JP3302267B2 - Optical modulation device and color image display device using the same - Google Patents

Optical modulation device and color image display device using the same

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JP3302267B2
JP3302267B2 JP20028496A JP20028496A JP3302267B2 JP 3302267 B2 JP3302267 B2 JP 3302267B2 JP 20028496 A JP20028496 A JP 20028496A JP 20028496 A JP20028496 A JP 20028496A JP 3302267 B2 JP3302267 B2 JP 3302267B2
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学変調装置及び
その光学変調装置を用いたカラー画像表示装置に関する
ものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an optical modulation device and a color image display device using the optical modulation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、液晶光学変調素子を用いた単板カ
ラー光学変調装置は、液晶光学変調素子周辺部にある光
学変調被制御部の配線を遮光するブラックマトリクス面
積が液晶光学変調素子に占める割合が高く、装置全体の
光利用効率を低下させる要因となっていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a single-plate color optical modulator using a liquid crystal optical modulation element, the area of a black matrix that shields the wiring of an optical modulation controlled part located around the liquid crystal optical modulation element occupies the liquid crystal optical modulation element. The ratio is high, and this is a factor that lowers the light use efficiency of the entire device.

【0003】この問題を解決するためには、図14に示
したような、集光素子群2をカラーフィルター51R、
51G、51Bの前面に配置し、白色光源からの照明光
を光学変調素子201の各画素に集光させていることに
より、光学変調装置200の光利用効率を向上させる方
法が知られている。ここで、図14における3は透明基
板、5はブラックマトリクスである。
In order to solve this problem, the light-collecting element group 2 as shown in FIG.
There is known a method of improving the light use efficiency of the optical modulation device 200 by disposing the illumination light from the white light source on each pixel of the optical modulation element 201 by disposing the illumination light from the white light source on the front surface of each of the 51G and 51B. Here, 3 in FIG. 14 is a transparent substrate, and 5 is a black matrix.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述の従来例では、白
色光から各光学変調素子に応じた色光を取り出す部材と
してカラーフィルターを用いている。しかしながら、カ
ラーフィルターは各画素へ入射する白色光のうち、ある
波長成分の光のみを透過するため、それ以外の波長成分
の光に関しては無駄になっており、光利用効率が非常に
低かった。
In the above-mentioned conventional example, a color filter is used as a member for extracting color light corresponding to each optical modulation element from white light. However, since the color filter transmits only light of a certain wavelength component among white light incident on each pixel, light of other wavelength components is wasted, and the light use efficiency is extremely low.

【0005】本発明は、上記従来例を鑑みなされたもの
であり、光量損失が少なく画質のよい光学変調装置を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional example, and has as its object to provide an optical modulation device having a small loss of light quantity and good image quality.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学変調装置は、入射光を各画素毎に変調
して出射する光学変調素子と、広波長帯域の光束を所定
の波長帯域毎に分解する色分解素子とを有し、色分解素
子によって所定の波長帯域毎に分解された光束を光学変
調素子の異なる画素に入射させ、入射光の変調を行う光
学変調装置であって、色分解素子が、入射光を所定波長
毎に分解する色分解領域と、入射光をそのまま透過する
非色分解領域を交互に有することを特徴としている。
In order to achieve the above object, an optical modulator according to the present invention comprises an optical modulator for modulating incident light for each pixel and outputting the same, and a light beam of a wide wavelength band having a predetermined wavelength. A color separation element that separates each band, and a light flux separated by the color separation element for each predetermined wavelength band is made incident on different pixels of the optical modulation element to modulate incident light. The color separation element is characterized in that the color separation elements alternately have a color separation area that separates incident light for each predetermined wavelength and a non-color separation area that transmits incident light as it is.

【0007】本発明の光学変調装置において、広波長帯
域の光束、または色分解素子を通過した光束を集光して
光学変調素子の各画素に収歛光を入射させるレンズアレ
イを有することが好ましい。
In the optical modulator of the present invention, it is preferable to have a lens array that collects a light beam in a wide wavelength band or a light beam that has passed through a color separation element and makes condensed light incident on each pixel of the optical modulation element. .

【0008】また、本発明の光学変調装置は、レンズア
レイを構成するレンズ一つおきに色分解素子の色分解領
域を有することが好ましい。
The optical modulator of the present invention preferably has a color separation area of a color separation element for every other lens constituting the lens array.

【0009】本発明の光学変調装置において、色分解素
子には、バイナリーオプティクス、ホログラム等が用い
られる。
In the optical modulator of the present invention, binary optics, holograms, etc. are used for the color separation element.

【0010】また、色分解素子と光学変調素子との間に
カラーフィルターを配した形態も考えられる。このと
き、色非分解領域を通過した白色光束の光路上にのみカ
ラーフィルターを設ける形態が考えられる。
[0010] Further, a form in which a color filter is arranged between the color separation element and the optical modulation element is also conceivable. At this time, a form in which a color filter is provided only on the optical path of the white light beam that has passed through the color non-separated area may be considered.

【0011】本発明の光学変調装置に用いられる光学変
調素子には、高分子分散型液晶、TN型液晶、ゲストホ
スト型液晶等が好適に用いられる。特に、光学変調素子
に高分子分散型液晶を用いた際には、画素間に遮光壁を
設けることが好ましい。
As the optical modulation element used in the optical modulation device of the present invention, a polymer dispersion type liquid crystal, a TN type liquid crystal, a guest host type liquid crystal, or the like is suitably used. In particular, when a polymer-dispersed liquid crystal is used for the optical modulation element, it is preferable to provide a light shielding wall between pixels.

