JP2012078640A - Color synthesis unit and projection type display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a color synthesis unit and a projection type display device using the color synthesis unit which stably synthesize three kinds of light having different wavelengths with high light use efficiency.SOLUTION: A color synthesis unit includes a wavelength selection type modulation element 20 having a first wavelength plate 22, a dichroic mirror 23, and a second wavelength plate 24 in this order, and a polarization beam splitter 30. The wavelength selection type modulation element 20 reflects blue light 35B to change the polarization state and allows green light 35G to pass therethrough, and the polarization beam splitter 30 allows the blue light 35B to pass therethrough and reflects blue light 36B, and reflects the green light 35G, and furthermore allows red light 35R to pass therethrough, thereby emitting light of each color incident from different directions in the same direction.

Description

本発明は、波長が異なる3種類の光を合成する色合成ユニットおよび、色合成ユニットを用いた投射型表示装置に関する。   The present invention relates to a color composition unit that synthesizes three types of light having different wavelengths, and a projection display device using the color composition unit.

データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のように、スクリーンに投影画像を表示する投射型表示装置において、異なる3つの波長帯の光として、互いに異なる光路で進行する、赤色の光、緑色の光および青色の光を同一光路に合成する色合成手段が用いられている。   In a projection display device that displays a projected image on a screen, such as a data projector or a rear projection television receiver, red light and green light traveling in different optical paths as light in three different wavelength bands In addition, color synthesizing means for synthesizing blue light into the same optical path is used.

この色合成手段としては、例えば、波長選択性のある2つの反射面を有する立方体形状の合成プリズムを用いて、3方向から入射する各色の光の出射方向を一致させる光学作用を与えることが報告されている(特許文献1)。   As this color synthesizing means, for example, it is reported that a cube-shaped synthesizing prism having two reflecting surfaces with wavelength selectivity is used to provide an optical action to match the emission directions of light of each color incident from three directions. (Patent Document 1).

図11は、この合成プリズム200およびその光学作用を示す模式図であり、合成プリズム200は、反射面201と反射面202とが直角に交差するように配置されて構成される。ここで、合成プリズム200に対して、赤色光205Rは、Z方向で入射し、緑色光205Gは、X方向で入射し、さらに、青色光205Bは、−Z方向で入射する。ここで、反射面201は、赤色光205Rを反射し、緑色光205Gおよび青色光205Bを透過する。また、反射面202は、青色光205Bを反射し、赤色光205Rおよび緑色光205Gを透過する。これより、赤色光205R、緑色光205Gおよび青色光205Bは、いずれもX方向に進行するように合成されて出射される。   FIG. 11 is a schematic diagram showing the combining prism 200 and its optical action. The combining prism 200 is configured such that the reflecting surface 201 and the reflecting surface 202 intersect at a right angle. Here, the red light 205R is incident on the combining prism 200 in the Z direction, the green light 205G is incident on the X direction, and the blue light 205B is incident on the −Z direction. Here, the reflecting surface 201 reflects the red light 205R and transmits the green light 205G and the blue light 205B. The reflecting surface 202 reflects the blue light 205B and transmits the red light 205R and the green light 205G. Accordingly, the red light 205R, the green light 205G, and the blue light 205B are combined and emitted so as to travel in the X direction.

また、この他の色合成手段としては、3個の3角プリズムを用いて波長合成プリズムを構成し、このうち2つの3角プリズムに波長選択的に反射特性を有する誘電体多層膜が形成され、3方向から入射する各色の光の出射方向を一致させる光学作用を与えることが報告されている(特許文献2)。   As another color synthesizing means, a wavelength synthesizing prism is constituted by using three triangular prisms, and a dielectric multilayer film having a reflection characteristic is formed on two triangular prisms among them. It has been reported that an optical action that matches the emission directions of light of each color incident from three directions is given (Patent Document 2).

図12は、この波長合成プリズム210およびその光学作用を示す模式図であり、波長合成プリズム210は、3角プリズム211、212、213から構成されている。また、3角プリズム211には誘電体多層膜211aが形成され、3角プリズム212には誘電体多層膜212aが形成されている。ここで、誘電体多層膜211aは、青色光215Bを反射し、赤色光215Rおよび緑色光215Gを透過する。また、誘電体多層膜212aは、赤色光215Rを反射し、緑色光215Gを透過する。これより、赤色光215R、緑色光215Gおよび青色光215Bは、いずれもX方向に進行するように合成されて出射される。   FIG. 12 is a schematic diagram showing the wavelength synthesizing prism 210 and its optical action. The wavelength synthesizing prism 210 is composed of triangular prisms 211, 212, and 213. The triangular prism 211 is formed with a dielectric multilayer film 211a, and the triangular prism 212 is formed with a dielectric multilayer film 212a. Here, the dielectric multilayer film 211a reflects the blue light 215B and transmits the red light 215R and the green light 215G. The dielectric multilayer film 212a reflects the red light 215R and transmits the green light 215G. Thus, the red light 215R, the green light 215G, and the blue light 215B are combined and emitted so as to travel in the X direction.

特開平10−269802号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-269802 特開2004−70018号公報JP 2004-70018 A

しかし、特許文献1の合成プリズム200は、反射面201、202を構成する光学多層膜を施した各プリズムの接合により、接合位置のずれが生じるなどばらつきが生じると、光が光学多層膜に2度入射したり、1度も入射しない領域ができたりすることで、安定した特性を得ることが困難であった。また、各プリズムの接合部分はいずれも直角に加工するため、とくにこの部分にわずかな機械的な損傷が生じた場合でも、安定した光学特性が得られないという問題もあった。   However, in the composite prism 200 of Patent Document 1, if there is a variation such as a displacement of the joining position due to joining of the prisms provided with the optical multilayer films constituting the reflecting surfaces 201 and 202, light is transmitted to the optical multilayer film. It has been difficult to obtain stable characteristics because it is incident once or a region where no incidence is made. In addition, since the joint portions of the prisms are all processed at a right angle, there is a problem that stable optical characteristics cannot be obtained even when slight mechanical damage occurs particularly in this portion.

また、特許文献2の波長合成プリズム210は、3つの3角プリズムのうち、3角プリズム211、212は、光学多層膜211a、212aの面以外に、光が入射する角度に依存して反射させる面を有する。そのため、少なくとも3角プリズム211、212の加工のばらつきや、光軸の調整のずれが生じると、入射角度のずれが生じ、安定した光学特性が得られないという問題があった。   In the wavelength combining prism 210 of Patent Document 2, among the three triangular prisms, the triangular prisms 211 and 212 reflect the light depending on the incident angle of light other than the surfaces of the optical multilayer films 211a and 212a. Has a surface. For this reason, there has been a problem that, when processing variations of at least the triangular prisms 211 and 212 and deviation of the adjustment of the optical axis occur, deviation of the incident angle occurs and stable optical characteristics cannot be obtained.

本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、異なる3つの波長帯の光を合成する色合成ユニットを、安定した光学特性が得られる構成で実現するとともに、この色合成ユニットを用いることで、信頼性の高い投射型表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem of the prior art, and realizes a color synthesis unit that synthesizes light of three different wavelength bands with a configuration capable of obtaining stable optical characteristics. An object of the present invention is to provide a projection display device with high reliability by using a synthesis unit.

本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、互いに異なる第1の波長帯λの光、第2の波長帯λの光および第3の波長帯λの光が、それぞれ異なる方向から入射して、同一方向に出射する色合成ユニットであって、前記色合成ユニットは、波長選択型変調素子と、偏光ビームスプリッタと、を備え、前記波長選択型変調素子は、第1の波長板と、ダイクロイックミラーと、第2の波長板と、がこの順番に備えられ、前記第1の波長板および前記第2の波長板は、前記第1の波長帯λの光に対して1/4波長板として機能する特性を有し、前記ダイクロイックミラーは、前記第1の波長帯λの光を反射するとともに、前記第2の波長帯λの光を透過し、前記偏光ビームスプリッタは、前記第1の波長帯λの光のうち、第1の直線偏光の光を反射するとともに、前記第1の直線偏光の光と直交する第2の直線偏光の光を透過し、かつ、前記第2の波長帯λの光のうち少なくとも前記第1の直線偏光の光を反射するとともに、前記第3の波長帯λの光を透過するかまたは、前記第2の波長帯λの光のうち少なくとも前記第2の直線偏光の光を透過するとともに、前記第3の波長帯λの光を反射する、色合成ユニットを提供する。 The present invention has been made in view of the above points, and the light in the first wavelength band λ 1 , the light in the second wavelength band λ 2 , and the light in the third wavelength band λ 3 are different from each other. A color combining unit that is incident from different directions and emits in the same direction. The color combining unit includes a wavelength selective modulation element and a polarization beam splitter, and the wavelength selective modulation element includes: 1 wave plate, a dichroic mirror, and a second wave plate are provided in this order, and the first wave plate and the second wave plate are adapted to transmit light in the first wavelength band λ 1 . The dichroic mirror reflects the light in the first wavelength band λ 1 and transmits the light in the second wavelength band λ 2. polarization beam splitter, one of the first wavelength band lambda 1 light, the While reflecting the linearly polarized light of transmitted light of a second linear polarization orthogonal to the light of the first linear polarization, and at least said one of said second wavelength band lambda 2 light first And the light of the third wavelength band λ 3 is transmitted, or at least the light of the second linear polarization is transmitted among the light of the second wavelength band λ 2. In addition, a color synthesizing unit that reflects the light in the third wavelength band λ 3 is provided.

また、前記第1の波長帯λの光は、前記偏光ビームスプリッタ、前記波長選択型変調素子の順に入射し、前記第2の波長帯λの光は、前記波長選択型変調素子、前記偏光ビームスプリッタの順に入射し、前記第3の波長帯λの光は、前記偏光ビームスプリッタのみに入射する上記の色合成ユニットを提供する。 The light of the first wavelength band λ 1 is incident on the polarization beam splitter and the wavelength selective modulation element in this order, and the light of the second wavelength band λ 2 is the wavelength selective modulation element, The color combining unit is provided in the order of the polarization beam splitter, and the light of the third wavelength band λ 3 is incident only on the polarization beam splitter.

また、同一方向に出射する前記第1の波長帯λの光、前記第2の波長帯λの光および前記第3の波長帯λの光が、いずれも前記第1の直線偏光の光であるかまたは、いずれも前記第2の直線偏光の光である上記の色合成ユニットを提供する。 The light in the first wavelength band λ 1 , the light in the second wavelength band λ 2 , and the light in the third wavelength band λ 3 that are emitted in the same direction are all of the first linearly polarized light. There is provided the above-described color synthesis unit which is light or both are light of the second linearly polarized light.

