JP2020181133A

JP2020181133A - Projection type display device

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Publication number: JP2020181133A
Application number: JP2019085458A
Authority: JP
Inventors: 裕一日下部; Yuichi Kusakabe; 善敬池田; Yoshitaka Ikeda; 古屋　正人; Masato Furuya; 正人古屋; 忠相澤; Tadashi Aizawa; 北見　薫; Kaoru Kitami; 薫北見; 健人松岡; Taketo Matsuoka
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; JVCKenwood Corp; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: JP7249861B2

Abstract

To provide a laser projector in which speckle is suppressed.SOLUTION: A projection type display device 10 comprises: spatial light modulators 11, 12, 13; a color synthesis prism 5 in which light LR,LG,LB emitted by the spatial light modulators 11, 12, 13 respectively is made to be light LClr on the same optical axis; and a polarization control element 70 that is arranged on an emission side of the light of the color synthesis prism 5 and that changes polarization directions of a projector lens 6 for controlling the size of a projected image and the light LClr. The polarization control element 70 includes: a liquid crystal element 7 in which a liquid crystal is sandwiched between a pair of electrodes connected to an AC power source PS; and a wavelength plate 8 placed on an emission side of the light. The magnitude of voltage applied to the liquid crystal is configured to be temporally changed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スクリーンに画像を表示する投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection type display device that displays an image on a screen.

次世代の映像規格である４Ｋ、８Ｋ放送では、従来よりも広い色域の色域規格（ＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ．２０２０）が採用される。このような広い色域の表色系の色をディスプレイで完全に再現するためには、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色の光に単波長光源のレーザー光源が用いられる。ところが、レーザー光はコヒーレンシー（可干渉性）が高いので、相互に干渉し易い。そのため、液晶パネル等からスクリーンに画像を投影するプロジェクタにおいては、スクリーンで反射した光がスクリーン表面の微小な凹凸によって相互干渉し、局所的に明暗の変化を生じる。この明暗の変化による斑点（スペックル）模様が発生し、見かけ上、画像にざらつきを生じて画質を低下させることになる。 In 4K and 8K broadcasting, which are next-generation video standards, a color gamut standard with a wider color gamut than before (ITU-R Recommendation BT.2020) is adopted. In order to completely reproduce the color system of such a wide color gamut on the display, a laser light source of a single wavelength light source is used for the light of the three primary colors R, G, and B. However, since laser light has high coherency (interfering property), it easily interferes with each other. Therefore, in a projector that projects an image from a liquid crystal panel or the like onto a screen, the light reflected by the screen interferes with each other due to minute irregularities on the screen surface, causing a local change in brightness. A speckle pattern is generated due to this change in light and darkness, which causes the image to appear grainy and deteriorates the image quality.

スペックルは、画像上に固定されたパターンであることにより視認されるので、パターンを時間的に変化させることで、積分効果によって視認され難くすることができる。そこで、スクリーンを振動させるスクリーン用のアクチュエータが開示されている（例えば、特許文献１）。また、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）で入射光をＳ偏光とＰ偏光とに分離して、一方の偏光を２枚のミラーで多重反射させて光路長の異なる無数のスペックルパターンを生成し、重畳してスペックルのコントラストを低減するプロジェクタが開示されている（例えば、特許文献２）。また、スペックルパターンが偏光方向にも依存することから、レーザー光の偏光方向を時間的に変化させながら、走査型ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーデバイスやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）で構成された空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）に入射する画像投射装置が開示されている（例えば、特許文献３，４）。特許文献３に記載された装置は、回転する１／２波長板、または電気光学結晶（ニオブ酸リチウム）や可変ファラデー回転子による偏波制御器で偏光方向を回転させている。特許文献４に記載された装置は、液晶素子で、印加電圧を変化させて偏光方向を回転させている。 Since the speckle is visually recognized because it is a fixed pattern on the image, it can be made difficult to be visually recognized by the integration effect by changing the pattern with time. Therefore, an actuator for a screen that vibrates the screen is disclosed (for example, Patent Document 1). In addition, a polarizing beam splitter (PBS: Polarizing Beam Splitter) separates incident light into S-polarized light and P-polarized light, and multiple reflections of one polarized light are performed by two mirrors to create innumerable speckle patterns with different optical path lengths. A projector that is generated and superposed to reduce speckle contrast is disclosed (for example, Patent Document 2). In addition, since the speckle pattern also depends on the polarization direction, it is composed of a scanning MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror device and a DMD (Digital Micromirror Device) while changing the polarization direction of the laser light with time. An image projection device incident on a Spatial Light Modulator (SLM) is disclosed (for example, Patent Documents 3 and 4). The apparatus described in Patent Document 3 rotates the polarization direction with a rotating 1/2 wave plate, or a polarization controller using an electro-optical crystal (lithium niobate) or a variable Faraday rotator. The apparatus described in Patent Document 4 is a liquid crystal element, which rotates the polarization direction by changing the applied voltage.

特表２０１７−５０７３４７号公報Special Table 2017-507347 特開２０１３−２３８８５８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-238858 特開２００６−４７４２２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-47422 特許第５６７３５４４号公報Japanese Patent No. 5673544

しかし、特許文献１に記載された装置は、スクリーンが大画面化すると実用困難になる。また、特許文献２に記載された装置は、ＰＢＳやミラー等の光学素子の配置、構成が複雑である。また、特許文献３に記載された装置は、大判の１／２波長板を機械的手段で高速回転させるのは困難であり、また、電気光学結晶や可変ファラデー回転子は、大型のものは製造困難で製造コストが増大する。そのため、空間光変調器等に入力する前の小さい光径の光に対して偏光方向を変化させてから、レンズで必要な光径に拡大する必要があり、一定の偏光方向の光を入射する液晶空間光変調器等には適用困難である。特許文献４に記載された装置は、走査型ＭＥＭＳミラーデバイスによる装置であるので、フレームを形成する期間に偏光方向を回転させることができない。 However, the device described in Patent Document 1 becomes difficult to put into practical use when the screen becomes large. Further, the apparatus described in Patent Document 2 has a complicated arrangement and configuration of optical elements such as PBS and mirror. Further, in the apparatus described in Patent Document 3, it is difficult to rotate a large-sized 1/2 wave plate at high speed by mechanical means, and large electro-optical crystals and variable Faraday rotators are manufactured. Difficult and increasing manufacturing costs. Therefore, it is necessary to change the polarization direction for light with a small light diameter before inputting to a spatial light modulator or the like, and then expand the light to the light diameter required by the lens, so that light in a constant polarization direction is incident. It is difficult to apply to liquid crystal spatial light modulators and the like. Since the device described in Patent Document 4 is a device based on a scanning MEMS mirror device, the polarization direction cannot be rotated during the period of forming the frame.

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、大型化、複雑化することなく、スペックルを低減した高画質の画像をスクリーンに投影することができる、投射型表示装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a projection type display device capable of projecting a high-quality image with reduced speckle on a screen without increasing the size and complexity. That is the issue.

本発明に係る投射型表示装置は、互いに波長域の異なる光を出射する２以上の空間光変調器と、前記２以上の空間光変調器のそれぞれが出射した光を同一光軸とする光合成手段と、前記光合成手段の光の出射側に配置され、投影する画像の寸法を制御する投射レンズおよび光の偏光方向を変化させる偏光制御素子と、を備え、前記偏光制御素子が、交流電源に接続した一対の電極で液晶を挟んだ液晶複屈折制御素子と、前記液晶複屈折制御素子の光の出射側に配置された波長板と、を備え、前記液晶に印加する電圧の大きさを時間的に変化させる構成とする。 The projection type display device according to the present invention is a photosynthetic means in which two or more spatial light modulators that emit light having different wavelength ranges and the light emitted by each of the two or more spatial optical modulators have the same optical axis. A projection lens arranged on the light emitting side of the photosynthetic means to control the dimensions of the projected image and a polarization control element for changing the polarization direction of the light, and the polarization control element is connected to an AC power supply. A liquid crystal birefringence control element in which a liquid crystal is sandwiched between the pair of electrodes, and a wavelength plate arranged on the light emitting side of the liquid crystal birefringence control element are provided, and the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal is determined in time. The configuration is changed to.

かかる構成により、投射型表示装置は、偏光方向を回転させながら光をスクリーンに投影するので、スクリーンに表示された画像において、見かけ上、スペックルを低減することができる。また、偏光制御素子に液晶を用いることにより、製造容易で大きな光径の光に対して使用することができ、また、偏光方向の回転角度や回転のタイミングの制御が容易である。また、複数の単波長の光を合成した光を偏光制御素子に入射するので、装置が大型化せず、かつ複雑化しない。 With this configuration, the projection type display device projects light onto the screen while rotating the polarization direction, so that the speckle can be apparently reduced in the image displayed on the screen. Further, by using a liquid crystal for the polarization control element, it is easy to manufacture and can be used for light having a large light diameter, and it is easy to control the rotation angle and rotation timing in the polarization direction. Further, since the light obtained by synthesizing the light of a plurality of single wavelengths is incident on the polarization control element, the device does not become large and complicated.

