JP3587198B2 - Projection display device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶装置のような反射型変調素子により形成された表示画像を投写面に投写表示する、投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
今日、大画面の画像を表示する方法としては、液晶装置をライトバルブとして用いた投写型表示装置が良く知られている。このような投写型表示装置の例として、３枚の液晶装置を用いた投写型表示装置の代表的な構成例を第１４図に示す。光源部１１０は光源ランプ１１１と放物面リフレクター１１２とから構成されており、光源ランプ１１１から出射された光は放物面リフレクター１１２により反射されてダイクロイックミラー４０１へ入射する。そして、波長選択性のある２枚のダイクロイックミラー４０１、４０２により赤色光、緑色光、青色光の３色の色光に分離された後、それぞれの色光に対応した透過型液晶装置３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂに照射され、それぞれの透過型液晶装置を透過してきた光がクロスダイクロイックプリズム４２０により合成され、投写光学系５００を介して投写面６００上に投写表示される。なお、赤色光の光路と、青色光の光路には、光束を反射する反射ミラー４０３、４０４、４０５が設けられている。
【０００３】
ここで、色光合成手段として用いるクロスダイクロイックプリズム４２０には、ダイクロイック膜がＸ字状に配置されている。３つの液晶装置を用いた投写型表示装置の色光合成手段は、クロスダイクロイックプリズム４２０の代わりに２枚のダイクロイックミラーを平行に配置しても実現できる。しかしながら、クロスダイクロイックプリズム４２０を用いた方が、２枚のダイクロイックミラーを平行に配置した場合に比べて液晶装置３０１、３０１Ｇ、３０１Ｂと投写光学系５００との間の距離を短くできるため、大口径の投写レンズを用いなくとも明るい投写画像が得られるという特徴がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の投写型表示装置では、光合成の部分についてはクロスダイクロイックプリズム４２０を用いることにより光路を短くすることができるものの、光分離手段の部分については、ダイクロイックミラー４０１、４０２、および、反射ミラー４０３、４０４、４０５を用いているため、光路の長さがかなり長いものとなっている。よって、従来の投写型表示装置では光を分離する過程における光損失が多く、クロスダイクロイックプリズム４２０の持つ特性を十分に活かすことができなかった。
【０００５】
また、光源ランプ１１１と放物面リフレクター１１２とから構成される光源部１１０からの出射光束は、光束の断面内で不均一な光強度分布を有しており、光源光軸近傍の照明光の光強度は大きく、光軸から離れるにしたがって照明光の光強度は小さくなるという特性を持つ。したがって、第１４図に示した従来の投写型表示装置においては、被照明領域である液晶装置３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂにおける照明光の光強度分布が不均一となり、投写面６００に投写される画像に明るさムラや色ムラが生じてしまうという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、光路の長さを短くして光の損失を防ぐことにより、大口径の投写レンズを用いなくともより明るい投写画像を得ることができる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、被照明領域における照明光の光強度分布の不均一性を低減し、明るさが均一で、画質の良い投写型表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明第１の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側であって、前記中間光束が集束する位置に配置された第２の光学要素と、前記第２の光学要素から出射された光を変調する唯一の反射型変調素子と、を有する投写型表示装置であって、前記第２の光学要素は、前記集束された中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記反射型変調素子の一箇所の被照明領域上に重畳結合させる重畳結合素子とを有してなり、前記第２の光学要素と前記反射型変調素子との間の光路上に、前記第２の光学要素から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子が設けられ、更に、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明第１の投写型表示装置の上記構成によれば、光路の長さをきわめて短くすることができ、光の損失を最小限にとどめることが可能となる。よって、大口径の投写レンズを用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００１０】
第１の光学要素としては、例えば複数の光束分割レンズがマトリックス状に配置されたレンズアレイを用いることができる。このようなレンズアレイによって光源からの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束を被照明領域上で重畳結合することにより、単一光束の場合よりも照度のムラを低減することができる。よって、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な照明光を得ることができる。特に、光源ランプと放物面等のリフレクターとからなる光源から出射される光束に見られるように、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強度分布に一定の傾向を有している場合には、上記の第１の光学要素を用いることにより、被照明領域における照明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なものとすることができる。
【００１１】
第２の光学要素は、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上に重畳結合させるものである。従来の投写型表示装置においては、Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳結合させるため、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることができる。
【００１２】
第２の光学要素の偏光変換素子として、一対の偏光分離面と反射面とを備えた偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ／２位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからなる板状の偏光変換素子を採用することができる。このような偏光変換素子を採用することにより、光源からの出射光束を拡幅させることなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことができる。
【００１３】
なお、上記構成の第２の光学要素を備えた本発明第１の投写型表示装置において、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることにより、第１の光学要素と偏光変換素子との距離を短くし、集光力の大きい光束分割レンズからなる第１の光学要素の使用を可能にする。その結果、各光束分割レンズによって形成される像の大きさを小さくでき、各中間光束のそれぞれを、それと対応する偏光分離面上にのみ入射させ、反射面に直接光束が入射するのを防ぐことができる。したがって、光の利用効率をより高めることができ、さらに明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００１４】
また、この場合、前記重畳結合素子を前記偏光光束選択素子の光入射面に取り付けるようにすれば、重畳結合素子と反射透過素子との界面において発生する光損失を防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可能となる。
【００１５】
また、本発明第１の投写型表示装置において、前記重畳結合素子と前記偏光光束選択素子との間の光路上や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路上に偏光板を配置しても良い。前者の位置に偏光板を配置すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光板を配置すれば、偏光光束選択素子から出射する偏光光束、結果的には投写光学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めることができる。したがって、このように偏光板を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００１６】
本発明第２の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側であって、前記中間光束が集束する位置に配置された第２の光学要素と、前記第２の光学要素から出射された光束を３色の色光に分離するとともに、前記３色の色光をそれぞれ変調する３つの反射型変調素子によって変調された色光を合成する色光分離合成素子と、を有する投写型表示装置であって、前記第２の光学要素は、前記集束された中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記各々の反射型変調素子の一箇所の被照明領域上に重畳結合させる重畳結合素子と、を有してなり、
前記第２の光学要素と前記色光分離合成素子との間の光路上に、前記第２の光学要素から出射された光を反射または透過させて前記色光分離合成素子に到達させるとともに、前記色光分離合成素子により合成された光を透過または反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子が設けられ、更に、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
【００１７】
本発明第２の投写型表示装置においては、光を分離する機能と、光を合成する機能とを同一手段で達成しているため、前述した従来の投写型表示装置ようにダイクロイックミラー４０１、４０２や反射ミラー４０３、４０４、４０５を配置する必要がなくなる。よって、光路の長さをきわめて短くすることができ、光の損失を最小限にとどめることが可能となる。よって、大口径の投写レンズを用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００１８】
第１の光学要素としては、例えば複数の光束分割レンズがマトリックス状に配置されたレンズアレイを用いることができる。このようなレンズアレイによって光源からの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束を被照明領域上で重畳結合することにより、単一光束の場合よりも照度のムラを低減することができる。よって、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な照明光を得ることができる。特に、光源ランプと放物面等のリフレクターとからなる光源から出射される光束に見られるように、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強度分布に一定の傾向を有している場合には、上記の第１の光学要素を用いることにより、被照明領域における照明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なものとすることができる。
【００１９】
第２の光学要素は、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳結合させるものである。従来の投写型表示装置においては、Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳結合させるため、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることができる。
【００２０】
第２の光学要素の偏光変換素子として、一対の偏光分離面と反射面とを備えた偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ／２位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからなる板状の偏光変換素子を採用することができる。このような偏光変換素子を採用することにより、光源からの出射光束を拡幅させることなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことができる。
【００２１】
なお、上記構成の第２の光学要素を備えた本発明第２の投写型表示装置において、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることにより、第１の光学要素と偏光変換素子との距離を短くし、集光力の大きい光束分割レンズからなる第１の光学要素の使用を可能にする。その結果、各光束分割レンズによって形成される像の大きさを小さくでき、各中間光束のそれぞれを、それと対応する偏光分離面上にのみ入射させ、反射面に直接光束が入射するのを防ぐことができる。したがって、光の利用効率をより高めることができ、さらに明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００２２】
また、この場合、前記重畳結合素子を前記偏光光束選択素子の光入射面に取り付けるようにすれば、重畳結合素子と反射透過素子との界面において発生する光損失を防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可能となる。
【００２３】
さらに、上記構成の第２の光学要素を備えた本発明第２の投写型表示装置において、前記光源と前記偏光光束選択素子との間に光の進行方向を約９０度変える反射ミラーを配置すれば、光学系をコンパクトにすることが可能となる。
【００２４】
さらに、この反射ミラーを前記偏光変換素子によって得られる特定の偏光光束のみを選択的に反射する誘電体ミラーとし、前記偏光変換素子と前記重畳結合素子との間に配置することにより、偏光光束選択素子に入射する偏光光束の偏光度を、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる。したがって、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００２５】
また、第２の光学要素の偏光変換素子として、斜面に偏光分離膜が形成された三角柱のプリズムと、一方の面に反射膜が形成された板状のプリズムとが、前記偏光分離膜と前記反射膜とが略平行になるように組み合わされた偏光分離プリズムと、λ／２位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからなる偏光変換素子を採用することができる。このような偏光変換素子によっても、光源からの出射光束を拡幅させることなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことができる。さらに、このような偏光変換素子を採用すれば、偏光変換を行うと同時に光の進行方向が約９０度変えられるため、光の進行方向を変える反射ミラーを配置することなく光学系をコンパクトにすることが可能となる。
【００２６】
本発明第２の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子を２つのプリズム部品の間にダイクロイック膜が挟持されたダイクロイックプリズムで構成し、前記偏光光束選択素子を２つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持された偏光ビームスプリッタで構成し、前記ダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方と、前記偏光ビームスプリッタを構成する前記プリズム部品の一方とが一体化された構成としても良い。
【００２７】
また、本発明第２の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子は、２つのプリズム部品の間にダイクロイック膜が挟持された第１、第２のダイクロイックプリズムを備え、前記第１のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方と、前記第２のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方とが一体化された構成としても良い。
【００２８】
さらに、前記色光分離合成素子にさらに導光プリズムを設け、前記第１または第２のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方と前記導光プリズムとが一体化された構成としても良い。
【００２９】
このように、プリズム部品を一体構成とすることにより、プリズム部品どうしの境界部分において発生する光損失を防ぐことができる。したがって、より一層光の利用効率を高めることができ、さらに明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明第２の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子を４つのプリズム部品の間にダイクロイック膜がＸ字状に配置されたクロスダイクロイックプリズムで構成し、前記３つの反射型変調素子を前記クロスダイクロイックプリズムの隣り合う３辺に沿って配置するようにしても良い。
【００３１】
このような構成とすれば、色光の分離、合成を１つのクロスダイクロイックプリズムで行うことができる。したがって、反射型変調素子を３つ使用した場合でも光路の長さが長くなることが無く、光の損失を防ぐことが可能となる。よって、３つの反射型変調素子を用いた場合でも、表示面、あるいは投写面全体に渡って明るさムラや色ムラが無く、かつ大口径の投写レンズを用いなくてもきわめて明るい投写画像を得ることができる。
【００３２】
このクロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置において、前記偏光光束選択素子を２つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持された偏光ビームスプリッタで構成し、前記偏光ビームスプリッタを構成する前記２つのプリズム部品の一方と、前記クロスダイクロイックプリズムを構成する４つのプリズム部品のうちいずれか１つとを一体化するようにしても良い。
【００３３】
このように、プリズム部品を一体構成とすることにより、クロスダイクロイックプリズムと偏光ビームスプリッタとの境界部分において発生する光損失を防ぐことができる。したがって、より一層光の利用効率を高めることができ、さらに明るい投写画像を得ることが可能となる。本発明第２の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子を、３色の色光をそれぞれ分離、合成する２つのダイクロイック膜を互いに光軸に対して異なる角度で配置したダイクロイックプリズムで構成することもできる。
【００３４】
前述したクロスダイクロイックプリズムを用いた場合には、プリズムの中央部にダイクロイック膜が直交する部分が存在し、この部分が投写画像に影として現れる場合がある。２つのダイクロイック膜を互いに光軸に対して異なる角度で配置したダイクロイックプリズムを採用すれば、この現象を防止することが可能である。
【００３５】
また、本発明第２の投写型表示装置において、前記重畳結合素子と前記偏光光束選択素子との間の光路上や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路上に偏光板を配置しても良い。前者の位置に偏光板を配置すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光板を配置すれば、偏光光束選択素子から出射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には投写光学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めることができる。したがって、このように偏光板を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００３６】
【発明を実施するための最良の形態】
以下に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（実施例）を説明する。以下の各実施例においては、互いに直交する３つの方向を、便宜的にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とし、Ｚ方向を光の進行方向とした。
（第１実施例）
第１図は、第１実施例の投写型表示装置１の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、第１図は、後に詳しく述べる第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。
【００３７】
本例の投写型表示装置１は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部１１０、第１の光学要素１２０、第２の光学要素１３０から概略構成される偏光照明装置１００、偏光照明装置１００からの光を反射させて反射型液晶装置３００に到達させるとともに、反射型液晶装置３００により変調された光を透過させて投写光学系５００へ到達させるＳ偏光光束反射膜２０１を備えた偏光ビームスプリッタ２００、偏光ビームスプリッタ２００から出射された光を変調する反射型液晶装置３００、反射型液晶装置３００にて変調された光を投写面６００に投写する投写光学系５００から大略構成されている。
【００３８】
光源部１１０は、光源ランプ１１１と、放物面リフレクター１１２とから大略構成されている。光源ランプ１１１から放射された光は、放物面リフレクター１１２によって一方向に反射され、略平行な光束となって第１の光学要素１２０に入射する。ここで、光源ランプ１１１としては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等が、また、リフレクターとしては本例に挙げた放物面リフレクター１１２の他に、楕円リフレクター、球面リフレクター等が使用できる。
【００３９】
