JP3669051B2 - Projection display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶パネルなどの変調手段により形成された表示画像をスクリーン上に投写表示する投写型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
変調手段として3枚の液晶パネルを用いた投写型表示装置(3板式の投写型表示装置)の代表的な構成例を図11に示す。3板式の投写型表示装置900においては、光源部100からの光を波長選択性のある2枚のダイクロイックミラー401、402(色光分離手段)により赤光、緑光、青光の3原色の光束に分離した後、それぞれの色光に対応した液晶パネル411、412、413(変調手段)に照射し、それぞれの液晶パネルを透過してきた光をクロスダイクロイックプリズム450(色光合成手段)により合成して、投写レンズ460(投写光学系)によりスクリーン470上に投写表示する構成がとられている。
【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450は、ダイクロイック膜が形成されたプリズムをX字状に配置して構成されている。3板式の投写型表示装置の色光合成手段としては、上記のクロスダイクロイックプリズムに代えて、2枚のダイクロイックミラーを平行配置状態で用いた構成によっても実現できるが、クロスダイクロイックプリズムを用いた構成では、2枚のダイクロイックミラーを用いた構成に比べて、液晶パネルと投写レンズ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、明るい投写映像が得られる投写型表示装置を実現しやすいという特徴がある。そのため、投写型表示装置における色光合成手段としては、クロスダイクロイックプリズムを用いる場合が多い。
【0004】
ところで、小型の液晶パネルを用いた投写型表示装置において、より明るい投写映像を得るためには、アーク長の短いランプを光源に用いて、小型の液晶パネルを効率よく照明することが重要となる。なぜなら、ランプのアーク長が短くなる程、集光性を高めることができるためである。従って、近年、アーク長が極めて短いランプを搭載した投写型表示装置が開発されつつある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、色光合成手段として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では、明るい投写映像を得やすいという優れた特徴がある反面、クロスダイクロイックプリズムに起因する問題点が存在する。
【0006】
クロスダイクロイックプリズムの一般的な平面構造を模式的に図10に示す。図10に示すように、クロスダイクロイックプリズム450は波長選択性のあるダイクロイック膜452が形成されたプリズム451をX字状に配置し、それら4個のプリズム451をプリズムと屈折率がほぼ等しい光学接着剤453で一体化することにより形成されている。この時、光学接着剤の厚みは約数10μmあるため、クロスダイクロイックプリズムの中央部、即ちダイクロイック膜がX字状に交差する部分454では、ダイクロイック膜が繋がらない不連続な状態となる。この結果、ダイクロイック膜により反射され本来投写レンズに向かうはずの光がこの部分(ダイクロイック膜がX字状に交差する部分454)に入射した場合には、ダイクロイック膜が存在しないため投写レンズの方向には反射されないことになる(但し、緑色光はダイクロイック膜で反射されないため投写レンズに入射する)。また、4個のプリズムがX字状に密着するそれぞれのプリズムの稜線部分は、プリズムの機械的な加工精度上の限界から、完全な直角形状とはなっておらず、平滑性の悪い表面状態を有する極幅の狭い角面455となっている(図10では、この部分を誇張して描いてある)。この結果、この部分(極幅の狭い角面455)に入射した光は角面455の部分で散乱され、やはり投写レンズの方向には向かわないこととなる。即ち、クロスダイクロイックプリズムの中央部には一方向(この一方向は、投写画面の長手方向を横方向とした場合、横方向とは直角に交差する縦方向に相当するため、以下では縦方向と記す。)に細長く延びる光学的に不均質な領域456(図10では紙面に対して垂直な方向に存在する)が存在し、この領域は局部的に光が通り難い領域であるため、この光学的に不均質な領域456を通過する光は、これ以外の領域を通過する光に比べて、その光量が減少することになる。
【0007】
従って、クロスダイクロイックプリズムを色光合成手段として用いた投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影(局部的に明るさが低下した領域)が投写画面の中央部に縦方向に生じ、視覚的に非常に目障りなものとなり、投写映像の表示品位を低下させる大きな要因の一つとなっていた。この暗い影の程度(暗い影の部分の明るさがその周辺の明るさよりも減少する度合い)は、光源に用いるランプのアーク長と強い相関関係がある。その理由は、アーク長が短くなる程、光源から出射される光の平行性と集光性が高まり、その結果、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域を通過する光束の割合が増大するためである。従って、アーク長の長いランプを光源に用いた場合には、暗い影はそれほど目立たず大きな問題とはならないが、近年のように、より明るい投写映像を得るためにアーク長が極めて短いランプを光源に用いた場合には、この暗い影の存在が非常に目立ち、投写映像の表示品位を低下させるという重大な問題を引き起こしていた。
【0008】
以上のような点に鑑みて、本発明の課題は、変調手段により変調された複数の光束を1つに合成するための、多層膜をX字状に交差させて構成した色光合成手段を用いた投写型表示装置において、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影を目立たなくし、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる投写型表示装置を実現することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、
1)本発明の第1の投写型表示装置は、
光源と、
前記光源からの光束を3色の光束に分離する色光分離手段と、
前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束を変調する3つの変調手段と、
前記光源と前記変調手段との間の光路上に配置された回折格子と、
前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を1つに合成する多層膜をX字状に交差させた色光合成手段と、
前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写光学系と、
を有することを特徴とする。
【0010】
上記の構成を採用することにより、先に説明した問題点を解決することができる。即ち、クロスダイクロイックプリズムを色光合成手段として用いた投写型表示装置において、あるいは同時にアーク長が極めて短いランプを光源に用いた場合でも、回折格子を光源と変調手段との間の光路上に配置することにより、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影の発生を防止し、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる効果がある。
【0011】
クロスダイクロイックプリズムに入射した光束を、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な(局部的に光が通り難い)領域を避けながら、クロスダイクロイックプリズムから出射させると共に、その光束を投写レンズの入射瞳内に導くことができれば、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影の発生を防止することができる。そのためには、クロスダイクロイックプリズムに入射する光束を、ある特定の角度成分を有する複数の光束(つまり、光束全体としてはある広がり角Tの中に、特定の回折角を伴った幾つかの光束が分散している状態にある)に変換することが必要であり、そのような光束の変換は回折格子を用いることにより実現することができる。
【0012】
ここで、上記の構成に用いる回折格子について説明する。回折格子は、その表面、或いは内部に形成された規則的な構造体により、回折格子を通過する光に干渉現象を生じさせ、ある特定の方向に光を出射させる作用(回折効果)を有する。図7は、一般的な回折格子10を通過した光の回折状態を模式的に示したもので、回折格子10に入射した光20は、入射方向に沿ってそのまま回折格子10から出射される0次光21と、入射方向に対してある出射角度θを伴って出射される高次光に分かれ、更に高次光は、出射角度θの大きさにより+1次光22、−1次光23、+2次光24、−2次光25、・・・に分けられる(図7では、±3次以上の高次光の記載は省略してある)。この時、光を出射させる方向や光の強度は、回折格子に入射する光の波長、回折格子の表面、或いは内部に形成された周期的な構造体の大きさや形状により決まる。例えば、0次光を発生させずに、高次光のみを発生できる回折格子とすることも可能である。
【0013】
従って、上記の構成によれば、回折格子の回折効果を利用して、クロスダイクロイックプリズムに入射する光束を、ある特定の角度成分を有する複数の光束に変換し、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域456に光束が集中することを避けながら、それらの光束を投写レンズの入射瞳内に導いているため、投写画面の中央部に暗い影は殆ど発生せず、高品位の映像を投写表示することができる。この時、回折格子を出射する光束の出射角度を適当に設定することにより、回折格子を出射した光束のすべてを投写レンズの入射瞳内に導くように構成することができる。その結果、回折格子を用いることによる光損失をほとんど生じることなく、暗い影の発生のみを効果的に防止することができる。特に、平行性の高い光束を出射するアーク長が極めて短いランプを光源に用いた場合には、光束の集光性が高いためクロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域に光束が集中する傾向が大きいが、その様な場合にも、光源と変調手段の間の光路上に回折格子を配置した上記の構成を採用することにより、クロスダイクロイックプリズムに入射する光束を分散させ、暗い影の発生を効果的に防止し、高品位の映像を投写表示することができる。
【0014】
尚、回折格子は、光源と変調手段との間の光路上であればどの位置に配置しても良いが、回折格子と投写レンズとの間の距離に応じて、回折格子による光束の広がり角Tを調整し、変調手段を通過した光束がすべて投写レンズの入射瞳に入射するように、回折格子を設定する必要がある。
【0015】
2)前記第1の投写型表示装置において、
前記3つの変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射する側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴とする。
【0016】
前項1)で述べたように、回折格子は光源と変調手段の間の光路上であればどの位置に配置してもよいが、特に上記の構成のように、3つの回折格子を、それぞれの変調手段毎に、変調手段の光束が入射する側の位置に配置した場合には、回折格子と投写レンズとの間の距離が短くなるため、回折格子による光束の広がり角Tを大きく設定でき、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域に光束が集中する状態をより効果的に回避できる。従って、投写画面の中央部に生じる暗い影の発生をより効果的に防止することができる。
【0017】
また、回折格子による光束の広がり角Tは、回折格子に入射する光束の波長により変化する。従って、上記の構成を採用することにより、それぞれの変調手段に入射する光束の波長に合わせて、それぞれの回折格子を最適化することができるため、暗い影の発生をいっそう効果的に防止することができる。
【0018】
3)前記第1の投写型表示装置において、
回折格子は1次元型の回折格子であることを特徴とする。
【0019】
暗い影の発生原因となる光学的に不均質な領域は、クロスダイクロイックプリズムの中央部において一方向(一般的には縦方向)に細長く延びた領域として存在するため、回折格子により入射する光束を拡げて分散させる方向は、光学的に不均質な領域が存在する方向とは直角に交差する一方向(クロスダイクロイックプリズム中に存在する光学的に不均質な領域の存在方向が縦方向とすれば、回折格子により光束を拡げる方向は横方向となる)に設定すればよい。従って、用いる回折格子としては、光の回折方向が1次元方向である1次元型が最適である。
【0020】
4)前記第1の投写型表示装置において、
回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴とする。
【0021】
上記の回折格子の断面形状の一例を図8に示す。図8から判るように、この形式の回折格子は、回折格子11の表面に形成された規則的な凹凸形状12により回折効果を生じさせるものである。この形式の回折格子では、表面に存在する凹凸形状のために回折格子の表面において多少の光損失を生じやすいという欠点はあるものの、レプリカ(複製物)の作製が非常に容易であるという優れた特徴を有する。従って、この形式の回折格子を用いた場合には、回折格子を低コストで作製できるため、光学系の低コスト化を実現できる特徴がある。
【0022】
5)前記第1の投写型表示装置において、
回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とする。
【0023】
上記の回折格子の断面形状の一例を図9に示す。図9から判るように、この形式の回折格子は、回折格子13の内部に形成された規則的な屈折率分布14により回折効果を生じさせるものである。この形式の回折格子では、回折格子の表面が平面形状を成しているため回折格子の表面における光損失が極めて少ないこと、さらに、高い回折効率を得られることが特徴である。従って、この形式の回折格子を用いた場合には、投写画面の中央部に生じる暗い影の発生を効果的に防止できると共に、その場合の光損失を極めて少なくすることができる。
【0024】
6)本発明の第2の投写型表示装置は、
光源と、
前記光源から出射される光束を集光し、互いに空間的に分離された複数の中間光束に変換する第1の光学要素と、
前記中間光束が収束する位置の付近に配置された第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色の光束に分離する色光分離手段と、
前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束を変調する3つの変調手段と、
前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を合成する色光合成手段と、
前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写手段とを有し、
前記第2の光学要素は、
前記中間光束のそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離する偏光光束分離手段と、前記P偏光光束、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と揃える偏光方向変換手段とを有する偏光発生装置と、
前記偏光発生装置の出射面の側に配置され、それぞれの中間光束を重畳結合させる重畳結合手段とを有し、
前記光源と前記変調手段の間の光路上に回折格子を配置したことを特徴とする。
【0025】
上記の構成において回折格子を配置しない場合には、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影が投写画面の中央部に縦方向に生じる。特に、上記の構成では、光束分割レンズがマトリックス状に配列してなる第1の光学要素を採用しているため、光束分割レンズが横方向に列ぶ数に応じて暗い影も複数箇所に生じる。その結果、この暗い影の存在は非常に目立つものとなり、投写映像の品位を大幅に低下させることとなる。
【0026】
従って、上記の構成を採用することにより、前記1)項で述べたように、先に説明した問題点を解決することができる。即ち、クロスダイクロイックプリズムを色光合成手段として用いた投写型表示装置において、あるいは同時にアーク長が極めて短いランプを光源に用いた場合でも、回折格子を光源と変調手段との間の光路上に配置することにより、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因して生じる暗い影の発生を防止でき、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる効果がある。