また、前記第1の波長板および前記第2の波長板は、同一の複屈折性材料からなるとともに同じ厚さを有し、前記第1の波長板の遅相軸方向と、前記第2の波長板の遅相軸方向とが、略直交するように配置される上記の色合成ユニットを提供する。   In addition, the first wave plate and the second wave plate are made of the same birefringent material and have the same thickness, and the slow axis direction of the first wave plate and the second wave plate Provided is the above-described color synthesis unit arranged so that the slow axis direction of the wave plate is substantially orthogonal.

また、前記第1の波長帯λの光は青色光であり、前記第2の波長帯λの光は緑色光であり、前記第3の波長帯λの光は赤色光である上記の色合成ユニットを提供する。 The light in the first wavelength band λ 1 is blue light, the light in the second wavelength band λ 2 is green light, and the light in the third wavelength band λ 3 is red light. Provides a color composition unit.

また、少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する複数のライトバルブと、画像を投射する投射レンズ部と、前記複数のライトバルブと、前記投射レンズ部との間の光路中に、上記の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置を提供する。   A light source that emits at least blue light, green light, and red light; a plurality of light valves that modulate the blue light, the green light, and the red light according to an image to be displayed; and a projection lens unit that projects the image. And a projection type display device comprising the color composition unit in an optical path between the plurality of light valves and the projection lens unit.

さらに、少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する反射型液晶素子と、画像を投射する投射レンズ部と、前記光源と、前記反射型液晶素子との間の光路中に、上記の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置を提供する。   Furthermore, a light source that emits at least blue light, green light, and red light, a reflective liquid crystal element that modulates the blue light, the green light, and the red light according to an image to be displayed, and a projection lens unit that projects an image And a color combining unit described above in the optical path between the light source and the reflective liquid crystal element.

本発明は、進行方向および波長が異なって入射する3種の光を合成して出射する色合成ユニットにおいて、その構成により、安定した光学特性が得られる効果を実現できる。また、色合成ユニットを用いた本発明の投射型表示装置においても、安定した画像表示の特性が得られる効果を実現できる。   The present invention can realize an effect that a stable optical characteristic can be obtained by a configuration of a color synthesis unit that synthesizes and emits three types of light incident with different traveling directions and wavelengths. In addition, the projection display device of the present invention using the color synthesis unit can also realize an effect of obtaining stable image display characteristics.

色合成ユニットの断面模式図(第1の実施形態)Cross-sectional schematic diagram of color composition unit (first embodiment) (a)色合成ユニットにおける赤色の光および緑色の光に対する光学特性(b)色合成ユニットにおける青色の光に対する光学特性(A) Optical characteristics for red light and green light in the color synthesis unit (b) Optical characteristics for blue light in the color synthesis unit 色合成ユニットの断面模式図(第2の実施形態)Cross-sectional schematic diagram of color composition unit (second embodiment) (a)色合成ユニットにおける赤色の光および緑色の光に対する光学特性(b)色合成ユニットにおける青色の光に対する光学特性(A) Optical characteristics for red light and green light in the color synthesis unit (b) Optical characteristics for blue light in the color synthesis unit 投射型表示装置の構成例1Configuration example 1 of a projection display device 投射型表示装置の構成例2Configuration example 2 of a projection display device 投射型表示装置の構成例3Configuration example 3 of a projection display device 投射型表示装置の構成例4Configuration example 4 of a projection display device ダイクロイックミラーの光学特性Optical characteristics of dichroic mirrors 偏光ビームスプリッタの光学特性Optical properties of polarizing beam splitters. 従来の合成プリズムConventional synthetic prism 従来の波長合成プリズムConventional wavelength synthesis prism

(色合成ユニットの第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る色合成ユニット10の構成を示す模式図であり、波長選択型変調素子20と偏光ビームスプリッタ30と、を有する。図1において、色合成ユニット10は、波長選択型変調素子20と偏光ビームスプリッタ30と、を分離して示しているが、これらが一体化されて構成されていてもよい。波長選択型変調素子20は、透明基板21a上に、第1の波長板22、ダイクロイックミラー23、第2の波長板24、透明基板21bがこの順に、そして、透明基板21aの面と平行に配置されている。なお、透明基板21aを第1の透明基板、透明基板21bを第2の透明基板と表現する場合もある。また、波長選択型変調素子20は、透明基板21a、透明基板21bのいずれか一方、または両方を含まなくてもよい。さらに、第1の波長板22とダイクロイックミラー23との間、ダイクロイックミラー23と第2の波長板24との間に、図示しない透明基板や接着剤等の透明材料を有してもよい。
(First Embodiment of Color Composition Unit)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a color synthesis unit 10 according to the present embodiment, and includes a wavelength selective modulation element 20 and a polarization beam splitter 30. In FIG. 1, the color synthesis unit 10 shows the wavelength selective modulation element 20 and the polarization beam splitter 30 separately, but they may be configured integrally. In the wavelength selective modulation element 20, the first wave plate 22, the dichroic mirror 23, the second wave plate 24, and the transparent substrate 21b are arranged in this order on the transparent substrate 21a and in parallel with the surface of the transparent substrate 21a. Has been. The transparent substrate 21a may be expressed as a first transparent substrate, and the transparent substrate 21b may be expressed as a second transparent substrate. Further, the wavelength selective modulation element 20 may not include one or both of the transparent substrate 21a and the transparent substrate 21b. Further, a transparent material such as a transparent substrate or an adhesive (not shown) may be provided between the first wave plate 22 and the dichroic mirror 23 and between the dichroic mirror 23 and the second wave plate 24.

透明基板21a、21bは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、透明基板21a、21bなどは、例えば、空気との界面に、多層膜による反射防止膜を備えると、フレネル反射による光反射損失を低減できる。第1の波長板22、第2の波長板24は、複屈折性材料からなり、入射する光の偏光状態を変える変調機能を有する。第1の波長板22、第2の波長板24は、例えば、光が入射する方向と直交する面と平行に光学軸を有し、光学軸が厚さ方向に揃った複屈折性材料からなり、また、光学軸が交差するように複数枚重ねて構成されるものであってもよい。その他に、光学軸方向が厚さ方向を軸に螺旋している波長板を1枚または、複数枚重ねるように構成されるものであってもよい。第1の波長板22、第2の波長板の材料としては例えば、水晶、LiNbOなどの無機材料や樹脂や液晶、高分子液晶などの有機材料から構成される。なお、第1の波長板22と第2の波長板24とは、後述するように、入射する光を変調する機能を相殺させる光学特性となる組み合わせであることが好ましい。 As long as the transparent substrates 21a and 21b are transparent to incident light, various materials such as a resin plate and a resin film can be used. However, when an optically isotropic material such as glass or quartz glass is used, This is preferable because the transmitted light is not affected by birefringence. Further, for example, if the transparent substrates 21a and 21b are provided with an antireflection film made of a multilayer film at the interface with air, light reflection loss due to Fresnel reflection can be reduced. The first wave plate 22 and the second wave plate 24 are made of a birefringent material and have a modulation function for changing the polarization state of incident light. The first wave plate 22 and the second wave plate 24 are made of, for example, a birefringent material having an optical axis parallel to a surface perpendicular to the direction in which light is incident, and the optical axis is aligned in the thickness direction. In addition, a plurality of layers may be stacked so that the optical axes intersect. In addition, one or a plurality of wave plates whose optical axis directions are spiraled about the thickness direction may be configured. Examples of the material of the first wave plate 22 and the second wave plate include an inorganic material such as quartz and LiNbO 3 and an organic material such as resin, liquid crystal, and polymer liquid crystal. In addition, it is preferable that the 1st wave plate 22 and the 2nd wave plate 24 are the combination used as the optical characteristic which cancels the function which modulates the incident light so that it may mention later.

ダイクロイックミラー23は、第1の波長板22の面に対して平行に光学多層膜が形成されてなり、入射する光のうち、互いに波長が異なる2つの光のうち、一方の波長の光を透過し、他方の波長の光を反射する、波長選択反射機能を有する。とくに、ここでは入射する光は、ダイクロイックミラー23の面に対して略垂直方向から入射する場合について考える。本実施形態に係る色合成ユニット10におけるダイクロイックミラー23は、青色光となる450nm波長帯の光を反射し、緑色光となる510nm波長帯の光を透過する。なお、450nm波長帯は、420〜470nmの波長範囲または、435〜465nmの波長範囲、510nm波長帯は、480〜560nmの波長範囲または、495〜525nmの波長範囲である。光学多層膜の材料としては、SiO、SiON、ZrO、Ta、Nb、TiO、Al、MgFなどの無機材料や有機材料を用いることができる。 The dichroic mirror 23 is formed with an optical multilayer film in parallel with the surface of the first wave plate 22 and transmits light of one of two incident light having different wavelengths. And has a wavelength selective reflection function of reflecting light of the other wavelength. In particular, the case where incident light is incident from a direction substantially perpendicular to the surface of the dichroic mirror 23 is considered here. The dichroic mirror 23 in the color synthesis unit 10 according to the present embodiment reflects light in the 450 nm wavelength band that is blue light and transmits light in the 510 nm wavelength band that is green light. The 450 nm wavelength band is a wavelength range of 420 to 470 nm or a wavelength range of 435 to 465 nm, and the 510 nm wavelength band is a wavelength range of 480 to 560 nm or a wavelength range of 495 to 525 nm. As the material of the optical multilayer film, inorganic materials and organic materials such as SiO 2 , SiON, ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , Al 2 O 3 , and MgF 2 can be used.

次に、偏光ビームスプリッタ30について説明する。偏光ビームスプリッタ30は、2つの三角プリズムが、光学多層膜31を挟持するように接合され、とくに、光学多層膜31の面は、透明基板21aの平面に対して約45°の角度をなすように配置される。また、光学多層膜31の材料としては、SiO、SiON、ZrO、Ta、Nb、TiO、Al、MgFなどの無機材料や有機材料を用いることができる。また、偏光ビームスプリッタ30は、後述するように、偏光状態によって透過率/反射率が異なるとともに、入射する光の波長によって透過率/反射率が異なる機能も有する。 Next, the polarization beam splitter 30 will be described. In the polarizing beam splitter 30, two triangular prisms are joined so as to sandwich the optical multilayer film 31, and in particular, the surface of the optical multilayer film 31 forms an angle of about 45 ° with respect to the plane of the transparent substrate 21a. Placed in. Further, as the material of the optical multilayer film 31, an inorganic material or an organic material such as SiO 2 , SiON, ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , Al 2 O 3 , or MgF 2 may be used. it can. Further, as will be described later, the polarization beam splitter 30 has a function in which the transmittance / reflectance differs depending on the polarization state and the transmittance / reflectance varies depending on the wavelength of incident light.