第１の光学要素１２０は、その外観を第２図に示す様に、マトリックス状に配列された複数の矩形の光束分割レンズ１２１を備えたレンズアレイである。光源部１１０と第１の光学要素１２０との位置関係は、光源光軸Ｒが第１の光学要素１２０の中心に来るように設定されている。第１の光学要素１２０に入射した光は、光束分割レンズ１２１により複数の中間光束１２２に分割され、同時に光束分割レンズ１２１の集光作用により、システム光軸Ｌと垂直な平面内（第１図ではＸＹ平面）の中間光束が集束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像１２３を形成する。尚、光束分割レンズ１２１のＸＹ平面上における断面形状は反射型液晶装置３００の表示領域（被照明領域）の形状とほぼ相似形をなすように設計すると良い。本例では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い長方形の被照明領域を想定しているため、光束分割レンズ１２１のＸＹ平面上における断面形状もＸ方向に長い長方形としてある。
【００４０】
次に、第３図に基づいて第２の光学要素１３０の機能について説明する。
【００４１】
第２の光学要素１３０は、集光レンズアレイ１３１、偏光分離ユニットアレイ１４１と選択位相差板１４７とからなる板状の偏光変換素子１４０、偏光変換素子１４０から出射された中間光束を所定の被照明領域１６０上に重畳させる出射側レンズ１５０から大略構成される複合体である。第２の光学要素１３０は、第１の光学要素の光出射面側に、システム光軸Ｌに対してほぼ垂直となるように配置される。この第２の光学要素１３０は、中間光束１２２のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離した後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を一箇所の被照明領域１６０に導くという機能を有している。
【００４２】
集光レンズアレイ１３１は、第１の光学要素１２０と同様に、第１の光学要素１２０を構成する光束分割レンズ１２１と同数の集光レンズ１３２が、マトリックス状に複数配列されたものである。集光レンズアレイ１３１は、中間光束１２２のそれぞれを偏光分離ユニットアレイ１４１の特定の場所に集光しながら導くとともに、中間光束１２２の光軸をシステム光軸Ｌと平行にするという機能を有している。したがって、各集光レンズのレンズ特性は、第１の光学要素１２０により分割された中間光束１２２の特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ１４１に入射する光の主光線の傾きがシステム光軸Ｌと平行となるように、各々最適化されることが望ましい。但し、光学系の低コスト化および設計の容易さを考慮して、第１の光学要素１２０と全く同じレンズアレイを用いるか、あるいは、ＸＹ平面における断面形状が、第１の光学要素１２０を構成する光束分割レンズ１２１とほぼ相似形をなす集光レンズで構成したレンズアレイを用いても良い。本例の場合には、第１の光学要素１２０と同じレンズアレイを集光レンズアレイ１３１として用いている。尚、第１の光学要素１２０に入射する光束の平行性がきわめて高い場合には、第２の光学要素から集光レンズアレイ１３１を省略しても良い。
【００４３】
偏光分離ユニットアレイ１４１は、第４図（Ａ）に示されたように、Ｘ方向に配列された複数の偏光分離ユニット１４２から構成されている。偏光分離ユニット１４２は、光学ガラス等からなるプリズム内に一対の偏光分離面１４３と反射面１４４とを備えた四角柱状の構造体であり、入射する中間光束１２２のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する機能を有している。尚、偏光分離ユニットアレイ１４１は、交互に繰り返し配列した偏光分離面１４３と反射面１４４とをその内部に有する構造体であれば良く、必ずしも、複数の偏光分離ユニット１４２によって構成される必要はない。偏光分離ユニットアレイの機能の理解を容易にするために、偏光分離ユニット１４２という概念を導入したに過ぎない。
【００４４】
偏光分離面１４３と反射面１４４とはＸ方向に交互に並ぶように配置されていおり、それぞれシステム光軸Ｌに対して約４度の傾きをなしている。また、偏光分離面１４３と反射面１４４とは互いに重なり合わないように配置されている。また、偏光分離面１４３をＸＹ平面上に投影した面積と反射面１４４をＸＹ平面上に投影した面積とはそれぞれ等しい。偏光分離面１４３は誘電体多層膜等で、また、反射面１４４は誘電体多層膜、アルミニウム膜等で形成することができる。偏光分離ユニット１４２に入射した光は、偏光分離面１４３を透過するＰ偏光光束と、偏光分離面１４３で反射されて反射面１４４の方向に進行方向を変えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束は偏光分離ユニット１４２のＰ偏光光束出射面１４５から出射される。一方、Ｓ偏光光束は反射面１４４で反射され、Ｐ偏光光束とほぼ平行な状態となって、偏光分離ユニット１４２のＳ偏光光束出射面１４６から出射される。すなわち、偏光分離ユニット１４２に入射したランダムな偏光方向を有する中間光束１２２は、偏光分離ユニット１４２によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離され、それぞれ偏光分離ユニット１４２のＰ偏光光束出射面１４５、Ｓ偏光光束出射面１４６からほぼ同じ方向に向けて出射される。
【００４５】
なお、本例の偏光照明装置１００では、偏光分離ユニット１４２の偏光分離面１４３上にそれぞれの中間光束１２２を導く必要がある。したがって、本例では、偏光分離面１４３の中央部に中間光束１２３が集光されるように、集光レンズアレイ１３１が偏光分離ユニット１４２の横幅Ｗの１／４に相当する距離Ｄだけ、偏光分離ユニットアレイ１４１に対してＸ方向にずらした状態で配置されている。また、その結果、光源部１１０も、その光源光軸Ｒがシステム光軸Ｌに対して距離ＤだけＸ方向に平行シフトした状態となるように配置されている（第３図参照）。
【００４６】
偏光分離ユニットアレイ１４１の光出射面側には、λ／２位相差層１４８が規則的に形成された選択位相差板１４７が設置されている。第４図（Ｂ）に選択位相差板１４７の例を示す。
【００４７】
選択位相差板１４７は、偏光分離ユニット１４２のＰ偏光光束出射面１４５の部分にのみλ／２位相差層１４８が形成され、Ｓ偏光光束出射面１４６部分にはλ／２位相差層１４８が形成されていない光学素子である。したがって、偏光分離ユニット１４２から出射されたＰ偏光光束は、選択位相差板１４７を通過する際にλ／２位相差層１４８によって偏光方向の回転作用を受け、Ｓ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ偏光光束出射面１４６の部分にはλ／２位相差層１４８が形成されていないので、偏光分離ユニット１４２のＳ偏光光束出射面１４６から出射されたＳ偏光光束はＳ偏光のまま選択位相差板１４７を通過する。
【００４８】
すなわち、第１の光学要素から出射されたランダムな偏光方向を有する中間光束は、偏光分離ユニットアレイ１４１によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離され、選択位相差板１４７により、偏光方向が揃った一種類の偏光光束（本例の場合はＳ偏光光束）に変換されたことになる。
【００４９】
偏光変換素子１４０の光出射面側に配置された出射側レンズ１５０（第３図）は、偏光変換素子１４０によりＳ偏光光束に揃えられたそれぞれの中間光束を、被照明領域１６０上で重畳結合する重畳結合素子としての機能を有している。すなわち、第１の光学要素１２０により分割された中間光束１２２（つまり、光束分割レンズ１２１により切り出されたイメージ面）のそれぞれが、偏光変換素子１４０によって偏光方向の揃った一種類の偏光光に変換され、出射側レンズ１５０によって一箇所の被照明領域１６０上で重畳結合される。この場合、第１の光学素子１２０に入射する光束の光強度分布がその入射断面内で均一でなくとも、複数の分割された中間光束が重畳結合される過程で光強度は平均化されるため、被照明領域上における照明光の光強度分布は殆ど均一である。よって、被照明領域１６０を、一種類の偏光光束でほぼ均一に照明することができる。なお、出射側レンズ１５０は１つのレンズ体である必要はなく、第１の光学要素１２０のように、複数のレンズから構成されたレンズアレイとしても良い。
【００５０】
以上をまとめると、偏光照明装置１００によって、明るさが均一で偏光方向がほぼ揃った照明光を得ることができる。
【００５１】
偏光照明装置１００では、第１の光学要素１２０により微小な複数の集光像１２３を形成し、それらの形成過程で生じた光の存在しない空間を上手く利用し、その空間に偏光分離ユニット１４２の反射面１４４を配置している。したがって、光源からの出射光束を２種類の偏光光束に分離する際に生じる光束の拡幅を抑えることができ、少ないスペースで偏光変換を行うことができるという特徴がある。なお、Ｘ方向に長い長方形である被照明領域１６０の形状に合わせて、第１の光学要素１２０を構成する光束分割レンズ１２１の断面形状をＸ方向に長い長方形にするとともに、偏光分離ユニットアレイ１４１から出射された二種類の偏光光束がＸ方向に交互に並ぶようにしている。このため、長方形の被照明領域１６０を照明する場合でも、光量を無駄にすることなく、光の利用効率を高めることができる。
【００５２】
また、第２の光学要素１３０を構成する集光レンズアレイ１３１、偏光分離ユニットアレイ１４１、選択位相差板１４７、および出射側レンズ１５０を光学的に一体化することにより、それらの界面において発生する光損失を低減し、光の利用効率を一層高めるようにしている。しかしながら、これらの光学素子は必ずしも光学的に一体化する必要はない。
【００５３】
再び第１図に戻って説明する。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ２００は、２つのプリズム部品２０２、２０３の接合面に、Ｓ偏光光束反射膜２０１が形成されたものである。Ｓ偏光光束反射膜２０１は誘電体多層膜等で構成され、Ｓ偏光光束を反射し、かつＰ偏光光束を透過させる偏光光束選択素子として機能する。先に説明したように、偏光照明装置１００から出射される光束は、そのほとんどが一種類の偏光光束に変換されている。したがって、偏光照明装置１００から出射された光束のほとんどすべてがＳ偏光光束反射膜２０１によって反射あるいは透過されることとなる。本例では、第２の光学要素１３０から出射される光束はＳ偏光光束である。よって、偏光ビームスプリッタ２００に入射した光束は、その殆どがＳ偏光光束反射膜２０１によって反射されて反射型液晶装置３００に到達することになる。
【００５５】
なお、第２の光学要素１３０から出射される光束がＰ偏光光束である場合には、偏光ビームスプリッタ２００に入射した光束はＳ偏光光束反射膜２０１を透過する。したがって、この場合には、偏光ビームスプリッタ２００を挟んで第２の光学要素と対向するように反射型液晶装置３００を配置すれば良い。
【００５６】
反射型液晶装置３００に入射した光束は、反射型液晶装置３００により所定の画像情報に基づいた変調を受ける。
【００５７】
ここで、反射型液晶装置３００の一例を第５図に示す。反射型液晶装置３００は、マトリックス状に配置された反射画素電極３１９に、薄膜トランジスタからなるスイッチング素子が接続されたアクティブマトリックス型液晶装置であり、一対の基板３１０、３３０間に液晶層３２０が挟持された構造となっている。基板３１０は珪素からなり、その一部にソース３１１、ドレイン３１６が形成されている。また、基板３１０上には、アルミニウムからなるソース電極３１２およびドレイン電極３１７、二酸化珪素からなるチャネル３１３、珪素層３１４およびタンタル層３１５とからなるゲート電極、層間絶縁膜３１８、アルミニウムからなる反射画素電極３１９が形成され、ドレイン電極３１７と反射画素電極３１９とはコンタクトホールＨを介して電気的に接続されている。反射画素電極３１９は不透明であるため、ゲート電極、ソース電極３１２、ドレイン電極３１７の上に層間絶縁膜３１８を介して積層することができる。したがって、隣り合う反射画素電極３１９間の距離Ｘをかなり小さくすることができ、開口率を大きく取ることができる。
【００５８】
なお、本例においては、ドレイン３１６、二酸化珪素層３４０、珪素層３４１、タンタル層３４２から構成される保持容量部を設けている。
【００５９】
一方、対向する基板３３０には、液晶層３２０側の面にＩＴＯからなる対向電極３３１が形成されており、他方の面には反射防止層３３２が形成されている。この対向電極３３１とそれぞれの反射画素電極３１９との間に電圧を印加することによって、液晶層３２０の駆動が行われる。
【００６０】
液晶層３２０は、電圧無印加（ＯＦＦ）時には液晶分子３２１が垂直に配向しており、電圧印加（ＯＮ）時には液晶分子３２１が９０度ねじれるスーパーホメオトロピックタイプのものである。よって、第５図に示したように、電圧無印加（ＯＦＦ）時に偏光ビームスプリッタ２００から反射型液晶装置３００に入射したＳ偏光光束は、その偏光方向を変えること無く反射型液晶装置３００から偏光ビームスプリッタ２００へ戻される。よって、Ｓ偏光光束反射膜２０１によって反射されて投写光学系５００の方へ到達することはない。一方、電圧印加（ＯＮ）時に偏光ビームスプリッタ２００から反射型液晶装置３００に入射したＳ偏光光束は、液晶分子３２１のねじれによりその偏光方向が変えられてＰ偏光光束となり、Ｓ偏光光束反射膜２０１を透過した後、投写光学系５００を介して投写面６００に投写されることとなる。
【００６１】
以上述べたように、本例の投写型表示装置１は、光路の長さがきわめて短い。また、液晶装置の開口率を大きくすることができるため、光の損失を最大限に防ぐことが可能となる。よって、大口径の投写レンズを用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００６２】
さらに、第１の光学要素、第２の光学要素を用いたことにより、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。したがって、表示面、あるいは投写面全体に渡って明るさムラや色ムラが無く、かつきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００６３】
なお、反射型液晶装置３００の構造、その各構成要素の材料、並びに液晶層３２０の動作モードについては上述の例に限られるものではない。
【００６４】
また、上述した反射型液晶装置３００はモノクロ画像表示用であるが、反射型液晶装置３００と偏光ビームスプリッタ２００との間に、或いは反射型液晶装置３００の内部にカラーフィルタを設ければ、カラー画像を表示することも可能である。
（第２実施例）
第６図は、第２実施例の投写型表示装置２の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、第２図は、第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本例の投写型表示装置２において、前に説明した第１実施例の投写型表示装置１の構成要素と同様の構成要素については、第１図〜第５図で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省略する。
【００６５】
本例の投写型表示装置２は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部１１０、第１の光学要素１２０、第２の光学要素１３０から概略構成される偏光照明装置１００、偏光照明装置１００からの光を反射させて、ダイクロイックプリズム４１１、４１３と導光プリズム４１２とからなる色光分離合成素子に到達させるとともに、色光分離合成素子により合成された光を透過させて投写光学系５００へ到達させるＳ偏光光束反射膜２０１を備えた偏光ビームスプリッタ２００、偏光ビームスプリッタ２００から出射された光を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分離するとともに、反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂによって変調された色光を合成する色光分離合成素子（ダイクロイックプリズム４１１、４１３、および導光プリズム４１２）、３色の色光をそれぞれ変調する反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｇ、３つの反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂによって変調された光を投写面６００に投写する投写光学系５００から大略構成されている。
【００６６】
本例の投写型表示装置２では、第１実施例とまったく同じ構成の偏光照明装置１００が用いられている。第１実施例で説明したように、偏光照明装置１００において、光源部１１０から出射されたランダムな偏光光束は、第１の光学要素１２０により複数の中間光束に分割された後、第２の光学要素１３０により偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束（本例ではＳ偏光光束）に変換される。そして、偏光照明装置１００から出射されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ２００のＳ偏光光束反射膜２０１によって反射される。
【００６７】
Ｓ偏光光束反射膜２０１によって反射された光束は、２つのダイクロイックプリズム４１１、４１２によって赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の三色の色光に分離される。
【００６８】
ダイクロイックプリズム４１１は、２つのプリズム部品４１４、４１４の接合面に誘電体多層膜等からなる青色光反射ダイクロイック膜４１８が形成されたものである。Ｓ偏光光束反射膜２０１で反射されたＳ偏光光束のうち、青色光（Ｂ）はこの青色光反射ダイクロイック膜４１８にて反射され、導光プリズム４１２を経て反射型液晶装置３００Ｂに入射する。そして、反射型液晶装置３００Ｂによって、所定の画像情報に基づいた変調が施される。なお、導光プリズム４１２は青色光（Ｂ）の色光の光路の長さを、他の色光の光路の長さと等しくするために用いられているものである。
【００６９】
ダイクロイックプリズム４１３は、２つのプリズム部品４１６、４１７の接合面に、誘電体多層膜等からなる赤色光反射ダイクロイック膜４１９が形成されたものである。ダイクロイックプリズム４１１の青色光反射ダイクロイック膜４１８を透過した色光のうち、赤色光（Ｒ）は、この赤色光反射ダイクロイック膜４１９にて反射され、反射型液晶装置３００Ｒに入射する。そして、反射型液晶装置３００Ｒによって、所定の画像情報に基づいた変調が施される。
【００７０】
さらに、ダイクロイックプリズム４１３の赤色光反射ダイクロイック膜４１９を透過した緑色光（Ｇ）は、反射型液晶装置３００Ｇに入射する。そして、反射型液晶装置３００Ｇによって、所定の画像情報に基づいた変調が施される。
【００７１】
このようにして、それぞれの反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｂ、３００Ｇによって変調された赤、青、緑の色光は、再びダイクロイックプリズム４１３、４１１にて合成され、投与光学系５００を介して投写面６００へ投写される。
【００７２】
本例の投写型表示装置２も、前述した投写型表示装置１と同様、液晶装置の開口率が大きいため、光の損失を最大限に防ぐことが可能となる。よって、きわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００７３】
さらに、第１の光学要素、第２の光学要素を用いたことにより、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。よって、表示面、あるいは投写面全体に渡って明るさムラや色ムラが無く、かつきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００７４】
なお、本例の投写型表示装置２において、偏光ビームスプリッタ２００を構成するプリズム部品２０２とダイクロイックプリズム４１１を構成するプリズム部品４１４とは、一体のプリズムにて構成することが可能である。また、同様に、プリズム部品４１５とプリズム部品４１６、プリズム部品４１４と導光プリズム４１２とを一体のプリズムにて構成することも可能である。これらのプリズム品を一体構成とすることにより、プリズム部品どうしの境界部分において発生する光の損失を防ぐことができ、より一層光の利用効率を高めることが可能となる。
（第３実施例）
前述した第２実施例の投写型表示装置２においては、色光分離合成素子として２つのダイクロイックプリズム４１１、４１３を用い、また、他の色光との光路の長さを等しくするために青色光の光路には導光プリズム４１２を設けている。この色分離合成素子を、１つのクロスダイクロイックプリズムによって構成することも可能である。このような投写型表示装置の例を第７図に示す。
【００７５】
第７図は、第３実施例の投写型表示装置３の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、第７図は、第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本例の投写型表示装置３において、前に説明した第１実施例の投写型表示装置１の構成要素と同様の構成要素については、第１図〜第５図で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
本例の投写型表示装置３は、前述した投写型表示装置２の色光分離合成素子を構成するダイクロイックプリズム４１１、４１２の代わりに、４つのプリズム部品４２１、４２２、４２３、４２４の間に赤色光反射ダイクロイック膜４２５、４２６と青色光反射ダイクロイック膜４２７、４２８とがＸ字状に配置されたクロスダイクロイックプリズム４２０を用いている。このような、クロスダイクロイックプリズム４２０を用いることにより、光路の長さをきわめて短縮化することができる。したがって、大口径の投写レンズを用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることができる。
【００７７】
また、本例の投写型表示装置３において、偏光ビームスプリッタ２００を構成するプリズム部品２０２とクロスダイクロイックプリズム４２０を構成するプリズム部品４２１とは一体のプリズムにて構成することが可能である。プリズム部品２０２、４２１を一体構成とすることにより、プリズム部品２０２と４２１との境界部分において発生する光の損失を防ぐことができ、より一層光の利用効率を高めることが可能となる。
【００７８】
なお、本例の投写型表示装置３は、投写型表示装置２と同様の効果も有している。
（第４実施例）