【0012】本発明の光学変調装置には、反射型、透過
型双方の形態が考えられるが、詳細は発明の実施の形態
にて説明する。
The optical modulator of the present invention may be of either a reflection type or a transmission type, and details will be described in the embodiments of the invention.

【0013】本発明の光学変調装置を、カラー画像表示
装置に用いることにより高画質の表示が可能になる。
By using the optical modulation device of the present invention for a color image display device, a high quality image can be displayed.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は本発明の特徴を最もよく表
す光学変調装置の一部の断面図(装置光軸に対して平行
な断面)である。
FIG. 1 is a cross-sectional view (a cross section parallel to the optical axis of the device) of a part of an optical modulator that best illustrates the features of the present invention.

【0015】同図において、1は光学変調制御部(不図
示)及び光学変調被制御部からなる光学変調素子であ
る。本実施の形態においては光学変調被制御部は高分子
分散型液晶を用いる。2は入射光を集光する集光素子
群、3は光学変調素子1を挟持する透明基板、4は画像
表示に不要な光を遮光する遮光膜である。6は集光素子
群2によって集光された光を複数の色光に分解して出射
する領域が各集光素子に対して二対一で設けられた色分
解素子である。7は光学変調素子1と透明基板3の間に
設けられた反射板である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an optical modulation element including an optical modulation control section (not shown) and an optical modulation control section. In the present embodiment, a polymer-dispersed liquid crystal is used for the optical modulation controlled part. Reference numeral 2 denotes a light-collecting element group for condensing incident light, 3 denotes a transparent substrate that sandwiches the optical modulation element 1, and 4 denotes a light-shielding film that shields light unnecessary for image display. Reference numeral 6 denotes a color separation element in which light condensed by the light condensing element group 2 is divided into a plurality of color lights and a region for emitting the light is provided two-to-one with respect to each light condensing element. Reference numeral 7 denotes a reflection plate provided between the optical modulation element 1 and the transparent substrate 3.

【0016】図中、光学変調素子群1のR(赤)、G
(緑)、B(青)の符号は、それぞれの光学変調素子1
の各画素が入射及び反射する光の波長帯域を表してい
る。W(白)と記された画素には白色光が入射及び反射
する。
In the figure, R (red) and G of the optical modulation element group 1 are shown.
The symbols of (green) and B (blue) indicate the respective optical modulation elements 1
Represents the wavelength band of light incident and reflected by each pixel. White light is incident on and reflected from the pixel marked W (white).

【0017】図1において、任意の集光素子をA0、A
0に隣接した集光素子をA+1、A−1、A0の光軸
(集光光束の中心線)を含む光学変調素子の画素をT
0、T0に隣接した光学変調素子の画素をT+1、T−
1、A0の光軸を含む色分解素子の領域を(色分解領
域)をS0、S0に隣接した色分解素子の領域(非色分
解領域)をS+1、S−1とする。A0で集光された白
色光束は色分解領域S0を通過後、RGB帯域の3つの
色光に色分解され、画素T0、T+1、T−1に入射
し、反射板7で反射される。それぞれの波長帯域の光束
は、画素T0、T+1、T−1を出射するまでの間に光
学変調を受ける。反射板7によって反射され画素T0に
よって変調を受けたGの波長帯域の光は、集光素子A0
において略平行光とされ出射する。同様に画素T−1、
T+1によって変調を受けたB及びRの波長帯域の光
は、それぞれ集光素子A−1、A+1において略平行光
とされ出射する。
In FIG. 1, arbitrary light-collecting elements are denoted by A0 and A
A light condensing element adjacent to 0 is a pixel of the optical modulation element including the optical axes of A + 1, A-1, and A0 (the center line of the condensed light flux).
Pixels of the optical modulation element adjacent to 0, T0 are represented by T + 1, T−
1. The area of the color separation element including the optical axis of A0 (color separation area) is S0, and the area of the color separation element adjacent to S0 (non-color separation area) is S + 1 and S-1. After passing through the color separation area S0, the white light flux condensed at A0 is color-separated into three color lights in the RGB band, enters the pixels T0, T + 1, and T-1, and is reflected by the reflection plate 7. The luminous flux of each wavelength band undergoes optical modulation until it is emitted from the pixels T0, T + 1, T-1. The light in the G wavelength band reflected by the reflection plate 7 and modulated by the pixel T0 is collected by the condensing element A0.
And is emitted as substantially parallel light. Similarly, pixel T-1,
The light in the B and R wavelength bands modulated by T + 1 is converted into substantially parallel light by the light condensing elements A-1 and A + 1, and emitted.

【0018】非色分解領域S+1、S−1は入射光をそ
のまま透過する領域である。したがって、画素T+2、
T−2には白色光が入射し、変調を受けた後、集光素子
をA+1、A−1で略平行光とされて出射する。
The non-color separation areas S + 1 and S-1 are areas where incident light is directly transmitted. Therefore, pixel T + 2,
After white light is incident on T-2 and modulated, the light is emitted from the light-collecting element as substantially parallel light at A + 1 and A-1.