次に、色合成ユニット10の光学作用について説明する。本実施形態に係る色合成ユニット10は、青色光となる450nm波長帯の光、緑色光となる510nm波長帯の光、そして、赤色光となる630nm波長帯の光を使用する。なお、630nm波長帯は、610〜670nmの波長範囲または、615〜645nmの波長範囲である。図2(a)、図2(b)は、色合成ユニット10に青色光、緑色光、赤色光が入射したときの光学作用を示す模式図であり、図2(a)は、青色光35B、36Bの光学作用、図2(b)は緑色光35Gおよび赤色光35Rの光学作用を示す模式図である。ここで、青色光35Bは、偏光ビームスプリッタ30から波長選択型変調素子20に向かって+Z方向で入射し、緑色光35Gは、波長選択型変調素子20から偏光ビームスプリッタ30に向かって−Z方向で入射する。そして、赤色光35Rは、偏光ビームスプリッタ30に+X方向で入射する。   Next, the optical action of the color synthesis unit 10 will be described. The color synthesis unit 10 according to the present embodiment uses light of a 450 nm wavelength band that becomes blue light, light of a 510 nm wavelength band that becomes green light, and light of a 630 nm wavelength band that becomes red light. The 630 nm wavelength band is a wavelength range of 610 to 670 nm or a wavelength range of 615 to 645 nm. 2 (a) and 2 (b) are schematic diagrams showing the optical action when blue light, green light, and red light are incident on the color synthesis unit 10, and FIG. 2 (a) shows the blue light 35B. 36B is a schematic diagram showing the optical action of green light 35G and red light 35R. Here, the blue light 35B is incident from the polarization beam splitter 30 toward the wavelength selective modulation element 20 in the + Z direction, and the green light 35G is incident from the wavelength selection modulation element 20 toward the polarization beam splitter 30 in the −Z direction. Incident at. The red light 35R is incident on the polarization beam splitter 30 in the + X direction.

また、これらの3つの波長帯の光の組み合わせとして任意に、第1の波長帯λの光、第2の波長帯λの光、第3の波長帯λの光として表すこともある。例えば、第1の波長帯をλの光を、波長選択型変調素子20で反射する光とし、第2の波長帯をλの光を、波長選択型変調素子20を透過する光とする。そして、第3の波長帯をλの光を、波長選択型変調素子20に入射しない光、つまり偏光ビームスプリッタ30のみに入射する光とする。このとき、第1の波長帯λの光は青色光35Bおよび36B、第2の波長帯λの光は緑色光35G、そして、第3の波長帯λの光は赤色光35Rに相当する。 Further, the light of the first wavelength band λ 1 , the light of the second wavelength band λ 2 , and the light of the third wavelength band λ 3 may be arbitrarily represented as a combination of the light of these three wavelength bands. . For example, the first wavelength band is λ 1 light reflected by the wavelength selective modulation element 20, and the second wavelength band λ 2 light is light transmitted through the wavelength selective modulation element 20. . The light having the wavelength λ 3 in the third wavelength band is assumed to be light that does not enter the wavelength selective modulation element 20, that is, light that enters only the polarization beam splitter 30. At this time, the light in the first wavelength band λ 1 corresponds to the blue light 35B and 36B, the light in the second wavelength band λ 2 corresponds to the green light 35G, and the light in the third wavelength band λ 3 corresponds to the red light 35R. To do.

次に、各色の光に対する色合成ユニット10の光学作用について説明する。まず、青色光35Bは、前述のように、偏光ビームスプリッタ30から波長選択型変調素子20に向かって+Z方向で入射する。このとき、青色光35Bは、X方向の直線偏光の光として入射する。つまり、青色光35Bは、光の入射面内に振動する直線偏光の光であってP偏光の光として考えることができる。ここで、偏光ビームスプリッタ30は、特定の波長帯において、P偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する特性を有し、ここでは、少なくとも450nm波長帯の光に対してこのように作用するものとするが、510nm波長帯の光に対しても同様に作用してもよい。なお、S偏光の光は、光の入射面に対して垂直に振動する直線偏光の光であって、P偏光の光と直交する。また、S偏光の光とP偏光の光のように互いに直交している直線偏光の光の組み合わせとしては、第1の直線偏光の光、第2の直線偏光の光、としても定義でき、第1の直線偏光の光がS偏光の光であるとき、第2の直線偏光の光がP偏光の光として、第1の直線偏光の光がP偏光の光であるとき、第2の直線偏光の光がS偏光の光として考えることができる。   Next, the optical action of the color synthesizing unit 10 for each color light will be described. First, the blue light 35B is incident in the + Z direction from the polarization beam splitter 30 toward the wavelength selective modulation element 20 as described above. At this time, the blue light 35B is incident as linearly polarized light in the X direction. That is, the blue light 35B is linearly polarized light that oscillates within the light incident surface, and can be considered as P-polarized light. Here, the polarization beam splitter 30 has a characteristic of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light in a specific wavelength band, and here, for the light of at least 450 nm wavelength band in this way. Although it acts, it may act similarly with respect to light in the 510 nm wavelength band. The S-polarized light is linearly polarized light that vibrates perpendicularly to the light incident surface, and is orthogonal to the P-polarized light. The combination of linearly polarized light that is orthogonal to each other, such as S-polarized light and P-polarized light, can also be defined as first linearly polarized light and second linearly polarized light. When the first linearly polarized light is S-polarized light, the second linearly polarized light is P-polarized light, and when the first linearly polarized light is P-polarized light, the second linearly polarized light is Can be considered as S-polarized light.

偏光ビームスプリッタ30を透過したP偏光の青色光35Bは、まず、波長選択型変調素子20の第1の波長板22に入射する。ここで、第1の波長板22は、例えば、青色光35Bに対して1/4波長板としての機能を有する。つまり、第1の波長板22が複屈折性材料からなり、X−Y平面において、例えば、第1の波長板22の遅相軸の方向が、X方向に対して45°をなす方向に揃っているものとする。このとき、第1の波長板22の厚さdは、mを自然数として、(4m−3)λ/(4×Δn)または(4m−1)λ/(4×Δn)に略等しい値に設定し、1/4波長板として機能させるとよい。なお、Δnは、第1の波長板22を構成する複屈折性材料の屈折率異方性、つまり、異常光屈折率nと常光屈折率nとの差、に相当する。 The P-polarized blue light 35 </ b> B that has passed through the polarization beam splitter 30 first enters the first wavelength plate 22 of the wavelength selective modulation element 20. Here, the 1st wavelength plate 22 has a function as a quarter wavelength plate with respect to the blue light 35B, for example. That is, the first wave plate 22 is made of a birefringent material, and in the XY plane, for example, the direction of the slow axis of the first wave plate 22 is aligned in a direction that forms 45 ° with respect to the X direction. It shall be. At this time, the thickness d of the first wave plate 22 is substantially equal to (4m−3) λ / (4 × Δn) or (4m−1) λ / (4 × Δn), where m is a natural number. It is good to set and to function as a quarter wavelength plate. Incidentally, [Delta] n is the refractive index anisotropy of the birefringent material forming the first wave plate 22, i.e., corresponding to the difference between the extraordinary refractive index n e and ordinary refractive index n o,.

第1の波長板22を透過した青色光35Bは、例えば、右回りの円偏光の光となってダイクロイックミラー23に入射する。そして、ダイクロイックミラー23は、前述のように青色光を反射し、緑色光を透過するので、青色光35Bは反射して、再び第1の波長板22に入射する。このとき、ダイクロイックミラー23で反射された光は左回りの円偏光の光となって第1の波長板22でY方向の直線偏光の光、つまりS偏光の光となって偏光ビームスプリッタ30に入射する。そして、S偏光の光となった青色光36Bは、光学多層膜31で反射され、X方向に進行する。   The blue light 35 </ b> B that has passed through the first wave plate 22 is incident on the dichroic mirror 23 as, for example, clockwise circularly polarized light. Since the dichroic mirror 23 reflects blue light and transmits green light as described above, the blue light 35B is reflected and is incident on the first wave plate 22 again. At this time, the light reflected by the dichroic mirror 23 becomes counterclockwise circularly polarized light, and the first wave plate 22 becomes linearly polarized light in the Y direction, that is, S-polarized light, and enters the polarization beam splitter 30. Incident. The blue light 36B that has become S-polarized light is reflected by the optical multilayer film 31 and travels in the X direction.

次に、緑色光35Gについて説明する。緑色光35Gは、図2(b)に示すように、Y方向の直線偏光の光、つまりS偏光の光として、波長選択型変調素子20から偏光ビームスプリッタ30に向かって−Z方向で入射する。また、第2の波長板24は、第1の波長板22における変調機能を相殺する特性を有する。つまり、第1の波長板22および第2の波長板24に光がこの順に入射する場合、第2の波長板24を透過する光の偏光状態は、第1の波長板22に入射する光の偏光状態と略同一となるように構成されればよい。例えば、この場合、第2の波長板24は、第1の波長板22と同じ複屈折性材料でかつ、同じ厚さdで構成され、第1の波長板22の遅相軸の方向が、X方向に対して45°をなす方向に揃っており、第2の波長板24の遅相軸の方向が、X方向に対して−45°をなす方向に揃っているものとする。つまり、第2の波長板24は、第1の波長板22と同じものを、第1の波長板22の位置に対して、光軸と直交する平面(X−Y面)に沿って90°回転した位置に合わせることで実現することができる。   Next, the green light 35G will be described. As shown in FIG. 2B, the green light 35G is incident in the −Z direction from the wavelength selective modulation element 20 toward the polarization beam splitter 30 as linearly polarized light in the Y direction, that is, S-polarized light. . The second wave plate 24 has a characteristic that cancels the modulation function of the first wave plate 22. That is, when light is incident on the first wave plate 22 and the second wave plate 24 in this order, the polarization state of the light transmitted through the second wave plate 24 is that of the light incident on the first wave plate 22. What is necessary is just to be comprised so that it may become substantially the same as a polarization state. For example, in this case, the second wave plate 24 is made of the same birefringent material as the first wave plate 22 and has the same thickness d, and the direction of the slow axis of the first wave plate 22 is It is assumed that the direction of the slow axis of the second wave plate 24 is aligned in a direction forming −45 ° with respect to the X direction. That is, the second wave plate 24 is the same as the first wave plate 22 with respect to the position of the first wave plate 22 along the plane (XY plane) perpendicular to the optical axis. This can be realized by matching the rotated position.

