lens 72 having no refractive power can cause a difference in transmittance between the P-polarized component and the S-polarized component of the transmitted light, and can rotate the polarization plane. The degree of polarization rotation can be adjusted over a wide range by adjusting the curvature radius and the glass refractive index of the curved surface. Further, by forming a dielectric multilayer film that generates a desired retardation on the surface of the half-wave plate 71 and each surface of the lens 72 having no refractive power, the desired retardation is imparted to the transmitted light. Can do.

液晶ライトバルブ6R,6G,6Bから射出された各色の偏光がクロスダイクロイックプリズム28やリレーレンズ32を透過することで生じる偏光変化は、完全に同一ではない。クロスダイクロイックプリズム28においては、緑色光(G光)はR光反射面およびB光反射面を透過する。赤色光(R光)はR光反射面で反射しB光反射面を透過する。青色光(B光)はB光反射面を透過しB光反射面で反射する。したがって、各色光がR光反射面、B光反射面の誘電体多層膜(R光反射ダイクロイック膜、B光反射ダイクロイック膜)で受けるリターデーションは異なる。また、リレーレンズ32においてはガラス屈折率の色分散により、偏光面の回転度合いが色光毎に異なる。   Polarization changes caused by the polarization of each color emitted from the liquid crystal light valves 6R, 6G, and 6B passing through the cross dichroic prism 28 and the relay lens 32 are not completely the same. In the cross dichroic prism 28, green light (G light) is transmitted through the R light reflecting surface and the B light reflecting surface. Red light (R light) is reflected by the R light reflecting surface and transmitted through the B light reflecting surface. Blue light (B light) is transmitted through the B light reflecting surface and reflected by the B light reflecting surface. Therefore, the retardation received by each color light in the dielectric multilayer film (R light reflecting dichroic film, B light reflecting dichroic film) on the R light reflecting surface and the B light reflecting surface is different. In the relay lens 32, the degree of rotation of the polarization plane differs for each color light due to chromatic dispersion of the glass refractive index.

以上の理由により、レクチファイアで全波長域にわたって完全に偏光変化を元に戻すことは難しく、それを実現するためには偏光補償光学系の大型化、複雑化、大幅なコストの高騰を招く虞がある。この場合、例えば人間の視感度の最も高いG光の偏光補償を重視してレクチファイアを構成しても良い。具体的には、G光の受けるリターデーションおよび偏光面の回転を最小にするように、レクチファイアの誘電体多層膜と屈折力の無いレンズ72の曲率半径、ガラス材料を調整する。このようにすることで、偏光補償光学系53(レクチファイア)の大型化、複雑化、コスト高騰を避けながらも、最も効果的に画像光の偏光状態を補償して、高画質の立体画像を表示することができる。なお、光源2として超高圧水銀ランプ等の水銀ランプを使用する場合は、G光波長域で最も強度の高いe線(546.1nm)付近でリターデーションおよび偏光面回転を最小にすることが望ましい。   For the above reasons, it is difficult to completely reverse the polarization change over the entire wavelength range with the rectifier, and in order to realize this, the polarization compensation optical system may become larger, more complicated, and the cost may increase significantly. There is. In this case, for example, the rectifier may be configured with an emphasis on polarization compensation of G light having the highest human visibility. Specifically, the curvature radius of the dielectric multilayer film of the rectifier and the lens 72 having no refractive power and the glass material are adjusted so as to minimize the retardation received by the G light and the rotation of the polarization plane. By doing so, the polarization compensation optical system 53 (rectifier) can be compensated for the polarization state of the image light most effectively while avoiding an increase in size, complexity, and cost. Can be displayed. When a mercury lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp is used as the light source 2, it is desirable to minimize retardation and polarization plane rotation in the vicinity of the e-line (546.1 nm) having the highest intensity in the G light wavelength region. .