【0019】すなわち、図1に示すように、S0のよう
な色分解領域に対応したA0のような集光素子からは、
Gの波長帯域の光が出射し、それと隣り合った、S+1
やS−1のような入射光をそのまま透過する非色分解領
域に対応したA+1やA−1のような集光素子からは、
その集光素子自身に入射した白色光と、両隣の集光素子
に入射し色分解領域によって分解されたRとBの波長帯
域の光とが出射する。1つおきに存在するA+1やA−
1のような集光素子から出射する白色光は、輝度を与え
る画像情報として働く。
That is, as shown in FIG. 1, from a light-collecting element such as A0 corresponding to a color separation area such as S0,
The light in the G wavelength band is emitted, and S + 1 adjacent to the light is emitted.
From a light-collecting element such as A + 1 or A-1 corresponding to a non-color separation area that directly transmits incident light such as
The white light that has entered the light-collecting element itself and the light in the R and B wavelength bands that have entered the light-collecting elements on both sides and have been separated by the color separation region are output. A + 1 and A- that exist every other
White light emitted from a light-collecting element such as 1 functions as image information that gives luminance.

【0020】ところで、図1においては異なる媒質間の
光の屈折は記載されていないが、実際に設計する際に
は、この屈折率の差を考慮する必要がある。これは以後
の光線が描かれた図においても同様である。
Although the refraction of light between different media is not shown in FIG. 1, it is necessary to consider this difference in refractive index when actually designing. This is the same in the drawings in which the subsequent light rays are drawn.

【0021】高分子分散型液晶による光学変調原理につ
いては一般的には知られているため説明は省略する。
The principle of optical modulation by polymer-dispersed liquid crystal is generally known and will not be described.

【0022】次に、本実施形態における液晶パネル内の
画像信号駆動方法の一例を簡単に説明する。
Next, an example of a method of driving an image signal in a liquid crystal panel according to the present embodiment will be briefly described.

【0023】入力画像がビデオ信号の場合、表示する画
像の1フレーム分の画像信号をメモリに一時的に蓄積し
た後、パネルの画素配列と対応するように順次順番を入
れ替えサンプリングを行う。また、パソコン等のデータ
信号のようにすでにメモリ保管されている入力画像の場
合には、サンプリング方法を変えることで対応できる。
ただし本実施例においては、各ライン中各色のパネル画
素が異なることから、画素数の少ない色光に対応する画
像信号は、元の画像信号の2画素分を1画素分に平均化
する等の画像処理をサンプリングの前の時点で行う必要
がある。
When the input image is a video signal, an image signal for one frame of the image to be displayed is temporarily stored in a memory, and then sampling is performed by sequentially changing the order so as to correspond to the pixel arrangement of the panel. In the case of an input image already stored in memory such as a data signal of a personal computer or the like, it can be handled by changing the sampling method.
However, in this embodiment, since the panel pixels of each color are different in each line, the image signal corresponding to the color light having a small number of pixels is obtained by averaging two pixels of the original image signal into one pixel. Processing must be performed before sampling.

【0024】次に、色分解素子6について、図2の断面
拡大図を用いて説明する。
Next, the color separation element 6 will be described with reference to an enlarged sectional view of FIG.

【0025】本実施の形態において色分解素子6は、バ
イナリーオプティックス(以下BO)と呼ばれる位相型
回析格子を各集光素子に対応した領域1つおきに樹脂で
成形したものである。BOとは、図2に示すように階段
形状をした回析格子であり、特に本実施形態に示したも
のは、回析格子の格子ピッチ、位相変化量を特定するこ
とにより各回析格子の0次と±1次の回析光にエネルギ
ーの大半を集中させ、かつ0次、±1次回折光それぞれ
の最もエネルギーの高い波長帯域(以下、主波長帯域)
がRGBのいずれかに対応するように構成したものであ
る。本実施の形態では、格子ピッチP内にステップ幅L
1、L2、L3の3段形状としている。なお、段階数は
3段階以上であれば4段でも5段でも同様の効果が得ら
れるように構成することができる。本実施形態に示すよ
うな透過型のBOは、Applied Optics誌
17巻15号2273〜2279(1978.8.1
号)に開示されているように、BOに入射した入射光束
が透過回析されて主に3方向に分離される。このBOに
おいて、例えばブレーズド波長λ0としたとき、ブレー
ズド波長をλ0としたとき、ブレーズド波長λ0に対し
必要な格子厚Dtは、 Dt=m・λ0/(nλ0−1) となる。ここで、nλ0は媒質の屈折率である。m,λ
0をm=2、λ0=530nmとし、屈折率nλ0=
1.5程度として算出した場合、格子厚はDt=212
0nm程度となる。
In the present embodiment, the color separation element 6 is formed by molding a phase-type diffraction grating called binary optics (hereinafter referred to as BO) in a resin every other area corresponding to each light condensing element. BO is a diffraction grating having a stepped shape as shown in FIG. 2, and in particular, the diffraction grating shown in the present embodiment is designed to specify the grating pitch of the diffraction grating and the amount of phase change to thereby determine the zero of each diffraction grating. Most of the energy is concentrated on the next and ± 1st order diffracted light, and the wavelength band with the highest energy of each of the 0th and ± 1st order diffracted light (hereinafter, the main wavelength band)
Are configured to correspond to any of RGB. In the present embodiment, the step width L is set within the lattice pitch P.
It has a three-stage shape of 1, L2 and L3. In addition, if the number of stages is three or more, it can be configured such that the same effect can be obtained even in four stages or five stages. The transmission type BO as shown in the present embodiment is disclosed in Applied Optics, Vol. 17, No. 15, No. 2273-2279 (1978.88.1).
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260, an incident light beam incident on a BO is transmitted and diffracted and separated mainly into three directions. In this BO, for example, when the blazed wavelength is λ0 and the blazed wavelength is λ0, the required grating thickness Dt for the blazed wavelength λ0 is Dt = m · λ0 / (nλ0-1). Here, nλ0 is the refractive index of the medium. m, λ
0 is m = 2, λ0 = 530 nm, and the refractive index nλ0 =
When calculated as about 1.5, the lattice thickness is Dt = 212.
It is about 0 nm.