第2の波長板24に入射した緑色光35Gは、Y方向の直線偏光の光、つまりS偏光の光に対して変調された偏光状態の光となる。とくに、第1の波長板22は、青色光である450nm波長帯の光に対して1/4波長板として機能するので、第2の波長板24も、同じ450nm波長帯の光に対して1/4波長板として機能させるものであるとよい。なお、第1の波長板22、第2の波長板24は、緑色光35Gに対して1/4波長板として機能しなくてもよく、第2の波長板24を透過した緑色光35Gは、楕円偏光の光となってもよい。そして、緑色光35Gは、ダイクロイックミラー23を透過して第1の波長板22に入射する。   The green light 35G incident on the second wave plate 24 becomes light in a polarization state modulated with respect to linearly polarized light in the Y direction, that is, S-polarized light. In particular, since the first wave plate 22 functions as a quarter wave plate with respect to the light of the 450 nm wavelength band that is blue light, the second wave plate 24 is also 1 for the light of the same 450 nm wavelength band. It is good to function as a / 4 wavelength plate. The first wave plate 22 and the second wave plate 24 may not function as a quarter wave plate with respect to the green light 35G, and the green light 35G transmitted through the second wave plate 24 is It may be elliptically polarized light. Then, the green light 35G passes through the dichroic mirror 23 and enters the first wave plate 22.

前述のように、第1の波長板22は、第2の波長板24で変調された光の偏光状態を、第2の波長板24に入射する前の光の偏光状態に戻す関係であるので、波長選択型変調素子20を透過する緑色光35Gは、再び、S偏光の光となって偏光ビームスプリッタ30に入射する。すると、S偏光の光となった緑色光35Gは、光学多層膜31で反射され、X方向に進行する。また、偏光ビームスプリッタ30は、緑色光35Gに対して偏光状態に係わらず高い反射率で反射させるものであってもよい。つまり、緑色光がP偏光の光の成分を含む場合でも、S偏光の光の成分と同様に反射させてもよい。   As described above, the first wave plate 22 is in a relation to return the polarization state of the light modulated by the second wave plate 24 to the polarization state of the light before entering the second wave plate 24. The green light 35G that passes through the wavelength selective modulation element 20 again enters the polarization beam splitter 30 as S-polarized light. Then, the green light 35G that has become S-polarized light is reflected by the optical multilayer film 31 and travels in the X direction. The polarization beam splitter 30 may reflect the green light 35G with a high reflectance regardless of the polarization state. That is, even when the green light includes a P-polarized light component, it may be reflected in the same manner as the S-polarized light component.

次に、赤色光35Rについて説明する。赤色光35Rは、図2(b)に示すように、Y方向の直線偏光の光、つまりS偏光の光として、偏光ビームスプリッタ30に向かってX方向に入射する。また、偏光ビームスプリッタ30は、少なくとも450nm波長帯の光について、P偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する特性を有するが、630nm波長帯の光に対しては偏光状態に係わらず透過する特性を有するものとする。そのため、赤色光35Rは、偏光状態に係わらず高い透過率を示し、偏光ビームスプリッタ30よりそのまま、X方向に出射する。また、偏光ビームスプリッタ30は、赤色光35Rに対してS偏光の光を透過して、P偏光の光を反射させるものであってもよい。   Next, the red light 35R will be described. As shown in FIG. 2B, the red light 35R enters the polarization beam splitter 30 in the X direction as Y-direction linearly polarized light, that is, S-polarized light. The polarization beam splitter 30 has a characteristic of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light with respect to light of at least 450 nm wavelength band. It shall have the property of transmitting. Therefore, the red light 35 </ b> R exhibits a high transmittance regardless of the polarization state, and is emitted from the polarization beam splitter 30 in the X direction as it is. The polarization beam splitter 30 may transmit S-polarized light and reflect P-polarized light with respect to the red light 35R.

このように、互いに波長が異なる、第1の波長λの光、第2の波長λの光および、第3の波長λの光に対して、それぞれ異なる方向から入射した光を、同一方向に進行するように合成することができる。また、波長選択型変調素子20は、透明基板21a、21b面に平行に第1の波長板22、ダイクロイックミラー23、第2の波長板23を形成したものであり、また、偏光ビームスプリッタ30は、2つの三角プリズムの境界面のみに光学多層膜を形成した構成である。このように、複雑な構成とせずに、入射する光を合成することができ、安定した光学特性を得ることができる。また、図2(a)、図2(b)に示すように、入射する各波長帯の光の偏光状態をそれぞれ、特定の直線偏光の光として設定したり、入射する光の波長および偏光状態に対する偏光ビームスプリッタ30の透過、反射特性を調整したりすることで、色合成ユニットを出射する各波長帯の光の偏光状態を一致させることもできる。 In this way, the light having the same wavelength is incident on the light having the first wavelength λ 1 , the light having the second wavelength λ 2 , and the light having the third wavelength λ 3 , which have different wavelengths. It can be synthesized to travel in the direction. The wavelength selective modulation element 20 is formed by forming a first wave plate 22, a dichroic mirror 23, and a second wave plate 23 in parallel with the transparent substrates 21a and 21b. In this configuration, an optical multilayer film is formed only on the boundary surface between two triangular prisms. In this manner, incident light can be synthesized without a complicated configuration, and stable optical characteristics can be obtained. In addition, as shown in FIGS. 2A and 2B, the polarization state of light in each incident wavelength band is set as specific linearly polarized light, or the wavelength and polarization state of incident light. By adjusting the transmission and reflection characteristics of the polarization beam splitter 30 with respect to the light, the polarization state of the light in each wavelength band emitted from the color synthesis unit can be matched.

(色合成ユニットの第2の実施形態)
図3は、本実施形態に係る色合成ユニット40の構成を示す模式図であり、波長選択型変調素子20と偏光ビームスプリッタ50と、を有する。図3において、色合成ユニット40は、波長選択型変調素子20と偏光ビームスプリッタ50と、を分離して示しているが、これらが一体化されて構成されていてもよい。波長選択型変調素子20は、第1の実施形態と同じ構成を有し、説明の重複を避ける。偏光ビームスプリッタ50は、2つの三角プリズムが、光学多層膜51を挟持するように接合され、とくに、光学多層膜51の面は、透明基板21aの平面に対して約45°の角度をなすように配置される。また、光学多層膜51の材料としては、SiO、SiON、ZrO、Ta、Nb、TiO、Al、MgFなどの無機材料や有機材料を用いることができる。また、偏光ビームスプリッタ50は、後述するように、偏光状態によって透過率/反射率が異なるとともに、入射する光の波長によって透過率/反射率が異なる機能も有する。
(Second Embodiment of Color Composition Unit)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of the color synthesis unit 40 according to the present embodiment, and includes a wavelength selective modulation element 20 and a polarization beam splitter 50. In FIG. 3, the color synthesizing unit 40 shows the wavelength selective modulation element 20 and the polarization beam splitter 50 separately, but they may be configured integrally. The wavelength selective modulation element 20 has the same configuration as that of the first embodiment, and avoids repeated description. The polarizing beam splitter 50 is joined so that two triangular prisms sandwich the optical multilayer film 51, and in particular, the surface of the optical multilayer film 51 forms an angle of about 45 ° with respect to the plane of the transparent substrate 21a. Placed in. Further, as the material of the optical multilayer film 51, an inorganic material or an organic material such as SiO 2 , SiON, ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , Al 2 O 3 , or MgF 2 may be used. it can. Further, as will be described later, the polarization beam splitter 50 has a function in which the transmittance / reflectance differs depending on the polarization state and the transmittance / reflectance varies depending on the wavelength of incident light.

次に、色合成ユニット40の光学作用について説明する。本実施形態に係る色合成ユニット40は、青色光となる450nm波長帯の光、緑色光となる510nm波長帯の光、そして、赤色光となる630nm波長帯の光を使用する。図4(a)、図4(b)は、色合成ユニット40に青色光、緑色光、赤色光が入射したときの光学作用を示す模式図であり、図4(a)は、青色光55Bの光学作用、図4(b)は緑色光55Gおよび赤色光55Rの光学作用を示す模式図である。ここで、青色光55Bは、偏光ビームスプリッタ50に向かって−X方向で入射し、緑色光55Gは、波長選択型変調素子20から偏光ビームスプリッタ50に向かって−Z方向で入射する。そして、赤色光55Rは、偏光ビームスプリッタ50に+X方向で入射する。   Next, the optical action of the color synthesis unit 40 will be described. The color synthesis unit 40 according to the present embodiment uses light of a 450 nm wavelength band that becomes blue light, light of a 510 nm wavelength band that becomes green light, and light of a 630 nm wavelength band that becomes red light. 4 (a) and 4 (b) are schematic diagrams showing optical actions when blue light, green light, and red light are incident on the color synthesis unit 40, and FIG. 4 (a) shows the blue light 55B. FIG. 4B is a schematic diagram showing the optical action of green light 55G and red light 55R. Here, the blue light 55B is incident in the −X direction toward the polarization beam splitter 50, and the green light 55G is incident in the −Z direction from the wavelength selective modulation element 20 toward the polarization beam splitter 50. The red light 55R is incident on the polarization beam splitter 50 in the + X direction.

また、これらの3つの波長帯の光の組み合わせとして、第1の実施形態と同様に、第1の波長帯λの光、第2の波長帯λの光、第3の波長帯λの光として表す場合を考える。このとき、第1の波長帯λの光は青色光55Bおよび56B、第2の波長帯λの光は緑色光55G、そして、第3の波長帯λの光は赤色光55Rに相当する。 Further, as a combination of light of these three wavelength bands, as in the first embodiment, light of the first wavelength band λ 1 , light of the second wavelength band λ 2 , and third wavelength band λ 3 Let's consider the case of expressing as light. At this time, the light in the first wavelength band λ 1 corresponds to the blue light 55B and 56B, the light in the second wavelength band λ 2 corresponds to the green light 55G, and the light in the third wavelength band λ 3 corresponds to the red light 55R. To do.