本発明に係る投射型表示装置によれば、大型化、複雑化させることなく、レーザー光源を用いて、スペックルの低減された高画質のカラー画像をスクリーンに投射することができる。 According to the projection type display device according to the present invention, it is possible to project a high-quality color image with reduced speckle on a screen by using a laser light source without increasing the size and complexity.

本発明に係る投射型表示装置の構造を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the projection type display device which concerns on this invention. 本発明に係る投射型表示装置に使用される偏光制御素子の構造を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which schematically explains the structure of the polarization control element used in the projection type display device which concerns on this invention. 図２に示す偏光制御素子による、光の偏光方向について第１の例の制御動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the control operation of the 1st example about the polarization direction of light by the polarization control element shown in FIG. 図２に示す偏光制御素子による、光の偏光方向について第２の例の制御動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the control operation of the 2nd example about the polarization direction of light by the polarization control element shown in FIG. 図２に示す偏光制御素子による、光の偏光方向について第３の例の制御動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the control operation of the 3rd example about the polarization direction of light by the polarization control element shown in FIG. 図２に示す偏光制御素子による、光の偏光方向について第４の例の制御動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the control operation of the 4th example about the polarization direction of light by the polarization control element shown in FIG. 図２に示す偏光制御素子への印加電圧と光の偏光方向の変化との相関を説明する表である。It is a table explaining the correlation between the voltage applied to the polarization control element shown in FIG. 2 and the change in the polarization direction of light. 図２に示す偏光制御素子への印加電圧について、第１の例のタイムチャートである。It is a time chart of the first example about the voltage applied to the polarization control element shown in FIG. 図２に示す偏光制御素子への印加電圧について、第２の例のタイムチャートである。It is a time chart of the second example about the voltage applied to the polarization control element shown in FIG. 図２に示す偏光制御素子への印加電圧について、第３の例のタイムチャートである。It is a time chart of the third example about the voltage applied to the polarization control element shown in FIG. 本発明に係る投射型表示装置に使用される別の偏光制御素子の構造を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which schematically explains the structure of another polarization control element used in the projection type display device which concerns on this invention. 図６に示す偏光制御素子への印加電圧のタイムチャートである。It is a time chart of the voltage applied to the polarization control element shown in FIG.

本発明に係る投射型表示装置を実施するための形態について、図を参照して説明する。図面に示す投射型表示装置およびその要素は、説明を明確にするために、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、また、形状を単純化していることがある。 A mode for carrying out the projection type display device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The projection type display device and its elements shown in the drawings may be exaggerated in size, positional relationship, etc., and may be simplified in shape in order to clarify the explanation.

〔投射型表示装置〕
図１に示すように、本発明の実施形態に係る投射型表示装置１０は、フルカラー画像をスクリーンＳに投影するプロジェクタである。投射型表示装置１０は、三原色の光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bを照射する光源装置３１，３２，３３と、光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bの１つを変調して出射する空間光変調器１１，１２，１３と、空間光変調器１１，１２，１３のそれぞれから出射した光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bを一体にまとめる色合成プリズム（光合成手段）５と、一体にまとめられた光Ｌ_Clrを所望の寸法に拡大してスクリーンＳに投射する投射レンズ６と、スクリーンＳに投射される光Ｌ_Clrの偏光方向を制御する偏光制御素子７０と、を備える。偏光制御素子７０は、液晶素子（液晶複屈折制御素子）７および波長板８を備える。投射型表示装置１０はさらに、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２１，２２，２３、波長板２４，２５，２６、フィールドレンズ４１，４２，４３、および反射ミラー４４，４５を備える。投射型表示装置１０は、公知の３枚方式のカラー液晶プロジェクタに、偏光制御素子７０を追加した構成であるといえる。以下、各要素について詳細に説明する。 [Projection type display device]
As shown in FIG. 1, the projection type display device 10 according to the embodiment of the present invention is a projector that projects a full-color image onto the screen S. Projection display device 10, three primary colors of light L _R, L _G, a light source device 31, 32, 33 for irradiating L _B, light L _R, L _G, the spatial light emitted by modulating one of L _B a modulator 11, 12, 13, the light L _R emitted from the respective spatial light modulators 11, 12, 13, L _G, and the color combining prism (light synthesizing means) 5 combine together to L _B, are summarized together A projection lens 6 for enlarging the light L _Clr to a desired size and projecting it onto the screen S, and a polarization control element 70 for controlling the polarization direction of the light L _Clr projected on the screen S are provided. The polarization control element 70 includes a liquid crystal element (liquid crystal birefringence control element) 7 and a wave plate 8. The projection display device 10 further includes PBS (polarization beam splitter) 21, 22, 23, wave plates 24, 25, 26, field lenses 41, 42, 43, and reflection mirrors 44, 45. It can be said that the projection type display device 10 has a configuration in which a polarization control element 70 is added to a known three-panel color liquid crystal projector. Hereinafter, each element will be described in detail.

（光源装置）
光源装置３１，３２，３３は、それぞれ１ないし配列された複数の半導体レーザー（レーザーダイオード）を備えるレーザー光源であり、互いに異なる波長域の三原色の光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bを照射する。光源装置３１は、光Ｌ_Rを発光する半導体レーザーを備える。光Ｌ_Rは、例えば中心波長λ_R＝６３０ｎｍの赤色光である。光源装置３２は、光Ｌ_Gを発光する半導体レーザーを備える。光Ｌ_Gは、例えば中心波長λ_G＝５３２ｎｍの緑色光である。光源装置３３は、光Ｌ_Bを発光する半導体レーザーを備える。光Ｌ_Bは、例えば中心波長λ_B＝４６７ｎｍの青色光である。光源装置３１，３２，３３は、後記するように、光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_BがＰＢＳ２１，２２，２３で反射して空間光変調器１１，１２，１３に入射されるように配置され、必要に応じて間に反射ミラー４４，４５が配置される。 (Light source device)
Light source device 31, 32, 33 is a laser light source with a respective one or arrayed plurality of semiconductor lasers (laser diode), and irradiates different three primary wavelength area L _R, L _G, the L _B together. Light source device 31 includes a semiconductor laser that emits light L _R. The light L _R is, for example, red light having a center wavelength λ _R = 630 nm. Light source device 32 includes a semiconductor laser that emits light L _G. Light L _G is the green light, for example, the center wavelength lambda _G = 532 nm. Light source device 33 includes a semiconductor laser that emits light L _B. Light L _B is, for example, blue light having a center wavelength lambda _B = 467 nm. Light source device 31, 32 and 33, as described later, the light L _R, L _G, is L _B are arranged so as to be incident on the spatial light modulator 11, 12, 13 is reflected by the PBS21,22,23 , Reflective mirrors 44, 45 are arranged between them as needed.

（空間光変調器）
空間光変調器１１，１２，１３は、それぞれ画素が二次元配列され、入射した光を画素毎に変調して出射する。空間光変調器１１は光Ｌ_Rを、空間光変調器１２は光Ｌ_Gを、空間光変調器１３は光Ｌ_Bを、それぞれ入射される。本実施形態において、空間光変調器１１，１２，１３は、反射型の液晶空間光変調器であり、入射した光を、偏光方向を変化させて反射し、入射面から出射する。反射型の液晶空間光変調器としては、高開口率で比較的高精細化の容易なＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）型が挙げられる。ＬＣＯＳ−ＳＬＭは、シリコン（Ｓｉ）基板に駆動回路を形成してその上に金属電極材料で形成した光反射率の高い画素電極を備え、ガラス等の透明基板上にインジウム−スズ酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）等の透明電極材料で形成した対向電極との間に液晶が封入された構成であり、対向電極側を光の入出射面とする。液晶は、ねじれネマティック（ＴＮ：Twisted Nematic）方式、垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）方式、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）方式等の、液晶ディスプレイに適用される公知の材料が挙げられる。 (Spatial light modulator)
In the spatial light modulators 11, 12, and 13, the pixels are arranged two-dimensionally, and the incident light is modulated for each pixel and emitted. The spatial light modulator 11 is light L _R, the spatial light modulator 12 is light L _G, the spatial light modulator 13 light L _B, are incident respectively. In the present embodiment, the spatial light modulators 11, 12, and 13 are reflection type liquid crystal spatial light modulators, which reflect the incident light by changing the polarization direction and emit it from the incident surface. Examples of the reflective liquid crystal spatial light modulator include the LCOS (Liquid Crystal On Silicon) type, which has a high aperture ratio and is relatively easy to achieve high definition. LCOS-SLM is provided with a highly light-reflecting pixel electrode formed of a metal electrode material on a drive circuit formed on a silicon (Si) substrate, and indium-tin oxide (Indium) is provided on a transparent substrate such as glass. A liquid crystal is enclosed between the counter electrode formed of a transparent electrode material such as Tin Oxide (ITO), and the counter electrode side is used as a light input / output surface. Examples of the liquid crystal include known materials applied to liquid crystal displays such as a twisted nematic (TN: Twisted Nematic) method, a vertical alignment (VA: Vertical Alignment) method, and an OCB (Optically Compensated Bend) method.