【0026】次に、光学変調装置10を用いた反射型の
カラー画像表示装置の概略図を図3に示す。
FIG. 3 is a schematic view of a reflection type color image display device using the optical modulation device 10. As shown in FIG.

【0027】図3中、10は本発明の光学変調装置、1
1は放物鏡12の焦点位置に置かれた白色光源、13は
コンデンサレンズ、14は投射レンズ、15は投射レン
ズ絞り、16は投射スクリーン、17は集光レンズ、1
8は投写レンズ絞り15の白色光源11側に設けられた
ミラーである。
In FIG. 3, reference numeral 10 denotes an optical modulator of the present invention;
1 is a white light source placed at the focal position of a parabolic mirror 12, 13 is a condenser lens, 14 is a projection lens, 15 is a projection lens aperture, 16 is a projection screen, 17 is a condenser lens, 1
Reference numeral 8 denotes a mirror provided on the white light source 11 side of the projection lens stop 15.

【0028】白色光源11から出射した光は放物鏡12
により略平行光にされ、集光レンズ17、ミラー18、
コンデンサレンズ13を介して光学変調装置10に入射
する。光学変調装置10によりRGBの色光ごとの画像
情報を与えられた光は、コンデンサレンズ13、投射レ
ンズ14を介して投射スクリーン16上に画像表示を行
う。
The light emitted from the white light source 11 is applied to a parabolic mirror 12.
Is converted into substantially parallel light by the condenser lens 17, the mirror 18,
The light enters the optical modulation device 10 via the condenser lens 13. The light provided with the image information for each of the RGB color lights by the optical modulation device 10 displays an image on a projection screen 16 via a condenser lens 13 and a projection lens 14.

【0029】RGBの各色光の画像情報は光学変調装置
10による光束の拡散度に依存している。図3のように
光軸上に開口を有するような絞りを用いる場合では、拡
散度の低い光束が投射レンズ絞り15を通過して投射ス
クリーン16に到達し、拡散度の高い光束は投射レンズ
絞り15に遮光され、投射スクリーン16に到達しな
い。すなわち、光学変調装置10の各画素の光束の拡散
性を変えることで、投射スクリーン16に到達する光量
を変えることができ、画像の階調様示が可能となる。ま
た、図3のような構成とは逆に、光軸近傍の光束を遮光
するような絞り形状である場合も、同様な画像の階調表
示が可能となる。
The image information of each color light of RGB depends on the degree of diffusion of the light beam by the optical modulator 10. When a stop having an aperture on the optical axis as shown in FIG. 3 is used, a light beam having a low degree of diffusion passes through the projection lens stop 15 and reaches the projection screen 16, while a light beam having a high degree of diffusion is projected on the projection lens stop. 15 does not reach the projection screen 16. That is, by changing the diffusivity of the light flux of each pixel of the optical modulation device 10, the amount of light reaching the projection screen 16 can be changed, and the gradation of an image can be displayed. Contrary to the configuration as shown in FIG. 3, even in the case of an aperture shape that blocks a light beam near the optical axis, similar gradation display of an image is possible.

【0030】このように構成することで、入射光に対す
る出射光の光利用効率を大幅に向上させることができ
る。また同時に、本発明の光学変調装置10をカラー画
像表示装置に用いることにより明るい装置の提供が装置
サイズを大型化することなしに可能となる。また、スク
リーン上に光学変調装置のブラックマトリクスガ見えな
くなるため、スクリーンに近づいた時にも、高画質の画
像を鑑賞することが可能となる。また、1画素に対して
入射光束を集光していることから開口率の低い画素を採
用できるため、光学変調素子の製造上の歩留まりを上げ
ることが可能となるなどの多くのメリットが存在する。
With this configuration, it is possible to greatly improve the light use efficiency of the outgoing light with respect to the incident light. At the same time, by using the optical modulation device 10 of the present invention for a color image display device, a bright device can be provided without increasing the size of the device. Further, since the black matrix of the optical modulation device is not visible on the screen, it is possible to appreciate a high quality image even when approaching the screen. Further, since an incident light beam is condensed for one pixel, a pixel having a low aperture ratio can be employed, so that there are many advantages such as an increase in the production yield of the optical modulation element. .

【0031】本実施の形態においては、色分解素子とし
てBOを用いたが、ホログラム等のその他の色分解素子
を用いてもかまわない。また、図4に示すように集光素
子を平板マイクロレンズ41として構わない。図4に示
した構成は平板マイクロレンズ41を色分解素子6と一
体で形成したものに、透明基板3と接着したものであ
る。このように構成することで装置のコンパクト化が可
能となる。更に集光素子と色分解素子の配置の順序を逆
にした構成も考えられる。
In this embodiment, BO is used as the color separation element, but another color separation element such as a hologram may be used. Further, as shown in FIG. 4, the light condensing element may be a flat microlens 41. In the configuration shown in FIG. 4, the flat microlens 41 is formed integrally with the color separation element 6 and bonded to the transparent substrate 3. With this configuration, the device can be made compact. Further, a configuration in which the arrangement order of the light-collecting element and the color separation element is reversed is also conceivable.