第３実施例における投写型表示装置３のように、色光分離合成素子としてクロスダイクロイックプリズム４２０を用いた場合、プリズムの中央部にダイクロイック膜が直交する部分が存在し、この部分が投写画像に影として現れる場合がある。クロスダイクロイックプリズム４２０の代わりに、第８図に示したようなダイクロイックプリズム４３０を採用すれば、この現象を完全に防止することが可能である。
【００７９】
第８図は、第４実施例の投写型表示装置４の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、第８図は、第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本例の投写型表示装置４は、第３実施例の投写型表示装置３のクロスダイクロイックプリズム４２０を、２つのダイクロイック膜が互いに光軸に対して異なる角度で配置されたダイクロイックプリズム４３０に代えたものである。その他の構成については第３実施例と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００８０】
ダイクロイックプリズム４３０は、互いに形状が異なる３つのプリズム部品４３１、４３２、４３３と、プリズム部品４３１とプリズム部品４３２との接合面に形成された緑色光反射ダイクロイック膜４３４、および、プリズム部品４３２とプリズム部品４３３との接合面に形成された赤色光反射ダイクロイック膜４３５から構成されている。ここで、緑色光反射ダイクロイック膜４３４と赤色光反射ダイクロイック膜４３５とは互いに光軸に対して異なる角度で配置されている。したがって、クロスダイクロイックプリズムを用いた場合のように、ダイクロイック膜が直交する部分が投写画像に影として現れることが無く、きわめて質の良い投写画像を得ることができる。
【００８１】
なお、本例の投写型表示装置４は、第３実施例の投写型表示装置３と同様の効果も有している。
（第５実施例）
第９図は、第５実施例の投写型表示装置５の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、第９図は、第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本例の投写型表示装置５は、前述した第３実施例の投写型表示装置３の変形例である。前述した第３実施例の投写型表示装置３と同様の構成については第７図で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省略する。
【００８２】
まず第１に、本例の投写型表示装置５は、前述した第３実施例の投写型表示装置３と偏光照明装置の構成が相違している。本例の投写型表示装置５における偏光照明装置１００Ａは、出射側レンズ１５０が偏光変換素子１４０から離れた位置に設けられている点、偏光分離ユニットアレイ１４１と出射側レンズ１５０との間に反射ミラー７００が設けられている点で、前述した偏光照明装置１００と相違している。
【００８３】
第１０図は、偏光照明装置１００Ａと偏光照明装置１００とを比較した図である。説明の便宜上、関係のない部分は省略してある。図中実線は、本例の投写型表示装置５における第１の光学要素１２０、集光レンズアレイ１３１、偏光変換素子１４０、出射側レンズ１５０の位置関係を示している。図中点線は、偏光変換素子１４０と出射側レンズ１５０とが分離されていない状態、すなわち前述した偏光照明装置１００における第１の光学要素１２０と出射側レンズ１５０を示している。なお、図中１６０は、偏光照明装置１００または１００Ａによって照明される被照明領域である。
【００８４】
光源部１１０から出射される光束の平行性が極めて高く、かつ第１の光学要素１２０を構成する光束分割レンズ１２１の精度が極めて高い場合には、先の第３図に示したように、各中間光束１２２は偏光分離ユニット１４２の偏光分離面１４３上の極めて微小な領域に集光される。しかしながら、実際は光源ランプ１１１の発光点が有限の大きさを有していること、放物面リフレクター１１２の面精度や光束分割レンズ１２１のレンズ精度にばらつきがあることから、各中間光束１２２によって偏光分離面１４３上に形成される像はある程度の大きさを有することとなる。この像の大きさは偏光分離面１４３の開口断面の大きさよりも小さいことが望ましいが、そうでない場合には、偏光分離面１４３を経ずに偏光分離面１４３と隣接して配置されている反射面１４４に直接入射する光が発生することになる。ある偏光分離ユニット（これを、「第１の偏光分離ユニット」とする）の反射面に直接入射した光は、反射面で反射されて、隣接する偏光分離ユニット（これを、「第２の偏光分離ユニット」とする）に侵入し、第２の偏光分離ユニットの偏光分離面で２種類の偏光光束に分離される。但し、第１の偏光分離ユニットの反射面で反射されて第２の偏光分離ユニットに侵入した光束と、第２の偏光分離ユニットの偏光分離面に直接入射した光束とでは、第２の偏光分離ユニットの偏光分離面に入射する方向が９０度異なることとなる。よって、第２の偏光分離ユニットのＰ偏光光束出射面から出射される光束には、第１の偏光分離ユニットから侵入して第２の偏光分離ユニットの偏光分離面で反射されたＳ偏光光束が混入することとなる。また、第２の偏光分離ユニットのＳ偏光光束出射面から出射される光束には、第１の偏光分離ユニットから侵入して第２の偏光分離ユニットの偏光分離面を透過したＰ偏光光束が混入することとなる。このように、ある偏光分離ユニットの反射面に直接入射した光は、隣接する偏光分離ユニットにおいて、直接偏光分離面に入射した光束とは異なる状態で偏光分離されてしまい、Ｐ偏光光束出射面、Ｓ偏光光束出射面から本来出射されるべき偏光光束とは異なる偏光方向を有する偏光光束となって出射されるため、偏光照明装置から出射される光束の偏光度を低下させる原因となる。偏光照明装置から出射された光束のうち、反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの照明光として有効な光は一種類の偏光光のみであるため、偏光照明装置から出射される光束の偏光度の低下は、光の利用効率の低下、ひいては投写画像の明るさを低下させてしまうこととなり、好ましくない。
【００８５】
そこで、前述した偏光照明装置１００では、第２の光学要素１３０に集光レンズアレイ１３１を設け、この集光レンズアレイ１３１の集光力によって第１の光学要素１２０から出射される光を偏光分離面に導き、反射面に直接入射する光がなるべく少なくなるようにしている。
【００８６】
一方、反射面１４４に直接光束が入射するのを防ぐには、集光力が大きいレンズを用いて各中間光束１２２によって偏光分離面１４３上に形成される像の大きさを小さくする方法も有効である。
【００８７】
第１０図から解るように、出射側レンズ１５０を偏光変換素子１４０から離れた位置に設ければ、第１の光学要素１２０と偏光分離ユニットアレイ１４１との距離を小さくして、偏光照明装置１００における光束分割レンズ１２１よりも焦点距離の短い、すなわち集光力のより大きい光束分割レンズ１２１を使用することができる。したがって、各中間光束１２２によって偏光分離面１４３上に形成される像の大きさを小さくすることができ、反射面１４４に直接光束が入射するのを防ぐことが可能となる。
【００８８】
ここで、偏光分離面１４３は光が入射する角度によってその偏光分離性能が変化するため、光束分割レンズ１２１の集光力をむやみに高めることはできない。したがって、光源部１００から出射される光の平行性があまり高くない場合には、本例の投写型表示装置５のように、出射側レンズ１５０を偏光分離ユニットアレイ１４１から離れた位置に設けるだけでなく、集光レンズアレイ１３１を併用することが好ましい。
【００８９】
また、本例の投写型表示装置５のように、出射側レンズ１５０を偏光ビームスプリッタ２００の光入射面２０４に取り付けることにより、出射側レンズ１５０と偏光ビームスプリッタ２００との界面における光反射を低減することができ、より一層光の利用効率を高めることが可能となる。
【００９０】
さらに、本例の投写型表示装置５における偏光照明装置１００Ａでは、偏光分離ユニットアレイ１４１と出射側レンズ１５０との間に、光の進行方向を約９０度変える反射ミラー７００を設けている。このような反射ミラー７００を設けることにより、偏光ビームスプリッタ２００とクロスダイクロイックプリズム４２０とからなる部分と、偏光照明装置１００Ａとを並べて配置することができるため、光学系をコンパクトにすることが可能となる。
【００９１】
この反射ミラー７００は、全反射ミラーで構成することができる。しかしながら、この反射ミラー７００を、偏光分離ユニットアレイ１４１と選択位相差板４７とからなる偏光変換素子によって得られる特定の偏光光束（本例ではＳ偏光光束）のみを選択的に反射する誘電体ミラーとすれば、偏光ビームスプリッタ２００に入射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂを照明する照明光の偏光度を高めることができる。したがって、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００９２】
さらに、この反射ミラー７００に、可視光のみを反射させ、赤外線や紫外線は透過させる機能を持たせれば、反射ミラー７００以降の光学素子が赤外線や紫外線によって劣化してしまうのを防ぐことができる。
【００９３】
また、反射ミラー７００を設ける位置は、第９図に示された位置には限られず、光源部１１０と偏光ビームスプリッタ２００との間のどの位置に設けても良い。例えば、前述した偏光照明装置１００のように、第２の光学要素１３０を構成する集光レンズアレイ１３１、偏光分離ユニットアレイ１４１、選択位相差板１４７、および出射側レンズ１５０が一体化されている場合には、出射側レンズ１５０と偏光ビームスプリッタ２００との間に反射ミラー７００を配置することも可能である。
【００９４】
なお、本例の偏光照明装置１００Ａは、前述した第１実施例〜第４実施例の投写型表示装置１〜４における偏光照明装置１００と置き換えることが可能である。
【００９５】
第２に、本例の投写型表示装置５は、偏光ビームスプリッタ２００の光入射面２０４と光出射面２０５にそれぞれ偏光板２１０、２１１が設けられている点で、前述した第３実施例の投写型表示装置３と相違している。偏光板２１０は、偏光ビームスプリッタ２００に入射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂを照明する照明光の偏光度を高めるものである。
【００９６】
また、偏光板２１１は、偏光ビームスプリッタ２００から出射した偏光光束の偏光度を、つまり結果的には投写光学系５００を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めるものである。本例の投写型表示装置５では、これらの偏光板２１０、２１１を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００９７】
ここで、偏光板２１０、２１１を必ずしも偏光ビームスプリッタ２００の面に取り付ける必要はなく、出射側レンズ１５０と偏光ビームスプリッタ２００との間の光路上、偏光ビームスプリッタ２００と投写光学系５００との間の光路上に配置すれば良い。しかしながら、偏光板２１０、２１１を偏光ビームスプリッタ２００の面に取り付けることにより、偏光板２１０、２１１と偏光ビームスプリッタ２００との界面における光反射を低減することができ、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００９８】
なお、前述した第１実施例〜第４実施例の投写方表示装置１〜４において、本例のように偏光板２１０、２１１を配置するようにしても良い。
【００９９】
本例の投写型表示装置５は、上述した点以外の部分は第３実施例の投写型表示装置３と同一であるため、第３実施例における投写型表示装置３と同様の効果も有している。
（第６実施例）
第１１図は、第６実施例の投写型表示装置６の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、図１１は、第１の光学要素８００の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本例の投写型表示装置６は、前述した第３実施例の投写型表示装置３の変形例である。前述した第３実施例の投写型表示装置３と同様の構成については図７で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省略する。
【０１００】
まず第１に、本例の投写型表示装置６は、前述した第３実施例の投写型表示装置３と偏光照明装置の構成が相違している。
【０１０１】
本例の投写型表示装置６における偏光照明装置１００Ｂは、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部１１０、第１の光学要素８００、第２の光学要素８５０から概略構成されている。
【０１０２】
第１の光学要素８００は、図２に示した第１の光学要素１２０と同様に、マトリックス状に配列された複数の矩形の光束分割レンズ８０１からなるレンズアレイである。光源部１１０は、光源１１１の光軸が第１の光学要素１２０の中心と一致するように配置されている。光源部１１０から出射され、第１の光学要素８００に入射した光は、光束分割レンズ８０１により複数の中間光束に分割されて第２の光学要素８５０へ入射する。
【０１０３】
なお、各光束分割レンズ８０１の特性は、後に詳しく述べる偏光分離プリズム８２０の板状のプリズム８２３の厚み等に応じて各々最適化される。
【０１０４】
第１の光学要素８００の光出射面側に配置されている第２の光学要素８５０は、偏光分離プリズム８２０と選択位相差板８３０とからなる偏光変換素子８１０、偏光変換素子８１０から出射された中間光束を被照明領域である反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ上に重畳させる出射側レンズ８４０から大略構成される複合体である。
【０１０５】
偏光分離プリズム８２０は、第１２図（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、斜面に偏光分離膜８２２が形成され、底面の形状が直角二等辺三角形である三角柱のプリズム８２１と、三角柱プリズム８２１と接合しない面に反射膜８２４が形成された板状のプリズム８２３とが組み合わされたものである。偏光分離膜８２２と反射膜８２４とはほぼ平行になるように配置されている。偏光分離膜８２２は誘電体多層膜等で、反射膜８２４は誘電体多層膜、アルミニウム膜等で形成することができる。
【０１０６】
偏光分離プリズム８２０に入射した光は、偏光分離膜８２２透過するＰ偏光光束と、偏光分離膜８２２で反射されて選択位相差板８３０の方向に進行方向を変えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束は、板状のプリズム８２３に入射し、反射膜８２４で反射されることにより、その進行方向を変えＳ偏光光束とほぼ平行な状態となる。すなわち、偏光分離プリズム８２０に入射したランダムな偏光方向を有する中間光束は、偏光分離プリズム８２０の偏光分離膜８２２によりＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離される。そして、Ｓ偏光光束は第１２図（Ａ）に右上がりの斜線で示すＳ偏光光束出射面８２５から、Ｐ偏光光束は第１２図（Ａ）に右下がりの斜線で示すＰ光光束出射面８２６から、それぞれほぼ同じ方向に向けて出射される。
【０１０７】
なお、第１２図（Ａ）におけるＳ偏光光束出射面８２５、Ｐ偏光光束出射面８２６のＸ方向の幅は、板状のプリズム８２３のＺ方向およびＸ方向の厚みに対応している。ここで、本例では、板状のプリズム８２３のＺ方向およびＸ方向の厚みが第１の光学要素を構成する光束分割レンズ８０１のＸ方向の大きさ（第２図参照）の約１／２となっている。したがって、Ｓ偏光光束出射面８２５、Ｐ偏光光束出射面８２６のＸ方向の幅も光束分割レンズ８０１のピッチの約１／２となっている。
【０１０８】
偏光分離プリズム８２０の光出射面側には、第１１図に示すように、λ／２位相差層８３１が規則的に形成された選択位相差板８３０が設置されている。選択位相差板８３０は、偏光分離プリズムのＰ偏光光束出射面８２６の部分にのみλ／２位相差層８３１が形成され、Ｓ偏光光束出射面８２５の部分にはλ／２位相差層８３１が形成されていない光学素子８３２がある。したがって、第１１図に示すように、偏光分離プリズム８２０から出射されたＰ偏光光束は、選択位相差板８３０を通過する際にλ／２位相差層８３１によって偏光方向の回転作用を受け、Ｓ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ偏光光束出射面８２５の部分にはλ／２位相差層８３１が形成されていないので、偏光分離プリズム８２０のＳ偏光光束出射面８２５から出射されたＳ偏光光束は、Ｓ偏光のまま選択位相差板８３０を通過する。
【０１０９】
すなわち、第１の光学要素８００から出射されたランダムな偏光方向を有する中間光束は、偏光分離プリズム８２０によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離され、選択位相差板８３０により、偏光方向が揃ったほぼ一種類の偏光光束（本例の場合はＳ偏光光束）に変換されたことになる。
【０１１０】
偏光変換素子８１０の光出射面側に配置された出射側レンズ８４０は、第１３図に示すように、マトリックス状に配列された複数の矩形レンズ８４１からなるレンズアレイである。図１３において、十字の交点はレンズ光軸を示している。
【０１１１】
この図から解るように、矩形レンズ８４１は偏心レンズとなっている。出射側レンズ８４０は、偏光照明装置１００における出射側レンズ１５０と同様に、偏光変換素子８１０により揃えられたそれぞれの中間光束を、被照明領域である反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ上で重畳結合する重畳結合素子としての機能を有している。すなわち、第１の光学要素８００により分割された中間光束（つまり、光束分割レンズ８０１により切り出されたイメージ面）のそれぞれが、偏光変換素子８１０によって一箇所の被照明領域上に重畳結合される。よって、被照明領域である反射型液晶装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ上を、一種類の偏光光束で、ほぼ均一に照明することができる。
【０１１２】
なお、矩形レンズ８４１のＸ方向の配列ピッチは、偏光分離プリズム８２０のＳ偏光光束出射面８２５、Ｐ偏光光束出射面８２６のＸ方向の幅とほぼ同じである。また、本例では、矩形レンズ８４１のＹ方向の配列ピッチを、第１の光学要素の光束分割レンズ８０１のＹ方向の配列ピッチとほぼ同じにしてある。
【０１１３】
しかしながら、矩形レンズ８４１のＸ方向の配列ピッチは、偏光分離プリズム８２０のＳ偏光光束出射面８２５のＸ方向の幅とＰ偏光光束出射面８２６のＸ方向の幅の和とほぼ同じにしても良い。この場合は、出射側レンズ８４０として、第１の光学要素８００と同じレンズアレイを用いることが可能となる。或いは、矩形レンズのＸ方向の配列ピッチを、偏光分離プリズム８２０のＳ偏光光束出射面８２５のＸ方向の幅とＰ偏光光束出射面８２６のＸ方向の幅の和よりも小さくしても良い。同様に、矩形レンズ８４１のＹ方向の配列ピッチについても光束分割レンズ８０１のＹ方向の配列ピッチよりも小さくすることが可能である。以上の状態は、第１の光学要素８００を構成する光束分割レンズ８０１を偏心レンズとすることによって実現できる。それにより、偏光ビームスプリッタ２００に入射する光束の断面積を小さくできるため、結果として、偏光ビームスプリッタ２００を小型化できる効果がある。
【０１１４】
以上をまとめると、偏光照明装置１００Ｂによっても、偏光照明装置１００の場合と同様、明るさが均一で、偏光方向がほぼ揃った照明光を得ることができる。
【０１１５】
偏光照明装置１００Ｂでは、第１の光学要素８００により光源部１１０からの出射光を複数の中間光束に分割し、それぞれの中間光束の断面積とほぼ同じ断面積内で、中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離するようにしている。したがって、光束の拡幅を殆ど伴うことなく、光源からの出射光束を２種類の偏光光束に分離することができ、少ないスペースで偏光変換を行うことができるという特徴がある。
【０１１６】
なお、反射型液晶装置３００の表示領域、即ち、被照明領域（Ｘ方向に長い長方形状）の形状に合わせて、第１の光学要素８００を構成する光束分割レンズ８０１の断面形状をＸ方向に長い長方形にするとともに、偏光分離プリスム８２０から出射された２種類の偏光光束がＸ方向に交互に並ぶようにしている。このため、長方形の被照明領域を照明する場合でも、光を無駄にすることなく、光の利用効率を高めることができる。
【０１１７】
また、第１の光学要素と、第２の光学要素を構成する偏光分離プリズム８２０、選択位相差板８３０、出射側レンズ８４０を光学的に一体化することにより、それらの界面において発生する光損失を低減し、光の利用効率を一層高めるようにしている。しかしながら、これらの光学要素を必ずしも光学的に一体化する必要はない。
【０１１８】
本例の投写型表示装置６は、以上述べたような偏光照明装置１００Ｂを用いたことにより、明るさが均一な光束を照明光として得ることができる。したがって、表示面、あるいは投写面全体にわたってきわめて均一であり、かつきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【０１１９】
さらに、偏光照明装置１００Ｂでは偏光変換を行うと同時に光の進行方向が約９０度変えられるため、前述した第５実施例の投写型表示装置５のように、光の進行方向を変える反射ミラーを配置することなく光学系をコンパクトにすることが可能となる。
【０１２０】
なお、本例の投写型表示装置６においても、前述した第５実施例の投写型表示装置５のように、偏光ビームスプリッタ２００の光入射面や光出射面に、偏光度を高めるための偏光板を配置すれば、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
（その他）
上述した実施例においては、いずれも偏光照明装置でＳ偏光光束を得る構成としているが、勿論、Ｐ偏光光束を得る構成としても良い。この場合は、選択位相差板１４７、８３０のλ／２位相差層１４８、８３１を偏光分離ユニットアレイ１４１、あるいは偏光分離プリズム８２０のＳ偏光光束出射面１４６、８２５に形成するようにすれば良い。
【０１２１】