投射型表示装置１０において、空間光変調器１１，１２，１３は、それぞれ光の出射面（入出射面）を、色合成プリズム５の光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bの各入射面に対向させて配置される。さらに、空間光変調器１１と色合成プリズム５の間には、波長板２４、ＰＢＳ２１が配置され、空間光変調器１２と色合成プリズム５の間には、波長板２５、ＰＢＳ２２が配置され、空間光変調器１３と色合成プリズム５の間には、波長板２６、ＰＢＳ２３が配置される。 Facing in the projection type display device 10, the spatial light modulator 11, 12, the exit surface of each light (incident and exit surface), light L _R of the color combining prism 5, L _G, the respective incident surface of the L _B Will be placed. Further, a wave plate 24 and PBS 21 are arranged between the spatial light modulator 11 and the color synthesis prism 5, and a wave plate 25 and PBS 22 are arranged between the spatial light modulator 12 and the color synthesis prism 5. A wave plate 26 and PBS 23 are arranged between the spatial light modulator 13 and the color synthesis prism 5.

（偏光ビームスプリッタ）
ＰＢＳ２１，２２，２３は、光源装置３１，３２，３３から照射された、様々な方向の偏光を含む光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bから、Ｐ偏光とそれに直交するＳ偏光の２つの直線偏光に分離して取り出す光学素子である。図１に示すＰＢＳ２１，２２，２３は、２つの直角プリズムを接合したキューブタイプの偏光ビームスプリッタである。ＰＢＳ２１，２２，２３は、それぞれ空間光変調器１１，１２，１３の入出射面に対向し、かつ入出射面に対して界面（接合面）を４５°傾斜させて配置される。図１においては、ＰＢＳ２１，２２，２３はいずれも、界面を紙面方向に４５°回転させて配置されている。 (Polarizing beam splitter)
PBS21,22,23 is emitted from the light source device 31, 32, 33, the light L _R containing various directions of polarization, L _G, from L _B, P polarized light and the two linearly polarized light of S-polarized light orthogonal thereto It is an optical element that is separated and taken out. PBS 21, 22, 23 shown in FIG. 1 is a cube-type polarizing beam splitter in which two right-angle prisms are joined. The PBSs 21, 22, and 23 are arranged so as to face the entrance / exit surfaces of the spatial light modulators 11, 12, and 13, respectively, and to incline the interface (joint surface) by 45 ° with respect to the entrance / exit surfaces. In FIG. 1, all of PBS 21, 22, and 23 are arranged by rotating the interface by 45 ° in the paper surface direction.

（波長板）
波長板２４，２５，２６は、空間光変調器１１，１２，１３の液晶による光の位相差を補償するために設けられる位相差板であり、液晶空間光変調器を搭載した液晶ディスプレイに一般的に使用される１／４波長板（λ／４板）や１／２波長板（λ／２板）が適用される。波長板２４は、空間光変調器１１とＰＢＳ２１の間に配置され、位相差を補償する光Ｌ_Rの波長λ_Rに対応したものが選択される。波長板２５は、空間光変調器１２とＰＢＳ２２の間に配置され、光Ｌ_Gの波長λ_Gに対応したものが選択される。波長板２６は、空間光変調器１３とＰＢＳ２３の間に配置され、光Ｌ_Bの波長λ_Bに対応したものが選択される。ここでは、波長板２４，２５，２６は、１／４波長板とし、遅相軸を、入射する光（ＰＢＳ２１，２２，２３の界面で反射したＳ偏光）の偏光方向に対して４５°にして配置される。 (Wave plate)
The wave plates 24, 25, and 26 are retardation plates provided to compensate for the phase difference of light due to the liquid crystals of the spatial light modulators 11, 12, and 13, and are generally used in liquid crystal displays equipped with the liquid crystal spatial light modulators. The 1/4 wave plate (λ / 4 plate) and the 1/2 wave plate (λ / 2 plate) used are applied. The wave plate 24 is arranged between the spatial light modulator 11 and the PBS 21, and a wave plate 24 corresponding to the wavelength λ _R of the light L _R that compensates for the phase difference is selected. Wave plate 25 is disposed between the spatial light modulator 12 and the PBS 22, those corresponding to the wavelength lambda _G of the light L _G is selected. Wave plate 26 is disposed between the spatial light modulator 13 and PBS 23, those corresponding to the wavelength lambda _B of the light L _B is selected. Here, the wave plates 24, 25, and 26 are 1/4 wave plates, and the slow phase axis is set to 45 ° with respect to the polarization direction of the incident light (S-polarized light reflected at the interface of PBS 21, 22, 23). Is placed.

（フィールドレンズ）
フィールドレンズ４１は、ＰＢＳ２１と光源装置３１の間の光Ｌ_Rの光路上に設けられ、空間光変調器１１への入射光の光径や光強度、拡がり等を調整する。同様に、フィールドレンズ４２は、ＰＢＳ２２と光源装置３２の間の光Ｌ_Gの光路上に設けられ、空間光変調器１２への入射光について調整する。フィールドレンズ４３は、ＰＢＳ２３と光源装置３３の間の光Ｌ_Bの光路上に設けられ、空間光変調器１３への入射光について調整する。投射型表示装置１０において、フィールドレンズ４１，４２，４３は必要に応じて設けられ、図１ではそれぞれ１枚の凸レンズで表されているが、２枚以上のレンズで構成されたり、コリメータレンズを備えて、平行光が空間光変調器１１，１２，１３に入射されるように構成されたりしてもよい。 (Field lens)
Field lens 41 is disposed on the optical path of the light L _R between the PBS21 and the light source device 31, to adjust the optical diameter and intensity of the incident light to the spatial light modulator 11, spread or the like. Similarly, field lens 42 is provided on the optical path of the light L _G between the PBS22 and the light source device 32, to adjust the incident light to the spatial light modulator 12. Field lens 43 is provided on the optical path of the light L _B between the PBS23 and the light source device 33, to adjust the incident light to the spatial light modulator 13. In the projection type display device 10, the field lenses 41, 42, and 43 are provided as needed, and are represented by one convex lens in FIG. 1, but may be composed of two or more lenses or a collimator lens. In addition, the parallel light may be configured to be incident on the spatial light modulators 11, 12, and 13.

（反射ミラー）
反射ミラー４４は、光源装置３１から照射された光Ｌ_Rを、ＰＢＳ２１に入射するように進行方向を変えるために、必要に応じて設けられる。反射ミラー４５は、光源装置３３から照射された光Ｌ_Bを、ＰＢＳ２３に入射するように進行方向を変えるために、必要に応じて設けられる。したがって、反射ミラー４４，４５は、投射型表示装置１０におけるＰＢＳ２１と光源装置３１の位置関係、ＰＢＳ２３と光源装置３３の位置関係、さらにはＰＢＳ２２と光源装置３２の位置関係にそれぞれ基づき、１枚ないし複数枚配置される。 (Reflective mirror)
Reflecting mirror 44, the light L _R emitted from the light source device 31, in order to change the traveling direction so as to enter the PBS21, provided as necessary. Reflecting mirror 45, the light L _B emitted from the light source device 33, in order to change the traveling direction so as to enter the PBS 23, it is provided as necessary. Therefore, one or more reflection mirrors 44 and 45 are based on the positional relationship between the PBS 21 and the light source device 31 in the projection display device 10, the positional relationship between the PBS 23 and the light source device 33, and the positional relationship between the PBS 22 and the light source device 32, respectively. Multiple sheets are arranged.