【0032】本実施の形態において、BOの1集光素子
内のピッチ数は図2に示すように2ピッチとしたが、光
学変調装置の仕様によって変える必要がある。また、1
ピッチ内の格子厚を各段ごとに若干変えること、及び1
ピッチ内の格子幅が不等間隔になるようにBO形状を設
計することで±1次回析光内側帯成分低減ができること
から理想的な色分解が更に可能となる。また、反射板7
は光学変調素子1の配線部を形成する金属層で同時に形
成しても構わない。
In this embodiment, the number of pitches in one light-collecting element of the BO is set to two as shown in FIG. 2, but it is necessary to change it according to the specifications of the optical modulator. Also, 1
Slightly changing the grating thickness in the pitch for each step;
By designing the BO shape such that the grating width within the pitch is unequally spaced, the ± 1st-order analysis light inner band component can be reduced, so that ideal color separation can be further achieved. Also, the reflection plate 7
May be formed simultaneously with a metal layer forming the wiring portion of the optical modulation element 1.

【0033】また図5に示すように、各色光が分離した
箇所に色補正用カラーフィルター51を設けた形態も考
えられる。この構成では、色分解素子6で分解された各
色光の分光特性が画像信号のもつ分光特性と異なる場
合、各色光を色補正用カラーフィルター51に入射さ
せ、理想的色情報を得ることによって忠実な画像色再現
が可能になる。この場合、各色光に分解した後にカラー
フィルター51を透過させるので、それほど光利用効率
の低下も生じない。
Further, as shown in FIG. 5, a form in which a color correction color filter 51 is provided at a place where each color light is separated can be considered. In this configuration, when the spectral characteristics of each color light separated by the color separation element 6 are different from the spectral characteristics of the image signal, each color light is made incident on the color correction color filter 51 to obtain ideal color information. Image color reproduction becomes possible. In this case, the light is transmitted through the color filter 51 after being decomposed into each color light, so that the light use efficiency does not decrease so much.

【0034】また、T+2、T−2のような白色光が入
射する画素に対応するフィルターをGの波長帯域の光が
透過するフィルターとしてもよい。この時、白色光が入
射する画素は、当然G色の信号に基づいて駆動されねば
ならない。更に白色光が入射する画素に対応するフィル
ターを任意の波長帯域の光が透過するフィルターにし
て、RGBの各色光が入射する画素に対してはフィルタ
ーを設けないような形態も考えられる。
Further, a filter such as T + 2 or T-2 corresponding to a pixel on which white light is incident may be a filter transmitting light in the G wavelength band. At this time, the pixel on which the white light is incident must be driven based on the G signal. Further, it is also conceivable that a filter corresponding to a pixel on which white light is incident is a filter for transmitting light in an arbitrary wavelength band, and a filter is not provided for a pixel on which each color light of RGB is incident.

【0035】白色光の光路中にカラーフィルターを設け
た場合、多少の光量損失は生ずるが、従来の全画素にカ
ラーフィルターを設けた装置に比べれば遥かに光利用効
率が高い。
When a color filter is provided in the optical path of white light, a small amount of light loss occurs, but the light use efficiency is much higher than that of a conventional apparatus in which color filters are provided for all pixels.

【0036】また図6に示すように、高分子分散型液晶
で拡散された光が隣接画素に入射し、クロストークの原
因となることを防止するために各画素間に遮光壁61を
設ける形態も考えられる。この構成により、更に高い画
質のカラー画像表示装置の提供が可能となる。
As shown in FIG. 6, a light shielding wall 61 is provided between pixels in order to prevent light diffused by the polymer dispersed liquid crystal from being incident on adjacent pixels and causing crosstalk. Is also conceivable. With this configuration, it is possible to provide a color image display device with higher image quality.

【0037】また、図5に示したカラーフィルター5
1、図6に示した遮光壁61を同時に有するような形態
も考えられるのは説明するまでもない。
The color filter 5 shown in FIG.
1. It is needless to say that the light shielding wall 61 shown in FIG. 6 may be simultaneously provided.

【0038】本実施形態では、光学変調被制御部として
高分子分散型液晶を用いているが、TN型液晶、ゲスト
ホスト液晶等のその他の光学変調被制御部を用いても構
わない。
In this embodiment, the polymer-dispersed liquid crystal is used as the optical modulation controlled part, but other optical modulation controlled parts such as a TN type liquid crystal and a guest host liquid crystal may be used.

【0039】図7から図11は、本発明の光学変調装置
を入射側から見た平面図であり、集光素子と光学変調素
子の各画素の配置の関係を示すものである。
FIGS. 7 to 11 are plan views of the optical modulation device of the present invention as viewed from the incident side, and show the relationship between the arrangement of the condensing element and the pixels of the optical modulation element.