偏光補償光学系53が配置可能な場所は、スペースの制約等から各液晶ライトバルブ6R,6G,6Bからの色光がクロスダイクロイックプリズム28で合成された以降(偏光切替素子9側)であって、偏光切替素子9に近い位置に限定される。また、赤色光、緑色光、青色光の各光路では、介在するダイクロイック素子等の光学特性が異なり、使用される光学材料が波長分散性を有する等の理由により、各光路における偏光度の低下の度合いが一様ではない。そのため、偏光切替素子9に入射する画像光の偏光度を全波長域にわたって補償することはできない。そこで、本構成では、偏光度の低下が最も大きい色光に合わせて偏光補償量を設定する方策を採用することが望ましい。あるいは、偏光度の低下が3色の色光間で平均化されるように偏光補償量を設定する方策を採用することが望ましい。   The place where the polarization compensation optical system 53 can be disposed is after the color lights from the liquid crystal light valves 6R, 6G, 6B are combined by the cross dichroic prism 28 (on the side of the polarization switching element 9) due to space restrictions or the like. It is limited to a position close to the polarization switching element 9. Also, in each optical path of red light, green light, and blue light, the optical characteristics of the intervening dichroic element and the like are different, and the degree of polarization in each optical path is reduced due to the fact that the optical material used has wavelength dispersion. The degree is not uniform. Therefore, the degree of polarization of the image light incident on the polarization switching element 9 cannot be compensated over the entire wavelength range. Therefore, in this configuration, it is desirable to adopt a method of setting the polarization compensation amount according to the color light with the greatest decrease in the degree of polarization. Alternatively, it is desirable to adopt a method of setting the polarization compensation amount so that the decrease in the degree of polarization is averaged among the three color lights.

なお、本例においては、クロスダイクロイックプリズム28やリレーレンズ32で発生するリターデーションを補償するための誘電体多層膜をレクチファイアを構成する光学素子の少なくとも1面以上に形成していた。ところが、誘電体多層膜の形成位置はレクチファイアに限定されることはなく、同等の機能を果たすのであれば他の光学素子の面に形成してもよい。具体的には、クロスダイクロイックプリズム28の光射出面や、リレーレンズ32の各レンズ面が挙げられる。さらには、これらの面には通常反射防止膜が形成されているが、これらの面の少なくとも一面に反射防止膜を形成しないことで、効果的に補償用のリターデーションを発生させることも可能である。   In this example, the dielectric multilayer film for compensating for the retardation generated in the cross dichroic prism 28 and the relay lens 32 is formed on at least one surface of the optical element constituting the rectifier. However, the formation position of the dielectric multilayer film is not limited to the rectifier, and may be formed on the surface of another optical element as long as it performs an equivalent function. Specifically, the light emission surface of the cross dichroic prism 28 and each lens surface of the relay lens 32 are mentioned. Furthermore, antireflection films are usually formed on these surfaces, but it is also possible to effectively generate retardation for compensation by not forming an antireflection film on at least one of these surfaces. is there.

また、レクチファイアの配置位置は、リレーレンズ32の後段(光射出側)に限らず、リレーレンズ32の前段(光入射側)でもよい。この場合、例えば、図11に示したレクチファイアのうちの、屈折率の無いレンズ72を前段に配し、1/2波長板71を後段に配するとよい。     Further, the arrangement position of the rectifier is not limited to the rear stage (light emission side) of the relay lens 32 but may be the front stage (light incident side) of the relay lens 32. In this case, for example, among the rectifiers shown in FIG. 11, the lens 72 having no refractive index may be arranged at the front stage, and the half-wave plate 71 may be arranged at the rear stage.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図12を用いて説明する。
第1実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、本実施形態のプロジェクターでは、光変調素子として反射型の液晶ライトバルブを用いた構成例を挙げて説明する。
図12は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図12において、第1実施形態の図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation element. However, in the projector according to the present embodiment, a configuration example using a reflective liquid crystal light valve as the light modulation element will be described.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the projector according to the present embodiment. In FIG. 12, the same components as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態のプロジェクター61においては、図12に示すように、インテグレーター光学系3を構成する重畳レンズ16の射出側に、色光分離光学系62であるダイクロイックミラー63,64が備えられている。ダイクロイックミラー63は、緑色光LGと青色光LBとを反射させ、赤色光LRを透過する。ダイクロイックミラー64は、緑色光LGと青色光LBとを透過し、赤色光LRを反射させる。また、ダイクロイックミラー63で反射した緑色光LGおよび青色光LBの光路上に、反射ミラー65と、ダイクロイックミラー66と、が備えられている。ダイクロイックミラー66は、ダイクロイックミラー63で反射された緑色光LGおよび青色光LBのうち、緑色光LGを反射させ、青色光LBを透過する。   In the projector 61 of the present embodiment, as shown in FIG. 12, dichroic mirrors 63 and 64 that are color light separation optical systems 62 are provided on the exit side of the superimposing lens 16 constituting the integrator optical system 3. The dichroic mirror 63 reflects the green light LG and the blue light LB and transmits the red light LR. The dichroic mirror 64 transmits the green light LG and the blue light LB and reflects the red light LR. A reflection mirror 65 and a dichroic mirror 66 are provided on the optical paths of the green light LG and the blue light LB reflected by the dichroic mirror 63. The dichroic mirror 66 reflects the green light LG among the green light LG and the blue light LB reflected by the dichroic mirror 63 and transmits the blue light LB.