投射型表示装置１０はさらに、光源装置３１とＰＢＳ２１の間、光源装置３２とＰＢＳ２２の間、光源装置３３とＰＢＳ２３の間に、それぞれ必要に応じて、光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bの波長域を狭くするための光学フィルタや、照射領域における光強度を均一化するフライアイレンズ（インテグレータ）等の光学素子を備えていてもよい。また、空間光変調器１１，１２，１３および光源装置３１，３２，３３は、それぞれ電源（図示省略）が接続されている。 Projection display device 10 further between the light source device 31 and PBS21, between the light source device 32 and PBS 22, between the light source device 33 and PBS 23, each optionally, light L _R, L _G, the wavelength of L _B An optical filter for narrowing the region or an optical element such as a fly-eye lens (integrator) for equalizing the light intensity in the irradiation region may be provided. Further, power supplies (not shown) are connected to the spatial light modulators 11, 12, 13 and the light source devices 31, 32, 33, respectively.

（色合成プリズム）
色合成プリズム５は、空間光変調器１１から出射して、波長板２４、ＰＢＳ２１を透過して進行する光Ｌ_R、空間光変調器１２から出射して、波長板２５、ＰＢＳ２２を透過して進行する光Ｌ_G、空間光変調器１３から出射して、波長板２６、ＰＢＳ２３を透過して進行する光Ｌ_B、の３つの進行方向（光軸）の異なる光を一体にまとめる光学素子である。色合成プリズム５は、ダイクロイックプリズム（クロスダイクロイックプリズム、フィリップスタイプ）や複数枚のダイクロイックミラー等の、公知の色分解・合成光学系が適用される。図１に示す色合成プリズム５は、クロスダイクロイックプリズムであり、立方体の３側面に、それぞれ光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bが入射し、残りの１側面（光Ｌ_Gの入射面と対向する面）から一体となった光Ｌ_Clrが出射する。 (Color synthesis prism)
Color synthesizing prism 5, and emitted from the spatial light modulator 11, light L _R traveling through the wavelength plate 24, PBS21, and emitted from the spatial light modulator 12, passes through the wavelength plate 25, PBS 22 traveling light L _G, and emitted from the spatial light modulator 13, light L _B traveling through the wavelength plate 26, PBS 23, the light beams having different three traveling direction of (the optical axis) by an optical element to combine together is there. A known color separation / synthesis optical system such as a dichroic prism (cross dichroic prism, Philips type) or a plurality of dichroic mirrors is applied to the color synthesis prism 5. Color combining prism 5 shown in FIG. 1 is a cross dichroic prism, the three sides of the cube, each light L _R, L _G, the incident L _B, incident surface facing the remaining one side (the light L _G The integrated light L _Clr is emitted from the surface).

（投射レンズ）
投射レンズ６は、空間光変調器１１，１２，１３に基づく小さな光径の光Ｌ_Clr（Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_B）を、所望の寸法の画像に拡大してスクリーンＳに投射するための投射光学系である。投射レンズ６は、図１では簡潔に１枚の凸レンズで表されるが、一般に、２枚以上のレンズを備え、光軸方向に移動可能に構成されていることが好ましい。 (Projection lens)
The projection lens 6, the light L _Clr small optical diameter based on spatial light modulators _{_{11,12,13 (L R, L G,}} L B) , and for projecting on a screen S in the enlarged image of a desired size It is a projection optical system of. Although the projection lens 6 is simply represented by one convex lens in FIG. 1, it is generally preferable that the projection lens 6 includes two or more lenses and is configured to be movable in the optical axis direction.

（偏光制御素子）
偏光制御素子７０は、光Ｌ_Clrの偏光方向を時間的に変化（回転）させてスクリーンＳに投射する光学素子である。偏光制御素子７０は、光Ｌ_Clrの入射側から順に、液晶素子７、波長板８を備える。偏光制御素子７０は、投射型表示装置１０において投射レンズ６の光の出射側に配置されるので、投射レンズ６によって発散した光Ｌ_Clrの全体が入射する寸法に設計される。以下、偏光制御素子７０について、図２を参照して詳細に説明する。 (Polarization control element)
The polarization control element 70 is an optical element that changes (rotates) the polarization direction of the light L _Clr with time and projects it onto the screen S. The polarization control element 70 includes a liquid crystal element 7 and a wave plate 8 in this order from the incident side of the optical L _Clr . Since the polarization control element 70 is arranged on the light emitting side of the projection lens 6 in the projection type display device 10, it is designed so that the entire light L _Clr diverged by the projection lens 6 is incident. Hereinafter, the polarization control element 70 will be described in detail with reference to FIG.

液晶素子７は、交流電源ＰＳに接続した一対の電極７３，７３で液晶層（液晶）７１を挟んだ可変位相差板である。液晶素子７は、光Ｌ_Clrすなわち可視光を透過するように構成される。このような液晶素子７として、それぞれ片面に透明電極膜からなる電極７３および配向膜７２を成膜した２枚の透明基板７４，７４の間に液晶材料を封入した透過型液晶セルを適用することができる。すなわち、液晶素子７は、液晶層７１を挟んでその両外側のそれぞれに、配向膜７２、電極７３、透明基板７４を順に備える。 The liquid crystal element 7 is a variable retardation plate in which a liquid crystal layer (liquid crystal) 71 is sandwiched between a pair of electrodes 73 and 73 connected to an AC power supply PS. The liquid crystal element 7 is configured to transmit light L _Clr, that is, visible light. As such a liquid crystal element 7, a transmissive liquid crystal cell in which a liquid crystal material is sealed between two transparent substrates 74 and 74 having an electrode 73 made of a transparent electrode film and an alignment film 72 formed on one side thereof is applied. Can be done. That is, the liquid crystal element 7 includes an alignment film 72, an electrode 73, and a transparent substrate 74 in this order on both outer sides of the liquid crystal layer 71.

液晶素子７は、液晶層７１の液晶の複屈折性によって、電極７３，７３からの印加電圧に応じて透過する直線偏光の偏光状態を変化させ、後記するように波長板８と合わせて偏光方向の変化した直線偏光を得ることができる。液晶の動作モードとしては、液晶の配向を透明基板７４に水平方向とし、電圧印加により液晶分子の長軸の向きを制御する複屈折モード（ＥＣＢモード）、初期配向で液晶分子を透明基板７４と垂直方向となるように配向し、電圧印加によって液晶分子が基板と水平となる方向に変位する垂直配向（ＶＡ）モード、液晶の配向を初期スプレー配向から弓状のベント配向に遷移させた状態で動作させるＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）モード等を適用することができる。特に、ＯＣＢモードは、中間調電圧間も含めて高速応答性に優れるため、偏光制御素子７０が短時間で偏光方向を切り換えることができ、積分効果によるスペックル低減に好適である。 The liquid crystal element 7 changes the polarization state of linearly polarized light transmitted according to the applied voltage from the electrodes 73 and 73 due to the birefringence of the liquid crystal of the liquid crystal layer 71, and the polarization direction is combined with the wave plate 8 as described later. It is possible to obtain the changed linearly polarized light of. The operation mode of the liquid crystal is birefringence mode (ECB mode) in which the orientation of the liquid crystal is horizontal to the transparent substrate 74 and the orientation of the long axis of the liquid crystal molecules is controlled by applying a voltage, and the liquid crystal molecules are aligned with the transparent substrate 74 in the initial orientation. In the vertical orientation (VA) mode in which the liquid crystal molecules are oriented in the vertical direction and the liquid crystal molecules are displaced in the direction horizontal to the substrate by applying a voltage, the liquid crystal orientation is changed from the initial spray orientation to the arcuate vent orientation. An OCB (Optically Compensated Birefringence) mode or the like to be operated can be applied. In particular, since the OCB mode is excellent in high-speed response including between halftone voltages, the polarization control element 70 can switch the polarization direction in a short time, and is suitable for reducing speckles due to the integration effect.

液晶層７１は、上記の動作モードに対応した液晶材料として、液晶ディスプレイと同様にネマティック液晶が適用される。液晶層７１は、リタデーション（Δｎｄ）が電圧印加によって最大で波長λ以上となる、すなわち透過した光の偏光方向の回転角が１８０°以上となる厚さｄに設計されることが好ましい。一方で、液晶の応答時間は厚さの２乗に略比例するので、液晶層７１の厚さｄが大きくなるにしたがい、液晶素子７の応答速度が遅くなる。液晶素子７の応答時間は、中間調電圧間も含めて、４ｍｓ以下であることが好ましい。 As the liquid crystal material corresponding to the above-mentioned operation mode, the liquid crystal layer 71 is applied with a nematic liquid crystal as in the liquid crystal display. The liquid crystal layer 71 is preferably designed to have a thickness d such that the retardation (Δnd) has a wavelength of λ or more at the maximum by applying a voltage, that is, the rotation angle of the transmitted light in the polarization direction is 180 ° or more. On the other hand, since the response time of the liquid crystal is substantially proportional to the square of the thickness, the response speed of the liquid crystal element 7 becomes slower as the thickness d of the liquid crystal layer 71 increases. The response time of the liquid crystal element 7 is preferably 4 ms or less including the intermediate voltage adjustment.