【0040】図7は、本発明の光学変調装置において、
色分解素子6の色分解領域の中心軸を含む画素への入射
光(図7中アンダーバーの添えられた英字)をG色とし
たものである。また、集光素子2は画素の2辺に平行な
方向のレンズの屈折力が各々異なる形状をしており集光
素子A0に入射した光束は色分解素子S0に集光するも
のとする。図7の場合、色分解素子の分解効率を(回析
格子を色分解素子に用いる場合、回析効率)をG色で最
も高くすることによって、光学変調装置出射時にはRG
B光量のバランスが均等になり、ホワイトバランスの調
整の容易な装置の提供が可能となる。ここでは、光学変
調素子の画素形状が正方形としたが、長方形であっても
構わない。
FIG. 7 shows an optical modulator according to the present invention.
Light incident on pixels including the central axis of the color separation area of the color separation element 6 (letters with underbars in FIG. 7) is G color. The light-collecting element 2 has a shape in which the refractive power of the lens in the direction parallel to the two sides of the pixel is different from each other, and the light beam incident on the light-collecting element A0 is condensed on the color separation element S0. In the case of FIG. 7, the separation efficiency of the color separation element (when a diffraction grating is used for the color separation element, the diffraction efficiency) is set to be the highest for the G color, so that the RG is output when the light is emitted from the optical modulation device.
The balance of the B light amount becomes uniform, and it is possible to provide a device that can easily adjust the white balance. Here, the pixel shape of the optical modulation element is a square, but may be a rectangle.

【0041】図8は、本発明の光学変調装置において、
任意の1次元方向(図中横方向)に並んだ集光素子例の
各色分解領域の中心軸を含む画素への入射光(図8中ア
ンダーバーの添えられた英字)を同一にし、その入射光
をB色とした場合、この集光素子列に隣接した集光素子
列の各色分解領域の中心軸を含む画素への入射光を各々
R色、G色としたものである。このように集光素子と光
学変調素子の画素を配列しても、図7の配列と同様の効
果が得られる。
FIG. 8 shows an optical modulator according to the present invention.
The incident light (the alphabetic character with an underbar in FIG. 8) incident on the pixel including the central axis of each color separation area of the light-collecting element example arranged in an arbitrary one-dimensional direction (horizontal direction in the figure) is made identical. Is the B color, the light incident on the pixel including the central axis of each color separation region of the light-collecting element row adjacent to the light-collecting element row is the R color and the G color, respectively. Even if the pixels of the light condensing element and the optical modulation element are arranged in this manner, the same effect as the arrangement of FIG. 7 can be obtained.

【0042】図7、図8におい光学変調素子の各画素の
2次元配列は、格子状に配列されているが、図9に示す
ような千鳥配列であっても同様の効果が得られる。
In FIGS. 7 and 8, the two-dimensional arrangement of the pixels of the optical modulation element is arranged in a lattice, but the same effect can be obtained even in a staggered arrangement as shown in FIG.

【0043】図10は、図7に示したものと同様に各色
分解領域の中心軸を含む画素への入射光を全てG色とし
たものであり、同時に任意の色分解領域の色分解方向と
は垂直な方向の隣接色分解領域もG色とした物である。
このように集光素子と光学変調素子の画素を配列するこ
とで、BOが、ある1次元方向に連続的な形状になるこ
とから形成が容易であり、低コスト化が可能となる。ま
た、図11に示すように集光素子をレンチキュラーレン
ズとすることも可能である。この場合、レンチキュラー
レンズのパワーを持たない方向のブラックマトリクス構
造は除去できずに残されることになるが、開口率を一定
にしたままブラックマトリクスの構成を変えることで、
図10に示した例とほぼ同様の効果が得られる。
FIG. 10 shows that all the light incident on the pixels including the central axis of each color separation area is G color, as in the case of FIG. Indicates that the adjacent color separation area in the vertical direction is also G color.
By arranging the pixels of the light condensing element and the optical modulation element in this manner, the BO is formed in a continuous shape in a certain one-dimensional direction, so that the BO can be easily formed and the cost can be reduced. Further, as shown in FIG. 11, the light-collecting element can be a lenticular lens. In this case, the black matrix structure in the direction that does not have the power of the lenticular lens cannot be removed and remains, but by changing the configuration of the black matrix while keeping the aperture ratio constant,
Almost the same effects as in the example shown in FIG. 10 can be obtained.

【0044】図12は、透過型の光学変調装置20を表
す図である。反射型の光学変調装置10と同符号の構成
要素のものは同様の機能を有しているので説明を省略す
る。
FIG. 12 is a diagram showing a transmission type optical modulation device 20. Components having the same reference numerals as those of the reflection-type optical modulation device 10 have the same functions, and thus description thereof will be omitted.

【0045】反射型の光学変調装置10と異なる点は、
集光素子群2が入射側と出射側に1対で設けられている
点である。したがって、出射側の集光素子群2はコリメ
ート素子として働く。
The difference from the reflection type optical modulator 10 is that
The point is that the light-collecting element group 2 is provided as a pair on the incident side and the output side. Therefore, the light-collecting element group 2 on the emission side functions as a collimating element.

【0046】次に光学変調装置20の画像形成の動作に
ついて説明する。図1の場合と同様に、任意の集光素子
をA0、A0に隣接した集光素子A+1、A−1、A0
の光軸(集光光束の中心線)を含む光学変調素子の画素
をT0、T0に隣接した光学変調素子の画素をT+1、
T−1、A0の光軸を含む入射側の色分解素子の一領域
(色分解領域)をS0、S0に隣接した色分解素子の領
域(非色分解領域)をS+1、S−1、A0の光軸を含
む出射側の集光素子をC0、C0に隣接した集光素子を
C+1、C−1とする。A0で集光された白色光束は色
分解領域S0を通過後、RGB帯域の3つの色光に色分
解され、画素T0、T+1、T−1に入射し光学変調を
受ける。画素T0によって変調を受けたGの波長帯域の
光は、集光素子C0によって略平行光とされ出射する。
Next, the image forming operation of the optical modulation device 20 will be described. As in the case of FIG. 1, arbitrary light-collecting elements are denoted by A0, light-collecting elements A + 1, A-1, and A0 adjacent to A0.
The pixel of the optical modulator including the optical axis (center line of the condensed light beam) is T0, the pixel of the optical modulator adjacent to T0 is T + 1,
One area (color separation area) of the incident side color separation element including the optical axes of T-1 and A0 is S0, and the area of the color separation element (non-color separation area) adjacent to S0 is S + 1, S-1, A0. The light-collecting elements on the emission side including the optical axis are denoted by C0, and the light-collecting elements adjacent to C0 are denoted by C + 1 and C-1. After passing through the color separation area S0, the white light flux condensed at A0 is color-separated into three color lights in the RGB band, enters the pixels T0, T + 1, and T-1, and undergoes optical modulation. The light in the G wavelength band modulated by the pixel T0 is converted into substantially parallel light by the light-collecting element C0 and emitted.