ダイクロイックミラー64で反射した赤色光LRは、反射ミラー67で反射し、平行化レンズ21を経て偏光分離プリズム68に入射する。偏光分離プリズム68は、例えばP偏光を透過してS偏光を反射させる偏光分離面を備えており、赤色光LRは、偏光分離面によって特定の偏光状態、例えばP偏光となって反射型の液晶ライトバルブ69Rに入射する。液晶ライトバルブ69Rで異なる偏光状態に変調された光、例えばS偏光は、偏光分離プリズム68の偏光分離面で反射し、色光合成光学系であるダイクロイックプリズム28に入射する。ダイクロイックミラー66で反射した緑色光LG、およびダイクロイックミラー66を透過した青色光LBの振る舞いは赤色光LRと同様であり、説明を省略する。その他の構成および作用は第1実施形態と同様である。
なお、本構成例では、光伝達光学系8の入射側レンズ31を偏光分離プリズム68とクロスダイクロイックプリズム28との間に配置しているが、偏光分離プリズム68と液晶ライトバルブ69R,69G,69Bとの間に配置しても良い。さらには、3枚の入射側レンズ31を集約してクロスダイクロイックプリズム28の射出側に1枚配置しても良い。
The red light LR reflected by the dichroic mirror 64 is reflected by the reflection mirror 67 and enters the polarization separation prism 68 through the collimating lens 21. The polarization separation prism 68 includes a polarization separation surface that transmits, for example, P-polarized light and reflects S-polarized light, and the red light LR is reflected into a specific polarization state, for example, P-polarized light by the polarization separation surface. The light enters the light valve 69R. Light that has been modulated into different polarization states by the liquid crystal light valve 69R, for example, S-polarized light, is reflected by the polarization separation surface of the polarization separation prism 68 and enters the dichroic prism 28 that is a color light combining optical system. The behavior of the green light LG reflected by the dichroic mirror 66 and the blue light LB transmitted through the dichroic mirror 66 is the same as that of the red light LR, and the description thereof is omitted. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
In this configuration example, the incident side lens 31 of the light transmission optical system 8 is disposed between the polarization separation prism 68 and the cross dichroic prism 28, but the polarization separation prism 68 and the liquid crystal light valves 69R, 69G, and 69B. You may arrange | position between. Further, the three incident side lenses 31 may be aggregated and arranged on the exit side of the cross dichroic prism 28.

本実施形態においても、小型、安価で、明るい立体画像表示が可能なプロジェクターを実現できる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。   In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in that a small, inexpensive, and bright projector capable of displaying a stereoscopic image can be realized.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、偏光切替素子に、液晶ライトバルブの画素配列のうち、行方向に並ぶ複数の画素に対応した形状および寸法を有する波長板(あるいは透明部材)を用いる例を示したが、列方向に並ぶ複数の画素に対応した形状および寸法を有する波長板(あるいは透明部材)を用いても良い。また、光変調素子には、線順次方式に代えて、点順次方式の画像データの書き込み方式を用いる光変調素子を採用しても良い。その他、上記実施形態のプロジェクターの各部の具体的な構成は、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which a wavelength plate (or a transparent member) having a shape and dimensions corresponding to a plurality of pixels arranged in the row direction in the pixel array of the liquid crystal light valve is used as the polarization switching element. A wave plate (or a transparent member) having a shape and dimensions corresponding to a plurality of pixels arranged in the column direction may be used. Further, as the light modulation element, a light modulation element using a dot sequential image data writing method may be employed instead of the line sequential method. In addition, the specific configuration of each part of the projector of the above embodiment is not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate.