【0027】
特に、上記の構成の場合には、回折格子を配置しない場合に複数箇所に生じる暗い影の発生をほぼ完全に防止できるため、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる効果がある。
【0028】
7)前記第2の投写型表示装置において、
前記3つの変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射する側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴とする。
【0029】
上記の構成を採用することにより、前記2)項で述べたように、3つの回折格子を、それぞれの変調手段毎に、変調手段の光束が入射する側の位置に配置することにより、回折格子と投写レンズとの間の距離が短くなるため、回折格子による光束の広がり角Tを大きく設定でき、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域に光束が集中する状態をより効果的に回避できる。従って、投写画面の中央部に生じる暗い影の発生をより効果的に防止することができる。
【0030】
また、それぞれの変調手段に入射する光束の波長に合わせてそれぞれの回折格子を最適化することができるため、暗い影の発生をいっそう効果的に防止することができる。
【0031】
8)前記第2の投写型表示装置において、
回折格子は1次元型の回折格子であることを特徴とする。
【0032】
この場合も、前記3)項と同様に、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域は一方向に細長く延びた領域として存在することから、用いる回折格子としては、光の回折方向が1次元方向である1次元型のものが最適である。
【0033】
9)前記第2の投写型表示装置において、
回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴とする。
【0034】
前記4)項と同様に、この形式の回折格子を用いた場合には、回折格子を低コストで作製することができるため、光学系の低コスト化を実現できる特徴がある。
【0035】
10)前記第2の投写型表示装置において、
回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とする。
【0036】
前記5)項と同様に、この形式の回折格子を用いた場合には、投写画面の中央部に生じる暗い影の発生を効果的に防止できると共に、その場合の光損失を極めて少なくすることができる。
【0037】
11)本発明の第3の投写型表示装置は、
光源と、
前記光源から出射された光束を3色の光束に分離する色光分離手段と、
前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束を変調する3つの変調手段と、
前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を合成する色光合成手段と、
前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写手段とを有し、
前記色光分離手段及び前記色光合成手段は多層膜をX字状に交差させたダイクロイックプリズムからなり、
前記変調手段は反射型液晶装置からなり、
前記光源と前記変調手段の間の光路上に回折格子を配置したことを特徴とする。
【0038】
上記の構成において回折格子を配置しない場合には、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影が投写画面の中央部に縦方向に生じる。特に、上記の構成では、光束分割レンズがマトリックス状に配列してなる第1の光学要素を採用しているため、光束分割レンズが横方向に列ぶ数に応じて暗い影も複数箇所に生じる。その結果、この暗い影の存在は非常に目立つものとなり、投写映像の品位を大幅に低下させることとなる。
【0039】
従って、上記の構成を採用することにより、前記1)項で述べたように、先に説明した問題点を解決することができる。即ち、クロスダイクロイックプリズムを色光合成手段として用いた投写型表示装置において、あるいは同時にアーク長が極めて短いランプを光源に用いた場合でも、回折格子を光源と変調手段との間の光路上に配置することにより、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因して生じる暗い影の発生を防止でき、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる効果がある。
【0040】
特に、上記の構成の場合には、回折格子を配置しない場合に複数箇所に生じる暗い影の発生をほぼ完全に防止できるため、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる効果がある。
【0041】
なお、反射型の液晶装置では、画素電極の下にスイッチング素子を配置することができるため、素子を小さくしなくても画素ピッチを小さくすることができる。よって、容易に画素密度を高くすることが可能であり、解像度の高い投写画像を得ることができる。
【0042】
さらに、色光分離と色光合成とが同一のダイクロイックプリズムで構成できるため、投写型表示装置を小型化することができ、また、光路長をを短くすることにより光の損失を防ぎ、明るい投写画像を得ることができる。
【0043】
12)前記第3の投写型表示装置において、
回折格子は1次元型の回折格子であることを特徴とする。
【0044】
この場合も、前記3)項と同様に、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域は一方向に細長く延びた領域として存在することから、用いる回折格子としては、光の回折方向が1次元方向である1次元型のものが最適である。
【0045】
13)前記第3の投写型表示装置において、
回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴とする。
【0046】
前記4)項と同様に、この形式の回折格子を用いた場合には、回折格子を低コストで作製することができるため、光学系の低コスト化を実現できる特徴がある。
【0047】
14)前記第3の投写型表示装置において、
回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とする。
【0048】
前記5)項と同様に、この形式の回折格子を用いた場合には、投写画面の中央部に生じる暗い影の発生を効果的に防止できると共に、その場合の光損失を極めて少なくすることができる。
【0049】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。尚、以下の実施例においては、特にことわりのない限り、互いに直交する3つの方向をX方向、Y方向、Z方向とする。
【0050】
(実施例1)
図1は、実施例1の投写型表示装置の光学系部分を平面的にみた概略構成図である。本例の投写型表示装置600は、変調手段として透過型の液晶パネルを使用したものであり、光源部100、1つの回折格子480、色光分離手段である2枚のダイクロイックミラー401、402、3原色の光束のそれぞれに対応させて配置された3つの液晶パネル411、412、413、波長選択性のある多層膜をX字状に交差させて構成した色光合成手段であるクロスダイクロイックプリズム450、及び合成された光束をスクリーン470上に拡大投写する投写光学系である投写レンズ460とから大略構成されている。
【0051】
光源部100は、光源ランプ110と放物面リフレクター120から大略構成されており、光源ランプ110から放射された光束は、放物面リフレクター120により一方向に反射されて、略平行な光束となって出射される。ここで、放物面リフレクターに代えて、楕円面リフレクター、球面リフレクターなども用いることができる。
【0052】
光源部100の出射側には、先に図8にその断面形状を示した様な表面レリーフ型の回折格子480が設置されている。この回折格子の表面には断面形状がほぼsin波形である規則的な構造が形成されており、その結果、回折格子に入射した光は、そのほとんどが±1次光、及び±2次光となって出射される。従って、光源部100から出射された光束は、この回折格子480を通過する際に、光の回折効果によりほぼ4つの特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束に変換される。
【0053】
回折格子480を出射した光束は、色光分離手段により、波長に応じて3つの光束に分離され、それぞれ対応する液晶パネルに達し、それぞれの液晶パネルを照明する。即ち、まず、青色光緑色光反射ダイクロイックミラー401において、赤色光が透過し、青色光及び緑色光が反射する。赤色光は、反射ミラー403で反射し、赤色光用液晶パネル411に達する。一方、青色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー402で反射し、緑色光用液晶パネル412に達する。更に、緑色光反射ダイクロイックミラー402を透過した青色光は2枚の反射ミラー435、436を経て、青色光用液晶パネル413に達する。
【0054】
ここで、赤色光用液晶パネル411、緑色光用液晶パネル412、青色光用液晶パネル413は、それぞれの色光を変調し、各色光に対応した表示情報を含ませた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム450へ入射し、クロスダイクロイックプリズム450においてそれぞれの変調光束は一つの光束に合成される。ここで使用するクロスダイクロイックプリズム450は、先に図10に示したように、その内部に赤色光反射の誘電体多層膜と青色光反射の誘電体多層膜とをX字状に配置したものであり、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題から、その内部に光学的に不均質な領域を有するものである。
【0055】
クロスダイクロイックプリズム450により合成された光束は、投写レンズ460を経てスクリーン470上に映像を形成する。
【0056】
以上のように構成した投写型表示装置600では、光源部100と色光分離手段である2枚のダイクロイックミラー401、402との間に設置された回折格子480の作用により、それぞれの液晶パネル411、412、413を照明する光は、ほぼ4つの特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束となっている。それぞれの液晶パネル上に形成された光学像は、クロスダイクロイックプリズム450内で合成されスクリーン470上にカラーの光学像(映像)を形成するが、この時、クロスダイクロイックプリズム450内を通過する光束も、やはり、ほぼ4つの特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束である。従って、クロスダイクロイックプリズム450の中央部に存在する光学的に不均質な領域には光束が集中しないため、局部的な光損失をほとんど生じることなく、クロスダイクロイックプリズムを通過し、スクリーン上に光学像を形成することができ、投写画面の中央部に視覚的に目障りな暗い影(局部的に明るさが低下した領域)を生じることがない。
【0057】
また、回折格子の設計に際しては、回折格子を出射する光束の出射角度を適当に設定し、回折格子を出射した光束のすべてを投写レンズの入射瞳内に導くように構成しているため、回折格子の設置による明るさの低下はほとんど生じない。
【0058】
尚、本例の場合、回折格子に入射する光は3原色光を含む広帯域の可視光であるため、回折格子を作製する際に用いる設計波長は、緑色光の波長とした。しかし、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因して投写画面上に生じる暗い影の見え方は、クロスダイクロイックプリズムを通過する光の波長により左右される。従って、回折格子を作製する際に用いる設計波長は緑色光に限定されるものではなく、暗い影が最も目立ち難くなるような光の波長を以て設計波長とすることが望ましい。さらに、回折格子により発生させる回折光の配光パターン(本例の場合は、±1次光と±2次光)も、本例に限定されるものではなく、上記の暗い影が最も目立ち難くなるように設定されることが望ましい。
【0059】
従って、本例の投写型表示装置においては、回折格子の効果的な使用により、投写映像の明るさをほとんど低下させることなく、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題により投写画面上に生じる暗い影の発生を効果的に防止し、高品位の投写映像を実現することができる。
【0060】
(実施例2)
上記の実施例1では、1つの回折格子を光源部と色光分離手段との間に配置した構成であったが、これに代えて、3つの回折格子を、それぞれの変調手段毎に、変調手段の光束が入射する側の位置に配置した構成としてもよい。
【0061】
3つの回折格子を備えた投写型表示装置700の構成を実施例2として説明する。図2は、実施例2の投写型表示装置700の光学系部分を平面的にみた概略構成図である。尚、この投写型表示装置700、及び以下に説明する各実施例では、基本的な構成が実施例1に係わる投写型表示装置600と同じであるため、同じ機能を有する部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0062】
図2から判るように、本例の投写型表示装置700では、変調手段である液晶パネル毎に、それぞれの液晶パネル411、412、413において光源部100からの照明光が入射する側の位置に、それぞれ回折格子491、492、493が設置されている。本例で使用した回折格子は、実施例1の場合と同じ表面レリーフ型の回折格子である。さらに、それぞれの回折格子は、それぞれの回折格子に入射する光の波長に合わせて回折格子は最適化されている。即ち、赤色光用液晶パネル411の光源部側には赤色光用に最適化された赤色光用回折格子491が、緑色光用液晶パネル412の光源部側には緑色光用に最適化された緑色光用回折格子492が、青色光用液晶パネル413の光源部側には青色光用に最適化された青色光用回折格子493がそれぞれ配置されている。
【0063】
以上のように構成した投写型表示装置700では、光源部100からの照明光は、回折格子による光の回折作用により、ほぼ4つの特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束に変換される。これらの光でそれぞれの液晶パネル411、412、413を照明するため、クロスダイクロイックプリズム450の中央部に存在する光学的に不均質な領域には光束が集中せず、局部的な光損失をほとんど生じることなく、クロスダイクロイックプリズムを通過し、スクリーン上に光学像を形成することができ、投写画面の中央部に視覚的に目障りな暗い影(局部的に明るさが低下した領域)を生じることがない。
【0064】
また、本例の投写型表示装置700では、それぞれの液晶パネル毎に特性の異なる回折格子を配置している。そのため、回折格子と投写レンズとの間の距離が短くなり、回折格子による光束の広がり角Tを大きく設定でき、また、回折格子に入射する光束の波長に合わせて回折格子の最適化を行えるため、投写画面の中央部に生じる暗い影の発生を効果的に防止することができる。
【0065】
従って、本例においても、回折格子の効果的な使用により、投写映像の明るさをほとんど低下させることなく、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題により投写画面上に生じる暗い影の発生を効果的に防止し、高品位の投写映像を実現することができる。
【0066】
(実施例3)
次に、偏光照明系を備えた投写型表示装置に回折格子を導入した実施例を示す。
【0067】
図3は、実施例3の投写型表示装置800の光学系部分を平面的にみた概略構成図である。本例の投写型表示装置800の基本的な構成は、先の実施例2の投写型表示装置700と同じであるが、明るさムラが少なく、ほぼ一種類の偏光状態を有する照明光を効率的に発生する均一偏光照明光学装置200と、その照明光を効率的に伝達するリレー光学装置430が搭載されている点が、投写型表示装置700とは異なる特徴である。
【0068】
そこで、まず、均一偏光照明光学装置200について説明する。
【0069】
均一偏光照明光学装置200の光学的構成は図4に示すように、主に光源部100、第1の光学要素210、及び第2の光学要素220から構成されている。
【0070】
光源部100は、実施例1の光源部と同じものであり、偏光方向がランダムな偏光光束(以下、ランダムな偏光光束と略す。)をほぼ一方向に略平行な状態で出射する。ここで、光源部100の光源光軸Rがシステム光軸Lに対して一定の距離DだけX方向に平行にシフトした状態となるように、光源部100は配置されている。