配向膜７２は、液晶層７１の液晶分子の向きを制御するために、液晶層７１の両側に接触して設けられる。配向膜７２によって、液晶層７１が光の入射面全体で一様な方向の複屈折光学軸（遅相軸、進相軸）を示す。配向膜７２は、ポリイミド等の有機膜やＳｉ酸化物（ＳｉＯ_x）等の無機膜であり、液晶の動作モードに対応した公知の材料が適用される。 The alignment film 72 is provided in contact with both sides of the liquid crystal layer 71 in order to control the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 71. Due to the alignment film 72, the liquid crystal layer 71 shows a birefringent optical axis (slow phase axis, phase advance axis) in a uniform direction over the entire incident surface of light. The alignment film 72 is an organic film such as polyimide or an inorganic film such as Si oxide (SiO _x ), and a known material corresponding to the operation mode of the liquid crystal is applied.

電極７３は、一対で液晶層７１を挟んで液晶層７１に電圧を印加する透明電極膜である。電極７３は、ＩＴＯ等の公知の透明電極材料を、透明基板７４の一面上に成膜して形成される。透明基板７４は、電極７３および配向膜７２を形成するための土台であり、液晶層７１を両側から挟んで支持するための土台である。透明基板７４は、公知の透明基板材料が適用され、具体的にはガラス基板が挙げられる。 The electrodes 73 are a pair of transparent electrode films that sandwich the liquid crystal layer 71 and apply a voltage to the liquid crystal layer 71. The electrode 73 is formed by forming a known transparent electrode material such as ITO on one surface of the transparent substrate 74. The transparent substrate 74 is a base for forming the electrode 73 and the alignment film 72, and is a base for supporting the liquid crystal layer 71 by sandwiching it from both sides. A known transparent substrate material is applied to the transparent substrate 74, and specific examples thereof include a glass substrate.

波長板８は、波長板２４，２５，２６と同様、液晶層７１による光の位相差を補償するために設けられる位相差板であり、１／４波長板または３／４波長板が適用される。ただし、波長板８は、光Ｌ_Clrすなわち光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bのすべての光の位相差を補償するように、中心波長λ_R，λ_G，λ_Bの３波長域に対応する波長板とする。または、波長板８は、可視光全域に対応する広帯域波長板であってもよい。なお、波長板８は、例えば、光Ｌ_R，Ｌ_Bについては１／４波長板として機能し、光Ｌ_Gについては３／４波長板として機能する構成であってもよい。 Similar to the wave plates 24, 25, and 26, the wave plate 8 is a phase difference plate provided to compensate for the phase difference of light due to the liquid crystal layer 71, and a 1/4 wave plate or a 3/4 wave plate is applied. To. However, the wavelength plate 8, the light L _Clr i.e. light L _R, L _G, so as to compensate the phase difference of all light L _B, the central wavelength lambda _R, lambda _G, corresponding to the three-wavelength of lambda _B Use as a wave plate. Alternatively, the wave plate 8 may be a broadband wave plate corresponding to the entire visible light range. The wavelength plate 8, for example, light L _R, and functions as a quarter-wave plate for L _B, may be configured to function as a 3/4 wave plate for light L _G.

偏光制御素子７０において、液晶素子７と波長板８は、互いの光学軸（遅相軸または進相軸）を４５°ずらして組み合わされる。また、偏光制御素子７０は、液晶素子７（液晶層７１）の光学軸が、入射する光Ｌ_Clrの偏光方向に対して４５°（または１３５°）傾斜した向きに配置される。このような構成により、偏光制御素子７０は、後記するように、印加電圧を変化させて、回転角０°から４５°刻みで回転した直線偏光を出射することができる。 In the polarization control element 70, the liquid crystal element 7 and the wave plate 8 are combined with their optical axes (slow phase axis or phase advance axis) shifted by 45 °. Further, the polarization control element 70 is arranged so that the optical axis of the liquid crystal element 7 (liquid crystal layer 71) is inclined by 45 ° (or 135 °) with respect to the polarization direction of the incident light L _Clr . With such a configuration, the polarization control element 70 can emit linearly polarized light rotated at a rotation angle of 0 ° to 45 ° by changing the applied voltage, as described later.

〔投射型表示装置の動作〕
本実施形態に係る投射型表示装置による画像の投影を、図１を参照して説明する。
光源装置３１から照射された光Ｌ_Rは、反射ミラー４４、フィールドレンズ４１を経由して、ＰＢＳ２１に入射する。光Ｌ_Rは、ＰＢＳ２１の界面でＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離され、Ｐ偏光が界面を透過して直進し、Ｓ偏光が反射して空間光変調器１１に向かって進行する。図１においては、紙面に垂直な偏光方向の光がＳ偏光である。ＰＢＳ２１で反射した光Ｌ_Rは、波長板２４を透過して円偏光となって空間光変調器１１に入射する。空間光変調器１１で反射して出射したＬ_Rは、画素毎に偏光が変調され、再び波長板２４を透過してＰＢＳ２１に入射する。ＰＢＳ２１は、Ｐ偏光を界面で透過させて直進させる。この、空間光変調器１１から出射してＰＢＳ２１を直進した光Ｌ_Rは、偏光方向が図１の紙面方向の直線偏光（偏光方向を両矢印で表す）であり、また、画素毎に強さが異なる明暗のパターンを有する。そして、紙面方向の直線偏光となった光Ｌ_Rは、色合成プリズム５の一面に入射する。光源装置３２から照射された光Ｌ_G、光源装置３３から照射された光Ｌ_Bも、それぞれ空間光変調器１２，１３によって画素毎に強さの異なる紙面方向の直線偏光となって、色合成プリズム５のそれぞれ異なる面に入射する。 [Operation of projection display device]
The projection of an image by the projection type display device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The light _LR emitted from the light source device 31 enters the PBS 21 via the reflection mirror 44 and the field lens 41. The light _LR is separated into a P-polarized light component and an S-polarized light component at the interface of the PBS 21, the P-polarized light passes through the interface and travels straight, and the S-polarized light is reflected and travels toward the spatial light modulator 11. In FIG. 1, the light in the polarization direction perpendicular to the paper surface is S-polarized light. Light L reflected by the PBS21 _R is incident on the spatial light modulator 11 becomes circularly polarized light by being transmitted through the wavelength plate 24. L _R emitted is reflected by the spatial light modulator 11, a polarization is modulated for each pixel is incident on the PBS21 transmits through the wavelength plate 24 again. PBS21 allows P-polarized light to pass through the interface and travels straight. This, the light L _R that straight PBS21 is emitted from the spatial light modulator 11, a polarization direction the paper direction of the linearly polarized light in FIG. 1 (representing a polarization direction by a double-headed arrow), also strong for each pixel of Has different light and dark patterns. The light L _R became paper direction of the linearly polarized light is incident on a surface of the color synthesizing prism 5. Light L _G emitted from the light source device 32, the light L _B emitted from the light source device 33, becomes different from the paper surface direction of the linearly polarized light of intensity for each pixel by the spatial light modulator 12 and 13, respectively, a color combining It is incident on different surfaces of the prism 5.

色合成プリズム５の３側面にそれぞれ入射した光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bは、同じ光軸となって残りの１面から光Ｌ_Clrとして出射し、投射レンズ６、偏光制御素子７０を順次透過してスクリーンＳへ投射され、スクリーンＳの表面にフルカラーの画像を投影する。光Ｌ_Clrは、投射レンズ６により、所望の光径でスクリーンＳの表面に投射されるように発散され、偏光制御素子７０によって、図１の紙面方向の偏光方向の直線偏光から、時間毎に異なる偏光方向に変化しながらスクリーンＳに投射される。 Light L _R, L _G incident respectively on three sides of the color synthesizing prism 5, L _B is emitted as light L _Clr from the remaining one surface is the same optical axis, the projection lens 6, the polarization control element 70 successively It is transmitted and projected onto the screen S, and a full-color image is projected on the surface of the screen S. The light L _Clr is diverged by the projection lens 6 so as to be projected onto the surface of the screen S with a desired light diameter, and by the polarization control element 70, the linearly polarized light in the polarization direction in the paper surface direction of FIG. 1 is emitted every hour. It is projected onto the screen S while changing in different polarization directions.