また、投写型表示装置としては、投写面６００のうち、投写光学系５００の側の面から投写画像を観察するフロント型、あるいは投写光学系５００の反対側の面から投写画像を観察するリア型のものがあるが、本発明はいずれのタイプにも適用可能である。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明の投写型表示装置によれば、従来の投写型表示装置と比較して光路の長さを短縮化することが可能となるため、大口径の投写レンズを用いなくとも明るい投写画像を得ることが可能である。また、被照明領域に対する照度のムラを低減することが可能であり、表示面、あるいは投写面全体に渡ってきわめて均一であり、かつきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。したがって、本発明の投写型表示装置は、例えばコンピュータから出力された画像やビデオレコーダから出力された画像をスクリーン上に投写して表示するために好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の投写型表示装置１の要部を示す概略構成図である。
【図２】偏光照明装置１００における第１の光学要素１２０の構成を示す斜視図である。
【図３】偏光照明装置１００における第２の光学要素１３０の機能を説明するための図である。
【図４】（Ａ）は、偏光照明装置１００における偏光分離ユニットアレイ１４１の構成を示す斜視図、（Ｂ）は、偏光照明装置１００における選択位相差板１４７の構成を示す斜視図である。
【図５】反射型液晶装置の一例を示す概略断面図である。
【図６】第２実施例の投写型表示装置２の要部を示す概略構成図である。
【図７】第３実施例の投写型表示装置３の要部を示す概略構成図である。
【図８】第４実施例の投写型表示装置４の要部を示す概略構成図である。
【図９】第５実施例の投写型表示装置５の要部を示す概略構成図である。
【図１０】偏光照明装置１００Ａと偏光照明装置１００とを比較した図である。
【図１１】第６実施例の投写型表示装置６の要部を示す概略構成図である。
【図１２】（Ａ）は、偏光照明装置１００Ｂにおける偏光分離プリズム８２０の構成を示す斜視図、（Ｂ）は、偏光分離プリズム８２０のうち、底面が直角二等辺三角形である三角柱のプリズム８２１の構成を示す斜視図、（Ｃ）は、偏光分離プリズム８２０のうち、板状のプリズム８２３の構成を示す斜視図である。
【図１３】偏光照明装置１００Ｂにおける出射側レンズ８４０の構成を示す斜視図である。
【図１４】従来の投写型表示装置の要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１００、１００Ａ 偏光照明装置
１１０ 光源部
１１１ 光源ランプ
１１２ 放物面リフレクター
１２０ 第１の光学要素
１２１ 光束分割レンズ
１３０ 第２の光学要素
１３１ 集光レンズアレイ
１３２ 集光レンズ
１４０ 偏光変換素子
１４１ 偏光分離ユニットアレイ
１４２ 偏光分離ユニット
１４３ 偏光分離面
１４４ 反射面
１４５ Ｐ偏光光束出射面
１４６ Ｓ偏光光束出射面
１４７ 選択位相差板
１４８ λ／２位相差層
１５０ 出射側レンズ
１６０ 被照明領域
２００ 偏光ビームスプリッタ
２０１ Ｓ偏光光束反射膜
２０２、２０３ プリズム部品
３００ 反射型液晶装置
３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ 反射型液晶素子
３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂ 反射型液晶素子
５００ 投写光学系
６００ 投写面
７００ 反射ミラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection type display device for projecting and displaying a display image formed by a reflection type modulation element such as a reflection type liquid crystal device on a projection surface.
[0002]
[Background Art]
Nowadays, as a method of displaying a large screen image, a projection display device using a liquid crystal device as a light valve is well known. As an example of such a projection display device, FIG. 14 shows a typical configuration example of a projection display device using three liquid crystal devices. The light source unit 110 includes a light source lamp 111 and a parabolic reflector 112. Light emitted from the light source lamp 111 is reflected by the parabolic reflector 112 and enters the dichroic mirror 401. Then, after being separated into three colors of red light, green light, and blue light by two dichroic mirrors 401 and 402 having wavelength selectivity, transmission liquid crystal devices 301R, 301G, and 301B corresponding to the respective color lights. Are transmitted through the transmissive liquid crystal devices, are combined by the cross dichroic prism 420, and are projected and displayed on the projection surface 600 via the projection optical system 500. It should be noted that reflection mirrors 403, 404, and 405 that reflect light beams are provided in the optical path of red light and the optical path of blue light.
[0003]
Here, a dichroic film is arranged in an X shape on the cross dichroic prism 420 used as the color light combining means. The color light combining means of the projection type display device using three liquid crystal devices can be realized by arranging two dichroic mirrors in parallel instead of the cross dichroic prism 420. However, when the cross dichroic prism 420 is used, the distance between the liquid crystal devices 301, 301G, 301B and the projection optical system 500 can be shorter than when two dichroic mirrors are arranged in parallel. Is characterized in that a bright projection image can be obtained without using a projection lens.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional projection display device, the light path can be shortened by using the cross dichroic prism 420 for the light combining portion, but the dichroic mirrors 401 and 402 and the reflection mirror are used for the light separating means. Since 403, 404, and 405 are used, the length of the optical path is considerably long. Therefore, in the conventional projection display device, the light loss in the process of separating the light is large, and the characteristics of the cross dichroic prism 420 cannot be fully utilized.
[0005]
Further, the light beam emitted from the light source unit 110 composed of the light source lamp 111 and the parabolic reflector 112 has a non-uniform light intensity distribution in the cross section of the light beam, and The light intensity is high, and the light intensity of the illumination light decreases as the distance from the optical axis increases. Therefore, in the conventional projection display apparatus shown in FIG. 14, the light intensity distribution of the illumination light in the liquid crystal devices 301R, 301G, and 301B, which are the illuminated areas, becomes non-uniform, and the image projected on the projection surface 600 There is a problem that brightness unevenness and color unevenness occur.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a projection display device that can obtain a brighter projected image without using a large-diameter projection lens by shortening the optical path length and preventing light loss. And
[0007]
It is another object of the present invention to provide a projection display device that reduces unevenness in the light intensity distribution of illumination light in an illuminated area, has uniform brightness, and has high image quality.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The first projection display device of the present invention includes a light source, a first optical element that collects a light beam from the light source and splits the light beam into a plurality of intermediate light beams, and a light exit surface side of the first optical element. A projection display device comprising: a second optical element disposed at a position where the intermediate light beam converges; and a single reflective modulation element that modulates light emitted from the second optical element. The second optical element separates each of the focused intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and changes the polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam. A polarization conversion element that emits light in the polarization direction of the other polarized light flux, and is disposed on the light emission surface side of the polarization conversion element, and each of the intermediate light fluxes is placed on one illuminated area of the reflection type modulation element. And a superposition coupling element for superposition coupling. The light emitted from the second optical element is reflected or transmitted on the optical path between the optical element and the reflection type modulation element to reach the reflection type modulation element, and is modulated by the reflection type modulation element. A polarized light beam selecting element for transmitting or reflecting the transmitted light to reach the projection optical system is provided, and the superimposing / coupling element is provided at a position distant from the polarization converting element.
[0009]
According to the above configuration of the first projection display device of the present invention, the length of the optical path can be extremely shortened, and the loss of light can be minimized. Therefore, a very bright projection image can be obtained without using a large-diameter projection lens.
[0010]
As the first optical element, for example, a lens array in which a plurality of light beam splitting lenses are arranged in a matrix can be used. By splitting the light beam from the light source into a plurality of intermediate light beams by such a lens array and superimposing and combining the intermediate light beams on the illuminated area, it is possible to reduce unevenness in illuminance compared to the case of a single light beam. it can. Therefore, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution in the cross section of the light beam, illumination light with uniform brightness can be obtained. In particular, when the light intensity distribution of the light beam is not completely disordered but has a certain tendency in the light intensity distribution, as seen in the light beam emitted from the light source composed of the light source lamp and the reflector such as a paraboloid. By using the first optical element described above, the light intensity distribution and the angular distribution of the illumination light in the illuminated area can be made extremely uniform.
[0011]
The second optical element separates the intermediate light beam into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, then aligns one of the polarization directions with the other polarization direction, and finally superimposes and couples the light onto one illuminated area. Things. In the conventional projection display device, only one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam can be used, and there is a device having a large light loss. However, if the second optical element of the present invention is used, either of them can be used. Can be used without waste, so that a bright image can be obtained. In addition, when the plurality of divided intermediate light beams are finally superimposed and coupled on one illuminated area, the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution in the cross section of the light beam. However, a polarized light beam having uniform brightness can be obtained as illumination light. In particular, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics changed in the process of aligning the polarization directions of both polarized light beams. Even in such a case, a polarized light beam having uniform brightness and less color unevenness can be obtained as illumination light.
[0012]
As a polarization conversion element of the second optical element, a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units each having a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface are arranged, and a λ / 2 retardation layer are regularly formed. A plate-like polarization conversion element composed of a selective retardation plate can be employed. By employing such a polarization conversion element, polarization conversion can be performed in a small space without widening the light beam emitted from the light source.