【0071】
第1の光学要素210は、その外観を図5に示すように、XY平面内において矩形状の外形形状を有する複数の光束分割レンズ211がマトリックス状に配列して構成されている。第1の光学要素210に入射した光は、光束分割レンズ211により複数の中間光束212に分割され、同時に光束分割レンズの集光作用により、システム光軸Lと垂直な平面内(図4ではXY平面)の中間光束が収束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像213を形成する。尚、光束分割レンズのXY平面上における外形形状は、照明領域290(本例の場合は液晶パネル411、412、413)の形状と相似形をなすように設定される。本例では、XY平面上でX方向に長い横長の液晶パネルを想定しているため、光束分割レンズ211のXY平面上における外形形状も横長である。さらに、第1の光学要素210を構成する光束分割レンズ211の配列様式については図5に示すような直交マトリックス状に限定されるわけではなく、例えば、デルタ配置のように、X方向に列ぶ光束分割レンズのレンズ列が、Y方向においてはそれそれの行間でずれた状態となるような配置様式であってもよい。但し、その場合には、光束分割レンズからの中間光束を効果的に受け入れられるように、後述する集光レンズ241、及び偏光分離ユニット231の配置様式も適当に変化させる必要がある。
【0072】
第2の光学要素220は、主に集光レンズアレイ240、偏光分離ユニットアレイ230、選択位相差板250及び出射側レンズ260から大略構成される複合体であり、第1の光学要素210による集光像213が形成される位置の近傍の、システム光軸Lに対して垂直な平面内(図4ではXY平面)に配置される。尚、第1の光学要素210に入射する光束の平行性が極めて良い場合には、第2の光学要素から集光レンズアレイ240を省略した構成としても良い。この第2の光学要素220は、中間光束212のそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離した後、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ヶ所の照明領域290に導くような機能を有している。
【0073】
集光レンズアレイ240は、第1の光学要素210とほぼ同様な構成となっており、即ち、第1の光学要素210を構成する光束分割レンズ211と同数の集光レンズ241をマトリックス状に複数配列したものであり、それぞれの中間光束を偏光分離ユニットアレイ230の特定の場所に集光しながら導く作用を有している。従って、第1の光学要素210により形成された中間光束212の特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ230に入射する光はその主光線の傾きがシステム光軸Lと平行であることが理想的である点を考慮して、各集光レンズのレンズ特性は各々最適化されることが望ましい。但し、一般的には、光学系の低コスト化及び設計の容易さを考慮して、第1の光学要素210と全く同じものを集光レンズアレイ230として用いるか、或いは、光束分割レンズ211とXY平面での形状が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレイを用いてもよいことから、本例の場合には、第1の光学要素210を集光レンズアレイ240として用いている。
【0074】
次に、偏光分離ユニットアレイ230は、複数の偏光分離ユニット231がシステム光軸Lと垂直な平面内(図4ではXY平面)に配列した構成をなしている。
【0075】
偏光分離ユニット231は、内部に偏光分離面232と反射面233を備えた四角柱状の構造体であり、偏光分離ユニットに入射する中間光束212のそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離する作用を有している。偏光分離ユニット231のXY平面上における外形形状は、光束分割レンズ211のXY平面上における外形形状と相似形をなしており、即ち、横長の矩形形状である。従って、偏光分離面232と反射面233とは横方向(X方向)に並ぶように配置されている。ここで、偏光分離面232はシステム光軸Lに対して約45度の傾きをなし、且つ、反射面233は偏光分離面と平行な状態をなし、さらに、偏光分離面232がXY平面上に投影する断面積と反射面233がXY平面上に投影する断面積が等しくなるように、偏光分離面232と反射面233は設定されている。従って、本例では、偏光分離面232が存在する領域のXY平面上での横幅と反射面233が存在する領域のXY平面上での横幅とは等しくなり、且つ、それぞれが偏光分離ユニット231のXY平面上での横幅の半分になるように設定されている。尚、一般的に、偏光分離面232は誘電体多層膜で、また、反射面233はアルミニウム膜で形成することができる。
【0076】
偏光分離ユニット231に入射した光は、偏光分離面232において、進行方向を変えずに偏光分離面232を通過するP偏光光束と、偏光分離面232で反射され隣接する反射面233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偏光光束はそのまま偏光分離ユニットから出射され、S偏光光束は再び反射面233で進行方向を変え、P偏光光束とほぼ平行な状態となって、偏光分離ユニットから出射される。従って、偏光分離ユニット231に入射したランダムな偏光光束は偏光分離ユニットにより偏光方向が異なるP偏光光束とS偏光光束の二種類の偏光光束に分離され、偏光分離ユニットの異なる場所からほぼ同じ方向に向けて出射される。偏光分離ユニットは上記の様な作用を有することから、それぞれの偏光分離ユニット231の偏光分離面232が存在する領域にそれぞれの中間光束212を導く必要があり、そのため、偏光分離ユニット内の偏光分離面の中央部に中間光束が入射するように、それぞれの偏光分離ユニット231とそれぞれの集光レンズ241の位置関係やそれぞれの集光レンズ241のレンズ特性を調整しておく必要がある。本例の場合には、それぞれの偏光分離ユニット231内の偏光分離面232の中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配置するため、集光レンズアレイ240は、偏光分離ユニットの横幅の1/4に相当する距離(即ち距離Dに等しい)だけ、偏光分離ユニットアレイ230に対してX方向にずらした状態で配置されている。
【0077】
偏光分離ユニットアレイ230の出射面の側には、λ/2位相差板251が規則的に配置された選択位相差板250が設置されている。即ち、偏光分離ユニットアレイ230を構成する偏光分離ユニット231で、P偏光光束が出射される部分にのみλ/2位相差板251が配置され、S偏光光束が出射される部分にはλ/2位相差板251は設置されていない。この様なλ/2位相差板251の位置選択的な配置により、偏光分離ユニット231から出射されたP偏光光束は、λ/2位相差板251を通過する際に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、偏光分離ユニット231から出射されたS偏光光束はλ/2位相差板251を通過しないので、偏光方向は変化せず、S偏光光束のまま選択位相差板250を通過する。以上をまとめると、偏光分離ユニットアレイ230と選択位相差板250により、偏光方向がランダムな中間光束は一種類の偏光光束(この場合はS偏光光束)に変換されたことになる。尚、本例の場合には、偏光方向がランダムな中間光束をS偏光光束に揃える設定としているが、勿論、P偏光光束に揃える設定としても良い。
【0078】
選択位相差板250の出射面の側には、出射側レンズ260が配置されており、選択位相差板250によりS偏光光束に揃えられた光束は、出射側レンズ260により照明領域290(本例の場合には、液晶パネル411、412、413が配置される場所)へと導かれ、照明領域上で重畳結合される。ここで、出射側レンズ260は1つのレンズ体である必要はなく、第1の光学要素210のように、複数のレンズの集合体であってもよい。
【0079】
従って、第2の光学要素220の機能をまとめると、第1の光学要素210により分割された中間光束212(つまり、光束分割レンズ211により切り出されたイメージ面)は、第2の光学要素220により照明領域290(本例の場合は液晶パネル411、412、413)上で重畳結合される。これと同時に、途中の偏光分離ユニットアレイ230により、ランダムな偏光光束である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、選択位相差板250を通過する際に一種類の偏光光束に変換されて、殆どすべての光が照明領域290(本例の場合は液晶パネル411、412、413)へと達する。このため、照明領域290である液晶パネル411、412、413は殆ど一種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。
【0080】
次に、照明光を効率的に伝達するリレー光学装置430について、再び図3に基づいて説明する。上述したように、本例の投写型表示装置800に組み込まれている均一偏光照明光学装置200では、均一な照明光が得られる領域は光源部100からある特定の距離だけ離れた領域上に限定される。従って、均一偏光照明光学装置を備えた投写型表示装置では、光源部100とそれそれの液晶パネル411、412、413との間の光学的な距離が等しいことが要求される。しかし、投写型表示装置800における光源部100とそれそれの液晶パネル411、412、413との間のそれぞれの光路に着目すると、青色光だけが、他の2つの色光(赤色光と緑色光)に比べてその距離が長い。従って、青色光の光路中に光学的な距離を補正する導光手段を配置し、3つの色光の光学的な距離(光源部100とそれぞれの液晶パネルとの間の距離)を等しくする必要がある。
【0081】
以上の理由により、主に入射レンズ431、リレーレンズ432、及び出射レンズ433から構成されるリレー光学装置430が導光手段として、青色光の光路中に配置されている。従って、青色光は、緑光反射ダイクロイックミラー402を透過した後に、まず、入射レンズ431及び反射ミラー435を経て、リレーレンズ432に導かれ、このリレーレンズに集束された後、反射ミラー436によって出射レンズ433に導かれ、しかる後に、青色光用液晶パネル413に達する。
【0082】
次に、それぞれの液晶パネル411、412、413毎に、液晶パネルの光が入射する側の位置に設置されている3つの回折格子491、492、493について説明する。これらの回折格子は、先の実施例2の回折格子と同じ表面レリーフ型の回折格子であり、入射する光の波長に合わせてそれぞれの回折格子は最適化されている。
【0083】
上記のように構成した投写型表示装置800では、均一偏光照明光学装置200を従来の一般的な光源部(例えば先の実施例2の光源部100)に代えて用いているため、従来の投写型表示装置(例えば従来の技術として説明した投写型表示装置900)に比べて、液晶パネル411、412、413を照明する照明光の光強度にはムラが少なく、さらに、液晶パネルの照明光として相応しいほぼ一種類の偏光状態を有する光のみを照明光として用いることができるため、液晶パネルの偏光板(図示せず)における光損失が少なく、明るい投写画面を実現できる特徴がある。
【0084】
しかし、一方で、均一偏光照明装置200には複数の光束分割レンズ211が存在するため、光束分割レンズ211が横方向に列ぶ数に応じて暗い影も複数箇所に生じる。その結果、この暗い影の存在は視覚的に非常に目障りなものとなり、投写映像の品位を大幅に低下させることとなる。
【0085】
そこで、3つの回折格子491、492、493をそれぞれの液晶パネル411、412、413毎に、液晶パネルの光が入射する側の位置に配置することにより、上記の不都合点を解消している。即ち、均一偏光照明装置200からの照明光は、回折格子491、492、493による光の回折作用により、特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束に変換され、これらの光でそれぞれの液晶パネル411、412、413を照明するため、クロスダイクロイックプリズム450の中央部に存在する光学的に不均質な領域には光束が集中せず、従って、クロスダイクロイックプリズム450を光が通過する際に、局部的な光損失をほとんど生じることない。その結果、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因した視覚的に目障りな暗い影(局部的に明るさが低下した領域)は、投写画面の中央部に発生することがほとんどない。
【0086】
また、本例の投写型表示装置800においても、それぞれの液晶パネル毎に特性の異なる回折格子を配置しているため、回折格子と投写レンズとの間の距離が短くなり、回折格子による光束の広がり角Tを大きく設定でき、また、回折格子に入射する光束の波長に合わせて回折格子の最適化を行えるため、投写画面の中央部に生じる暗い影の発生を効果的に防止することができる。
【0087】
さらに、本例のように均一偏光照明装置200を備えた投写型表示装置では、均一偏光照明装置における照明効率を向上させるために、アーク長が極めて短いランプを光源ランプ110として用いる場合が多いが、そのような場合でも、回折格子を使用することにより、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因して生じる暗い影の発生を効果的に防止し、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる効果がある。
【0088】
以上、回折格子の効果的な使用により、投写映像の明るさをほとんど低下させることなく、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題により投写画面上に生じる暗い影の発生を効果的に防止し、高品位の投写映像を実現することができる。
【0089】
尚、本例においては、それぞれ特性の異なる3つの回折格子を用いているが、先の実施例1の投写型表示装置600のように、1つの回折格子を均一偏光照明装置200と色光分離手段(ダイクロイックミラー401)との間に配置した構成としてもよい。
【0090】
(実施例4)
反射型の液晶パネルを変調手段として用いた投写型表示装置に回折格子を導入した実施例を示す。尚、本例において用いた回折格子480は、先の実施例1で用いたものと同じ回折格子である。
【0091】
図6は、実施例4の投写型表示装置850の光学系部分を平面的にみた概略構成図である。本例の投写型表示装置850は、主に、光源部100、回折格子480、偏光光束を選択的に分離する偏光ビームスプリッタ440、色光分離手段と色光合成手段を兼ねたクロスダイクロイックプリズム450、変調手段である3つの反射型液晶パネル414、415、416、及び投写光学系である投写レンズ460とから大略構成されている。
【0092】
光源部100から出射されたランダムな偏光光束は、回折格子480を経て偏光ビームスプリッタ440に入射し、偏光ビームスプリッタ440においてS偏光光束のみが選択的に分離される。即ち、偏光ビームスプリッタ440に入射したランダムな偏光光束のうち、S偏光光束のみが偏光分離面441で反射され、隣接するクロスダイクロイックプリズム450へ入射する。一方、P偏光光束は偏光分離面441をそのまま通過し偏光ビームスプリッタ440から出射される(このP偏光光束は液晶パネルを照明する照明光とはならない)。
【0093】
クロスダイクロイックプリズム450に入射したS偏光光束は、クロスダイクロイックプリズム450により波長に応じて赤色光、緑色光、及び青色光の3つの光束に分離され、それぞれ対応する反射型の赤色光用液晶パネル414、反射型の緑色光用液晶パネル415、及び反射型の青色光用液晶パネル416に達し、それぞれの液晶パネルを照明する。即ち、クロスダイクロイックプリズム450は液晶パネルを照明する照明光に対しては色光分離手段として作用している。
【0094】
ここで、本例で用いている液晶パネル414、415、416は反射型であるため、それぞれの液晶パネルでは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応した外部からの表示情報を含ませると同時に、それぞれの液晶パネルから出射される光束の偏光方向を変化させつつ、光束の進行方向を略反転させている。従って、それぞれの液晶パネルからの反射光は表示情報に応じて部分的にP偏光状態となって出射される。それぞれの液晶パネル414、415、416から出射された変調光束は、再び、クロスダイクロイックプリズム450に入射し、一つの光学像に合成されて、隣接する偏光ビームスプリッタ440に入射する。即ち、クロスダイクロイックプリズム450は液晶パネルから出射される変調光束に対しては色光合成手段として作用している。