（偏光制御素子の動作）
偏光制御素子７０による光の偏光方向の制御動作を、図３Ａ〜３Ｄおよび図４を参照して説明する。図３Ａ〜３Ｄにおいては、偏光制御素子７０を、簡略化して液晶層７１および波長板８のみで示す。また、液晶層７１、波長板８のそれぞれの遅相軸の向きを、網掛けを付した両矢印で表す。ここでは、入射する光Ｌの偏光方向（白抜き両矢印で表す）を０°として、液晶層７１の遅相軸を１３５°（＝−４５°）、波長板８の遅相軸を０°として配置する。また、波長板８はλ／４板である。また、液晶の動作モードとして垂直配向（ＶＡ）モードの液晶素子７を用いた場合を例に説明する。なお、ＯＣＢモード液晶では、印加電圧に対するリタデーション増減の関係がＶＡモードと逆になるが、偏光制御素子の基本的な作用については同じである。 (Operation of polarization control element)
The operation of controlling the polarization direction of light by the polarization control element 70 will be described with reference to FIGS. 3A to 3D and FIG. In FIGS. 3A to 3D, the polarization control element 70 is shown simply by the liquid crystal layer 71 and the wave plate 8. Further, the directions of the slow-phase axes of the liquid crystal layer 71 and the wave plate 8 are indicated by double-headed arrows with shading. Here, the polarization direction of the incident light L (represented by the white double-headed arrow) is 0 °, the slow axis of the liquid crystal layer 71 is 135 ° (= −45 °), and the slow axis of the wave plate 8 is 0 °. Place as. The wavelength plate 8 is a λ / 4 plate. Further, a case where the liquid crystal element 7 in the vertical orientation (VA) mode is used as the operation mode of the liquid crystal will be described as an example. In the OCB mode liquid crystal, the relationship of increase / decrease in retardation with respect to the applied voltage is opposite to that in the VA mode, but the basic operation of the polarization control element is the same.

液晶の動作モードがＶＡモードである液晶素子７への印加電圧が０Ｖ（無印加）のときは、液晶層７１はリタデーションがなくΔｎｄ＝０であり、図３Ａに示すように、液晶層７１を透過した光Ｌは、偏光方向０°の直線偏光のままである。そして、波長板８に入射する光Ｌは、偏光方向が遅相軸と同じ方向であるので位相ずれを生じず、偏光方向０°の直線偏光が出射する。すなわち、偏光制御素子７０は、無印加においては光Ｌの偏光方向を変化させない（回転角０°）。 When the applied voltage to the liquid crystal element 7 in which the liquid crystal operation mode is the VA mode is 0 V (no application), the liquid crystal layer 71 has no retardation and Δnd = 0. As shown in FIG. 3A, the liquid crystal layer 71 is used. The transmitted light L remains linearly polarized at 0 ° in the polarization direction. Since the polarization direction of the light L incident on the wave plate 8 is the same as the slow axis, no phase shift occurs, and linearly polarized light having a polarization direction of 0 ° is emitted. That is, the polarization control element 70 does not change the polarization direction of the light L when no application is applied (rotation angle 0 °).

液晶素子７に電圧を印加すると、液晶層７１の液晶分子の向きが変化してリタデーションを生じ、電圧Ｖ１（＞０Ｖ）でΔｎｄ＝λ／４となる。図３Ｂに示すように、このときの液晶層７１に入射する光Ｌは、偏光方向が遅相軸に対して＋４５°傾斜しているので、液晶層７１を透過した光Ｌは右円偏光（ＲＣＰ）になる。そして、波長板８は、右円偏光を、遅相軸に対して＋４５°傾斜した直線偏光にする。したがって、偏光制御素子７０は、液晶素子７に電圧Ｖ１を印加されたとき、光Ｌの偏光方向を＋４５°回転させる。 When a voltage is applied to the liquid crystal element 7, the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 71 changes to cause retardation, and Δnd = λ / 4 at a voltage V1 (> 0V). As shown in FIG. 3B, since the polarization direction of the light L incident on the liquid crystal layer 71 at this time is inclined by + 45 ° with respect to the slow phase axis, the light L transmitted through the liquid crystal layer 71 is right-circularly polarized ( RCP). Then, the wave plate 8 makes the right circularly polarized light linearly polarized light inclined by + 45 ° with respect to the slow phase axis. Therefore, when the voltage V1 is applied to the liquid crystal element 7, the polarization control element 70 rotates the polarization direction of the light L by + 45 °.

液晶素子７への印加電圧を大きくすると、液晶層７１のリタデーションが増大し、電圧Ｖ２（＞Ｖ１）でΔｎｄ＝λ／２となる。このような液晶層７１は、入射する光Ｌの偏光方向を、光学軸に対する角度の２倍の角度に回転させる。したがって、図３Ｃに示すように、液晶層７１を透過した光Ｌは偏光方向が９０°回転し、偏光方向９０°の直線偏光になる。そして、波長板８に入射する光Ｌは、遅相軸方向の偏光成分を含まないので位相ずれを生じず、偏光方向９０°の直線偏光が出射する。したがって、偏光制御素子７０は、液晶素子７に電圧Ｖ２を印加されたとき、光Ｌの偏光方向を９０°回転させる。 When the voltage applied to the liquid crystal element 7 is increased, the retardation of the liquid crystal layer 71 is increased, and Δnd = λ / 2 at the voltage V2 (> V1). Such a liquid crystal layer 71 rotates the polarization direction of the incident light L to an angle twice the angle with respect to the optical axis. Therefore, as shown in FIG. 3C, the light L transmitted through the liquid crystal layer 71 is rotated by 90 ° in the polarization direction and becomes linearly polarized light in the polarization direction of 90 °. Since the light L incident on the wave plate 8 does not contain a polarization component in the slow phase axial direction, no phase shift occurs, and linearly polarized light in the polarization direction of 90 ° is emitted. Therefore, the polarization control element 70 rotates the polarization direction of the light L by 90 ° when the voltage V2 is applied to the liquid crystal element 7.

液晶素子７への印加電圧をさらに大きくして、電圧Ｖ３（＞Ｖ２）でΔｎｄ＝３／４λとなる。このときの液晶層７１は、Δｎｄ＝λ／２の液晶層７１（図３Ｃ参照）とΔｎｄ＝λ／４の液晶層７１（図３Ｂ参照）を合わせたものと同等の光学素子であり、その結果、図３Ｄに示すように、液晶層７１を透過した光Ｌは左円偏光（ＬＣＰ）になる。そして、波長板８は、左円偏光を、遅相軸に対して−４５°傾斜した直線偏光にする。したがって、偏光制御素子７０は、液晶素子７に電圧Ｖ３を印加されたとき、光Ｌの偏光方向を＋１３５°（−４５°）回転させる。 The voltage applied to the liquid crystal element 7 is further increased so that Δnd = 3/4 λ at the voltage V3 (> V2). The liquid crystal layer 71 at this time is an optical element equivalent to a combination of the liquid crystal layer 71 with Δnd = λ / 2 (see FIG. 3C) and the liquid crystal layer 71 with Δnd = λ / 4 (see FIG. 3B). As a result, as shown in FIG. 3D, the light L transmitted through the liquid crystal layer 71 becomes left circularly polarized light (LCP). Then, the wave plate 8 makes the left circularly polarized light linearly polarized light inclined by −45 ° with respect to the slow phase axis. Therefore, when the voltage V3 is applied to the liquid crystal element 7, the polarization control element 70 rotates the polarization direction of the light L by + 135 ° (−45 °).

液晶素子７にΔｎｄ＝λとなる電圧Ｖ４（＞Ｖ３）を印加されると、このときの液晶層７１を透過した光Ｌは偏光方向が１８０°回転し、見かけ上、図３Ａに示すように、Δｎｄ＝０のときと同様に偏光方向が変化しない。したがって、偏光制御素子７０は、液晶素子７に電圧Ｖ４を印加されたとき、光Ｌの偏光方向を変化させない。 When a voltage V4 (> V3) at which Δnd = λ is applied to the liquid crystal element 7, the light L transmitted through the liquid crystal layer 71 at this time is rotated by 180 ° in the polarization direction, and apparently as shown in FIG. 3A. , The polarization direction does not change as in the case of Δnd = 0. Therefore, the polarization control element 70 does not change the polarization direction of the light L when the voltage V4 is applied to the liquid crystal element 7.