[0013]
Note that, in the first projection display device of the present invention including the second optical element having the above-described configuration, the first optical element is provided by providing the superposition coupling element at a position away from the polarization conversion element. The distance between the optical element and the polarization conversion element is shortened, and the use of the first optical element composed of a light beam splitting lens having a large light-collecting power is enabled. As a result, the size of the image formed by each light beam splitting lens can be reduced, and each of the intermediate light beams is made incident only on the corresponding polarization separation surface to prevent the light beam from being directly incident on the reflection surface. Can be. Therefore, the light use efficiency can be further improved, and a brighter projected image can be obtained.
[0014]
Further, in this case, if the superposition coupling element is attached to the light incident surface of the polarized light beam selecting element, light loss occurring at the interface between the superposition coupling element and the reflection / transmission element can be prevented, and the light It is possible to increase utilization efficiency.
[0015]
Further, in the first projection display device of the present invention, a polarizing plate may be provided on an optical path between the superposition coupling element and the polarized light beam selecting element or on an optical path between the polarized light beam selecting element and the projection optical system. May be arranged. If the polarizing plate is arranged at the former position, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarized light beam selecting element and consequently the illumination light for illuminating the reflective modulation element can be increased. If a polarizing plate is arranged at the latter position, the polarization luminous flux emitted from the polarization luminous flux selecting element, and consequently, the degree of polarization of the image projected on the display surface or the projection surface via the projection optical system can be increased. it can. Therefore, by arranging the polarizing plate in this way, the contrast of the projected image can be increased, and a very high quality projected image can be obtained.
[0016]
A second projection type display device according to the present invention includes a light source, a first optical element that condenses a light beam from the light source and splits the light beam into a plurality of intermediate light beams, and a light exit surface side of the first optical element. A second optical element disposed at a position where the intermediate light beam converges; and a light beam emitted from the second optical element is separated into three color lights, and the three color lights are respectively modulated. And a color light separation / combination element that combines the color lights modulated by the three reflection type modulation elements, wherein the second optical element converts each of the focused intermediate light beams into P-polarized light. A polarization conversion element that separates a light beam and an S-polarized light beam, aligns one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam with the polarization direction of the other polarized light beam, and emits the light. The intermediate light flux is disposed on the light exit surface side. Each will have a superposition coupling element for superimposing coupled to the illuminated region of the one place of the reflection type modulating element of said each
The light emitted from the second optical element is reflected or transmitted on the optical path between the second optical element and the color light separation / combination element to reach the color light separation / combination element, and the color light separation is performed. A polarized light beam selecting element for transmitting or reflecting the light combined by the combining element to reach the projection optical system is provided, and the superimposing coupling element is provided at a position away from the polarization conversion element. Projection type display device.
[0017]
In the second projection type display device of the present invention, the function of separating light and the function of synthesizing light are achieved by the same means, so that the dichroic mirrors 401 and 402 are different from the conventional projection type display device described above. And the need to dispose the reflection mirrors 403, 404, and 405. Therefore, the length of the optical path can be made extremely short, and light loss can be minimized. Therefore, a very bright projection image can be obtained without using a large-diameter projection lens.
[0018]
As the first optical element, for example, a lens array in which a plurality of light beam splitting lenses are arranged in a matrix can be used. By splitting the light beam from the light source into a plurality of intermediate light beams by such a lens array and superimposing and combining the intermediate light beams on the illuminated area, it is possible to reduce unevenness in illuminance compared to the case of a single light beam. it can. Therefore, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution in the cross section of the light beam, illumination light with uniform brightness can be obtained. In particular, when the light intensity distribution of the light beam is not completely disordered but has a certain tendency in the light intensity distribution, as seen in the light beam emitted from the light source composed of the light source lamp and the reflector such as a paraboloid. By using the first optical element described above, the light intensity distribution and the angular distribution of the illumination light in the illuminated area can be made extremely uniform.
[0019]
The second optical element separates the intermediate light beam into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, aligns one of the polarization directions with the other polarization direction, and finally superimposes and couples the light on one illuminated area. Things. In the conventional projection display device, only one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam can be used, and there is a device having a large light loss. However, if the second optical element of the present invention is used, either of them can be used. Can be used without waste, so that a bright image can be obtained. In addition, when the plurality of divided intermediate light beams are finally superimposed and coupled on one illuminated area, the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution in the cross section of the light beam. However, a polarized light beam having uniform brightness can be obtained as illumination light. In particular, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics changed in the process of aligning the polarization directions of both polarized light beams. Even in such a case, a polarized light beam having uniform brightness and less color unevenness can be obtained as illumination light.
[0020]
As a polarization conversion element of the second optical element, a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units each having a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface are arranged, and a λ / 2 retardation layer are regularly formed. A plate-like polarization conversion element composed of a selective retardation plate can be employed. By employing such a polarization conversion element, polarization conversion can be performed in a small space without widening the light beam emitted from the light source.
[0021]
Note that, in the second projection type display device of the present invention including the second optical element having the above-described configuration, the first optical element is provided by providing the superposition coupling element at a position away from the polarization conversion element. The distance between the optical element and the polarization conversion element is shortened, and the use of the first optical element composed of a light beam splitting lens having a large light-collecting power is enabled. As a result, the size of the image formed by each light beam splitting lens can be reduced, and each of the intermediate light beams is made incident only on the corresponding polarization separation surface to prevent the light beam from being directly incident on the reflection surface. Can be. Therefore, the light use efficiency can be further improved, and a brighter projected image can be obtained.
[0022]
Further, in this case, if the superposition coupling element is attached to the light incident surface of the polarized light beam selecting element, light loss occurring at the interface between the superposition coupling element and the reflection / transmission element can be prevented, and the light It is possible to increase utilization efficiency.
[0023]
Further, in the second projection type display device according to the second aspect of the present invention including the second optical element having the above-described configuration, a reflection mirror that changes a traveling direction of light by about 90 degrees is arranged between the light source and the polarized light beam selecting element. This makes it possible to make the optical system compact.
[0024]
Further, the reflection mirror is a dielectric mirror that selectively reflects only a specific polarized light beam obtained by the polarization conversion element, and is disposed between the polarization conversion element and the superposition coupling element, so that the polarized light beam selection is performed. The degree of polarization of the polarized light beam incident on the element, and consequently, the degree of polarization of illumination light for illuminating the reflective modulation element can be increased. Therefore, the contrast of the projected image can be increased, and a very high quality projected image can be obtained.
[0025]
Further, as a polarization conversion element of the second optical element, a triangular prism having a polarization separation film formed on an inclined surface, and a plate-shaped prism having a reflection film formed on one surface, the polarization separation film and the It is possible to employ a polarization conversion element composed of a polarization splitting prism combined so that the reflection film is substantially parallel, and a selective retardation plate in which a λ / 2 retardation layer is regularly formed. Even with such a polarization conversion element, the polarization conversion can be performed in a small space without widening the light beam emitted from the light source. Further, if such a polarization conversion element is employed, the traveling direction of the light can be changed by about 90 degrees at the same time as the polarization conversion is performed. Therefore, the optical system can be made compact without disposing a reflecting mirror for changing the traveling direction of the light. It becomes possible.
[0026]
In the second projection type display device of the present invention, the color light separating / combining element is constituted by a dichroic prism having a dichroic film sandwiched between two prism parts, and the polarized light beam selecting element is polarized between the two prism parts. It may be configured by a polarizing beam splitter in which a light flux selecting film is sandwiched, and one of the prism components forming the dichroic prism and one of the prism components forming the polarizing beam splitter may be integrated.
[0027]
Further, in the second projection type display device according to the present invention, the color light separation / combination element includes first and second dichroic prisms each having a dichroic film sandwiched between two prism parts, and the first dichroic prism is provided. And one of the prism components forming the second dichroic prism may be integrated.
[0028]
Further, a light guide prism may be further provided in the color light separation / combination element, and one of the prism components constituting the first or second dichroic prism may be integrated with the light guide prism.
[0029]
In this way, by integrating the prism components, it is possible to prevent light loss occurring at the boundary between the prism components. Therefore, the light use efficiency can be further enhanced, and a brighter projected image can be obtained.
[0030]
Further, in the second projection type display device of the present invention, the color light separation / combination element is constituted by a cross dichroic prism in which a dichroic film is arranged in an X shape between four prism parts, and the three reflection type modulation elements are provided. May be arranged along three adjacent sides of the cross dichroic prism.
[0031]
With such a configuration, separation and synthesis of color light can be performed by one cross dichroic prism. Therefore, even when three reflective modulation elements are used, the length of the optical path does not increase, and light loss can be prevented. Therefore, even when three reflective modulation elements are used, there is no brightness unevenness or color unevenness over the entire display surface or projection surface, and an extremely bright projected image can be obtained without using a large-diameter projection lens. be able to.
[0032]
In the projection display device using the cross dichroic prism, the polarized light beam selecting element is constituted by a polarized light beam splitter in which a polarized light beam selecting film is sandwiched between two prism parts, and the polarized light beam splitter is constituted by the above-mentioned polarized light beam splitter. One of the four prism components may be integrated with any one of the four prism components constituting the cross dichroic prism.
[0033]
Thus, by integrating the prism components, it is possible to prevent light loss occurring at the boundary between the cross dichroic prism and the polarizing beam splitter. Therefore, the light use efficiency can be further enhanced, and a brighter projected image can be obtained. In the second projection type display device of the present invention, the color light separation / combination element is constituted by a dichroic prism in which two dichroic films for separating and combining three color lights are arranged at different angles with respect to an optical axis. You can also.
[0034]
When the above-mentioned cross dichroic prism is used, there is a portion where the dichroic film is orthogonal to the center of the prism, and this portion may appear as a shadow in the projected image. This phenomenon can be prevented by using a dichroic prism in which two dichroic films are arranged at different angles with respect to the optical axis.
[0035]
Further, in the second projection type display device of the present invention, the polarizing plate may be provided on an optical path between the superimposing coupling element and the polarized light beam selecting element or on an optical path between the polarized light beam selecting element and the projection optical system. May be arranged. If the polarizing plate is arranged at the former position, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarized light beam selecting element, that is, the degree of polarization of the illumination light illuminating the reflection type modulation element can be increased. If the polarizing plate is arranged at the latter position, the degree of polarization of the polarized light beam emitted from the polarized light beam selecting element, that is, the polarization of the image projected on the display surface or the projection surface through the projection optical system as a result is eventually obtained. The degree can be increased. Therefore, by arranging the polarizing plate in this way, the contrast of the projected image can be increased, and a very high quality projected image can be obtained.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The best mode (example) for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following examples, three directions orthogonal to each other are referred to as X, Y, and Z directions for convenience, and the Z direction is defined as the traveling direction of light.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display device 1 according to the first embodiment as viewed in plan. FIG. 1 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120 described in detail later.
[0037]
The projection display apparatus 1 of the present example includes a light source unit 110, a first optical element 120, and a second optical element 130 arranged along a system optical axis L. A polarizing beam splitter having an S-polarized light beam reflecting film 201 for reflecting light from the light source to reach the reflective liquid crystal device 300 and transmitting light modulated by the reflective liquid crystal device 300 to reach the projection optical system 500 The projection optical system 200 includes a reflective liquid crystal device 300 that modulates light emitted from the polarization beam splitter 200, and a projection optical system 500 that projects light modulated by the reflective liquid crystal device 300 onto a projection surface 600.
[0038]
The light source unit 110 is generally constituted by a light source lamp 111 and a parabolic reflector 112. Light emitted from the light source lamp 111 is reflected in one direction by the parabolic reflector 112, and enters the first optical element 120 as a substantially parallel light flux. Here, as the light source lamp 111, a metal halide lamp, a xenon lamp, a high-pressure mercury lamp, a halogen lamp, or the like is used. As the reflector, in addition to the parabolic reflector 112 described in this example, an elliptical reflector, a spherical reflector, or the like is used. Can be used.
[0039]
As shown in FIG. 2, the first optical element 120 is a lens array including a plurality of rectangular light beam splitting lenses 121 arranged in a matrix. The positional relationship between the light source unit 110 and the first optical element 120 is set such that the light source optical axis R is located at the center of the first optical element 120. The light incident on the first optical element 120 is split into a plurality of intermediate light beams 122 by the light beam splitting lens 121, and at the same time, by the light condensing action of the light beam splitting lens 121, in a plane perpendicular to the system optical axis L (FIG. 1). At the position where the intermediate light beam on the XY plane is converged, the same number of condensed images 123 as the number of light beam splitting lenses are formed. The sectional shape of the light beam splitting lens 121 on the XY plane is preferably designed to be substantially similar to the shape of the display area (illuminated area) of the reflective liquid crystal device 300. In this example, since a rectangular illumination area that is long in the X direction on the XY plane is assumed, the sectional shape of the light beam splitting lens 121 on the XY plane is also a rectangle that is long in the X direction.
[0040]
Next, the function of the second optical element 130 will be described with reference to FIG.
[0041]
The second optical element 130 is a plate-shaped polarization conversion element 140 composed of a condenser lens array 131, a polarization separation unit array 141 and a selective phase difference plate 147, and receives an intermediate light beam emitted from the polarization conversion element 140 for a predetermined time. This is a composite that is generally composed of an emission-side lens 150 superimposed on the illumination area 160. The second optical element 130 is arranged on the light emitting surface side of the first optical element so as to be substantially perpendicular to the system optical axis L. The second optical element 130 separates each of the intermediate light beams 122 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and then aligns the polarization direction of one polarized light beam with the polarized direction of the other polarized light beam. It has a function of guiding substantially uniform light fluxes to one illuminated area 160.
[0042]
Like the first optical element 120, the condenser lens array 131 includes a plurality of condenser lenses 132 of the same number as the light beam splitting lenses 121 constituting the first optical element 120 arranged in a matrix. The condensing lens array 131 has a function of condensing and guiding each of the intermediate light beams 122 to a specific location of the polarization separation unit array 141 and making the optical axis of the intermediate light beam 122 parallel to the system optical axis L. ing. Therefore, the lens characteristics of each condenser lens are adjusted to the characteristics of the intermediate light beam 122 divided by the first optical element 120, and the inclination of the principal ray of the light incident on the polarization separation unit array 141 is changed to the system optical axis. It is desirable that each be optimized so as to be parallel to L. However, in consideration of cost reduction and ease of design of the optical system, the same lens array as the first optical element 120 is used, or the cross-sectional shape in the XY plane constitutes the first optical element 120. A lens array composed of a condenser lens having a shape substantially similar to the light beam splitting lens 121 may be used. In the case of this example, the same lens array as the first optical element 120 is used as the condenser lens array 131. When the parallelism of the light beam incident on the first optical element 120 is extremely high, the condenser lens array 131 may be omitted from the second optical element.
[0043]
The polarization separation unit array 141 is composed of a plurality of polarization separation units 142 arranged in the X direction, as shown in FIG. The polarization separation unit 142 is a quadrangular prism-shaped structure including a pair of polarization separation surfaces 143 and a reflection surface 144 in a prism made of optical glass or the like, and converts each of the incident intermediate light beams 122 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. It has the function of separating light beams. Note that the polarization separation unit array 141 only needs to be a structure having therein a polarization separation surface 143 and a reflection surface 144 that are alternately and repeatedly arranged, and does not necessarily need to be configured by a plurality of polarization separation units 142. . In order to facilitate understanding of the function of the polarization separation unit array, only the concept of the polarization separation unit 142 is introduced.