【0095】
偏光ビームスプリッタ440に入射した光束のうち、液晶パネル414、415、416で変調された光束はP偏光光束となっているため、偏光ビームスプリッタ440の偏光分離面441をそのまま通過し、投写レンズ460を経てスクリーン470上に映像を形成する。
【0096】
以上のように構成した投写型表示装置850では、光源部100と偏光ビームスプリッタ440との間に設置された回折格子480の作用により、それぞれの反射型の液晶パネル414、415、416を照明する光は、ほぼ4つの特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束となっている。それぞれの液晶パネル上に形成された光学像は、クロスダイクロイックプリズム450内で再び合成されスクリーン470上にカラーの光学像(映像)を形成するが、この時、クロスダイクロイックプリズム450内を通過する光束も、やはり、ほぼ4つの特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束である。従って、液晶パネルを照明する照明光がクロスダイクロイックプリズム450内を通過する場合においても、また、液晶パネルによって変調された変調光束がクロスダイクロイックプリズム450内を通過する場合においても、何れの場合でも、クロスダイクロイックプリズム450の中央部に存在する光学的に不均質な領域には光束が集中しないため、局部的な光損失をほとんど生じることなく、クロスダイクロイックプリズムを通過し、スクリーン上に光学像を形成することができる。従って、投写画面の中央部に視覚的に目障りな暗い影(局部的に明るさが低下した領域)を生じることがない。
【0097】
また、回折格子の設計に際しては、回折格子により僅かに広がりをもった光束の全てが投写レンズの入射瞳に入るように、回折格子による光束の広がり角Tは設定されているため、回折格子の設置による明るさの低下はほとんど生じない。
【0098】
従って、本例のように反射型の液晶パネルを備えた投写型表示装置であったも、透過型の液晶パネルを備えた投写型表示装置の場合と同様に、回折格子の効果的な使用により、投写映像の明るさをほとんど低下させることなく、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題により投写画面上に生じる暗い影の発生を効果的に防止し、高品位の投写映像を実現することができる。
【0099】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、クロスダイクロイックプリズムを色光合成手段として用いた投写型表示装置において、あるいは同時にアーク長が極めて短いランプを光源に用いた場合でも、回折格子を光源と変調手段との間の光路上に配置することにより、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影の発生を防止し、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係わる投写型表示装置の光学系を示す概略構成図である。
【図2】本発明の実施例2に係わる投写型表示装置の光学系を示す概略構成図である。
【図3】本発明の実施例3に係わる投写型表示装置の光学系を示す概略構成図である。
【図4】本発明の実施例3に係わる投写型表示装置に用いられた均一偏光照明光学系の構成と機能を説明するための説明図である。
【図5】本発明の実施例3に係わる投写型表示装置に用いられた第1の光学要素を示す外観図である。
【図6】本発明の実施例4に係わる投写型表示装置の光学系を示す概略構成図である。
【図7】回折格子を通過した光の回折状態を示す模式図である。
【図8】表面レリーフ型回折格子の断面形状を示す模式図である。
【図9】分布屈折率型回折格子の断面形状を示す模式図である。
【図10】クロスダイクロイックプリズムの一般的な構造を示す模式図である。
【図11】従来の代表的な3板式投写型表示装置の光学系を示す概略構成図である。
【符号の説明】
10・・・回折格子
11・・・表面レリーフ型回折格子
12・・・凹凸形状
13・・・分布屈折率型回折格子
14・・・屈折率分布
20・・・回折格子に入射した光
21・・・0次光
22・・・+1次光
23・・・−1次光
24・・・+2次光
25・・・−2次光
100・・・光源部
110・・・光源ランプ
120・・・放物面リフレクター
200・・・均一偏光照明装置
210・・・第1の光学要素
211・・・光束分割レンズ
212・・・中間光束
213・・・集光像
220・・・第2の光学要素
230・・・偏光分離ユニットアレイ
231・・・偏光分離ユニット
232・・・偏光分離面
233・・・反射面
240・・・集光レンズアレイ
241・・・集光レンズ
250・・・選択位相差板
251・・・λ/2位相差板
260・・・出射側レンズ
290・・・照明領域
401・・・青色光緑色光反射ダイクロイックミラー
402・・・緑色光反射ダイクロイックミラー
411・・・赤色光用液晶パネル(光透過型)
412・・・緑色光用液晶パネル(光透過型)
413・・・青色光用液晶パネル(光透過型)
414・・・赤色光用液晶パネル(光反射型)
415・・・緑色光用液晶パネル(光反射型)
416・・・青色光用液晶パネル(光反射型)
430・・・リレー光学装置
431・・・入射レンズ
432・・・リレーレンズ
433・・・出射レンズ
435、436・・・反射ミラー
440・・・偏光ビームスプリッタ
441・・・偏光分離面
450・・・クロスダイクロイックプリズム
451・・・プリズム
452・・・ダイクロイック膜
453・・・光学接着剤
454・・・ダイクロイック膜がX字状に交差する部分
455・・・角面
456・・・光学的に不均質な領域
460・・・投写レンズ
470・・・スクリーン
480・・・回折格子
491・・・赤色光用回折格子
492・・・緑色光用回折格子
493・・・青色光用回折格子
600、700、800、850、900・・・投写型表示装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device that projects and displays a display image formed by modulation means such as a liquid crystal panel on a screen.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 shows a typical configuration example of a projection display device (three-plate projection display device) using three liquid crystal panels as modulation means. In the three-plate projection display device 900, light from the light source unit 100 is converted into light beams of three primary colors of red light, green light, and blue light by two dichroic mirrors 401 and 402 (color light separation means) having wavelength selectivity. After separation, the liquid crystal panels 411, 412, and 413 (modulation means) corresponding to the respective color lights are irradiated, and the light transmitted through the respective liquid crystal panels is synthesized by the cross dichroic prism 450 (color light synthesis means) and projected. The lens 460 (projection optical system) is configured to project and display on the screen 470.
[0003]
Here, the cross dichroic prism 450 used as the color light synthesizing means is configured by arranging prisms on which a dichroic film is formed in an X shape. The color light combining means of the three-plate projection display device can be realized by a configuration using two dichroic mirrors in a parallel arrangement instead of the cross dichroic prism, but in the configuration using the cross dichroic prism, Compared to a configuration using two dichroic mirrors, the distance between the liquid crystal panel and the projection lens can be shortened, so a projection display device that can obtain a bright projection image without using a large-diameter projection lens is provided. It is easy to realize. Therefore, a cross dichroic prism is often used as the color light combining means in the projection display device.
[0004]
By the way, in a projection display device using a small liquid crystal panel, in order to obtain a brighter projected image, it is important to efficiently illuminate the small liquid crystal panel using a lamp having a short arc length as a light source. . This is because the light condensing performance can be improved as the arc length of the lamp becomes shorter. Therefore, in recent years, a projection display device equipped with a lamp having an extremely short arc length is being developed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the projection display device using the cross dichroic prism as the color light combining means has an excellent feature that it is easy to obtain a bright projected image, but has a problem caused by the cross dichroic prism.
[0006]
FIG. 10 schematically shows a general planar structure of the cross dichroic prism. As shown in FIG. 10, in the cross dichroic prism 450, the prisms 451 on which the wavelength-selective dichroic film 452 is formed are arranged in an X shape, and these four prisms 451 are optically bonded with the same refractive index as the prism. It is formed by integrating with the agent 453. At this time, since the thickness of the optical adhesive is about several tens of μm, the central portion of the cross dichroic prism, that is, the portion 454 where the dichroic film intersects in an X shape is in a discontinuous state where the dichroic film is not connected. As a result, when light that is reflected by the dichroic film and is supposed to go to the projection lens is incident on this portion (portion 454 where the dichroic film intersects in an X-shape), the dichroic film does not exist, so Is not reflected (however, green light is not reflected by the dichroic film and is incident on the projection lens). In addition, the ridgeline part of each prism where the four prisms closely adhere to each other in an X shape is not a perfect right-angled shape due to the limit of the mechanical processing accuracy of the prism, and the surface state has poor smoothness. The corner surface 455 has a very narrow width and has this portion (in FIG. 10, this portion is exaggerated). As a result, the light incident on this portion (angular surface 455 having a narrow pole width) is scattered by the portion of the angular surface 455 and is not directed toward the projection lens. That is, there is one direction at the center of the cross dichroic prism (this one direction corresponds to a vertical direction perpendicular to the horizontal direction when the longitudinal direction of the projection screen is the horizontal direction. The optically inhomogeneous region 456 (existing in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 10) is present, and this region is a region through which light does not easily pass. Therefore, the amount of light passing through a region 456 that is not uniform is reduced compared to light passing through other regions.