以上のように、液晶素子７と波長板８を所定の光学軸の向きに配置した偏光制御素子７０は、段階的に電圧を変化させて印加することにより、図４に示すように直線偏光の偏光方向を４５°刻みで回転させることができる。投射型表示装置１０からスクリーンＳに投射される光Ｌ_Clrは、直前の偏光方向との角度の差が大きいほど画像のスペックルパターンの変化が大きく、したがってスペックル低減効果が高く、４５°以上であれば十分な効果が得られる。また、偏光方向の切替えの遷移期間が長いとスペックル低減効果が低下する。したがって、短時間で偏光方向を切り替えて断続的に偏光方向を回転させることが好ましい。また、積分効果によるスペックル低減効果を十分なものとするために、１フレームと同等の１／６０秒（＝１６．７ｍｓ）毎に偏光方向を変化させることが好ましく、より短時間毎に偏光方向を変化させることがさらに好ましい。 As described above, the polarization control element 70 in which the liquid crystal element 7 and the wave plate 8 are arranged in the direction of the predetermined optical axis is linearly polarized as shown in FIG. 4 by applying the voltage while changing the voltage stepwise. The polarization direction can be rotated in 45 ° increments. The light L _Clr projected from the projection type display device 10 onto the screen S has a larger change in the speckle pattern of the image as the difference in angle from the immediately preceding polarization direction is larger, and therefore the speckle reduction effect is higher, 45 ° or more. If so, a sufficient effect can be obtained. Further, if the transition period for switching the polarization direction is long, the speckle reduction effect is reduced. Therefore, it is preferable to switch the polarization direction in a short time and rotate the polarization direction intermittently. Further, in order to make the speckle reduction effect due to the integration effect sufficient, it is preferable to change the polarization direction every 1/60 second (= 16.7 ms) equivalent to one frame, and polarization is performed every shorter time. It is more preferable to change the direction.

次に、電圧変化による偏光制御素子７０による偏光方向の変化のパターンについて、図５Ａ〜５Ｃを参照して説明する。なお、図５Ａ〜５Ｃにおいて、電圧０ＶからＶ４まで電圧が一定の差となっているが、実際には異なる電圧であってよい。一般に、液晶は、極性が一定で電圧を印加されると劣化するので、交流電圧が適用される。そのため、図５Ａに示すように、電圧の大きさの段階毎に電圧の極性が双方となるように、例えば、１／１２０秒毎に電圧の大きさを変化させる場合には、交流電圧の周波数は１２０Ｈｚとする。 Next, the pattern of the change in the polarization direction by the polarization control element 70 due to the voltage change will be described with reference to FIGS. 5A to 5C. In FIGS. 5A to 5C, the voltage has a constant difference from 0V to V4, but the actual voltage may be different. In general, a liquid crystal has a constant polarity and deteriorates when a voltage is applied, so an AC voltage is applied. Therefore, as shown in FIG. 5A, the frequency of the AC voltage is changed so that the polarities of the voltage are both at each stage of the magnitude of the voltage, for example, when the magnitude of the voltage is changed every 1/120 second. Is 120 Hz.

図５Ａにおいては、電圧の大きさをＶ４→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ１→Ｖ４→Ｖ３→…と繰り返すことにより、光Ｌ_Clrの偏光方向が見かけ上、時計回りに４５°刻みで回転する。また、偏光方向の回転のタイミングすなわち電圧の大きさの切替えタイミングは、空間光変調器１１，１２，１３のフレームの切換えと合わせなくてもよいし、同期させてもよい。例えば、１／１２０秒毎に、すなわち１／２フレーム周期で偏光方向を変化させる場合には、１回おきにフレームの切換えに合わせる。 In FIG. 5A, by repeating the magnitude of the voltage in the order of V4 → V3 → V2 → V1 → V4 → V3 → ..., the polarization direction of the optical L _Clr is apparently rotated clockwise in 45 ° increments. Further, the timing of rotation in the polarization direction, that is, the timing of switching the magnitude of the voltage may not be matched with the switching of the frames of the spatial light modulators 11, 12, and 13, or may be synchronized. For example, when the polarization direction is changed every 1/120 second, that is, in a 1/2 frame cycle, the frame is switched every other time.

前記したように偏光方向の変化角度は４５°以上であれば十分な効果が得られ、したがって最大の９０°でもよい。例えば図５Ｂに示すように、Ｖ４→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ１→Ｖ４→Ｖ２→…と繰り返すことにより、９０°の変化と４５°の変化が交互に行われる。また、電圧の大きさの切替え毎に極性を反転させてもよい。この場合、大きな電圧が同じ極性に偏らないように、例えば図５Ｃに示すように、＋Ｖ４→−Ｖ３→＋Ｖ２→−Ｖ１→＋Ｖ３→−Ｖ２→＋Ｖ１→−Ｖ４→＋Ｖ３→…と、同じ大きさの電圧において前回と極性が反転するようにする。 As described above, if the angle of change in the polarization direction is 45 ° or more, a sufficient effect can be obtained, and therefore the maximum 90 ° may be used. For example, as shown in FIG. 5B, by repeating V4 → V2 → V3 → V1 → V4 → V2 → ..., the change of 90 ° and the change of 45 ° are alternately performed. Further, the polarity may be reversed each time the magnitude of the voltage is switched. In this case, so that the large voltage is not biased to the same polarity, for example, as shown in FIG. 5C, the same magnitude as + V4 → −V3 → + V2 → −V1 → + V3 → −V2 → + V1 → −V4 → + V3 → ... The polarity is reversed from the previous time at the voltage of.

図５Ａ〜５Ｃにおいては、偏光方向０°（＝１８０°）を最大電圧のＶ４を印加することで出射しているが、０Ｖ、または極めて小さな電圧を印加してもよい。このように駆動すれば、液晶層７１は、リタデーションΔｎｄが最大で３／４λ以上となればよいので厚さｄを小さくして、応答時間を短縮することができる。あるいはさらに、リタデーションΔｎｄを最大でλ／２以上となる厚さｄに設計して、偏光方向を、０°，４５°，９０°で切り換えてもよい。 In FIGS. 5A to 5C, the polarization direction of 0 ° (= 180 °) is emitted by applying the maximum voltage V4, but 0V or an extremely small voltage may be applied. When driven in this way, the liquid crystal layer 71 only needs to have a retardation Δnd of 3/4 λ or more at the maximum, so that the thickness d can be reduced and the response time can be shortened. Alternatively, the retardation Δnd may be designed to have a maximum thickness d of λ / 2 or more, and the polarization direction may be switched between 0 °, 45 °, and 90 °.

偏光制御素子７０は、色合成プリズム５で一体にまとめられた直後の平行光でも、投射レンズ６で発散させた光でも、その偏光方向を制御することができる。本実施形態に係る投射型表示装置１０においては、図１に示すように、偏光制御素子７０は、投射レンズ６の出射側に配置され、投射レンズ６で発散させた光Ｌ_Clrについてその偏光方向を回転させる構成としている。投射レンズ６の入射側に偏光制御素子７０を配置すると、偏光制御素子７０を構成する液晶素子７の各部品および波長板８の面精度や光学特性に起因する波面収差の影響が、投影された画像により顕著に現れる傾向がある。したがって、偏光制御素子７０は、投射レンズ６の入射側に配置されてもよいが、その場合には、構成部材に高い波面収差精度が要求される。また、光源装置３１，３２，３３が高輝度レーザーを備える高輝度プロジェクタである場合には、光Ｌ_Clrのエネルギーが大きく、投射レンズ６の入射側では光束が高密度で集中するので、偏光制御素子７０はこのような光路上に配置されると、耐光性、耐熱性について考慮する必要がある。投射型表示装置１０において、偏光制御素子７０は、投射レンズ６の出射側に配置することにより、投射光学系に高い結像特性が要求される高精細プロジェクタであっても、構成部材の波面収差の精度や、耐光性、耐熱性を緩和することができる。 The polarization control element 70 can control the polarization direction of either the parallel light immediately after being integrated by the color synthesis prism 5 or the light diverged by the projection lens 6. In the projection type display device 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the polarization control element 70 is arranged on the exit side of the projection lens 6, and the polarization direction of the light L _Clr diverged by the projection lens 6 Is configured to rotate. When the polarization control element 70 is arranged on the incident side of the projection lens 6, the influence of wave surface aberration due to the surface accuracy and optical characteristics of each component of the liquid crystal element 7 constituting the polarization control element 70 and the wave plate 8 is projected. It tends to appear more prominently in the image. Therefore, the polarization control element 70 may be arranged on the incident side of the projection lens 6, but in that case, the constituent members are required to have high wave surface aberration accuracy. Further, when the light source devices 31, 32, 33 are high-brightness projectors equipped with a high-brightness laser, the energy of the light L _Clr is large, and the luminous flux is concentrated at a high density on the incident side of the projection lens 6, so that polarization control When the element 70 is arranged on such an optical path, it is necessary to consider light resistance and heat resistance. In the projection type display device 10, by arranging the polarization control element 70 on the emission side of the projection lens 6, even in a high-definition projector that requires high imaging characteristics in the projection optical system, the wave surface aberration of the constituent members The accuracy, light resistance, and heat resistance of the lens can be relaxed.