[0044]
The polarization separation surfaces 143 and the reflection surfaces 144 are arranged alternately in the X direction, and each have an inclination of about 4 degrees with respect to the system optical axis L. In addition, the polarization separation surface 143 and the reflection surface 144 are arranged so as not to overlap with each other. In addition, the area of the polarization separation surface 143 projected on the XY plane is equal to the area of the reflection surface 144 projected on the XY plane. The polarization separation surface 143 can be formed of a dielectric multilayer film or the like, and the reflection surface 144 can be formed of a dielectric multilayer film, an aluminum film, or the like. The light that has entered the polarization separation unit 142 is separated into a P-polarized light beam that passes through the polarization separation surface 143 and an S-polarized light beam that is reflected by the polarization separation surface 143 and changes its traveling direction toward the reflection surface 144. The P-polarized light beam is emitted from the P-polarized light beam emission surface 145 of the polarization separation unit 142. On the other hand, the S-polarized light beam is reflected by the reflection surface 144, becomes substantially parallel to the P-polarized light beam, and is emitted from the S-polarized light beam emission surface 146 of the polarization separation unit 142. That is, the intermediate light beam 122 having a random polarization direction incident on the polarization separation unit 142 is separated by the polarization separation unit 142 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. Light is emitted from the S-polarized light beam emission surface 146 in substantially the same direction.
[0045]
Note that, in the polarized light illuminating device 100 of the present example, it is necessary to guide each intermediate light beam 122 on the polarized light separating surface 143 of the polarized light separating unit 142. Therefore, in this example, the condensing lens array 131 is polarized by a distance D corresponding to １ ／ of the horizontal width W of the polarization separation unit 142 so that the intermediate light flux 123 is focused on the center of the polarization separation surface 143. It is arranged so as to be shifted from the separation unit array 141 in the X direction. As a result, the light source unit 110 is also arranged such that the light source optical axis R is shifted parallel to the system optical axis L by the distance D in the X direction (see FIG. 3).
[0046]
On the light emission surface side of the polarization separation unit array 141, a selective retardation plate 147 in which a λ / 2 retardation layer 148 is regularly formed is provided. FIG. 4B shows an example of the selective phase difference plate 147.
[0047]
In the selective retardation plate 147, the λ / 2 retardation layer 148 is formed only on the P-polarized light exit surface 145 of the polarization separation unit 142, and the λ / 2 retardation layer 148 is disposed on the S-polarized light exit surface 146. The optical element is not formed. Therefore, the P-polarized light beam emitted from the polarization separation unit 142 is rotated by the λ / 2 retardation layer 148 in the polarization direction when passing through the selective retardation plate 147, and is converted into an S-polarized light beam. On the other hand, since the λ / 2 retardation layer 148 is not formed on the S-polarized light beam output surface 146, the S-polarized light beam emitted from the S-polarized light beam output surface 146 of the polarization separation unit 142 is selected as S-polarized light. The light passes through the phase difference plate 147.
[0048]
That is, the intermediate light beam having a random polarization direction emitted from the first optical element is separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam by the polarization separation unit array 141, and the polarization directions are aligned by the selective retardation plate 147. That is, it is converted into one type of polarized light beam (S-polarized light beam in this example).
[0049]
An emission-side lens 150 (FIG. 3) arranged on the light emission surface side of the polarization conversion element 140 superimposes and combines the respective intermediate luminous fluxes aligned to the S-polarized luminous flux by the polarization conversion element 140 on the illuminated area 160. As a superposition coupling element. That is, each of the intermediate light beams 122 (that is, the image plane cut out by the light beam splitting lens 121) split by the first optical element 120 is converted by the polarization conversion element 140 into one type of polarized light having a uniform polarization direction. Then, the light is overlapped and coupled on one illuminated region 160 by the emission-side lens 150. In this case, even if the light intensity distribution of the light beam incident on the first optical element 120 is not uniform in the incident cross section, the light intensity is averaged in the process of superimposing and combining a plurality of divided intermediate light beams. The light intensity distribution of the illumination light on the illuminated area is almost uniform. Therefore, the illuminated area 160 can be almost uniformly illuminated with one type of polarized light beam. The exit lens 150 does not need to be a single lens body, and may be a lens array including a plurality of lenses like the first optical element 120.
[0050]
In summary, the polarized light illuminating device 100 can provide illumination light with uniform brightness and substantially uniform polarization directions.
[0051]
In the polarized light illuminating device 100, a plurality of minute condensed images 123 are formed by the first optical element 120, and a space in which light generated in the formation process does not exist is used effectively. The reflection surface 144 is provided. Therefore, it is possible to suppress the widening of the light beam generated when the light beam emitted from the light source is separated into two types of polarized light beams, and to perform polarization conversion in a small space. In addition, according to the shape of the illuminated region 160 which is rectangular in the X direction, the cross-sectional shape of the light beam splitting lens 121 constituting the first optical element 120 is made rectangular in the X direction, and the polarization separation unit array 141 is formed. The two types of polarized light beams emitted from are arranged alternately in the X direction. Therefore, even when the rectangular illumination area 160 is illuminated, the light use efficiency can be improved without wasting the light amount.
[0052]
In addition, the light is generated at the interface between the condensing lens array 131, the polarization separation unit array 141, the selective retardation plate 147, and the emission side lens 150 that constitute the second optical element 130 by optically integrating them. The light loss is reduced and the light use efficiency is further improved. However, these optical elements need not necessarily be optically integrated.
[0053]
Returning to FIG. 1, the description will be continued.
[0054]
The polarization beam splitter 200 has an S-polarized light beam reflection film 201 formed on a joint surface between two prism parts 202 and 203. The S-polarized light beam reflection film 201 is composed of a dielectric multilayer film or the like, and functions as a polarized light beam selecting element that reflects the S-polarized light beam and transmits the P-polarized light beam. As described above, most of the light beam emitted from the polarized light illuminating device 100 is converted into one type of polarized light beam. Therefore, almost all of the light beam emitted from the polarized light illumination device 100 is reflected or transmitted by the S-polarized light beam reflection film 201. In this example, the light beam emitted from the second optical element 130 is an S-polarized light beam. Therefore, most of the light beam incident on the polarization beam splitter 200 is reflected by the S-polarized light beam reflection film 201 and reaches the reflective liquid crystal device 300.
[0055]
When the light beam emitted from the second optical element 130 is a P-polarized light beam, the light beam incident on the polarization beam splitter 200 passes through the S-polarized light beam reflection film 201. Therefore, in this case, the reflection type liquid crystal device 300 may be disposed so as to face the second optical element with the polarization beam splitter 200 interposed therebetween.
[0056]
The light beam incident on the reflective liquid crystal device 300 is modulated by the reflective liquid crystal device 300 based on predetermined image information.
[0057]
Here, an example of the reflection type liquid crystal device 300 is shown in FIG. The reflection type liquid crystal device 300 is an active matrix type liquid crystal device in which a switching element formed of a thin film transistor is connected to reflection pixel electrodes 319 arranged in a matrix, and a liquid crystal layer 320 is sandwiched between a pair of substrates 310 and 330. Structure. The substrate 310 is made of silicon, and a source 311 and a drain 316 are formed in a part thereof. On the substrate 310, a source electrode 312 and a drain electrode 317 made of aluminum, a channel 313 made of silicon dioxide, a gate electrode made of a silicon layer 314 and a tantalum layer 315, an interlayer insulating film 318, and a reflective pixel electrode made of aluminum 319 are formed, and the drain electrode 317 and the reflection pixel electrode 319 are electrically connected via the contact hole H. Since the reflective pixel electrode 319 is opaque, it can be stacked over the gate electrode, the source electrode 312, and the drain electrode 317 with an interlayer insulating film 318 interposed therebetween. Therefore, the distance X between the adjacent reflective pixel electrodes 319 can be considerably reduced, and the aperture ratio can be increased.
[0058]
Note that, in this example, a storage capacitor portion including the drain 316, the silicon dioxide layer 340, the silicon layer 341, and the tantalum layer 342 is provided.
[0059]
On the other hand, on the opposing substrate 330, an opposing electrode 331 made of ITO is formed on the surface on the liquid crystal layer 320 side, and an antireflection layer 332 is formed on the other surface. By applying a voltage between the counter electrode 331 and each of the reflective pixel electrodes 319, the liquid crystal layer 320 is driven.
[0060]
The liquid crystal layer 320 is of a super homeotropic type in which the liquid crystal molecules 321 are vertically aligned when no voltage is applied (OFF), and the liquid crystal molecules 321 are twisted by 90 degrees when a voltage is applied (ON). Therefore, as shown in FIG. 5, the S-polarized light beam incident on the reflective liquid crystal device 300 from the polarizing beam splitter 200 when no voltage is applied (OFF) is polarized from the reflective liquid crystal device 300 without changing its polarization direction. The light is returned to the beam splitter 200. Therefore, the light is not reflected by the S-polarized light beam reflection film 201 and reaches the projection optical system 500. On the other hand, when the voltage is applied (ON), the S-polarized light beam incident on the reflective liquid crystal device 300 from the polarizing beam splitter 200 changes its polarization direction due to the twist of the liquid crystal molecules 321 to become a P-polarized light beam, and becomes an S-polarized light beam reflection film 201. Is transmitted through the projection optical system 500 to the projection plane 600.
[0061]
As described above, the projection display device 1 of this example has an extremely short optical path length. Further, since the aperture ratio of the liquid crystal device can be increased, light loss can be prevented to the maximum. Therefore, a very bright projection image can be obtained without using a large-diameter projection lens.
[0062]
Furthermore, by using the first optical element and the second optical element, a polarized light beam having uniform brightness can be obtained as illumination light. Therefore, it is possible to obtain a very bright projection image without brightness unevenness or color unevenness over the display surface or the entire projection surface.
[0063]
Note that the structure of the reflection type liquid crystal device 300, the material of each component thereof, and the operation mode of the liquid crystal layer 320 are not limited to the above examples.
[0064]
In addition, the above-described reflective liquid crystal device 300 is for displaying a monochrome image. However, if a color filter is provided between the reflective liquid crystal device 300 and the polarizing beam splitter 200 or inside the reflective liquid crystal device 300, color can be obtained. It is also possible to display an image.
(Second embodiment)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display device 2 of the second embodiment as viewed in plan. FIG. 2 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device 2 of this embodiment, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 5 denote the same components as those of the projection display device 1 of the first embodiment described above. And its detailed description is omitted.
[0065]
The projection display apparatus 2 of the present example includes a polarized light illuminating device 100, a polarized light illuminating device 100, which is roughly composed of a light source section 110, a first optical element 120, and a second optical element 130 arranged along the system optical axis L. Is reflected to reach the color light separation / combination element including the dichroic prisms 411 and 413 and the light guide prism 412, and transmits the light combined by the color light separation / combination element to reach the projection optical system 500. A polarizing beam splitter 200 having an S-polarized light beam reflecting film 201, a light beam emitted from the polarizing beam splitter 200 is separated into red light (R), green light (G), and blue light (B), and a reflection type liquid crystal device is provided. A color light separation / combination element (dichroic prisms 411, 413, and 403) for combining the color lights modulated by 300R, 300G, and 300B. Optical prism 412) The projection optical system 500 that projects the light modulated by the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300G that modulate the three color lights, respectively, and the three reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B onto the projection surface 600. Approximately.
[0066]
In the projection display device 2 of the present example, a polarized light illuminating device 100 having exactly the same configuration as that of the first example is used. As described in the first embodiment, in the polarized light illuminating device 100, the randomly polarized light beam emitted from the light source unit 110 is divided into a plurality of intermediate light beams by the first optical element 120, and then is divided into the second optical beam. The element 130 converts the light into one kind of polarized light beam (in this example, an S-polarized light beam) whose polarization direction is almost uniform. Then, the S-polarized light beam emitted from the polarized light illumination device 100 is reflected by the S-polarized light beam reflection film 201 of the polarization beam splitter 200.
[0067]
The light beam reflected by the S-polarized light beam reflecting film 201 is separated by the two dichroic prisms 411 and 412 into three color lights of red light (R), green light (G), and blue light (B).
[0068]
The dichroic prism 411 has a structure in which a blue light reflecting dichroic film 418 made of a dielectric multilayer film or the like is formed on a joint surface between two prism components 414, 414. Of the S-polarized light flux reflected by the S-polarized light reflection film 201, blue light (B) is reflected by the blue light reflection dichroic film 418, and enters the reflection type liquid crystal device 300B via the light guide prism 412. Then, modulation based on predetermined image information is performed by the reflective liquid crystal device 300B. The light guide prism 412 is used to make the length of the optical path of the blue light (B) light equal to the length of the optical paths of the other color lights.
[0069]
The dichroic prism 413 has a structure in which a red light reflecting dichroic film 419 made of a dielectric multilayer film or the like is formed on a joint surface between two prism components 416 and 417. Of the color light transmitted through the blue light reflecting dichroic film 418 of the dichroic prism 411, the red light (R) is reflected by the red light reflecting dichroic film 419 and enters the reflective liquid crystal device 300R. Then, modulation based on predetermined image information is performed by the reflective liquid crystal device 300R.
[0070]
Further, the green light (G) transmitted through the red light reflecting dichroic film 419 of the dichroic prism 413 enters the reflective liquid crystal device 300G. Then, modulation based on predetermined image information is performed by the reflective liquid crystal device 300G.
[0071]
In this way, the red, blue, and green color lights modulated by the respective reflective liquid crystal devices 300R, 300B, and 300G are again synthesized by the dichroic prisms 413 and 411, and are projected through the administration optical system 500. Projected to
[0072]
Also in the projection display device 2 of the present example, similarly to the projection display device 1 described above, since the liquid crystal device has a large aperture ratio, it is possible to prevent light loss to the maximum. Therefore, an extremely bright projection image can be obtained.
[0073]
Furthermore, by using the first optical element and the second optical element, a polarized light beam having uniform brightness can be obtained as illumination light. Therefore, it is possible to obtain a very bright projection image without brightness unevenness or color unevenness over the display surface or the entire projection surface.
[0074]
In the projection display device 2 of the present example, the prism component 202 forming the polarization beam splitter 200 and the prism component 414 forming the dichroic prism 411 can be formed as an integral prism. Similarly, the prism component 415 and the prism component 416 and the prism component 414 and the light guide prism 412 can be configured as an integral prism. By integrating these prism articles, it is possible to prevent light loss occurring at the boundary between the prism parts, and to further enhance the light use efficiency.
(Third embodiment)
In the projection display device 2 of the second embodiment, two dichroic prisms 411 and 413 are used as color light separating / combining elements, and an optical path of blue light is used to equalize the optical path length with other color lights. Is provided with a light guide prism 412. This color separation / combination element can be constituted by one cross dichroic prism. FIG. 7 shows an example of such a projection display device.
[0075]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display device 3 according to the third embodiment as viewed in plan. FIG. 7 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device 3 of the present embodiment, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 5 denote the same components as those of the projection display device 1 of the first embodiment described above. And a detailed description thereof will be omitted.
[0076]
The projection display device 3 of the present example is different from the projection display device 2 in that the dichroic prisms 411 and 412 constituting the color light separation / combination element of the projection display device 2 are replaced with red light between four prism parts 421, 422, 423 and 424. A cross dichroic prism 420 in which reflection dichroic films 425 and 426 and blue light reflection dichroic films 427 and 428 are arranged in an X shape is used. By using such a cross dichroic prism 420, the length of the optical path can be extremely reduced. Therefore, a very bright projection image can be obtained without using a large-diameter projection lens.
[0077]
Further, in the projection display device 3 of the present example, the prism component 202 forming the polarization beam splitter 200 and the prism component 421 forming the cross dichroic prism 420 can be formed as an integral prism. By integrating the prism components 202 and 421, light loss occurring at the boundary between the prism components 202 and 421 can be prevented, and the light use efficiency can be further improved.
[0078]
Note that the projection display device 3 of the present example has the same effect as the projection display device 2.
(Fourth embodiment)
When the cross dichroic prism 420 is used as a color light separating / combining element as in the projection display device 3 in the third embodiment, there is a portion where the dichroic film is orthogonal to the center of the prism, and this portion is shadowed on the projected image. May appear as If a dichroic prism 430 as shown in FIG. 8 is employed instead of the cross dichroic prism 420, this phenomenon can be completely prevented.