[0007]
Therefore, in a projection display device using a cross dichroic prism as color light combining means, dark shadows (regions where brightness has been locally reduced) due to structural problems of the cross dichroic prism are vertically applied to the center of the projection screen. This is one of the major factors that cause the display quality of projected images to deteriorate. The degree of this dark shadow (the degree to which the brightness of the dark shadow part is reduced from the brightness of the surrounding area) has a strong correlation with the arc length of the lamp used for the light source. The reason is that the shorter the arc length, the more parallel and condensing the light emitted from the light source, and as a result, the light beam that passes through the optically inhomogeneous region in the center of the cross dichroic prism. This is because the ratio of increases. Therefore, when a lamp with a long arc length is used as the light source, dark shadows are not so noticeable and are not a big problem, but in recent years, a lamp with a very short arc length is used as the light source to obtain a brighter projected image. In the case of use in this case, the presence of this dark shadow is very conspicuous, causing a serious problem of reducing the display quality of the projected image.
[0008]
In view of the above points, an object of the present invention is to use a color light combining unit configured by crossing multilayer films in an X shape to combine a plurality of light beams modulated by the modulation unit into one. An object of the present invention is to realize a projection display apparatus that can project and display a high-quality image free from visual obstacles by making dark shadows inconspicuous due to structural problems of the cross dichroic prism.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problem,
1) The first projection display device of the present invention is
A light source;
Color light separating means for separating a light beam from the light source into three color light beams;
Three modulation means for modulating each of the light beams separated by the color light separation means;
A diffraction grating disposed on an optical path between the light source and the modulation means;
Color light synthesizing means in which a multilayer film for synthesizing a plurality of light beams modulated by the respective modulation means into one is crossed in an X shape;
A projection optical system for projecting a light beam synthesized by the color light synthesis means;
It is characterized by having.
[0010]
By adopting the above configuration, the above-described problems can be solved. That is, in a projection display device using a cross dichroic prism as color light combining means, or even when a lamp having a very short arc length is used as a light source, the diffraction grating is disposed on the optical path between the light source and the modulation means. This prevents the occurrence of dark shadows due to the structural problem of the cross dichroic prism, and has an effect of projecting and displaying a high-quality image without visual disturbance.
[0011]
The light beam incident on the cross dichroic prism is emitted from the cross dichroic prism while projecting the light beam while avoiding an optically inhomogeneous region (light is difficult to pass locally) in the center of the cross dichroic prism. If it can be guided into the entrance pupil of the lens, it is possible to prevent the occurrence of dark shadows due to structural problems of the cross dichroic prism. For this purpose, a light beam incident on the cross dichroic prism is divided into a plurality of light beams having a specific angle component (that is, several light beams with a specific diffraction angle in a certain spread angle T as a whole light beam. In a dispersed state), and such conversion of the light beam can be realized by using a diffraction grating.
[0012]
Here, the diffraction grating used in the above configuration will be described. The diffraction grating has an action (diffraction effect) of causing an interference phenomenon to light passing through the diffraction grating and emitting the light in a specific direction by a regular structure formed on the surface or inside thereof. FIG. 7 shows a general diffraction grating10Schematically shows the diffraction state of the light passing through10The light 20 incident on the diffraction grating as it is along the incident direction10The first-order light 21 and the first-order light 23 are divided into the zero-order light 21 emitted from the light source and the higher-order light emitted with a certain emission angle θ with respect to the incident direction. , + Secondary light 24, -secondary light 25,... (In FIG. 7, description of higher-order light of ± 3rd order or higher is omitted). At this time, the direction in which the light is emitted and the intensity of the light are determined by the wavelength of the light incident on the diffraction grating, the surface of the diffraction grating, or the size and shape of the periodic structure formed inside. For example, a diffraction grating that can generate only high-order light without generating zero-order light can be used.
[0013]
Therefore, according to the above configuration, the light beam incident on the cross dichroic prism is converted into a plurality of light beams having a specific angle component by using the diffraction effect of the diffraction grating, and is present at the center of the cross dichroic prism. Since the light beams are guided into the entrance pupil of the projection lens while avoiding the light beams from concentrating on the optically inhomogeneous region 456, dark shadows hardly occur at the center of the projection screen, and High quality images can be projected and displayed. At this time, by appropriately setting the emission angle of the light beam emitted from the diffraction grating, all the light beams emitted from the diffraction grating can be guided into the entrance pupil of the projection lens. As a result, it is possible to effectively prevent only the occurrence of dark shadows with almost no optical loss due to the use of the diffraction grating. In particular, when a lamp with a very short arc length that emits a highly collimated light beam is used as the light source, the light collecting property is high, and therefore, in an optically inhomogeneous region present at the center of the cross dichroic prism. Even in such a case, the light beam incident on the cross dichroic prism is dispersed by adopting the above configuration in which the diffraction grating is disposed on the optical path between the light source and the modulation means. Therefore, it is possible to effectively prevent dark shadows and project and display high-quality images.
[0014]
Note that the diffraction grating may be disposed at any position on the optical path between the light source and the modulation means, but depending on the distance between the diffraction grating and the projection lens, the spread angle of the light beam by the diffraction grating. It is necessary to adjust the T and set the diffraction grating so that all the light beams that have passed through the modulation means are incident on the entrance pupil of the projection lens.
[0015]
2) In the first projection display device,
For each of the three modulation means, a diffraction grating is disposed at a position on the light incident side of the modulation means.
[0016]
As described in the preceding section 1), the diffraction grating may be arranged at any position on the optical path between the light source and the modulation means. In particular, as in the above-described configuration, the three diffraction gratings are respectively arranged. When the modulation unit is arranged at a position on the side where the light beam of the modulation unit is incident, the distance between the diffraction grating and the projection lens is shortened, so that the spread angle T of the light beam by the diffraction grating can be set large. It is possible to more effectively avoid a state in which the light beam concentrates on an optically inhomogeneous region present in the center portion of the cross dichroic prism. Therefore, it is possible to more effectively prevent the occurrence of dark shadows that occur at the center of the projection screen.
[0017]
Further, the spread angle T of the light beam by the diffraction grating varies depending on the wavelength of the light beam incident on the diffraction grating. Therefore, by adopting the above configuration, each diffraction grating can be optimized in accordance with the wavelength of the light beam incident on each modulation means, so that the generation of dark shadows can be prevented more effectively. Can do.
[0018]
3) In the first projection display device,
The diffraction grating is a one-dimensional type diffraction grating.
[0019]
An optically inhomogeneous area that causes dark shadows is present as an elongated area in one direction (generally the vertical direction) at the center of the cross dichroic prism. The direction to spread and disperse is one direction that intersects perpendicularly to the direction in which the optically inhomogeneous region exists (if the direction in which the optically inhomogeneous region exists in the cross dichroic prism exists is the vertical direction) The direction in which the light beam is expanded by the diffraction grating is the lateral direction). Therefore, the one-dimensional type in which the light diffraction direction is the one-dimensional direction is optimal as the diffraction grating to be used.
[0020]
4) In the first projection display device,
The diffraction grating is a surface relief type diffraction grating.
[0021]
An example of the cross-sectional shape of the diffraction grating is shown in FIG. As can be seen from FIG. 8, this type of diffraction grating produces a diffraction effect by the regular uneven shape 12 formed on the surface of the diffraction grating 11. This type of diffraction grating has the disadvantage that it is very easy to make replicas (replicas), although it has the disadvantage that some light loss tends to occur on the surface of the diffraction grating due to the uneven shape present on the surface. Has characteristics. Therefore, when this type of diffraction grating is used, the diffraction grating can be manufactured at a low cost, and therefore, the cost of the optical system can be reduced.
[0022]
5) In the first projection display device,
The diffraction grating is a distributed refractive index type diffraction grating.
[0023]
An example of the cross-sectional shape of the diffraction grating is shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, this type of diffraction grating produces a diffraction effect by a regular refractive index distribution 14 formed inside the diffraction grating 13. This type of diffraction grating is characterized in that since the surface of the diffraction grating has a planar shape, light loss on the surface of the diffraction grating is extremely small, and high diffraction efficiency can be obtained. Therefore, when this type of diffraction grating is used, it is possible to effectively prevent the occurrence of a dark shadow at the center of the projection screen and to extremely reduce the light loss in that case.
[0024]
6) The second projection display device of the present invention
A light source;
A first optical element that condenses the luminous flux emitted from the light source and converts it into a plurality of intermediate luminous fluxes spatially separated from each other;
A second optical element disposed near a position where the intermediate light beam converges;
Color light separating means for separating a light beam emitted from the second optical element into three color light beams;
Three modulation means for modulating each of the light beams separated by the color light separation means;
Color light combining means for combining a plurality of light beams modulated by the respective modulation means;
Projection means for projecting the light beam synthesized by the color light synthesis means,
The second optical element comprises:
Polarized light beam separating means for spatially separating each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam is the polarization direction of the other polarized light beam. A polarization generating device having a polarization direction converting means aligned with
A superimposing coupling unit that is arranged on the exit surface side of the polarization generator and superimposes and couples the respective intermediate light beams;
A diffraction grating is arranged on an optical path between the light source and the modulation means.
[0025]
When the diffraction grating is not arranged in the above configuration, a dark shadow due to the structural problem of the cross dichroic prism is generated in the vertical direction at the center of the projection screen. In particular, in the above configuration, since the first optical element in which the light beam splitting lenses are arranged in a matrix is adopted, dark shadows are also generated at a plurality of locations according to the number of the light beam splitting lenses arranged in the horizontal direction. . As a result, the presence of this dark shadow becomes very conspicuous, and the quality of the projected image is greatly reduced.
[0026]
Therefore, by adopting the above configuration, the problem described above can be solved as described in the above item 1). That is, in a projection display device using a cross dichroic prism as color light combining means, or even when a lamp having a very short arc length is used as a light source, the diffraction grating is disposed on the optical path between the light source and the modulation means. As a result, it is possible to prevent the occurrence of dark shadows caused by the structural problem of the cross dichroic prism, and to project and display a high-quality image without visual disturbance.
[0027]
In particular, in the case of the above-described configuration, it is possible to almost completely prevent the occurrence of dark shadows occurring at a plurality of locations when the diffraction grating is not disposed, so that it is possible to project and display a high-quality image without visual obstacles. .
[0028]
7) In the second projection display device,
For each of the three modulation means, a diffraction grating is disposed at a position on the light incident side of the modulation means.
[0029]
By adopting the above configuration, as described in the above item 2), the three diffraction gratings are arranged at positions where the light beams of the modulation means are incident for each of the modulation means. Since the distance between the projection lens and the projection lens is shortened, the spread angle T of the light beam by the diffraction grating can be set large, and the state where the light beam is concentrated in the optically inhomogeneous region present in the central portion of the cross dichroic prism can be further improved. Can be effectively avoided. Therefore, it is possible to more effectively prevent the occurrence of dark shadows that occur at the center of the projection screen.
[0030]
Further, since each diffraction grating can be optimized in accordance with the wavelength of the light beam incident on each modulation means, it is possible to more effectively prevent the occurrence of dark shadows.
[0031]
8) In the second projection display device,
The diffraction grating is a one-dimensional type diffraction grating.
[0032]
Also in this case, as in the above item 3), the optically inhomogeneous region present at the center of the cross dichroic prism exists as an elongated region in one direction. A one-dimensional type whose diffraction direction is a one-dimensional direction is optimal.
[0033]
9) In the second projection display device,
The diffraction grating is a surface relief type diffraction grating.
[0034]
Similarly to the above item 4), when this type of diffraction grating is used, the diffraction grating can be manufactured at low cost, so that the cost of the optical system can be reduced.
[0035]
10) In the second projection display device,
The diffraction grating is a distributed refractive index type diffraction grating.
[0036]
As in the above item 5), when this type of diffraction grating is used, it is possible to effectively prevent the occurrence of dark shadows occurring at the center of the projection screen, and extremely reduce light loss in that case. it can.
[0037]
11)Of the present inventionThe third projection display device
A light source;
Color light separating means for separating a light beam emitted from the light source into three color light beams;
Three modulation means for modulating each of the light beams separated by the color light separation means;
Color light combining means for combining a plurality of light beams modulated by the respective modulation means;
Projection means for projecting the light beam synthesized by the color light synthesis means,
The color light separating means and the color light synthesizing means are composed of a dichroic prism in which a multilayer film is crossed in an X shape,
The modulation means comprises a reflective liquid crystal device,
A diffraction grating is arranged on an optical path between the light source and the modulation means.