（変形例）
前記したように、液晶素子の液晶が厚くなると、応答時間が長くなり、偏光制御素子による偏光方向の断続的な回転が困難になる。そこで、液晶の厚さの小さい液晶素子を複数並べた構成とすることで、応答時間を短縮しつつ、偏光方向を大きく回転させることができる。以下、変形例として、本発明に係る投射型表示装置に使用される別の偏光制御素子について、図６を参照して説明する。 (Modification example)
As described above, when the liquid crystal of the liquid crystal element becomes thick, the response time becomes long, and it becomes difficult for the polarization control element to intermittently rotate in the polarization direction. Therefore, by arranging a plurality of liquid crystal elements having a small liquid crystal thickness, it is possible to significantly rotate the polarization direction while shortening the response time. Hereinafter, as a modified example, another polarization control element used in the projection type display device according to the present invention will be described with reference to FIG.

偏光制御素子７０Ａは、光Ｌ_Clrの入射側から順に、液晶素子（液晶複屈折制御素子）７Ａ、液晶素子７Ａ、波長板８を備える。液晶素子７Ａは、液晶層７１Ａの厚さが液晶層７１よりも小さいこと以外は、液晶素子７と同じ構造である。液晶層７１Ａは、リタデーション（Δｎｄ）が電圧印加によって最大で波長λ／２以上となる厚さｄに設計されることが好ましい。具体的には、液晶層７１Ａは、厚さが液晶層７１の１／２である。また、２つの液晶素子７Ａは、それぞれの液晶層７１の光学軸の向きを揃えて並べる。このように２つの液晶素子７Ａを光Ｌ_Clrの進行方向に並べた構造により、これら２つの液晶素子７Ａを透過する光に対する複屈折位相差は最大でλとなり、実質的に前記実施形態の液晶素子７の１つ分と等価となる。 The polarization control element 70A includes a liquid crystal element (liquid crystal birefringence control element) 7A, a liquid crystal element 7A, and a wave plate 8 in this order from the incident side of the optical L _Clr . The liquid crystal element 7A has the same structure as the liquid crystal element 7 except that the thickness of the liquid crystal layer 71A is smaller than that of the liquid crystal layer 71. The liquid crystal layer 71A is preferably designed to have a thickness d such that the retardation (Δnd) has a maximum wavelength of λ / 2 or more when a voltage is applied. Specifically, the liquid crystal layer 71A is half the thickness of the liquid crystal layer 71. Further, the two liquid crystal elements 7A are arranged so that the directions of the optical axes of the respective liquid crystal layers 71 are aligned. Due to the structure in which the two liquid crystal elements 7A are arranged in the traveling direction of the light L _Clr in this way, the birefringence phase difference with respect to the light transmitted through these two liquid crystal elements 7A becomes λ at the maximum, and the liquid crystal of the embodiment is substantially described. It is equivalent to one of the elements 7.

偏光制御素子７０Ａは、２つの液晶素子７Ａに交流電源ＰＳを並列に接続して、同じ大きさの電圧を印加して、合計でΔｎｄ＝λ／４，λ／２，３／４λ，λになるように切り換えることができる。あるいは、２つの液晶素子７Ａのそれぞれに交流電源を接続して、同期させつつ、図７に示すように、交互に電圧の大きさを切り換えてΔｎｄの合計を切り換えることもできる。なお、図７において、Ｖ１は液晶層７１Ａのリタデーションをλ／４とする電圧、Ｖ２はλ／２とする電圧である。 In the polarization control element 70A, an AC power supply PS is connected in parallel to two liquid crystal elements 7A, and a voltage of the same magnitude is applied to make a total of Δnd = λ / 4, λ / 2, 3/4 λ, λ. Can be switched to. Alternatively, as shown in FIG. 7, the magnitude of the voltage can be alternately switched to switch the total of Δnd while connecting an AC power supply to each of the two liquid crystal elements 7A and synchronizing them. In FIG. 7, V1 is a voltage at which the retardation of the liquid crystal layer 71A is λ / 4, and V2 is a voltage at which λ / 2.

投射型表示装置１０は、このような構造の偏光制御素子７０Ａを備えることで、光Ｌ_Clrを、より高速で断続的に４５°刻みまたは９０°刻みで偏光方向を回転させながら、投射することができる。なお、偏光制御素子は、３以上の液晶素子を光Ｌ_Clrの進行方向に並べて備える構成としてもよく、その１つあたりの液晶層の厚さを小さくして、いっそう応答時間を短くすることができる。 By providing the polarization control element 70A having such a structure, the projection type display device 10 projects the optical L _Clr at a higher speed intermittently while rotating the polarization direction in 45 ° or 90 ° increments. Can be done. The polarization control element may be configured to include three or more liquid crystal elements arranged side by side in the traveling direction of the optical L _Clr , and the thickness of each liquid crystal layer may be reduced to further shorten the response time. it can.

前記実施形態に係る投射型表示装置１０の光源装置３１，３２，３３は、三色の半導体レーザーを内蔵して白色光を照射する一体のユニットであってもよい。投射型表示装置１０は、このような光源装置を適用する場合には、ダイクロイックミラー等を備えて各色の光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bに分解する。また、広い色域を要しない場合には、青色の半導体レーザーと蛍光体を組み合わせて光Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bを照射する構成としてもよい。 The light source devices 31, 32, 33 of the projection type display device 10 according to the embodiment may be an integrated unit incorporating a three-color semiconductor laser and irradiating white light. Projection display device 10, when applying such a light source device decomposes includes a dichroic mirror or the like of each color of the light L _R, L _G, the L _B. Further, when a wide color gamut is not required, a blue semiconductor laser and a phosphor may be combined to irradiate light L _R , L _G , L _B.

前記実施形態に係る投射型表示装置１０の空間光変調器１１，１２，１３は、透過型の液晶空間光変調を適用してもよい。あるいは、液晶空間光変調器に限られず、磁気光学材料を用いた磁気光学式空間光変調器や、半導体素子を搭載した可動式の微小鏡面をアレイ状に配置したＤＭＤ（Digital Micromirror Device）で構成された空間光変調器を適用することもできる。 Spatial light modulators 11, 12, and 13 of the projection type display device 10 according to the embodiment may apply transmissive liquid crystal spatial light modulation. Alternatively, it is not limited to the liquid crystal spatial light modulator, but is composed of a magneto-optical spatial light modulator using a magneto-optical material and a DMD (Digital Micromirror Device) in which movable micromirror surfaces equipped with semiconductor elements are arranged in an array. It is also possible to apply a spatial light modulator.

以上、本発明に係る投射型表示装置を実施するための各実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。 Although each embodiment for carrying out the projection type display device according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various changes can be made within the scope of the claims. It is possible.

１０投射型表示装置
１１，１２，１３空間光変調器
３１，３２，３３光源装置
５色合成プリズム（光合成手段）
６投射レンズ
７０，７０Ａ偏光制御素子
７，７Ａ液晶素子（液晶複屈折制御素子）
７１，７１Ａ液晶層（液晶）
７３電極
８波長板
ＰＳ交流電源
Ｓスクリーン 10 Projection type display device 11, 12, 13 Spatial light modulator 31, 32, 33 Light source device 5 color synthesis prism (photosynthesis means)
6 Projection lens 70,70A Polarization control element 7,7A Liquid crystal element (liquid crystal birefringence control element)
71,71A Liquid crystal layer (liquid crystal)
73 Electrode 8 Wave plate PS AC power supply S screen

Claims

Two or more spatial light modulators that emit light having different wavelength ranges from each other, a photosynthetic means having the light emitted by each of the two or more spatial light modulators as the same optical axis, and a light emitting side of the photosynthetic means. A projection lens that controls the dimensions of the image to be projected and a polarization control element that changes the polarization direction of light.
The polarization control element includes a liquid crystal birefringence control element in which a liquid crystal is sandwiched between a pair of electrodes connected to an AC power supply, and a wave plate arranged on the light emitting side of the liquid crystal birefringence control element. A projection type display device characterized in that the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal is changed with time.

The projection type display device according to claim 1, wherein the polarization control element includes two or more liquid crystal birefringence control elements arranged side by side in the traveling direction of light.

The projection type display device according to claim 1 or 2, wherein the polarization control element is arranged on the light emitting side of the projection lens.

The projection type display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the polarization control element intermittently changes the polarization direction of light.

The fourth aspect of the present invention is characterized in that the polarization control element changes the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal stepwise so as to change the polarization directions of light in three or more ways different from each other by 45 ° or more. Projection type display device.

The projection type display device according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid crystal birefringence control element is of an OCB type.