[0079]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display device 4 according to the fourth embodiment viewed in plan. FIG. 8 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device 4 of the present embodiment, the cross dichroic prism 420 of the projection display device 3 of the third embodiment is replaced by a dichroic prism 430 in which two dichroic films are arranged at different angles with respect to the optical axis. Things. The other configuration is the same as that of the third embodiment, and a detailed description will be omitted.
[0080]
The dichroic prism 430 includes three prism components 431, 432, and 433 having different shapes from each other, a green light reflecting dichroic film 434 formed on a joint surface between the prism components 431 and 432, and a prism component 432 and the prism components. 433 is formed of a red light reflecting dichroic film 435 formed on the bonding surface with 433. Here, the green light reflecting dichroic film 434 and the red light reflecting dichroic film 435 are arranged at different angles with respect to the optical axis. Therefore, unlike in the case where a cross dichroic prism is used, a portion where the dichroic films are orthogonal to each other does not appear as a shadow in the projected image, and a very high quality projected image can be obtained.
[0081]
Note that the projection display device 4 of the present example has the same effect as the projection display device 3 of the third embodiment.
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display device 5 of the fifth embodiment as viewed in plan. FIG. 9 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. The projection display device 5 of this embodiment is a modification of the projection display device 3 of the third embodiment described above. The same components as those of the projection display device 3 of the third embodiment described above are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 7, and the detailed description thereof is omitted.
[0082]
First, the projection display device 5 of the present embodiment is different from the projection display device 3 of the third embodiment in the configuration of the polarized light illumination device. The polarized light illuminating device 100A in the projection display device 5 of the present example has a point that the output side lens 150 is provided at a position distant from the polarization conversion element 140, and the reflection between the polarization splitting unit array 141 and the output side lens 150. The point that the mirror 700 is provided is different from the polarization illuminating device 100 described above.
[0083]
FIG. 10 is a diagram comparing the polarized light illumination device 100A and the polarized light illumination device 100. Irrelevant parts are omitted for convenience of explanation. The solid line in the drawing indicates the positional relationship among the first optical element 120, the condenser lens array 131, the polarization conversion element 140, and the emission side lens 150 in the projection display device 5 of the present example. The dotted line in the figure indicates a state where the polarization conversion element 140 and the emission side lens 150 are not separated, that is, the first optical element 120 and the emission side lens 150 in the above-described polarized light illumination device 100. In the drawing, reference numeral 160 denotes an illuminated area illuminated by the polarized light illumination device 100 or 100A.
[0084]
When the parallelism of the light beam emitted from the light source unit 110 is extremely high and the precision of the light beam splitting lens 121 constituting the first optical element 120 is extremely high, as shown in FIG. The intermediate light beam 122 is focused on an extremely small area on the polarization separation surface 143 of the polarization separation unit 142. However, in practice, the light emitting point of the light source lamp 111 has a finite size, and the surface accuracy of the parabolic reflector 112 and the lens accuracy of the light beam splitting lens 121 vary, so that each intermediate light beam 122 is polarized. The image formed on the separation surface 143 has a certain size. It is desirable that the size of this image is smaller than the size of the opening cross section of the polarization splitting surface 143. Otherwise, the reflection disposed adjacent to the polarization splitting surface 143 without passing through the polarization splitting surface 143. Light directly incident on surface 144 will be generated. Light directly incident on a reflection surface of a certain polarization separation unit (hereinafter, referred to as a “first polarization separation unit”) is reflected by the reflection surface, and the adjacent polarization separation unit (this is referred to as a “second polarization separation unit”). Separation unit)) and is separated into two types of polarized light beams by the polarization separation surface of the second polarization separation unit. However, the light beam reflected by the reflection surface of the first polarization separation unit and entering the second polarization separation unit and the light beam directly incident on the polarization separation surface of the second polarization separation unit have the second polarization separation. The directions of incidence on the polarization separation surfaces of the units differ by 90 degrees. Therefore, the luminous flux emitted from the P-polarized light beam emission surface of the second polarization separation unit includes the S-polarized light beam that has entered from the first polarization separation unit and has been reflected by the polarization separation surface of the second polarization separation unit. Will be mixed. Further, the light beam emitted from the S-polarized light beam emitting surface of the second polarized light separating unit is mixed with the P-polarized light beam that has entered from the first polarized light separating unit and passed through the polarized light separating surface of the second polarized light separating unit. Will be done. As described above, light directly incident on the reflection surface of a certain polarization separation unit is polarization-separated in the adjacent polarization separation unit in a state different from the light beam directly incident on the polarization separation surface. The S-polarized light beam is emitted as a polarized light beam having a polarization direction different from that of the polarized light beam that should originally be emitted from the S-polarized light beam emission surface, which causes a reduction in the degree of polarization of the light beam emitted from the polarized light illuminating device. Among the light beams emitted from the polarized light illuminating device, only one type of polarized light is effective as illumination light for the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B. The decrease is not preferable because it lowers the light use efficiency and eventually lowers the brightness of the projected image.
[0085]
Therefore, in the above-described polarization illuminating device 100, the condenser lens array 131 is provided on the second optical element 130, and the light emitted from the first optical element 120 is polarized and separated by the condenser power of the condenser lens array 131. The light is guided to the surface so that the light directly incident on the reflection surface is reduced as much as possible.
[0086]
On the other hand, in order to prevent a light beam from being directly incident on the reflection surface 144, it is also effective to reduce the size of an image formed on the polarization separation surface 143 by each intermediate light beam 122 using a lens having a large condensing power. It is.
[0087]
As can be seen from FIG. 10, if the output side lens 150 is provided at a position distant from the polarization conversion element 140, the distance between the first optical element 120 and the polarization separation unit array 141 is reduced, and the polarization illumination device 100 The light beam splitting lens 121 having a shorter focal length than that of the light beam splitting lens 121, that is, having a larger light-gathering power can be used. Therefore, the size of the image formed on the polarization separation surface 143 by each intermediate light beam 122 can be reduced, and it is possible to prevent the light beam from being directly incident on the reflection surface 144.
[0088]
Here, the polarization splitting performance of the polarization splitting surface 143 changes depending on the angle of incidence of light, so that the light condensing power of the light beam splitting lens 121 cannot be increased unnecessarily. Therefore, when the parallelism of the light emitted from the light source unit 100 is not very high, the emission side lens 150 is simply provided at a position away from the polarization separation unit array 141 as in the projection display device 5 of the present example. Instead, it is preferable to use the condenser lens array 131 together.
[0089]
In addition, as in the projection display device 5 of the present example, by attaching the exit side lens 150 to the light incident surface 204 of the polarization beam splitter 200, light reflection at the interface between the exit side lens 150 and the polarization beam splitter 200 is reduced. It is possible to further increase the light use efficiency.
[0090]
Furthermore, in the polarized light illuminating device 100A in the projection display device 5 of the present example, a reflection mirror 700 that changes the traveling direction of light by about 90 degrees is provided between the polarized light separating unit array 141 and the exit lens 150. By providing such a reflection mirror 700, the portion including the polarization beam splitter 200 and the cross dichroic prism 420 and the polarization illuminating device 100A can be arranged side by side, so that the optical system can be made compact. Become.
[0091]
This reflection mirror 700 can be constituted by a total reflection mirror. However, this reflecting mirror 700 is a dielectric mirror that selectively reflects only a specific polarized light beam (in this example, an S-polarized light beam) obtained by a polarization conversion element including the polarization separation unit array 141 and the selective phase difference plate 47. Then, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarization beam splitter 200, that is, the degree of polarization of the illumination light that illuminates the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B can be increased. Therefore, the contrast of the projected image can be increased, and a very high quality projected image can be obtained.
[0092]
Furthermore, if the reflection mirror 700 has a function of reflecting only visible light and transmitting infrared light and ultraviolet light, it is possible to prevent optical elements subsequent to the reflection mirror 700 from being deteriorated by infrared light and ultraviolet light.
[0093]
Further, the position at which the reflection mirror 700 is provided is not limited to the position shown in FIG. 9, and may be provided at any position between the light source unit 110 and the polarization beam splitter 200. For example, as in the above-described polarization illuminating device 100, the condensing lens array 131, the polarization separation unit array 141, the selective phase plate 147, and the emission side lens 150 that constitute the second optical element 130 are integrated. In this case, it is also possible to arrange the reflection mirror 700 between the emission side lens 150 and the polarization beam splitter 200.
[0094]
The polarized light illuminating device 100A of this embodiment can be replaced with the polarized light illuminating device 100 in the projection display devices 1 to 4 of the first to fourth embodiments described above.
[0095]
Secondly, the projection display device 5 of the present embodiment is different from the third embodiment in that the polarizing plates 210 and 211 are provided on the light incident surface 204 and the light emitting surface 205 of the polarizing beam splitter 200, respectively. This is different from the projection display device 3. The polarizing plate 210 increases the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarization beam splitter 200, that is, the degree of polarization of illumination light that illuminates the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B.
[0096]
Further, the polarizing plate 211 increases the degree of polarization of the polarized light flux emitted from the polarizing beam splitter 200, that is, the degree of polarization of an image projected on the display surface or the projection surface via the projection optical system 500 as a result. Things. In the projection display device 5 of the present example, by arranging the polarizing plates 210 and 211, the contrast of the projected image can be increased, and a very high quality projected image can be obtained.
[0097]
Here, it is not always necessary to attach the polarizing plates 210 and 211 to the surface of the polarizing beam splitter 200, and on the optical path between the exit lens 150 and the polarizing beam splitter 200, between the polarizing beam splitter 200 and the projection optical system 500. On the optical path. However, by attaching the polarizing plates 210 and 211 to the surface of the polarizing beam splitter 200, light reflection at the interface between the polarizing plates 210 and 211 and the polarizing beam splitter 200 can be reduced, and the light use efficiency can be improved. Becomes possible.
[0098]
In the projection display devices 1 to 4 of the first to fourth embodiments described above, the polarizing plates 210 and 211 may be arranged as in the present embodiment.
[0099]
The projection display device 5 of the present embodiment is the same as the projection display device 3 of the third embodiment except for the above-described points, and thus has the same effects as those of the projection display device 3 of the third embodiment. ing.
(Sixth embodiment)
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display device 6 of the sixth embodiment, as viewed in plan. FIG. 11 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 800. The projection display device 6 of this example is a modification of the projection display device 3 of the third embodiment described above. The same components as those of the projection display device 3 of the third embodiment described above are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 7, and the detailed description thereof is omitted.
[0100]
First, the projection display device 6 of the present embodiment is different from the projection display device 3 of the third embodiment in the configuration of the polarized light illumination device.
[0101]
The polarized light illuminating device 100B in the projection display device 6 of the present example is schematically constituted by a light source unit 110, a first optical element 800, and a second optical element 850 arranged along the system optical axis L.
[0102]
The first optical element 800 is a lens array including a plurality of rectangular light beam splitting lenses 801 arranged in a matrix, similarly to the first optical element 120 shown in FIG. The light source unit 110 is arranged such that the optical axis of the light source 111 matches the center of the first optical element 120. Light emitted from the light source unit 110 and incident on the first optical element 800 is split into a plurality of intermediate light beams by the light beam splitting lens 801 and is incident on the second optical element 850.
[0103]
Note that the characteristics of each light beam splitting lens 801 are optimized according to the thickness of the plate-like prism 823 of the polarization splitting prism 820, which will be described in detail later.
[0104]
The second optical element 850 disposed on the light emitting surface side of the first optical element 800 is emitted from the polarization conversion element 810 including the polarization separation prism 820 and the selective phase difference plate 830, and the polarization conversion element 810. This is a complex that is generally composed of an emission-side lens 840 that superimposes the intermediate light beam on the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B that are the illuminated areas.
[0105]
As shown in FIGS. 12 (A) to 12 (C), the polarization splitting prism 820 has a triangular prism 821 in which a polarization splitting film 822 is formed on the slope and the bottom surface is a right isosceles triangle, and a triangular prism. 821 is combined with a plate-shaped prism 823 in which a reflection film 824 is formed on a surface that is not bonded. The polarization separation film 822 and the reflection film 824 are arranged so as to be substantially parallel. The polarization separation film 822 can be formed of a dielectric multilayer film or the like, and the reflection film 824 can be formed of a dielectric multilayer film, an aluminum film, or the like.
[0106]
The light that has entered the polarization splitting prism 820 is split into a P-polarized light flux transmitted through the polarization splitting film 822 and an S-polarized light flux that is reflected by the polarization splitting film 822 and changes its traveling direction toward the selective retardation plate 830. The P-polarized light beam enters the plate-shaped prism 823 and is reflected by the reflection film 824 to change its traveling direction and become substantially parallel to the S-polarized light beam. That is, the intermediate light beam having a random polarization direction incident on the polarization separation prism 820 is separated into the S-polarization light beam and the P-polarization light beam by the polarization separation film 822 of the polarization separation prism 820. The S-polarized light flux is output from an S-polarized light flux emission surface 825 indicated by oblique lines rising to the right in FIG. 12 (A), and the P-polarized light flux is indicated by a P light light emission surface 826 indicated by diagonal lines to the right in FIG. 12 (A). Are emitted in substantially the same direction.
[0107]
The width in the X direction of the S-polarized light beam emission surface 825 and the P-polarized light beam emission surface 826 in FIG. 12 (A) corresponds to the thickness of the plate-shaped prism 823 in the Z direction and the X direction. Here, in the present example, the thickness of the plate-shaped prism 823 in the Z direction and the X direction is about の of the size in the X direction of the light beam splitting lens 801 constituting the first optical element (see FIG. 2). It has become. Therefore, the width in the X direction of the S-polarized light beam output surface 825 and the P-polarized light beam output surface 826 is also about の of the pitch of the light beam splitting lens 801.
[0108]
As shown in FIG. 11, a selective retardation plate 830 on which a λ / 2 retardation layer 831 is regularly formed is provided on the light exit surface side of the polarization separation prism 820. In the selective retardation plate 830, the λ / 2 retardation layer 831 is formed only on the P-polarized light exit surface 826 of the polarization splitting prism, and the λ / 2 retardation layer 831 is disposed on the S-polarized light exit surface 825. There is an optical element 832 that is not formed. Therefore, as shown in FIG. 11, the P-polarized light beam emitted from the polarization splitting prism 820 is rotated by the λ / 2 phase difference layer 831 in the polarization direction when passing through the selective phase difference plate 830, and It is converted into a polarized light beam. On the other hand, since the λ / 2 retardation layer 831 is not formed on the S-polarized light beam output surface 825, the S-polarized light beam emitted from the S-polarized light beam output surface 825 of the polarization splitting prism 820 remains S-polarized. The light passes through the selection phase difference plate 830.
[0109]
That is, the intermediate light beam having a random polarization direction emitted from the first optical element 800 is separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam by the polarization splitting prism 820, and the polarization directions are aligned by the selective retardation plate 830. That is, it is converted into almost one kind of polarized light beam (S polarized light beam in this example).
[0110]
The exit lens 840 disposed on the light exit surface side of the polarization conversion element 810 is a lens array including a plurality of rectangular lenses 841 arranged in a matrix as shown in FIG. In FIG. 13, the intersection of the cross indicates the lens optical axis.
[0111]
As can be seen from this figure, the rectangular lens 841 is an eccentric lens. The exit side lens 840 superimposes the respective intermediate luminous fluxes aligned by the polarization conversion element 810 on the reflection type liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B, which are the regions to be illuminated, similarly to the exit side lens 150 in the polarization illumination device 100. It has a function as a superposition coupling element for coupling. That is, each of the intermediate luminous fluxes (that is, the image plane cut out by the luminous flux splitting lens 801) divided by the first optical element 800 is superimposed and coupled on one illuminated area by the polarization conversion element 810. Accordingly, the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B, which are the illuminated areas, can be almost uniformly illuminated with one type of polarized light beam.