次に、各色の光に対する色合成ユニット40の光学作用について説明する。まず、青色光55Bは、前述のように、偏光ビームスプリッタ50から波長選択型変調素子20に向かって+Z方向で入射する。このとき、青色光55Bは、Y方向の直線偏光の光として入射する。つまり、青色光55Bは、光の入射面と直交する方向に振動する直線偏光の光であってS偏光の光として考えることができる。ここで、偏光ビームスプリッタ50は、特定の波長帯において、P偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する特性を有し、ここでは、少なくとも450nm波長帯の光に対してこのように作用するものとするが、510nm波長帯の光に対しても同様に作用してもよい。   Next, the optical action of the color synthesizing unit 40 for each color light will be described. First, the blue light 55B is incident in the + Z direction from the polarization beam splitter 50 toward the wavelength selective modulation element 20 as described above. At this time, the blue light 55B is incident as linearly polarized light in the Y direction. That is, the blue light 55B is linearly polarized light that vibrates in a direction orthogonal to the light incident surface, and can be considered as S-polarized light. Here, the polarization beam splitter 50 has a characteristic of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light in a specific wavelength band, and here, for the light of at least 450 nm wavelength band in this way. Although it acts, it may act similarly with respect to light in the 510 nm wavelength band.

偏光ビームスプリッタ50に入射したS偏光の青色光55Bは、光学多層膜51で反射され、波長選択型変調素子20の第1の波長板22に入射する。ここで、第1の波長板22は、例えば、第1の実施形態と同様に、青色光55Bに対して1/4波長板としての機能を有する。第1の波長板22を透過した青色光55Bは、例えば、右回りの円偏光の光となってダイクロイックミラー23に入射する。そして、ダイクロイックミラー23は、青色光を反射し、緑色光を透過するので、青色光55Bは反射して、再び第1の波長板22に入射する。このとき、ダイクロイックミラー23で反射された光は左回りの円偏光の光となって第1の波長板22でX方向の直線偏光の光、つまりP偏光の光となって偏光ビームスプリッタ50に入射する。すると、P偏光の光となった青色光56Bは、光学多層膜51を透過し、−Z方向に進行する。   The S-polarized blue light 55 </ b> B incident on the polarization beam splitter 50 is reflected by the optical multilayer film 51 and enters the first wavelength plate 22 of the wavelength selective modulation element 20. Here, the first wave plate 22 has a function as a quarter wave plate for the blue light 55B, for example, as in the first embodiment. The blue light 55 </ b> B that has passed through the first wave plate 22 is incident on the dichroic mirror 23 as, for example, clockwise circularly polarized light. Since the dichroic mirror 23 reflects blue light and transmits green light, the blue light 55B is reflected and is incident on the first wave plate 22 again. At this time, the light reflected by the dichroic mirror 23 becomes counterclockwise circularly polarized light and becomes linearly polarized light in the X direction by the first wave plate 22, that is, P-polarized light, and enters the polarization beam splitter 50. Incident. Then, the blue light 56 </ b> B that has become P-polarized light passes through the optical multilayer film 51 and travels in the −Z direction.

次に、緑色光55Gについて説明する。緑色光55Gは、図4(b)に示すように、X方向の直線偏光の光、つまりP偏光の光として、波長選択型変調素子20から偏光ビームスプリッタ50に向かって−Z方向で入射する。また、第1の実施形態と同様の構成を有し、第2の波長板24は、第1の波長板22における変調機能を相殺する特性を有する。第2の波長板24、ダイクロイックミラー23、第1の波長板22の順に入射した緑色光55Gは、第1の波長板22を透過すると、第2の波長板24の入射する緑色光55Gと同じ偏光状態、つまり、X方向の直線偏光の光で偏光ビームスプリッタ50に入射する。そして、P偏光の緑色光35Gは、光学多層膜51を透過し、−Z方向に進行する。   Next, the green light 55G will be described. As shown in FIG. 4B, the green light 55G is incident in the −Z direction from the wavelength selective modulation element 20 toward the polarization beam splitter 50 as X-direction linearly polarized light, that is, P-polarized light. . Further, the second wave plate 24 has the same configuration as that of the first embodiment, and the second wave plate 24 has a characteristic that cancels out the modulation function of the first wave plate 22. When the green light 55G incident in the order of the second wave plate 24, the dichroic mirror 23, and the first wave plate 22 passes through the first wave plate 22, it is the same as the green light 55G incident on the second wave plate 24. The light enters the polarization beam splitter 50 with the polarization state, that is, linearly polarized light in the X direction. The P-polarized green light 35G passes through the optical multilayer film 51 and travels in the −Z direction.

次に、赤色光55Rについて説明する。赤色光55Rは、図4(b)に示すように、Z方向の直線偏光の光、つまりP偏光の光として、偏光ビームスプリッタ50に向かってX方向で入射する。また、偏光ビームスプリッタ50は、少なくとも450nm波長帯の光について、P偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する特性を有するが、630nm波長帯の光に対しては偏光状態に係わらず反射する特性を有するものとする。そのため、赤色光55Rは、偏光状態に係わらず高い反射率を示し、偏光ビームスプリッタ50の光学多層膜51で反射して、−Z方向に出射する。また、偏光ビームスプリッタ50は、赤色光55Rに対してS偏光の光を透過して、P偏光の光を反射させるものであってもよい。   Next, the red light 55R will be described. As shown in FIG. 4B, the red light 55R enters the polarization beam splitter 50 in the X direction as linearly polarized light in the Z direction, that is, P-polarized light. The polarization beam splitter 50 has characteristics of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light with respect to light of at least 450 nm wavelength band, but does not affect the light of 630 nm wavelength band regardless of the polarization state. It shall have the property of reflecting. Therefore, the red light 55R exhibits a high reflectance regardless of the polarization state, is reflected by the optical multilayer film 51 of the polarization beam splitter 50, and is emitted in the −Z direction. The polarizing beam splitter 50 may transmit S-polarized light and reflect P-polarized light with respect to the red light 55R.

このように、互いに波長が異なる、第1の波長λの光、第2の波長λの光および、第3の波長λの光に対して、それぞれ異なる方向から入射した光を、同一方向に進行するように合成することができる。また、図4(a)、図4(b)に示すように、入射する各波長帯の光の偏光状態をそれぞれ、特定の直線偏光の光として設定したり、入射する光の波長および偏光状態に対する偏光ビームスプリッタ50の透過、反射特性を調整したりすることで、色合成ユニットを出射する各波長帯の光の偏光状態を一致させることもできる。 In this way, the light having the same wavelength is incident on the light having the first wavelength λ 1 , the light having the second wavelength λ 2 , and the light having the third wavelength λ 3 , which have different wavelengths. It can be synthesized to travel in the direction. Also, as shown in FIGS. 4A and 4B, the polarization state of light in each incident wavelength band is set as specific linearly polarized light, or the wavelength and polarization state of incident light. By adjusting the transmission and reflection characteristics of the polarization beam splitter 50, the polarization state of the light in each wavelength band emitted from the color synthesis unit can be matched.

(投射型表示装置の第1の実施形態)
次に、本発明に係る色合成ユニットを用いた投射型表示装置について説明する。図5は、色合成ユニット10を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置100を示す模式図である。投射型表示装置100は、白色光を発射する光源101を備え、光源101から発射した光が、偏光変換素子102に入射して特定の偏光方向、例えば直線偏光の光に変換されて、ダイクロイックプリズム103に入射する。なお、光源101から発射する白色光は、青色光、緑色光、赤色光を含む。ダイクロイックプリズム103は、青色光を透過し、緑色光および赤色光を反射する特性を有し、青色光は反射ミラー105で反射してライトバルブ108Bの方向へ進行し、緑色光および赤色光はダイクロイックプリズム104の方向へ進行する。ダイクロイックプリズム104は、緑色光を透過して赤色光を反射する特性を有し、緑色光は反射ミラー106、107で反射してライトバルブ108Gの方向へ進行し、赤色光はライトバルブ108Rの方向へ進行する。なお、ダイクロイックプリズム103とダイクロイックプリズム104と、を合わせて、色分離部ともいう。
(First Embodiment of Projection Display Device)
Next, a projection display device using the color synthesis unit according to the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing the projection display device 100 according to the present embodiment using the color synthesis unit 10. The projection display apparatus 100 includes a light source 101 that emits white light, and the light emitted from the light source 101 enters the polarization conversion element 102 and is converted into light having a specific polarization direction, for example, linearly polarized light. 103 is incident. Note that the white light emitted from the light source 101 includes blue light, green light, and red light. The dichroic prism 103 has characteristics of transmitting blue light and reflecting green light and red light. The blue light is reflected by the reflection mirror 105 and travels toward the light valve 108B, and the green light and red light are dichroic. Proceed in the direction of the prism 104. The dichroic prism 104 has a characteristic of transmitting green light and reflecting red light. The green light is reflected by the reflection mirrors 106 and 107 and travels toward the light valve 108G, and the red light travels toward the light valve 108R. Proceed to. The dichroic prism 103 and the dichroic prism 104 are also collectively referred to as a color separation unit.

ライトバルブ108B、108G、108Rは、それぞれ、青色、緑色、赤色の画像を生成する透過型の液晶パネル等からなる。そして、ライトバルブ108B、108G、108Rを透過した各色の画像データは、偏光子109B、109G、109Rを透過して、特定の直線偏光の光となって、色合成ユニット10に入射する。ここで、偏光子109Bは、P偏光の光のみを透過してS偏光の光を反射または吸収し、偏光子109G、109Rは、S偏光の光のみを透過し、P偏光の光を反射または吸収する。そして、色合成ユニット10に入射した各色の光は、合成されて画像を生成し、投射レンズ部110に入射して、スクリーン111に投影される。   Each of the light valves 108B, 108G, and 108R includes a transmissive liquid crystal panel that generates blue, green, and red images. Then, the image data of each color that has passed through the light valves 108B, 108G, and 108R passes through the polarizers 109B, 109G, and 109R, becomes light of specific linearly polarized light, and enters the color synthesis unit 10. Here, the polarizer 109B transmits only P-polarized light and reflects or absorbs S-polarized light, and the polarizers 109G and 109R transmit only S-polarized light and reflects P-polarized light. Absorb. The light of each color incident on the color synthesis unit 10 is synthesized to generate an image, enters the projection lens unit 110, and is projected on the screen 111.