【0047】また、集光素子A+1、A−1から入射し
た白色光は、色分解素子の非色分解領域S+1、S−1
を通過して光学変調素子の画素T+2、T−2に入射し
て変調を受け、非色分解領域S+1、S−1と隣接する
色分解領域にて分解されたB、Rの色光とともに、集光
素子C+1、C−1により略平行光とされ、光学変調装
置20より出射する。
The white light incident from the light condensing elements A + 1 and A-1 is transmitted to the non-color separation areas S + 1 and S-1 of the color separation element.
Pass through to the pixels T + 2 and T-2 of the optical modulation element to be modulated, and collected together with the B and R color lights separated in the color separation areas adjacent to the non-color separation areas S + 1 and S-1. The light is converted into substantially parallel light by the optical elements C + 1 and C-1, and emitted from the optical modulation device 20.

【0048】次に、光学変調装置20を用いた透過型の
カラー画像表示装置の概略図を図13に示す。
Next, a schematic diagram of a transmission type color image display device using the optical modulation device 20 is shown in FIG.

【0049】白色光源11から出射した光は、放物鏡1
2により略平行光にされ光学変調装置20に入射する。
光学変調装置20によりRGBの色光ごとの画像情報を
与えられた光は、コンデンサレンズ13、投射レンズ1
4を介して投射スクリーン16上に画像表示を行う。
The light emitted from the white light source 11 is
The light is converted into substantially parallel light by 2 and enters the optical modulation device 20.
The light to which the image information for each of the RGB color lights is given by the optical modulation device 20 is a condenser lens 13 and a projection lens 1.
An image is displayed on the projection screen 16 via the display 4.

【0050】このように、本発明の光学変調装置は透過
型にても実施可能であり、反射型の光学変調装置と同様
の効果が得られる。また、透過型の光学変調装置におい
ても、反射型の装置で図示、説明したような様々な形態
での実施が考えられる。
As described above, the optical modulation device of the present invention can be implemented also in a transmission type, and the same effect as that of a reflection type optical modulation device can be obtained. Also, in the transmission type optical modulation device, various embodiments as illustrated and described with the reflection type device are conceivable.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光利用効率の高い光学変調装置が実現でき、本発明の光
学変調装置をカラー画像表示装置に用いれば、画質のよ
い装置が装置サイズを大型化することなしに実現でき
る。
As described above, according to the present invention,
An optical modulation device with high light use efficiency can be realized. If the optical modulation device of the present invention is used for a color image display device, a device with good image quality can be realized without increasing the size of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の反射型の光学変調装置の要部断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a reflection type optical modulation device of the present invention.

【図2】色分解素子の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a color separation element.

【図3】本発明の反射型の光学変調装置を用いたカラー
画像表示装置の概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a color image display device using the reflection type optical modulation device of the present invention.

【図4】集光素子を平面マイクロレンズとした場合の本
発明の光学変調装置の拡大断面図である。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the optical modulation device of the present invention when a light-collecting element is a plane microlens.

【図5】本発明の反射型の光学変調装置の要部断面図で
ある。
FIG. 5 is a sectional view of a main part of a reflection type optical modulation device of the present invention.

【図6】本発明の反射型の光学変調装置の要部断面図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view of a main part of a reflection type optical modulation device of the present invention.

【図7】集光素子と光学変調素子の画素の配置の関係を
示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the arrangement of the pixels of the light condensing element and the optical modulation element.

【図8】集光素子と光学変調素子の画素の配置の関係を
示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the arrangement of the pixels of the light condensing element and the optical modulation element.

【図9】集光素子と光学変調素子の画素の配置の関係を
示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the arrangement of the pixels of the light condensing element and the optical modulation element.

【図10】集光素子と光学変調素子の画素の配置の関係
を示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the arrangement of pixels of a light-collecting element and an optical modulation element.

【図11】集光素子と光学変調素子の画素の配置の関係
を示した図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the arrangement of the pixels of the light condensing element and the optical modulation element.

【図12】本発明の透過型の光学変調装置の要部断面図
である。
FIG. 12 is a sectional view of a main part of a transmission type optical modulation device of the present invention.

【図13】本発明の透過型の光学変調装置を用いたカラ
ー画像表示装置の概略図である。
FIG. 13 is a schematic view of a color image display device using the transmission type optical modulation device of the present invention.