[0112]
Note that the arrangement pitch of the rectangular lenses 841 in the X direction is substantially the same as the width in the X direction of the S-polarized light beam emission surface 825 and the P-polarized light beam emission surface 826 of the polarization separation prism 820. In this example, the arrangement pitch of the rectangular lenses 841 in the Y direction is substantially the same as the arrangement pitch of the light beam splitting lens 801 of the first optical element in the Y direction.
[0113]
However, the arrangement pitch of the rectangular lenses 841 in the X direction may be substantially the same as the sum of the width in the X direction of the S-polarized light output surface 825 of the polarization splitting prism 820 and the width in the X direction of the P-polarized light output surface 826. . In this case, the same lens array as the first optical element 800 can be used as the emission side lens 840. Alternatively, the arrangement pitch of the rectangular lenses in the X direction may be smaller than the sum of the width of the S-polarized light beam exit surface 825 of the polarization splitting prism 820 in the X direction and the width of the P-polarized light beam exit surface 826 in the X direction. Similarly, the arrangement pitch of the rectangular lenses 841 in the Y direction can be smaller than the arrangement pitch of the light beam splitting lenses 801 in the Y direction. The above state can be realized by making the light beam splitting lens 801 constituting the first optical element 800 a decentered lens. Thus, the cross-sectional area of the light beam incident on the polarization beam splitter 200 can be reduced, and as a result, the polarization beam splitter 200 can be downsized.
[0114]
In summary, similarly to the case of the polarized light illuminating device 100, the polarized light illuminating device 100B can provide illumination light with uniform brightness and a substantially uniform polarization direction.
[0115]
In the polarized light illuminating device 100B, the light emitted from the light source unit 110 is divided into a plurality of intermediate light beams by the first optical element 800, and the intermediate light beam is converted into a P-polarized light beam within a cross-sectional area substantially equal to the cross-sectional area of each intermediate light beam. And an S-polarized light beam. Therefore, there is a characteristic that the light beam emitted from the light source can be separated into two types of polarized light beams with almost no widening of the light beam, and the polarization conversion can be performed in a small space.
[0116]
The cross-sectional shape of the light beam splitting lens 801 constituting the first optical element 800 in the X direction is adjusted according to the shape of the display area of the reflective liquid crystal device 300, that is, the shape of the illuminated area (rectangular shape elongated in the X direction). In addition to the long rectangular shape, two types of polarized light beams emitted from the polarization separation prism 820 are arranged alternately in the X direction. For this reason, even when illuminating a rectangular illumination area, the light use efficiency can be improved without wasting light.
[0117]
In addition, by optically integrating the first optical element and the polarization splitting prism 820, the selective phase difference plate 830, and the exit lens 840 constituting the second optical element, light loss generated at the interface therebetween is obtained. And the light use efficiency is further increased. However, it is not necessary to optically integrate these optical elements.
[0118]
The projection display device 6 of the present example can obtain a light flux with uniform brightness as illumination light by using the above-described polarized light illumination device 100B. Therefore, it is possible to obtain a very uniform and extremely bright projected image over the entire display surface or the entire projection surface.
[0119]
Further, in the polarized light illuminating device 100B, since the traveling direction of the light can be changed by about 90 degrees at the same time as performing the polarization conversion, a reflection mirror that changes the traveling direction of the light as in the projection display device 5 of the fifth embodiment described above is used. It is possible to make the optical system compact without disposing.
[0120]
Note that, in the projection display device 6 of the present embodiment, as in the projection display device 5 of the fifth embodiment described above, the light incident surface or the light exit surface of the polarization beam splitter 200 has a polarization for increasing the degree of polarization. By arranging the plates, the contrast of the projected image can be increased, and a very high quality projected image can be obtained.
(Other)
In each of the above-described embodiments, the polarization illuminating device is used to obtain an S-polarized light beam, but a P-polarized light beam may be used. In this case, the λ / 2 retardation layers 148 and 831 of the selective retardation plates 147 and 830 may be formed on the polarization separation unit array 141 or the S-polarized light beam emission surfaces 146 and 825 of the polarization separation prism 820. .
[0121]
In addition, as the projection display device, a front type that observes a projection image from a surface on the side of the projection optical system 500 of the projection surface 600 or a rear type that observes a projection image from a surface on the side opposite to the projection optical system 500 is used. However, the present invention is applicable to any type.
[0122]
【The invention's effect】
According to the projection display device of the present invention, the length of the optical path can be reduced as compared with the conventional projection display device, so that a bright projected image can be obtained without using a large-diameter projection lens. It is possible. Further, it is possible to reduce the unevenness of the illuminance with respect to the illuminated area, and it is possible to obtain a very uniform and extremely bright projection image over the entire display surface or projection surface. Therefore, the projection display device of the present invention is suitable for projecting and outputting, for example, an image output from a computer or an image output from a video recorder on a screen.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of a projection display apparatus 1 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a first optical element 120 in the polarized light illumination device 100.
FIG. 3 is a diagram for explaining a function of a second optical element 130 in the polarized light illumination device 100.
FIG. 4A is a perspective view showing a configuration of a polarization separation unit array 141 in the polarization illuminating device 100, and FIG. 4B is a perspective view showing a configuration of a selective retardation plate 147 in the polarization illuminating device 100.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of a reflection type liquid crystal device.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of a projection display apparatus 2 according to a second embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of a projection display device 3 according to a third embodiment.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of a projection display apparatus 4 according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of a projection display device 5 according to a fifth embodiment.
FIG. 10 is a diagram comparing the polarized light illumination device 100A and the polarized light illumination device 100.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of a projection display device 6 according to a sixth embodiment.
12A is a perspective view illustrating a configuration of a polarization splitting prism 820 in the polarized light illuminating device 100B, and FIG. 12B is a diagram illustrating a triangular prism prism 821 of which the bottom surface is a right-angled isosceles triangle among the polarization splitting prisms 820. FIG. 3C is a perspective view illustrating a configuration of a plate-like prism 823 of the polarization splitting prism 820.
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of an emission side lens 840 in the polarized light illumination device 100B.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
100, 100A polarized illumination device
110 Light source
111 light source lamp
112 parabolic reflector
120 first optical element
121 Beam splitting lens
130 second optical element
131 Condenser lens array
132 condenser lens
140 Polarization conversion element
141 Polarization separation unit array
142 Polarization separation unit
143 Polarization separation surface
144 reflective surface
145 P polarized light beam emission surface
146 S polarized light beam emission surface
147 Selection phase difference plate
148 λ / 2 retardation layer
150 Exit lens
160 Illuminated area
200 polarization beam splitter
201 S-polarized light beam reflection film
202, 203 prism parts
300 reflective liquid crystal device
300R, 300G, 300B reflective liquid crystal device
301R, 301G, 301B reflective liquid crystal element
500 Projection optical system
600 Projection surface
700 reflection mirror

Claims (15)

光源と、
前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、
前記第１の光学要素の光出射面側であって、前記中間光束が集束する位置に配置された第２の光学要素と、
前記第２の光学要素から出射された光を変調する唯一の反射型変調素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記第２の光学要素は、
前記集束された中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記反射型変調素子の一箇所の被照明領域上に重畳結合させる重畳結合素子とを有してなり、
前記第２の光学要素と前記反射型変調素子との間の光路上に、前記第２の光学要素から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子が設けられ、
更に、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることを特徴とする投写型表示装置。A light source,
A first optical element for condensing a light beam from the light source and splitting the light beam into a plurality of intermediate light beams;
A second optical element disposed on a light exit surface side of the first optical element and at a position where the intermediate light flux is focused;
And a sole reflective modulation element that modulates light emitted from the second optical element,
The second optical element includes:
Each of the focused intermediate light beams is separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam is emitted in the same polarization direction as the other polarized light beam. A polarization conversion element,
And a superimposing coupling element arranged on the light emission surface side of the polarization conversion element and superimposing and coupling each of the intermediate light fluxes onto one illuminated region of the reflection type modulation element.
The light emitted from the second optical element is reflected or transmitted on the optical path between the second optical element and the reflection type modulation element to reach the reflection type modulation element, and the reflection type A polarized light beam selecting element for transmitting or reflecting the light modulated by the modulating element and reaching the projection optical system is provided,
Further, the projection type display device is characterized in that the superposition coupling element is provided at a position distant from the polarization conversion element. 請求項１において、
前記偏光変換素子は、一対の偏光分離面と反射面とを備えた偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ／２位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 1,
The polarization conversion element includes: a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units each including a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface are arranged; and a selective retardation plate in which a λ / 2 retardation layer is regularly formed. A projection display device comprising: 請求項２において、
前記重畳結合素子が前記偏光光束選択素子の光入射面側に取り付けられていることを特徴とする投写型表示装置。In claim 2,
The projection type display device, wherein the superposition coupling element is mounted on a light incident surface side of the polarized light beam selecting element. 光源と、
前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、
前記第１の光学要素の光出射面側であって、前記中間光束が集束する位置に配置された第２の光学要素と、
前記第２の光学要素から出射された光束を３色の色光に分離するとともに、前記３色の色光をそれぞれ変調する３つの反射型変調素子によって変調された色光を合成する色光分離合成素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記第２の光学要素は、
前記集束された中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記各々の反射型変調素子の一箇所の被照明領域上に重畳結合させる重畳結合素子と、を有してなり、
前記第２の光学要素と前記色光分離合成素子との間の光路上に、前記第２の光学要素から出射された光を反射または透過させて前記色光分離合成素子に到達させるとともに、前記色光分離合成素子により合成された光を透過または反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子が設けられ、
更に、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることを特徴とする投写型表示装置。A light source,
A first optical element for condensing a light beam from the light source and splitting the light beam into a plurality of intermediate light beams;
A second optical element disposed on a light exit surface side of the first optical element and at a position where the intermediate light flux is focused;
A color light separation / combination element that separates the light beam emitted from the second optical element into three color lights and combines the color lights modulated by the three reflective modulation elements that respectively modulate the three color lights; A projection display device having
The second optical element includes:
Each of the focused intermediate light beams is separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam is emitted in the same polarization direction as the other polarized light beam. A polarization conversion element,
A superposition coupling element arranged on the light emission surface side of the polarization conversion element, and superimposing and coupling each of the intermediate light fluxes onto one of the illuminated regions of each of the reflection type modulation elements,
The light emitted from the second optical element is reflected or transmitted on the optical path between the second optical element and the color light separation / combination element to reach the color light separation / combination element, and the color light separation is performed. A polarized light beam selecting element for transmitting or reflecting the light combined by the combining element and reaching the projection optical system is provided,
Further, the projection type display device is characterized in that the superposition coupling element is provided at a position distant from the polarization conversion element. 請求項４において、
前記偏光変換素子は、一対の偏光分離面と反射面とを備えた偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ／２位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 4,
The polarization conversion element includes: a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units each including a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface are arranged; and a selective retardation plate in which a λ / 2 retardation layer is regularly formed. A projection display device comprising: 請求項５において、
前記重畳結合素子が前記偏光光束選択素子の光入射面に取り付けられていることを特徴とする投写型表示装置。In claim 5,
The projection type display device, wherein the superposition coupling element is attached to a light incident surface of the polarized light beam selecting element. 請求項５において、
前記光源と前記偏光光束選択素子との間に光の進行方向を約９０度変える反射ミラーを設けたことを特徴とする投写型表示装置。In claim 5,
A projection display device, comprising: a reflection mirror that changes a traveling direction of light by about 90 degrees between the light source and the polarized light beam selecting element. 請求項７において、
前記反射ミラーは、前記偏光変換素子によって得られる特定の偏光光束のみを選択的に反射する誘電体ミラーからなり、前記偏光変換素子と前記重畳結合素子との間に配置されることを特徴とする投写型表示装置。In claim 7,
The reflection mirror is formed of a dielectric mirror that selectively reflects only a specific polarized light beam obtained by the polarization conversion element, and is disposed between the polarization conversion element and the superposition coupling element. Projection display device. 請求項４において、
前記偏光変換素子は、斜面に偏光分離膜が形成された三角柱のプリズムと、一対の面に反射膜が形成された板状のプリズムとが、前記偏光分離膜と前記反射膜とが略平行になるように組み合わされた偏光分離プリズムと、λ／２位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 4,
The polarization conversion element has a triangular prism with a polarization separation film formed on an inclined surface, and a plate-like prism with a reflection film formed on a pair of surfaces, and the polarization separation film and the reflection film are substantially parallel to each other. 1. A projection display device comprising: a polarization splitting prism combined in such a manner as to form a phase difference plate having a λ / 2 phase difference layer formed regularly. 請求項５または請求項９において、
前記色光分離合成素子は２つのプリズム部品の間にダイクロイック膜が挟持されたダイクロイックプリズムからなり、
前記偏光光束選択素子は２つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持された偏光ビームスプリッタからなり、
前記ダイクロイックプリズムを構成する前記２つのプリズム部品の一方と、前記偏光ビームスプリッタを構成する前記２つのプリズム部品の一方とが一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 5 or claim 9,
The color light separation / combination element is composed of a dichroic prism in which a dichroic film is sandwiched between two prism parts,
The polarized light beam selecting element comprises a polarized beam splitter in which a polarized light beam selecting film is sandwiched between two prism parts,
A projection display device, wherein one of the two prism components constituting the dichroic prism and one of the two prism components constituting the polarization beam splitter are integrated. 請求項５または請求項９において、
前記色光分離合成素子は２つのプリズム部品の間にダイクロイック膜が挟持された第１、第２のダイクロイックプリズムを有し、
前記第１のダイクロイックプリズムを構成する前記２つのプリズム部品の一方と、前記第２のダイクロイックプリズムを構成する前記２つのプリズム部品の一方とが一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 5 or claim 9,
The color light separation / combination element has first and second dichroic prisms each having a dichroic film sandwiched between two prism parts,
A projection display device, wherein one of the two prism components constituting the first dichroic prism and one of the two prism components constituting the second dichroic prism are integrated. . 請求項１１において、
前記色光分離合成素子にはさらに導光プリズムが設けられ、前記第１または第２のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方と前記導光プリズムとが一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 11,
The color light separation / combination element is further provided with a light guide prism, and one of the prism components constituting the first or second dichroic prism is integrated with the light guide prism. Type display device. 請求項５または請求項９において、
前記色光分離合成素子は４つのプリズム部品の間にダイクロイック膜がＸ字状に配置されたクロスダイクロイックプリズムからなり、
前記３つの反射型変調素子は前記クロスダイクロイックプリズムの隣り合う３辺に沿って配置されてなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 5 or claim 9,
The color light separation / combination element comprises a cross dichroic prism in which a dichroic film is arranged in an X shape between four prism parts,
The projection type display device, wherein the three reflective modulation elements are arranged along three adjacent sides of the cross dichroic prism. 請求項１３において、
前記偏光光束選択素子は２つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持された偏光ビームスプリッタからなり、
前記偏光ビームスプリッタを構成する前記２つのプリズム部品の一方と、前記クロスダイクロイックプリズムを構成する４つのプリズム部品のうちいずれか１つとが一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 13,
The polarized light beam selecting element comprises a polarized beam splitter in which a polarized light beam selecting film is sandwiched between two prism parts,
A projection display device, wherein one of the two prism components constituting the polarization beam splitter and one of the four prism components constituting the cross dichroic prism are integrated. 請求項５または請求項９において、
前記色光分離合成素子は、３色の色光をそれぞれ分離、合成する２つのダイクロイック膜を、互いに光軸に対して異なる角度で配置したダイクロイックプリズムからなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 5 or claim 9,
The projection type display device, wherein the color light separation / combination element comprises a dichroic prism in which two dichroic films for separating and combining three color lights are arranged at different angles with respect to an optical axis.
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