また、投射型表示装置100は、光源101として、白色光を用いるものとして説明したが、青色光、緑色光、赤色光を発光するランプや半導体レーザ等が集積されたものを用いてもよい。さらには、ダイクロイックプリズム103、104や、反射ミラー105、106、107を用いずに、各色の光源をそれぞれ、各色用のライトバルブに直接、入射するようにしてもよい。この場合も、これら各色の光源をまとめて、光源として定義する。また、白色光の光路中、各色の光の光路中にレンズを備えてもよい。   Further, although the projection display device 100 has been described as using the white light as the light source 101, a projector in which a lamp, a semiconductor laser, or the like emitting blue light, green light, or red light is integrated may be used. Furthermore, instead of using the dichroic prisms 103 and 104 and the reflection mirrors 105, 106, and 107, the light sources of the respective colors may be directly incident on the light valves for the respective colors. Also in this case, the light sources of these colors are collectively defined as light sources. Moreover, you may provide a lens in the optical path of the light of each color in the optical path of white light.

次に、他の構成を有する投射型表示装置について説明する。図6は、色合成ユニット40を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置130を示す模式図である。また、投射型表示装置130を構成する光学部品のうち、投射型表示装置100と同じものについては同じ番号を付して説明の重複を避ける。まず、光源101から発射した光は、偏光変換素子102に入射して特定の偏光方向、例えば直線偏光の光に変換されて、ダイクロイックプリズム133に入射する。ダイクロイックプリズム133は、赤色光を透過し、緑色光および青色光を反射する特性を有し、赤色光は反射ミラー105で反射してライトバルブ138Rの方向へ進行し、緑色光および青色光はダイクロイックプリズム134の方向へ進行する。ダイクロイックプリズム134は、緑色光を反射して青色光を透過する特性を有し、緑色光はライトバルブ138Gの方向へ進行し、青色光は反射ミラー106、107で反射してライトバルブ138Bの方向へ進行する。   Next, a projection display apparatus having another configuration will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing the projection display device 130 according to the present embodiment using the color synthesis unit 40. In addition, among the optical components constituting the projection display device 130, the same components as those of the projection display device 100 are denoted by the same reference numerals to avoid redundant description. First, light emitted from the light source 101 enters the polarization conversion element 102, is converted into light having a specific polarization direction, for example, linearly polarized light, and enters the dichroic prism 133. The dichroic prism 133 has characteristics of transmitting red light and reflecting green light and blue light. The red light is reflected by the reflection mirror 105 and travels in the direction of the light valve 138R, and the green light and blue light are dichroic. Proceed in the direction of the prism 134. The dichroic prism 134 has a characteristic of reflecting green light and transmitting blue light, green light travels in the direction of the light valve 138G, blue light is reflected by the reflection mirrors 106 and 107, and the direction of the light valve 138B. Proceed to

ライトバルブ138B、138G、138Rは、それぞれ、青色、緑色、赤色の画像を生成する透過型の液晶パネル等からなる。そして、ライトバルブ138B、138G、138Rを透過した各色の画像データは、偏光子139B、139G、139Rを透過して、特定の直線偏光の光となって、色合成ユニット40に入射する。ここで、偏光子139R、139Gは、P偏光の光のみを透過してS偏光の光を反射または吸収し、偏光子109BはS偏光の光のみを透過し、P偏光の光を反射または吸収する。そして、色合成ユニット40に入射した各色の光は、合成されて画像を生成し、投射レンズ部110に入射して、スクリーン111に投影される。また、投射型表示装置130も、光源101としては、白色光以外の光源を用いてもよく、ダイクロイックプリズム133、134や、反射ミラー105、106、107を用いない構成であってもよい。また、白色光の光路中、各色の光の光路中にレンズを備えてもよい。   The light valves 138B, 138G, and 138R are each composed of a transmissive liquid crystal panel that generates blue, green, and red images. Then, the image data of each color transmitted through the light valves 138B, 138G, and 138R is transmitted through the polarizers 139B, 139G, and 139R, and is incident on the color synthesis unit 40 as light of specific linearly polarized light. Here, the polarizers 139R and 139G transmit only P-polarized light and reflect or absorb S-polarized light, and the polarizer 109B transmits only S-polarized light and reflect or absorb P-polarized light. To do. The light of each color incident on the color synthesis unit 40 is synthesized to generate an image, enters the projection lens unit 110, and is projected on the screen 111. The projection display device 130 may also use a light source other than white light as the light source 101, and may be configured without the dichroic prisms 133 and 134 and the reflection mirrors 105, 106, and 107. Moreover, you may provide a lens in the optical path of the light of each color in the optical path of white light.

(投射型表示装置の第2の実施形態)
投射型表示装置100、130は、各色それぞれにライトバルブを備える構成について示したが、本実施形態に係る投射型表示装置は、反射型液晶素子(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)を備える。反射型液晶素子は、ライトバルブ等の透過型の液晶素子とは異なり、光を反射させる側に、液晶を駆動するためのトランジスタ等の構造体を形成することができるので、画素密度を高くすることができる。これにより、高い解像度、高い開口率、さらに、高いコントラスト比が得られるという特徴を有する。
(Second Embodiment of Projection Display Device)
Although the projection display devices 100 and 130 have been described with respect to the configuration including the light valve for each color, the projection display device according to the present embodiment includes a reflective liquid crystal element (LCOS: Liquid Crystal on Silicon). Unlike a transmissive liquid crystal element such as a light valve, a reflective liquid crystal element can form a structure such as a transistor for driving liquid crystal on the light reflecting side, thereby increasing the pixel density. be able to. As a result, a high resolution, a high aperture ratio, and a high contrast ratio can be obtained.

図7は、色合成ユニット10を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置150を示す模式図である。投射型表示装置150は、半導体レーザ等の青色光源151B、緑色光源151G、赤色光源151Rを有し、それぞれ、レンズ152B、152G、152Rを介して色合成ユニット10に入射する。なお、この場合も、青色光源151B、緑色光源151G、赤色光源151Rをまとめて光源と定義する。また、青色光源151B、緑色光源151G、赤色光源151Rから色合成ユニット10までの光路中に偏光子を用いてもよい。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a projection display device 150 according to the present embodiment using the color synthesis unit 10. The projection display device 150 includes a blue light source 151B such as a semiconductor laser, a green light source 151G, and a red light source 151R, and enters the color synthesis unit 10 via lenses 152B, 152G, and 152R, respectively. Also in this case, the blue light source 151B, the green light source 151G, and the red light source 151R are collectively defined as light sources. Further, a polarizer may be used in the optical path from the blue light source 151B, the green light source 151G, and the red light source 151R to the color synthesis unit 10.

そして、色合成ユニット10によって合成されて出射した光は、いずれもS偏光の光となって偏光ビームスプリッタ153へ進行する。偏光ビームスプリッタ153は、S偏光の光を反射してP偏光の光を透過する特性を有し、S偏光の光が偏光ビームスプリッタ153で反射して反射型液晶素子154へ進行する。反射型液晶素子154で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光は、S偏光の光とP偏光の光とが混在するが、偏光ビームスプリッタ153に入射すると、S偏光の光がスクリーン156とは異なる方向に反射されるのに対し、P偏光の光が直進透過し、投射レンズ部155に入射して、スクリーン156に画像が投影される。   Then, all the lights synthesized and emitted by the color synthesis unit 10 are converted to S-polarized light and travel to the polarization beam splitter 153. The polarization beam splitter 153 has a characteristic of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light, and the S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 153 and travels to the reflective liquid crystal element 154. The light reflected by the reflective liquid crystal element 154 is reflected after the polarization state is changed so as to correspond to each pixel in accordance with the image to be projected. At this time, the reflected light is a mixture of S-polarized light and P-polarized light. However, when the light is incident on the polarization beam splitter 153, the S-polarized light is reflected in a different direction from the screen 156. , P-polarized light passes straight through, enters the projection lens unit 155, and an image is projected onto the screen 156.

次に、他の構成を有する投射型表示装置について説明する。図8は、色合成ユニット40を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置170を示す模式図である。また、投射型表示装置170を構成する光学部品のうち、投射型表示装置150と同じものについては同じ番号を付して説明の重複を避ける。投射型表示装置170は、半導体レーザ等の青色光源171B、緑色光源171G、赤色光源171Rを有し、それぞれ、レンズ172B、172G、172Rを介して色合成ユニット40に入射する。なお、この場合も、青色光源171B、緑色光源171G、赤色光源171Rをまとめて光源と定義する。また、青色光源171B、緑色光源171G、赤色光源171Rから色合成ユニット40までの光路中に偏光子を用いてもよい。   Next, a projection display apparatus having another configuration will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing a projection display device 170 according to the present embodiment using the color synthesis unit 40. In addition, among the optical components constituting the projection display device 170, the same components as those of the projection display device 150 are denoted by the same reference numerals to avoid duplicate description. The projection type display device 170 has a blue light source 171B such as a semiconductor laser, a green light source 171G, and a red light source 171R, and enters the color synthesis unit 40 through lenses 172B, 172G, and 172R, respectively. Also in this case, the blue light source 171B, the green light source 171G, and the red light source 171R are collectively defined as light sources. Further, a polarizer may be used in the optical path from the blue light source 171B, the green light source 171G, and the red light source 171R to the color synthesis unit 40.

そして、色合成ユニット40によって合成されて出射した光は、いずれもP偏光の光となって偏光ビームスプリッタ173へ進行する。偏光ビームスプリッタ173は、P偏光の光を透過してS偏光の光を反射する特性を有し、P偏光の光が偏光ビームスプリッタ173を透過して反射型液晶素子174へ進行する。反射型液晶素子174で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光は、S偏光の光とP偏光の光とが混在するが、偏光ビームスプリッタ173に入射すると、P偏光の光がスクリーン156とは異なる方向に進行するのに対し、S偏光の光が反射し、投射レンズ部155に入射して、スクリーン156に画像が投影される。   Then, all of the lights synthesized and emitted by the color synthesis unit 40 become P-polarized light and travel to the polarization beam splitter 173. The polarization beam splitter 173 has a characteristic of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light, and the P-polarized light passes through the polarization beam splitter 173 and proceeds to the reflective liquid crystal element 174. The light reflected by the reflective liquid crystal element 174 is reflected after the polarization state is converted so as to correspond to each pixel in accordance with the image to be projected. At this time, the reflected light is a mixture of S-polarized light and P-polarized light, but when entering the polarization beam splitter 173, the P-polarized light travels in a different direction from the screen 156, whereas S-polarized light is reflected, enters the projection lens unit 155, and an image is projected onto the screen 156.