[0038]
When the diffraction grating is not arranged in the above configuration, a dark shadow due to the structural problem of the cross dichroic prism is generated in the vertical direction at the center of the projection screen. In particular, in the above configuration, since the first optical element in which the light beam splitting lenses are arranged in a matrix is adopted, dark shadows are also generated at a plurality of locations according to the number of the light beam splitting lenses arranged in the horizontal direction. . As a result, the presence of this dark shadow becomes very conspicuous, and the quality of the projected image is greatly reduced.
[0039]
Therefore, by adopting the above configuration, the problem described above can be solved as described in the above item 1). That is, even in a projection display device using a cross dichroic prism as color light combining means, or at the same time when a lamp having a very short arc length is used as the light source, the diffraction grating is disposed on the optical path between the light source and the modulating means. As a result, it is possible to prevent the occurrence of dark shadows caused by the structural problem of the cross dichroic prism, and to project and display a high-quality image without visual disturbance.
[0040]
In particular, in the case of the above-described configuration, it is possible to almost completely prevent the occurrence of dark shadows occurring at a plurality of locations when the diffraction grating is not disposed, so that it is possible to project and display a high-quality image free from visual obstacles. .
[0041]
Note that in a reflective liquid crystal device, a switching element can be disposed under a pixel electrode, so that the pixel pitch can be reduced without reducing the element. Therefore, it is possible to easily increase the pixel density and obtain a projection image with high resolution.
[0042]
Furthermore, since color light separation and color light synthesis can be configured by the same dichroic prism, the projection display device can be miniaturized, and light loss can be prevented by shortening the optical path length, resulting in a bright projected image. Can be obtained.
[0043]
12) SaidThirdIn a projection display device,
The diffraction grating is a one-dimensional type diffraction grating.
[0044]
Also in this case, as in the above item 3), the optically inhomogeneous region present at the center of the cross dichroic prism exists as an elongated region in one direction. A one-dimensional type whose diffraction direction is a one-dimensional direction is optimal.
[0045]
13) saidThirdIn a projection display device,
The diffraction grating is a surface relief type diffraction grating.
[0046]
Similarly to the above item 4), when this type of diffraction grating is used, the diffraction grating can be manufactured at low cost, so that the cost of the optical system can be reduced.
[0047]
14) saidThirdIn a projection display device,
The diffraction grating is a distributed refractive index type diffraction grating.
[0048]
As in the above item 5), when this type of diffraction grating is used, it is possible to effectively prevent the occurrence of dark shadows occurring at the center of the projection screen, and extremely reduce light loss in that case. it can.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, unless otherwise specified, three directions orthogonal to each other are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction.
[0050]
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram in plan view of an optical system portion of the projection display apparatus according to the first embodiment. The projection display device 600 of this example uses a transmissive liquid crystal panel as a modulation means, and includes a light source unit 100, one diffraction grating 480, and two dichroic mirrors 401, 402, 3 as color light separation means. Three liquid crystal panels 411, 412, 413 arranged corresponding to each of the primary color light beams, a cross dichroic prism 450 which is a color light combining means configured by crossing wavelength-selective multilayer films in an X-shape, and A projection lens 460, which is a projection optical system for enlarging and projecting the combined luminous flux on the screen 470, is roughly configured.
[0051]
The light source unit 100 is generally composed of a light source lamp 110 and a parabolic reflector 120, and a light beam emitted from the light source lamp 110 is reflected in one direction by the parabolic reflector 120 to become a substantially parallel light beam. Are emitted. Here, instead of the parabolic reflector, an elliptical reflector, a spherical reflector, or the like can be used.
[0052]
On the emission side of the light source unit 100, a surface relief type diffraction grating 480 whose sectional shape is shown in FIG. A regular structure having a substantially sinusoidal cross section is formed on the surface of the diffraction grating. As a result, most of the light incident on the diffraction grating is ± first order light and ± second order light. Is emitted. Accordingly, when the light beam emitted from the light source unit 100 passes through the diffraction grating 480, it is converted into a light beam having almost four specific angle components due to the diffraction effect of light and slightly spreading as a whole. Is done.
[0053]
The light beams emitted from the diffraction grating 480 are separated into three light beams according to the wavelength by the color light separating means, reach the corresponding liquid crystal panels, and illuminate the respective liquid crystal panels. That is, first, the blue light and green light reflecting dichroic mirror 401 transmits red light and reflects blue light and green light. The red light is reflected by the reflection mirror 403 and reaches the red light liquid crystal panel 411. On the other hand, of the blue light and the green light, the green light is reflected by the green light reflecting dichroic mirror 402 and reaches the liquid crystal panel 412 for green light. Further, the blue light transmitted through the green light reflecting dichroic mirror 402 reaches the blue light liquid crystal panel 413 through two reflecting mirrors 435 and 436.
[0054]
Here, the liquid crystal panel for red light 411, the liquid crystal panel for green light 412 and the liquid crystal panel for blue light 413 modulate each color light and include display information corresponding to each color light, and then cross the modulated color light. The light enters the dichroic prism 450, and each modulated light beam is combined into one light beam in the cross dichroic prism 450. As shown in FIG. 10, the cross dichroic prism 450 used here has a red light reflecting dielectric multilayer film and a blue light reflecting dielectric multilayer film arranged in an X shape inside. In addition, due to the structural problem of the cross dichroic prism, it has an optically inhomogeneous region inside.
[0055]
The light beam synthesized by the cross dichroic prism 450 forms an image on the screen 470 through the projection lens 460.
[0056]
In the projection display device 600 configured as described above, each of the liquid crystal panels 411, The light that illuminates 412 and 413 has almost four specific angle components, and as a whole, the light beam is slightly spread. The optical images formed on the respective liquid crystal panels are combined in the cross dichroic prism 450 to form a color optical image (video) on the screen 470. At this time, the light beam passing through the cross dichroic prism 450 is also transmitted. After all, the light beam has almost four specific angle components and has a slightly broader overall. Accordingly, the light flux does not concentrate in the optically inhomogeneous region present in the central portion of the cross dichroic prism 450, so that it passes through the cross dichroic prism and generates an optical image on the screen with little local light loss. Can be formed, and dark shadows (regions with locally reduced brightness) that are visually obtrusive are not generated in the center of the projection screen.
[0057]
In designing the diffraction grating, the output angle of the light beam emitted from the diffraction grating is set appropriately, and all the light beams emitted from the diffraction grating are guided into the entrance pupil of the projection lens. There is almost no decrease in brightness due to the installation of the grid.
[0058]
In this example, since the light incident on the diffraction grating is broadband visible light including the three primary colors, the design wavelength used for manufacturing the diffraction grating is the wavelength of green light. However, the appearance of dark shadows generated on the projection screen due to the structural problem of the cross dichroic prism depends on the wavelength of light passing through the cross dichroic prism. Therefore, the design wavelength used when manufacturing the diffraction grating is not limited to green light, and it is desirable to set the design wavelength to a wavelength of light that makes dark shadows most inconspicuous. Further, the light distribution pattern of the diffracted light generated by the diffraction grating (in this example, ± 1st order light and ± 2nd order light) is not limited to this example, and the above dark shadow is the least noticeable. It is desirable to set so that
[0059]
Therefore, in the projection display device of this example, the effective use of the diffraction grating hardly reduces the brightness of the projected image, and dark shadows generated on the projection screen due to the structural problem of the cross dichroic prism. Occurrence can be effectively prevented, and a high-quality projected image can be realized.
[0060]
(Example 2)
In the first embodiment described above, one diffraction grating is arranged between the light source unit and the color light separation means. Instead, three diffraction gratings are provided for each modulation means. It is good also as a structure arrange | positioned in the position of the side into which the light beam enters.
[0061]
A configuration of a projection display device 700 including three diffraction gratings will be described as a second embodiment. FIG. 2 is a schematic configuration diagram in plan view of an optical system portion of the projection display apparatus 700 according to the second embodiment. In the projection display device 700 and each embodiment described below, the basic configuration is the same as that of the projection display device 600 according to the first embodiment. A description thereof will be omitted.
[0062]
As can be seen from FIG. 2, in the projection display apparatus 700 of this example, each liquid crystal panel 411, 412, and 413 is positioned at a position on the side where the illumination light from the light source unit 100 is incident. Diffraction gratings 491, 492, and 493 are installed, respectively. The diffraction grating used in this example is the same surface relief type diffraction grating as in the first embodiment. Furthermore, each diffraction grating is optimized according to the wavelength of light incident on each diffraction grating. That is, the red light diffraction grating 491 optimized for red light is provided on the light source side of the red light liquid crystal panel 411, and the green light is optimized on the light source part side of the green light liquid crystal panel 412. A green light diffraction grating 492 is disposed on the light source side of the blue light liquid crystal panel 413, and a blue light diffraction grating 493 optimized for blue light is disposed.
[0063]
In the projection display device 700 configured as described above, the illumination light from the light source unit 100 has almost four specific angle components due to the diffraction action of the light by the diffraction grating, and as a whole has a slight spread. It is converted into a luminous flux. Since each of the liquid crystal panels 411, 412, and 413 is illuminated with these lights, the light flux is not concentrated in the optically inhomogeneous region present in the central portion of the cross dichroic prism 450, and local light loss is hardly caused. It can pass through the cross dichroic prism without being generated, and an optical image can be formed on the screen, resulting in a visually obtrusive dark shadow (region where brightness is locally reduced) in the center of the projection screen. There is no.
[0064]
Further, in the projection display apparatus 700 of this example, diffraction gratings having different characteristics are arranged for each liquid crystal panel. Therefore, the distance between the diffraction grating and the projection lens is shortened, the spread angle T of the light beam by the diffraction grating can be set large, and the diffraction grating can be optimized according to the wavelength of the light beam incident on the diffraction grating. Thus, it is possible to effectively prevent dark shadows from occurring in the center of the projection screen.
[0065]
Therefore, in this example as well, the effective use of the diffraction grating effectively reduces the occurrence of dark shadows on the projection screen due to the structural problem of the cross dichroic prism without substantially reducing the brightness of the projected image. And high-quality projected images can be realized.
[0066]
(Example 3)
Next, an embodiment in which a diffraction grating is introduced into a projection display device provided with a polarization illumination system will be described.
[0067]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram in plan view of the optical system portion of the projection display apparatus 800 according to the third embodiment. The basic configuration of the projection display device 800 of this example is the same as that of the projection display device 700 of the second embodiment, but the brightness unevenness is small and illumination light having almost one kind of polarization state is efficiently used. A feature of the present invention is that the uniform polarization illumination optical device 200 that is generated automatically and the relay optical device 430 that efficiently transmits the illumination light are mounted.
[0068]
First, the uniform polarization illumination optical device 200 will be described.
[0069]
As shown in FIG. 4, the optical configuration of the uniformly polarized illumination optical device 200 mainly includes a light source unit 100, a first optical element 210, and a second optical element 220.
[0070]
The light source unit 100 is the same as the light source unit of the first embodiment, and emits a polarized light beam having a random polarization direction (hereinafter, abbreviated as a random polarized light beam) in a state substantially parallel to one direction. Here, the light source unit 100 is arranged so that the light source optical axis R of the light source unit 100 is shifted in parallel to the X direction by a certain distance D with respect to the system optical axis L.
[0071]
As shown in FIG. 5, the first optical element 210 is configured by arranging a plurality of light beam splitting lenses 211 having a rectangular outer shape in an XY plane in a matrix. The light incident on the first optical element 210 is divided into a plurality of intermediate light beams 212 by the light beam splitting lens 211, and at the same time in a plane perpendicular to the system optical axis L (XY in FIG. The same number of condensing images 213 as the number of light beam splitting lenses are formed at positions where the intermediate light beam on the plane) converges. The outer shape of the light beam splitting lens on the XY plane is set to be similar to the shape of the illumination area 290 (in this example, the liquid crystal panels 411, 412, 413). In this example, since a horizontally long liquid crystal panel that is long in the X direction on the XY plane is assumed, the outer shape of the light beam splitting lens 211 on the XY plane is also horizontally long. Further, the arrangement of the light beam splitting lenses 211 constituting the first optical element 210 is not limited to the orthogonal matrix as shown in FIG. 5, but is arranged in the X direction as in, for example, a delta arrangement. The arrangement may be such that the lens columns of the beam splitting lens are in a state of being shifted between the rows in the Y direction. However, in this case, it is necessary to appropriately change the arrangement of the condenser lens 241 and the polarization separation unit 231 described later so that the intermediate light beam from the light beam splitting lens can be received effectively.