1,61…プロジェクター、2…光源、6R,6G,6B,69R,69G,69B…液晶ライトバルブ(光変調素子)、7…色光合成光学系、8…光伝達光学系、9,51,55,59,63…偏光切替素子、10…投射光学系、49…位置調整機構、53…偏光補償光学系。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,61 ... Projector, 2 ... Light source, 6R, 6G, 6B, 69R, 69G, 69B ... Liquid crystal light valve (light modulation element), 7 ... Color light synthesis optical system, 8 ... Light transmission optical system, 9, 51, 55 , 59, 63 ... polarization switching elements, 10 ... projection optical system, 49 ... position adjustment mechanism, 53 ... polarization compensation optical system.

Claims (11)

光源と、
左眼用画像に対応する第1画像データが書き込まれる第1書込領域と右眼用画像に対応する第2画像データが書き込まれる第2書込領域とを有し、前記光源から射出された波長域が異なる複数の色光を前記第1画像データおよび前記第2画像データに基づいてそれぞれ変調する複数の光変調素子と、
前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を合成する光合成光学系と、
前記光変調素子の前記第1書込領域からの光が入射される第1領域と前記光変調素子の前記第2書込領域からの光が入射される第2領域とを有し、前記第1領域から射出された光と前記第2領域から射出された光とが互いに異なる偏光状態となるように入射光の偏光状態を切り替える偏光切替素子と、
前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子の位置に結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、
前記偏光切替素子上に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、
を備えたことを特徴とするプロジェクター。
A light source;
A first writing area in which first image data corresponding to the image for the left eye is written and a second writing area in which second image data corresponding to the image for the right eye is written; A plurality of light modulation elements that respectively modulate a plurality of color lights having different wavelength ranges based on the first image data and the second image data;
A light combining optical system for combining a plurality of color lights modulated by the plurality of light modulation elements;
A first region where light from the first writing region of the light modulation element is incident; and a second region where light from the second writing region of the light modulation element is incident; A polarization switching element that switches a polarization state of incident light so that light emitted from one region and light emitted from the second region have different polarization states;
A light transmission optical system that transmits a plurality of color lights modulated by the plurality of light modulation elements to the polarization switching element and forms an intermediate image by forming an image at the position of the polarization switching element;
A projection optical system that projects the intermediate image formed on the polarization switching element;
A projector characterized by comprising:
前記光変調素子が、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
前記第1書込領域と前記第2書込領域とは、各々が画面の水平方向に並ぶ複数の画素からなる一つの行で構成され、交互に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクター。
The light modulation element has a plurality of pixels arranged in a matrix,
2. The first writing area and the second writing area are each composed of one row composed of a plurality of pixels arranged in the horizontal direction of the screen, and are alternately arranged. Projector.
前記偏光切替素子における前記第1領域と前記第2領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数と等しいことを特徴とする請求項2に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 2, wherein a total sum of the first region and the second region in the polarization switching element is equal to the number of rows of the plurality of pixels in the light modulation element. 前記偏光切替素子における前記第1領域と前記第2領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも少ないことを特徴とする請求項2に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 2, wherein a total sum of the first region and the second region in the polarization switching element is smaller than a number of rows of the plurality of pixels in the light modulation element. 前記光伝達光学系が、少なくとも前記光変調素子側にテレセントリック性を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 1, wherein the light transmission optical system has telecentricity at least on the light modulation element side. 前記光伝達光学系が、等倍伝達光学系であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 1, wherein the light transmission optical system is an equal magnification transmission optical system. 前記光伝達光学系が、縮小伝達光学系であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 1, wherein the light transmission optical system is a reduction transmission optical system. 前記光伝達光学系が、拡大伝達光学系であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 1, wherein the light transmission optical system is an enlarged transmission optical system. 前記偏光切替素子を少なくとも前記第1領域と前記第2領域との配列方向に移動させることにより前記偏光切替素子の位置を調整する位置調整機構を備えたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載のプロジェクター。   The position adjusting mechanism for adjusting the position of the polarization switching element by moving the polarization switching element in at least the arrangement direction of the first region and the second region. The projector according to any one of the above. 前記光伝達光学系と前記偏光切替素子との間の光路上に、偏光状態の乱れを補償する偏光補償光学系を備えたことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載のプロジェクター。   The polarization compensation optical system that compensates for disturbance of polarization state is provided on an optical path between the light transmission optical system and the polarization switching element, according to any one of claims 1 to 9. projector. 前記偏光切替素子の入射側に配置された光吸収型あるいは光反射型の偏光素子を備えたことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載のプロジェクター。   10. The projector according to claim 1, further comprising a light absorption type or a light reflection type polarization element disposed on an incident side of the polarization switching element. 11.
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