本実施形態に係る投射型表示装置150、170は、とくに、偏光ビームスプリッタ153、173、反射型液晶素子154、174を用いて画像を生成する。そのため、色合成ユニット10、40を出射した各色の光の偏光状態が、同一方向の直線偏光であると、色合成ユニット10と偏光ビームスプリッタ153との間の光路中または、色合成ユニット40と偏光ビームスプリッタ173との間の光路中に、各色の光の偏光状態を揃えるための偏光変換素子を配置しなくてもよく、装置の小型化が実現できる。   The projection display devices 150 and 170 according to the present embodiment generate images using the polarization beam splitters 153 and 173 and the reflective liquid crystal elements 154 and 174, in particular. Therefore, if the polarization state of the light of each color emitted from the color synthesis units 10 and 40 is linearly polarized light in the same direction, or in the optical path between the color synthesis unit 10 and the polarization beam splitter 153 or the color synthesis unit 40 It is not necessary to arrange a polarization conversion element for aligning the polarization state of light of each color in the optical path between the polarization beam splitter 173, and the apparatus can be downsized.

本実施例では、色合成ユニット10の具体的な設計例について図1を参照しながら説明するが、まず、波長選択型変調素子20について説明する。透明基板21a、21bとして白板ガラス基板を用いて、これらを洗浄、乾燥し、一方の面に真空蒸着法を用いて反射防止膜を形成する。次に、白板ガラスの、反射防止膜を形成した面とは反対側の面に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、配向膜上に複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、UV光を照射することによって、液晶分子の長軸方向が均一で厚さ方向に揃った高分子液晶からなる厚さ3.75μmの第1の波長板22および第2の波長板24を形成する。このとき、第1の波長板22および第2の波長板24で発生する位相差は、波長450nmの光に対して90°(=π/2)であり、波長510nmの光に対して78°である。なお、この液晶分子の長軸方向が遅相軸方向に相当する。   In this embodiment, a specific design example of the color synthesis unit 10 will be described with reference to FIG. 1. First, the wavelength selective modulation element 20 will be described. Using a white glass substrate as the transparent substrates 21a and 21b, these are washed and dried, and an antireflection film is formed on one surface using a vacuum deposition method. Next, an alignment film is formed by rubbing a polyimide film formed by applying polyimide on the surface of the white plate glass opposite to the surface on which the antireflection film is formed. Then, a liquid crystal monomer having birefringence is uniformly coated on the alignment film and irradiated with UV light, whereby the thickness 3 of the polymer liquid crystal in which the major axis direction of the liquid crystal molecules is uniform and aligned in the thickness direction. A first wave plate 22 and a second wave plate 24 of .75 μm are formed. At this time, the phase difference generated in the first wave plate 22 and the second wave plate 24 is 90 ° (= π / 2) with respect to light having a wavelength of 450 nm and 78 ° with respect to light having a wavelength of 510 nm. It is. The major axis direction of the liquid crystal molecules corresponds to the slow axis direction.

次に、図示しない透明基板として白板ガラス基板を用いて、これらを洗浄、乾燥し、この白板ガラス基板面に、Taの層とSiOの層を交互に積層して光学多層膜を形成し、図示しないもう1枚の白板ガラス基板で光学多層膜を挟持する。光学多層膜は、具体的には、表1に示す構造とし、この光学多層膜がダイクロイックミラー23に相当する。なお、表1には510nmの光に対するTaとSiOの屈折率を示すとともに、各層の膜厚を示す。 Next, using a white glass substrate as a transparent substrate (not shown), these are washed and dried, and Ta 2 O 5 layers and SiO 2 layers are alternately laminated on the white plate glass substrate surface to form an optical multilayer film. The optical multilayer film is formed and sandwiched by another white glass substrate (not shown). Specifically, the optical multilayer film has a structure shown in Table 1, and this optical multilayer film corresponds to the dichroic mirror 23. Table 1 shows the refractive indexes of Ta 2 O 5 and SiO 2 with respect to light of 510 nm and the film thickness of each layer.

Figure 2012078640
Figure 2012078640

図9は、表1に基づくダイクロイックミラー23において、光がダイクロイックミラー23面の法線方向から入射したときの、透過率および反射率の波長依存性を示したものである。また、表1の構成は、入射光の偏光依存性がなく、偏光状態に関わらず同様の利用効率の特性が得られる。ここで、図9において、反射率を実線で示し、透過率を破線で示すが、表1に基づく光学多層膜の構成より、435〜465nmの波長範囲を450nm波長帯とするとき、450nm波長帯の光の反射率は、略100%であるのに対して、495〜525nmの波長範囲を510nm波長帯とするとき、510nm波長帯の光の反射率は略0%、つまり510nm波長帯の光の透過率は略100%である。したがって、表1に基づく光学多層膜において、光学多層膜面の法線方向に沿って青色光と緑色光が入射すると、選択的に青色光がほぼ全反射されるのに対し、緑色光はほぼ全透過する。   FIG. 9 shows the wavelength dependence of the transmittance and the reflectance when light is incident from the normal direction of the surface of the dichroic mirror 23 in the dichroic mirror 23 based on Table 1. In addition, the configuration shown in Table 1 is not dependent on the polarization of incident light, and the same utilization efficiency characteristics can be obtained regardless of the polarization state. Here, in FIG. 9, the reflectance is shown by a solid line and the transmittance is shown by a broken line. However, from the configuration of the optical multilayer film based on Table 1, when the wavelength range of 435 to 465 nm is a 450 nm wavelength band, The reflectance of light in the wavelength range from 495 to 525 nm is approximately 510%, whereas the reflectance in the 510 nm wavelength band is approximately 0%, that is, the light in the 510 nm wavelength band. The transmittance of is approximately 100%. Therefore, in the optical multilayer film based on Table 1, when blue light and green light are incident along the normal direction of the optical multilayer film surface, the blue light is selectively totally reflected, whereas the green light is almost totally reflected. Transmits completely.

その後、第1の透明基板21a上に形成した、高分子液晶からなる第1の波長板22と、第2の透明基板21b上に形成した、高分子液晶からなる第2の波長板24と、によって、ダイクロイックミラー23を挟持するように、両側から透明な接着剤で接着して波長選択型変調素子20を得る。このとき、透明基板21a、21bに形成した反射防止膜が最表面となるとともに、第1の波長板22の遅相軸と、第2の波長板24の遅相軸とが直交するように重ね合わせる。   Thereafter, a first wave plate 22 made of polymer liquid crystal formed on the first transparent substrate 21a, and a second wave plate 24 made of polymer liquid crystal formed on the second transparent substrate 21b, Thus, the wavelength-selective modulation element 20 is obtained by bonding with a transparent adhesive from both sides so as to sandwich the dichroic mirror 23. At this time, the antireflection film formed on the transparent substrates 21a and 21b is the outermost surface, and the slow axis of the first wave plate 22 and the slow axis of the second wave plate 24 are overlapped so as to be orthogonal to each other. Match.

次に、偏光ビームスプリッタ30について説明する。透明基板として白板ガラスを洗浄、乾燥し、白板ガラス基板面に、Taの層とSiOの層を交互に積層して光学多層膜を形成し、もう1枚の白板ガラス基板で光学多層膜を挟持する。光学多層膜31は、具体的には、表2に示す構造とし、表2には510nmの光に対するTaとSiOの屈折率を示すとともに、各層の膜厚を示す。 Next, the polarization beam splitter 30 will be described. White plate glass is washed and dried as a transparent substrate, Ta 2 O 5 layers and SiO 2 layers are alternately laminated on the surface of the white plate glass substrate to form an optical multilayer film. The multilayer film is sandwiched. Specifically, the optical multilayer film 31 has the structure shown in Table 2, and Table 2 shows the refractive indexes of Ta 2 O 5 and SiO 2 with respect to light of 510 nm and the film thickness of each layer.

Figure 2012078640
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そして、2つの白板ガラス基板について、基板の表面が、光学多層膜31の面に対して45°の角度をなすように加工して、偏光ビームスプリッタ30を得る。図10は、表2に基づく光学多層膜31を有する偏光ビームスプリッタ30において、光が光学多層膜31面に対して45°の角度をなす方向から入射したときの、透過率および反射率の波長依存性を示したものである。ここで、図10において、青色光近傍の特性を細実線、緑色光近傍の特性を破線、赤色光近傍の特性を太実線で示す。また、横軸には利用効率を示しているが、これは、青色光近傍に対しては、P偏光の光の透過率とS偏光の光の反射率との積を表したものである。ここで、青色光において利用効率が略100%であることから、青色光におけるP偏光の光の透過率、S偏光の光の反射率が略100%であることを示している。   Then, the two white glass substrates are processed so that the surfaces of the substrates form an angle of 45 ° with respect to the surface of the optical multilayer film 31 to obtain the polarization beam splitter 30. FIG. 10 shows the wavelength of transmittance and reflectance when light is incident from a direction forming an angle of 45 ° with respect to the surface of the optical multilayer film 31 in the polarizing beam splitter 30 having the optical multilayer film 31 based on Table 2. It shows dependency. Here, in FIG. 10, the characteristics in the vicinity of blue light are indicated by a thin solid line, the characteristics in the vicinity of green light are indicated by a broken line, and the characteristics in the vicinity of red light are indicated by a thick solid line. The horizontal axis indicates the utilization efficiency, which represents the product of the transmittance of P-polarized light and the reflectance of S-polarized light for the vicinity of blue light. Here, since the utilization efficiency in blue light is approximately 100%, it indicates that the transmittance of P-polarized light and the reflectance of S-polarized light in blue light are approximately 100%.

また、図10において、緑色光近傍に対しては、S偏光の光の反射率を利用効率として示し、赤色光近傍に対しては、S偏光の光の透過率を利用効率として示したものである。これより、510nm波長帯の光のうちS偏光の光の反射率は、略100%であり、615〜645nmの波長範囲を630nm波長帯とするとき、630nm波長帯の光のうちS偏光の光の透過率は、略100%である。したがって、表2に基づく光学多層膜31において、光学多層膜31面に対して45°の角度をなす方向からそれぞれ、所定の偏光状態の光が入射すると、偏光状態や波長に応じて選択的に透過したり反射したりする。   Further, in FIG. 10, the reflectance of S-polarized light is shown as the utilization efficiency for the vicinity of green light, and the transmittance of S-polarized light is shown as the utilization efficiency for the vicinity of red light. is there. Accordingly, the reflectance of the S-polarized light in the 510 nm wavelength band is approximately 100%, and the S-polarized light in the 630 nm wavelength band when the wavelength range of 615 to 645 nm is the 630 nm wavelength band. The transmittance of is approximately 100%. Therefore, in the optical multilayer film 31 based on Table 2, when light of a predetermined polarization state is incident from a direction that forms an angle of 45 ° with respect to the surface of the optical multilayer film 31, it is selectively selected according to the polarization state and wavelength. Transmit or reflect.