[0072]
The second optical element 220 is a complex mainly composed of a condensing lens array 240, a polarization separation unit array 230, a selective phase difference plate 250, and an exit side lens 260, and is collected by the first optical element 210. The optical image 213 is arranged in a plane perpendicular to the system optical axis L (XY plane in FIG. 4) near the position where the optical image 213 is formed. If the parallelism of the light beams incident on the first optical element 210 is extremely good, the condensing lens array 240 may be omitted from the second optical element. The second optical element 220 spatially separates each of the intermediate light beams 212 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 polarization direction of the other polarized light beam, It has a function of guiding each light flux having substantially the same polarization direction to one illumination area 290.
[0073]
The condensing lens array 240 has substantially the same configuration as that of the first optical element 210, that is, a plurality of condensing lenses 241 as many as the light beam splitting lenses 211 constituting the first optical element 210 are arranged in a matrix. They are arranged, and have the function of guiding each intermediate light beam while condensing it at a specific location of the polarization separation unit array 230. Therefore, it is ideal that the light incident on the polarization separation unit array 230 has the principal ray tilt parallel to the system optical axis L in accordance with the characteristics of the intermediate light beam 212 formed by the first optical element 210. It is desirable that the lens characteristics of each condensing lens be optimized in consideration of the point that is appropriate. However, in general, in consideration of cost reduction of the optical system and ease of design, the same optical element 210 as the first optical element 210 is used as the condenser lens array 230, or the light beam splitting lens 211 and Since a condensing lens array configured using condensing lenses having a similar shape on the XY plane may be used, in this example, the first optical element 210 is used as the condensing lens array 240. Used.
[0074]
Next, the polarization separation unit array 230 has a configuration in which a plurality of polarization separation units 231 are arranged in a plane perpendicular to the system optical axis L (XY plane in FIG. 4).
[0075]
The polarization separation unit 231 is a quadrangular prism-like structure having a polarization separation surface 232 and a reflection surface 233 inside, and spatially converts each of the intermediate light beams 212 incident on the polarization separation unit into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. It has the effect | action which isolate | separates into. The outer shape of the polarization separation unit 231 on the XY plane is similar to the outer shape of the light beam splitting lens 211 on the XY plane, that is, a horizontally long rectangular shape. Accordingly, the polarization separation surface 232 and the reflection surface 233 are arranged so as to be aligned in the horizontal direction (X direction). Here, the polarization separation surface 232 is inclined at about 45 degrees with respect to the system optical axis L, the reflection surface 233 is parallel to the polarization separation surface, and the polarization separation surface 232 is on the XY plane. The polarization separation surface 232 and the reflection surface 233 are set so that the cross-sectional area to be projected and the cross-sectional area projected by the reflection surface 233 on the XY plane are equal. Therefore, in this example, the lateral width on the XY plane of the region where the polarization separation surface 232 exists is equal to the lateral width on the XY plane of the region where the reflection surface 233 exists, and each of them is of the polarization separation unit 231. The width is set to be half of the horizontal width on the XY plane. In general, the polarization separation surface 232 can be formed of a dielectric multilayer film, and the reflection surface 233 can be formed of an aluminum film.
[0076]
The light incident on the polarization separation unit 231 travels in the direction of the P-polarized light beam that passes through the polarization separation surface 232 without changing the traveling direction on the polarization separation surface 232 and the direction of the adjacent reflection surface 233 that is reflected by the polarization separation surface 232. It is separated into S-polarized light fluxes that change direction. The P-polarized light beam is emitted as it is from the polarization separation unit, and the S-polarized light beam changes its traveling direction again at the reflecting surface 233, becomes substantially parallel to the P-polarized light beam, and is emitted from the polarization separation unit. Therefore, the random polarized light beam incident on the polarization separation unit 231 is separated into two types of polarized light beams of P-polarized light beam and S-polarized light beam having different polarization directions by the polarization separation unit, and in almost the same direction from different places of the polarization separation unit. It is emitted toward. Since the polarization separation unit has the above-described operation, it is necessary to guide each intermediate light beam 212 to a region where the polarization separation surface 232 of each polarization separation unit 231 exists. Therefore, the polarization separation unit in the polarization separation unit It is necessary to adjust the positional relationship between the respective polarization separation units 231 and the respective condensing lenses 241 and the lens characteristics of the respective condensing lenses 241 so that the intermediate light beam enters the central portion of the surface. In the case of this example, since the central axis of each condenser lens is arranged at the center of the polarization separation surface 232 in each polarization separation unit 231, the condenser lens array 240 includes the polarization separation unit. The polarization separation unit array 230 is displaced in the X direction by a distance corresponding to ¼ of the lateral width (that is, equal to the distance D).
[0077]
A selective phase difference plate 250 in which λ / 2 phase difference plates 251 are regularly arranged is installed on the exit surface side of the polarization separation unit array 230. That is, in the polarization separation unit 231 constituting the polarization separation unit array 230, the λ / 2 phase difference plate 251 is disposed only in the portion where the P-polarized light beam is emitted, and λ / 2 is disposed in the portion where the S-polarized light beam is emitted. The phase difference plate 251 is not installed. By such a position-selective arrangement of the λ / 2 phase difference plate 251, the P-polarized light beam emitted from the polarization separation unit 231 is subjected to a rotation action in the polarization direction when passing through the λ / 2 phase difference plate 251. It is converted into an S-polarized light beam. On the other hand, since the S-polarized light beam emitted from the polarization separation unit 231 does not pass through the λ / 2 phase difference plate 251, the polarization direction does not change and passes through the selective phase difference plate 250 as the S-polarized light beam. In summary, the intermediate light beam having a random polarization direction is converted into one type of polarized light beam (in this case, an S-polarized light beam) by the polarization separation unit array 230 and the selective phase difference plate 250. In the case of this example, an intermediate light beam with a random polarization direction is set to be aligned with an S-polarized light beam, but of course, it may be set to be aligned with a P-polarized light beam.
[0078]
An exit side lens 260 is disposed on the exit surface side of the selective phase difference plate 250, and the light beam aligned with the S-polarized light flux by the selective phase difference plate 250 is illuminated by an illumination side 290 (this example). In this case, the liquid crystal panels 411, 412, and 413 are led to a place where the liquid crystal panels 411, 412, and 413 are arranged, and are superimposed and coupled on the illumination area. Here, the exit side lens 260 does not have to be a single lens body, and may be an aggregate of a plurality of lenses like the first optical element 210.
[0079]
Therefore, when the functions of the second optical element 220 are summarized, the intermediate light beam 212 (that is, the image surface cut out by the light beam dividing lens 211) divided by the first optical element 210 is caused by the second optical element 220. The illumination areas 290 (in this example, liquid crystal panels 411, 412, and 413) are superimposed and coupled. At the same time, the intermediate light beam, which is a randomly polarized light beam, is spatially separated into two types of polarized light beams having different polarization directions by the polarization separation unit array 230 on the way, and one type of light passes through the selective phase difference plate 250. Almost all of the light reaches the illumination region 290 (in this example, the liquid crystal panels 411, 412, and 413). For this reason, the liquid crystal panels 411, 412, and 413 which are the illumination areas 290 are almost uniformly illuminated with almost one type of polarized light flux.
[0080]
Next, the relay optical device 430 that efficiently transmits the illumination light will be described with reference to FIG. 3 again. As described above, in the uniform polarization illumination optical device 200 incorporated in the projection display device 800 of this example, the region where uniform illumination light can be obtained is limited to a region separated from the light source unit 100 by a specific distance. Is done. Therefore, in the projection display device provided with the uniform polarization illumination optical device, the optical distance between the light source unit 100 and the liquid crystal panels 411, 412, and 413 is required to be equal. However, paying attention to the respective optical paths between the light source unit 100 and the respective liquid crystal panels 411, 412, and 413 in the projection display device 800, only the blue light has the other two color lights (red light and green light). The distance is longer than. Therefore, it is necessary to arrange light guide means for correcting the optical distance in the optical path of the blue light so that the optical distances of the three color lights (the distances between the light source unit 100 and the respective liquid crystal panels) are equal. is there.
[0081]
For the above reason, the relay optical device 430 mainly composed of the incident lens 431, the relay lens 432, and the emission lens 433 is disposed in the optical path of blue light as a light guide means. Accordingly, after the blue light passes through the green light reflecting dichroic mirror 402, it first passes through the incident lens 431 and the reflecting mirror 435, is guided to the relay lens 432, and is focused on the relay lens, and then is reflected by the reflecting mirror 436. Then, the light reaches the blue light liquid crystal panel 413.
[0082]
Next, for each of the liquid crystal panels 411, 412, and 413, the three diffraction gratings 491, 492, and 493 installed at the positions on the light incident side of the liquid crystal panel will be described. These diffraction gratings are the same surface relief type diffraction gratings as those of the second embodiment, and each diffraction grating is optimized according to the wavelength of incident light.
[0083]
In the projection display device 800 configured as described above, the uniform polarization illumination optical device 200 is used in place of the conventional general light source unit (for example, the light source unit 100 of the second embodiment), and thus the conventional projection. Compared to the type display device (for example, the projection type display device 900 described as the prior art), the light intensity of the illumination light that illuminates the liquid crystal panels 411, 412, and 413 is less uneven, and as the illumination light of the liquid crystal panel Since only light having substantially one kind of suitable polarization state can be used as illumination light, there is a feature that light projection in a polarizing plate (not shown) of the liquid crystal panel is small and a bright projection screen can be realized.
[0084]
However, on the other hand, since the uniform polarization illumination apparatus 200 includes a plurality of light beam splitting lenses 211, dark shadows are also generated at a plurality of locations according to the number of the light beam splitting lenses 211 arranged in the horizontal direction. As a result, the presence of this dark shadow is visually annoying, and the quality of the projected image is greatly reduced.
[0085]
Therefore, the above-described disadvantages are eliminated by arranging the three diffraction gratings 491, 492, 493 for each of the liquid crystal panels 411, 412, 413 at positions on the liquid crystal panel incident side. That is, the illumination light from the uniform polarization illumination device 200 is converted into a light beam having a specific angle component and slightly spreading as a whole by the diffraction action of light by the diffraction gratings 491, 492, and 493. Since each of the liquid crystal panels 411, 412, and 413 is illuminated with the light of, the light flux does not concentrate in the optically inhomogeneous region present in the central portion of the cross dichroic prism 450. Causes little local light loss when passing through. As a result, dark shadows (regions with locally reduced brightness) that are visually obtrusive due to structural problems of the cross dichroic prism rarely occur in the center of the projection screen.
[0086]
Also in the projection display device 800 of this example, since the diffraction gratings having different characteristics are arranged for each liquid crystal panel, the distance between the diffraction grating and the projection lens is shortened, and the light flux by the diffraction grating is reduced. Since the divergence angle T can be set large and the diffraction grating can be optimized according to the wavelength of the light beam incident on the diffraction grating, it is possible to effectively prevent the occurrence of dark shadows that occur in the center of the projection screen. .
[0087]
Further, in the projection display device having the uniform polarization illumination device 200 as in this example, a lamp having an extremely short arc length is often used as the light source lamp 110 in order to improve the illumination efficiency in the uniform polarization illumination device. Even in such a case, the use of a diffraction grating effectively prevents the occurrence of dark shadows caused by structural problems of the cross dichroic prism, and produces high-definition images without visual disturbances. This has the effect of allowing projection display.
[0088]
As described above, the effective use of the diffraction grating effectively prevents the occurrence of dark shadows on the projection screen due to the structural problem of the cross dichroic prism, with almost no reduction in the brightness of the projected image. Can be realized.
[0089]
In this example, three diffraction gratings having different characteristics are used. However, like the projection display apparatus 600 of the first embodiment, one diffraction grating is used as the uniform polarization illumination device 200 and the color light separating means. It is good also as a structure arrange | positioned between (dichroic mirror 401).