【図14】従来の光学変調装置の要部断面図である。FIG. 14 is a sectional view of a main part of a conventional optical modulation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光学変調素子 2 集光素子 3 透明基板 4 遮光膜 6 色分解素子 7 反射板 10 光学変調装置 11 白色光源 12 放物鏡 13 コンデンサーレンズ 14 投射レンズ 15 投射レンズ絞り 16 投射スクリーン 17 集光レンズ 18 ミラー 51 カラーフィルター 61 遮光壁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical modulation element 2 Condensing element 3 Transparent substrate 4 Shielding film 6 Color separation element 7 Reflector 10 Optical modulation device 11 White light source 12 Parabolic mirror 13 Condenser lens 14 Projection lens 15 Projection lens stop 16 Projection screen 17 Condensing lens 18 Mirror 51 color filter 61 shading wall

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335 G02B 5/18 G02B 5/32 G03B 33/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/1335 G02B 5/18 G02B 5/32 G03B 33/12

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入射光を各画素毎に変調して出射する光
学変調素子と、広波長帯域の光束を所定の波長帯域毎に
分解する色分解素子とを有し、該色分解素子によって所
定の波長帯域毎に分解された光束を前記光学変調素子の
異なる画素に入射させ、前記画素が入射光の変調を行う
光学変調装置において、 前記色分解素子は、入射光を所定波長毎に分解する色分
解領域と、入射光をそのまま透過する非色分解領域を交
互に有することを特徴とする光学変調装置。
An optical modulator for modulating incident light for each pixel and emitting the same; and a color separation element for separating a light beam in a wide wavelength band for each predetermined wavelength band. In the optical modulation device in which the light flux decomposed for each wavelength band is made incident on different pixels of the optical modulation element and the pixel modulates the incident light, the color separation element decomposes the incident light for each predetermined wavelength. An optical modulation device having alternately color separation regions and non-color separation regions that directly transmit incident light.
【請求項2】 前記広波長帯域の光束を集光して前記光
学変調素子の各画素に収歛光を入射させるレンズアレイ
を有することを特徴とする請求項1記載の光学変調装
置。
2. The optical modulation device according to claim 1, further comprising a lens array that condenses the light beam in the wide wavelength band and makes convergent light incident on each pixel of the optical modulation element.
【請求項3】 前記色分解素子を通過した光束を集光し
て前記光学変調素子の各画素に収歛光を入射させるレン
ズアレイを有することを特徴とする請求項1記載の光学
変調装置。
3. The optical modulation device according to claim 1, further comprising a lens array that condenses a light beam that has passed through the color separation element and makes convergent light incident on each pixel of the optical modulation element.
【請求項4】 前記レンズアレイは平板マイクロレンズ
であることを特徴とする請求項2、3記載の光学変調装
置。
4. The optical modulation device according to claim 2, wherein said lens array is a flat microlens.
【請求項5】 前記レンズアレイを構成するレンズ一つ
おきに前記色分解素子は色分解領域を有することを特徴
とする請求項2乃至4記載の光学変調装置。
5. The optical modulation device according to claim 2, wherein the color separation element has a color separation area for every other lens constituting the lens array.
【請求項6】 前記色分解素子はバイナリーオプティク
スであることを特徴とする請求項1乃至5記載の光学変
調装置。
6. The optical modulation device according to claim 1, wherein the color separation element is binary optics.
【請求項7】 前記色分解素子はホログラムであること
を特徴とする請求項1乃至5記載の光学変調装置。
7. The optical modulation device according to claim 1, wherein the color separation element is a hologram.
【請求項8】 前記色分解素子と前記光学変調素子との
間にカラーフィルターを配したことを特徴とする請求項
1乃至7記載の光学変調装置。
8. The optical modulation device according to claim 1, wherein a color filter is provided between the color separation element and the optical modulation element.
【請求項9】 前記カラーフィルターは、前記色分解素
子の非色分解領域を通過した光束の光路上にのみ設けら
れることを特徴とする請求項8記載の光学変調装置。
9. The optical modulation device according to claim 8, wherein the color filter is provided only on an optical path of a light beam that has passed through a non-color separation area of the color separation element.
【請求項10】 前記光学変調素子は、高分子分散型液
晶であることを特徴とする請求項1乃至9記載の光学変
調装置。
10. The optical modulation device according to claim 1, wherein the optical modulation element is a polymer-dispersed liquid crystal.
【請求項11】 前記光学変調素子の画素間に遮光壁を
有することを特徴とする請求項10記載の光学変調装
置。
11. The optical modulation device according to claim 10, wherein a light shielding wall is provided between pixels of the optical modulation element.
【請求項12】 前記光学変調素子は、TN型液晶であ
ることを特徴とする請求項1乃至9記載の光学変調装
置。
12. The optical modulation device according to claim 1, wherein the optical modulation element is a TN type liquid crystal.
【請求項13】 前記光学変調素子は、ゲストホスト型
液晶であることを特徴とする請求項1乃至9記載の光学
変調装置。
13. The optical modulation device according to claim 1, wherein the optical modulation element is a guest-host type liquid crystal.
【請求項14】 反射型の光学変調装置であることを特
徴とする請求項1乃至13記載の光学変調装置。
14. The optical modulation device according to claim 1, wherein the optical modulation device is a reflection type optical modulation device.
【請求項15】 透過型の光学変調装置であることを特
徴とする請求項1乃至13記載の光学変調装置。
15. The optical modulator according to claim 1, wherein the optical modulator is a transmission type optical modulator.
【請求項16】 請求項1乃至15記載の光学変調装置
を用いて画像表示を行うカラー画像表示装置。
16. A color image display device for displaying an image using the optical modulation device according to claim 1. Description:
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