本実施例で作製した波長選択型変調素子20と、偏光ビームスプリッタ30と、を色合成ユニット30としてユニット化し、図2(a)、図2(b)に示す方向より、青色光35B、緑色光35G、赤色光35Rを、それぞれの偏光方向の光として入射する。そうすると、P偏光の光として入射する青色光35Bは、偏光ビームスプリッタ30を、ほぼ100%の透過率で透過して、波長選択型変調素子20のダイクロイックミラー23でほぼ100%の反射率で反射される。そして、S偏光の光となった青色光36Bは、偏光ビームスプリッタ30で、ほぼ100%の反射率で反射する。   The wavelength selective modulation element 20 and the polarization beam splitter 30 manufactured in the present embodiment are unitized as a color synthesis unit 30, and blue light 35B and green are displayed in the directions shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). The light 35G and the red light 35R are incident as light in the respective polarization directions. Then, the blue light 35B incident as P-polarized light is transmitted through the polarization beam splitter 30 with a transmittance of approximately 100%, and reflected with a reflectance of approximately 100% by the dichroic mirror 23 of the wavelength selective modulation element 20. Is done. Then, the blue light 36B that has become S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 30 with a reflectance of almost 100%.

また、S偏光の光として入射する緑色光35Gは、波長選択型変調素子20のダイクロイックミラー23でほぼ100%の透過率で透過するとともに、波長選択型変調素子20をS偏光の光として透過する。そして、緑色光35Gは、偏光ビームスプリッタ30で、ほぼ100%の反射率で反射する。さらに、S偏光の光として入射する赤色光35Rは、偏光ビームスプリッタ30を、ほぼ100%の透過率で透過する。これより、色合成ユニット10(偏光ビームスプリッタ30)を出射する各色の光は、高い光利用効率でかつ、同じ偏光状態の直線偏光の光として合成される。   Further, the green light 35G incident as S-polarized light is transmitted through the dichroic mirror 23 of the wavelength selective modulation element 20 with a transmittance of almost 100%, and is transmitted through the wavelength selective modulation element 20 as S-polarized light. . The green light 35G is reflected by the polarization beam splitter 30 with a reflectance of almost 100%. Further, the red light 35R incident as S-polarized light is transmitted through the polarization beam splitter 30 with a transmittance of almost 100%. Thus, the light of each color emitted from the color combining unit 10 (polarization beam splitter 30) is combined as linearly polarized light with high light utilization efficiency and the same polarization state.

以上のように、本発明は、進行方向および波長が異なって入射する3種の光を安定した光学特性で合成して出射する色合成ユニットおよび投射型表示装置を提供することができる。   As described above, the present invention can provide a color synthesizing unit and a projection display device that synthesizes and emits three types of incident light with different traveling directions and wavelengths with stable optical characteristics.

10、40 色合成ユニット
20 波長選択型変調素子
21a 第1の透明基板
21b 第2の透明基板
22 第1の波長板
23 ダイクロイックミラー
24 第2の波長板
30、50、153、173 偏光ビームスプリッタ
31、51 光学多層膜
35R、55R、205R、215R 赤色光
35G、55G、205G、215G 緑色光
35B、36B、55B、56B、205B、215B 青色光
100、130、150 投射型表示装置
101 光源
102 偏光変換素子
103、104、133、134 ダイクロイックプリズム
105、106、107 反射ミラー
108R、108G、108B、138R、138G、138B ライトバルブ
109R、109G、109B、139R、139G、139B 偏光子
110、155 投射レンズ部
111、156 スクリーン
151R、171R 赤色光源
151G、171G 緑色光源
151B、171B 青色光源
152R、152G、152B、172R、172G、172B レンズ
154、174 反射型液晶素子
200 合成プリズム
201、202 反射面
211、212、213 3角プリズム
211a、212a 誘電体多層膜
10, 40 color synthesis unit 20 wavelength selective modulation element 21a first transparent substrate 21b second transparent substrate 22 first wave plate 23 dichroic mirror 24 second wave plate 30, 50, 153, 173 polarization beam splitter 31 , 51 Optical multilayer film 35R, 55R, 205R, 215R Red light 35G, 55G, 205G, 215G Green light 35B, 36B, 55B, 56B, 205B, 215B Blue light 100, 130, 150 Projection display device 101 Light source 102 Polarization conversion Element 103, 104, 133, 134 Dichroic prism 105, 106, 107 Reflection mirror 108R, 108G, 108B, 138R, 138G, 138B Light valve 109R, 109G, 109B, 139R, 139G, 139B Polarizer 110, 155 Projection lens unit 111, 156 Screen 151R, 171R Red light source 151G, 171G Green light source 151B, 171B Blue light source 152R, 152G, 152B, 172R, 172G, 172B Lens 154, 174 Reflective liquid crystal element 200 Composite prism 201, 202 Reflecting surface 211 212, 213 Triangular prism 211a, 212a Dielectric multilayer film

Claims (7)

互いに異なる第1の波長帯λの光、第2の波長帯λの光および第3の波長帯λの光が、それぞれ異なる方向から入射して、同一方向に出射する色合成ユニットであって、
前記色合成ユニットは、波長選択型変調素子と、偏光ビームスプリッタと、を備え、
前記波長選択型変調素子は、第1の波長板と、ダイクロイックミラーと、第2の波長板と、がこの順番に備えられ、
前記第1の波長板および前記第2の波長板は、前記第1の波長帯λの光に対して1/4波長板として機能する特性を有し、
前記ダイクロイックミラーは、前記第1の波長帯λの光を反射するとともに、前記第2の波長帯λの光を透過し、
前記偏光ビームスプリッタは、前記第1の波長帯λの光のうち、第1の直線偏光の光を反射するとともに、前記第1の直線偏光の光と直交する第2の直線偏光の光を透過し、かつ、
前記第2の波長帯λの光のうち少なくとも前記第1の直線偏光の光を反射するとともに、前記第3の波長帯λの光を透過するかまたは、前記第2の波長帯λの光のうち少なくとも前記第2の直線偏光の光を透過するとともに、前記第3の波長帯λの光を反射する、色合成ユニット。
A color synthesis unit in which light in the first wavelength band λ 1 , light in the second wavelength band λ 2 , and light in the third wavelength band λ 3 are incident from different directions and emitted in the same direction. There,
The color synthesis unit includes a wavelength selective modulation element and a polarization beam splitter,
The wavelength selective modulation element includes a first wave plate, a dichroic mirror, and a second wave plate in this order,
The first wave plate and the second wave plate have a characteristic of functioning as a quarter wave plate for light in the first wavelength band λ 1 ,
The dichroic mirror reflects the light in the first wavelength band λ 1 and transmits the light in the second wavelength band λ 2 ;
The polarization beam splitter reflects the first linearly polarized light out of the light in the first wavelength band λ1, and the second linearly polarized light orthogonal to the first linearly polarized light. Transparent and
Of the light in the second wavelength band λ 2 , the light reflects at least the first linearly polarized light and transmits the light in the third wavelength band λ 3 , or the second wavelength band λ 2. A color synthesizing unit that transmits at least the second linearly polarized light and reflects the light in the third wavelength band λ3.
前記第1の波長帯λの光は、前記偏光ビームスプリッタ、前記波長選択型変調素子の順に入射し、
前記第2の波長帯λの光は、前記波長選択型変調素子、前記偏光ビームスプリッタの順に入射し、
前記第3の波長帯λの光は、前記偏光ビームスプリッタのみに入射する請求項1に記載の色合成ユニット。
The light in the first wavelength band λ 1 is incident on the polarization beam splitter and the wavelength selective modulation element in this order,
The light in the second wavelength band λ 2 is incident on the wavelength selective modulation element and the polarization beam splitter in this order,
The color synthesis unit according to claim 1, wherein the light of the third wavelength band λ 3 is incident only on the polarization beam splitter.
同一方向に出射する前記第1の波長帯λの光、前記第2の波長帯λの光および前記第3の波長帯λの光が、いずれも前記第1の直線偏光の光であるかまたは、いずれも前記第2の直線偏光の光である請求項1または請求項2に記載の色合成ユニット。 The light in the first wavelength band λ 1 , the light in the second wavelength band λ 2 , and the light in the third wavelength band λ 3 that are emitted in the same direction are all light of the first linearly polarized light. 3. The color synthesis unit according to claim 1, wherein each of the color synthesis units is the light of the second linearly polarized light. 前記第1の波長板および前記第2の波長板は、同一の複屈折性材料からなるとともに同じ厚さを有し、前記第1の波長板の遅相軸方向と、前記第2の波長板の遅相軸方向とが、略直交するように配置される請求項1〜3いずれか1項に記載に色合成ユニット。   The first wave plate and the second wave plate are made of the same birefringent material and have the same thickness, and the slow axis direction of the first wave plate and the second wave plate The color synthesizing unit according to claim 1, wherein the slow axis direction is arranged so as to be substantially orthogonal to each other. 前記第1の波長帯λの光は青色光であり、前記第2の波長帯λの光は緑色光であり、前記第3の波長帯λの光は赤色光である請求項1〜4いずれか1項に記載の色合成ユニット。 The light in the first wavelength band λ 1 is blue light, the light in the second wavelength band λ 2 is green light, and the light in the third wavelength band λ 3 is red light. The color synthesis unit according to any one of -4. 少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する複数のライトバルブと、画像を投射する投射レンズ部と、
前記複数のライトバルブと、前記投射レンズ部との間の光路中に、請求項1〜5いずれか1項に記載の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置。
A light source that emits at least blue light, green light, and red light; a plurality of light valves that modulate the blue light, the green light, and the red light according to a displayed image; and a projection lens unit that projects an image;
A projection display device comprising the color synthesis unit according to claim 1 in an optical path between the plurality of light valves and the projection lens unit.
少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する反射型液晶素子と、画像を投射する投射レンズ部と、
前記光源と、前記反射型液晶素子との間の光路中に、請求項1〜5いずれか1項に記載の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置。
A light source that emits at least blue light, green light, and red light; a reflective liquid crystal element that modulates the blue light, the green light, and the red light according to a displayed image; and a projection lens unit that projects an image;
A projection display device comprising the color synthesis unit according to any one of claims 1 to 5 in an optical path between the light source and the reflective liquid crystal element.
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