[0090]
Example 4
An embodiment in which a diffraction grating is introduced into a projection display device using a reflective liquid crystal panel as modulation means will be described. The diffraction grating 480 used in this example is the same as that used in the first embodiment.
[0091]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the optical system portion of the projection display device 850 according to the fourth embodiment when viewed in plan. The projection display device 850 of this example mainly includes a light source unit 100, a diffraction grating 480, a polarization beam splitter 440 that selectively separates polarized light beams, a cross dichroic prism 450 that combines color light separation means and color light synthesis means, and modulation. It is mainly composed of three reflective liquid crystal panels 414, 415, and 416 as means and a projection lens 460 as a projection optical system.
[0092]
The random polarized light beam emitted from the light source unit 100 enters the polarization beam splitter 440 through the diffraction grating 480, and only the S-polarized light beam is selectively separated by the polarization beam splitter 440. That is, among the random polarized light beams incident on the polarization beam splitter 440, only the S-polarized light beam is reflected by the polarization separation surface 441 and enters the adjacent cross dichroic prism 450. On the other hand, the P-polarized light beam passes through the polarization separation surface 441 as it is and is emitted from the polarization beam splitter 440 (this P-polarized light beam does not become illumination light for illuminating the liquid crystal panel).
[0093]
The S-polarized light beam incident on the cross dichroic prism 450 is separated into three light beams of red light, green light, and blue light according to the wavelength by the cross dichroic prism 450, and the corresponding reflective red light liquid crystal panel 414. Then, the light reaches the reflective liquid crystal panel for green light 415 and the reflective liquid crystal panel for blue light 416 to illuminate the respective liquid crystal panels. That is, the cross dichroic prism 450 functions as color light separating means for illumination light that illuminates the liquid crystal panel.
[0094]
Here, since the liquid crystal panels 414, 415, and 416 used in this example are of the reflection type, each liquid crystal panel modulates each color light and includes display information from the outside corresponding to each color light. At the same time, the traveling direction of the light beam is substantially reversed while changing the polarization direction of the light beam emitted from each liquid crystal panel. Accordingly, the reflected light from each liquid crystal panel is emitted in a partially P-polarized state according to display information. The modulated light beams emitted from the respective liquid crystal panels 414, 415, and 416 enter the cross dichroic prism 450 again, are combined into one optical image, and enter the adjacent polarizing beam splitter 440. That is, the cross dichroic prism 450 acts as color light combining means for the modulated light beam emitted from the liquid crystal panel.
[0095]
Of the light beams incident on the polarization beam splitter 440, the light beams modulated by the liquid crystal panels 414, 415, and 416 are P-polarized light beams, and thus pass through the polarization separation surface 441 of the polarization beam splitter 440 as they are, and the projection lens 460. Then, an image is formed on the screen 470.
[0096]
In the projection display device 850 configured as described above, the respective reflective liquid crystal panels 414, 415, and 416 are illuminated by the action of the diffraction grating 480 installed between the light source unit 100 and the polarization beam splitter 440. The light has almost four specific angle components, and as a whole, the light beam is slightly spread. The optical images formed on the respective liquid crystal panels are combined again in the cross dichroic prism 450 to form a color optical image (video) on the screen 470. At this time, the light flux passing through the cross dichroic prism 450 However, the light beam has almost four specific angle components and slightly spreads as a whole. Accordingly, even when the illumination light that illuminates the liquid crystal panel passes through the cross dichroic prism 450, or when the modulated light beam modulated by the liquid crystal panel passes through the cross dichroic prism 450, in any case, Since the light flux does not concentrate in the optically inhomogeneous region in the center of the cross dichroic prism 450, it passes through the cross dichroic prism and forms an optical image on the screen with little local light loss. can do. Therefore, there is no dark shadow (region where brightness is locally reduced) that is visually obtrusive at the center of the projection screen.
[0097]
In designing the diffraction grating, the spread angle T of the light beam by the diffraction grating is set so that all of the light beam slightly spread by the diffraction grating enters the entrance pupil of the projection lens. There is almost no decrease in brightness due to installation.
[0098]
Therefore, the projection display device having the reflective liquid crystal panel as in this example is also effective in using the diffraction grating as in the case of the projection display device having the transmissive liquid crystal panel. Therefore, it is possible to effectively prevent the occurrence of dark shadows generated on the projection screen due to the structural problem of the cross dichroic prism without substantially reducing the brightness of the projection image, thereby realizing a high-quality projection image.
[0099]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even in a projection display device using a cross dichroic prism as color light combining means, or when a lamp having a very short arc length is used as a light source, the diffraction grating is modulated with the light source. By disposing on the optical path between the means, it is possible to prevent the occurrence of dark shadows due to structural problems of the cross dichroic prism, and to project and display a high-quality image without visual disturbance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a projection display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a projection display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a projection display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the configuration and function of a uniform polarization illumination optical system used in a projection display apparatus according to Example 3 of the invention.
FIG. 5 is an external view showing a first optical element used in a projection display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a projection display apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a diffraction state of light passing through a diffraction grating.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a surface relief type diffraction grating.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a distributed refractive index type diffraction grating.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a general structure of a cross dichroic prism.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a conventional representative three-plate projection display device.
[Explanation of symbols]
10 ... Diffraction grating
11 ... Surface relief type diffraction grating
12 ... Uneven shape
13: Distributed refractive index type diffraction grating
14: Refractive index distribution
20: Light incident on the diffraction grating
21 ... 0th order light
22 ... + 1st order light
23 ...- 1st order light
24 ... + secondary light
25 ... -Secondary light
100: Light source section
110: Light source lamp
120 ... Parabolic reflector
200: Uniformly polarized illumination device
210... First optical element
211 ... Flux splitting lens
212 ... Intermediate luminous flux
213 ... Condensed image
220 ... Second optical element
230... Polarization separation unit array
231 ... Polarization separation unit
232: Polarized light separation surface
233 ... Reflecting surface
240 ... Condensing lens array
241 ... Condensing lens
250 ... Selected phase difference plate
251 ... λ / 2 phase difference plate
260... Exit side lens
290 ... Illumination area
401... Blue light green light reflecting dichroic mirror
402... Green light reflecting dichroic mirror
411 ... Liquid crystal panel for red light (light transmission type)
412 ... Green light liquid crystal panel (light transmission type)
413 ... Blue light liquid crystal panel (light transmission type)
414 ... Liquid crystal panel for red light (light reflection type)
415 ... Green light liquid crystal panel (light reflection type)
416 ... Liquid crystal panel for blue light (light reflection type)
430 ... Relay optical device
431 ... Incident lens
432 ... Relay lens
433 ... Outgoing lens
435, 436 ... Reflection mirror
440 ... Polarizing beam splitter
441: Polarized light separation surface
450 ... Cross dichroic prism
451 ... Prism
452 ... Dichroic membrane
453 ... Optical adhesive
454: The part where the dichroic film intersects in an X-shape
455 ... Square surface
456: Optically inhomogeneous region
460 ... Projection lens
470 ... screen
480 ... Diffraction grating
491 ... Red light diffraction grating
492 ... Green light diffraction grating
493 ... Diffraction grating for blue light
600, 700, 800, 850, 900... Projection display device

Claims (11)

光源と、前記光源からの光束を3色の光束に分離する色光分離手段と、前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束を変調する3つの変調手段と、前記光源と前記変調手段との間の光路上に配置された回折格子と、前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を1つに合成する多層膜をX字状に交差させた色光合成手段と、前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写光学系と、を有する投写型表示装置であって、
前記回折格子は、前記色光合成手段における多層膜が交差する領域が存在する方向に対して直交する方向に高次光を発生させる1次元型の回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。
A light source, color light separating means for separating a light beam from the light source into three color light beams, three modulating means for modulating each of the light beams separated by the color light separating means, and the light source and the modulating means. A diffractive grating disposed on the optical path in between, a multi-layer film that synthesizes a plurality of light beams modulated by the respective modulation means into one in an X shape, and a color light synthesis means A projection display system having a projection optical system for projecting the combined luminous flux,
The projection display device according to claim 1, wherein the diffraction grating is a one-dimensional diffraction grating that generates high-order light in a direction orthogonal to a direction in which a region where the multilayer films intersect in the color light combining unit exists.
請求項1において、前記3つの変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射する側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴とする投写型表示装置。  2. The projection display device according to claim 1, wherein a diffraction grating is disposed at each of the three modulation means at a position on the light incident side of the modulation means. 請求項1において、回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。  2. The projection display device according to claim 1, wherein the diffraction grating is a surface relief type diffraction grating. 請求項1において、回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。  2. The projection display device according to claim 1, wherein the diffraction grating is a distributed refractive index type diffraction grating. 光源と、前記光源から出射される光束を集光し、互いに空間的に分離された複数の中間光束に変換する第1の光学要素と、前記中間光束が収束する位置の付近に配置された第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色の光束に分離する色光分離手段と、前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束を変調する3つの変調手段と、前記光源と前記変調手段の間の光路上に配置された回折格子と、前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を合成する多層膜をX字状に交差させた色光合成手段と、前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写手段と、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、前記中間光束のそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離する偏光光束分離手段と、前記P偏光光束、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と揃える偏光方向変換手段とを有する偏光発生装置と、前記偏光発生装置の出射面の側に配置され、それぞれの中間光束を重畳結合させる重畳結合手段とを有し、
前記回折格子は、前記色光合成手段における多層膜が交差する領域が存在する方向に対して直交する方向に高次光を発生させる1次元型の回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。
A light source, a first optical element that collects a light beam emitted from the light source and converts the light beam into a plurality of spatially separated intermediate light beams, and a first optical element disposed near a position where the intermediate light beam converges Two optical elements, color light separating means for separating the light beam emitted from the second optical element into three color light beams, and three modulating means for modulating each of the light beams separated by the color light separating means, A color light combining means in which a diffraction grating disposed on an optical path between the light source and the modulation means, and a multilayer film for combining a plurality of light beams modulated by the respective modulation means are crossed in an X shape, Projection means for projecting a light beam synthesized by the color light synthesizing means, wherein the second optical element is configured to space each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. Separated polarized light A polarization generator comprising: a separating unit; and a polarization direction converting unit configured to align a polarization direction of any one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam with a polarization direction of the other polarized light beam, and an output surface of the polarization generator And superimposing and coupling means for superimposing and coupling the intermediate light beams,
The projection display device according to claim 1, wherein the diffraction grating is a one-dimensional diffraction grating that generates high-order light in a direction orthogonal to a direction in which a region where the multilayer films intersect in the color light combining unit exists.
請求項5において、3つの前記変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射する側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴とする投写型表示装置。  6. The projection display device according to claim 5, wherein a diffraction grating is disposed at each of the three modulation means at a position on the light incident side of the modulation means. 請求項5において、回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。  6. The projection display device according to claim 5, wherein the diffraction grating is a surface relief type diffraction grating. 請求項5において、回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。  6. The projection display device according to claim 5, wherein the diffraction grating is a distributed refractive index type diffraction grating. 光源と、前記光源から出射された光束を3色の光束に分離する色光分離手段と、前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束を変調する3つの変調手段と、前記光源と前記変調手段の間の光路上に配置された回折格子と、前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を合成する色光合成手段と、前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写手段と、を有する投写型表示装置であって、前記色光分離手段及び前記色光合成手段は多層膜をX字状に交差させたダイクロイックプリズムを共通に用いるものであり、前記変調手段は反射型液晶装置からなり、
前記回折格子は、前記色光合成手段における多層膜が交差する領域が存在する方向に対して直交する方向に高次光を発生させる1次元型の回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。
A light source, color light separating means for separating a light beam emitted from the light source into light beams of three colors, three modulating means for modulating each of the light beams separated by the color light separating means, the light source and the modulating means A diffraction grating arranged on the optical path between the color light combining unit, a color light combining unit that combines a plurality of light beams modulated by the respective modulation units, and a projection unit that projects the light beam combined by the color light combining unit. The color light separating means and the color light synthesizing means commonly use a dichroic prism having a multilayer film intersecting in an X shape, and the modulating means is composed of a reflective liquid crystal device.
The projection display device according to claim 1, wherein the diffraction grating is a one-dimensional diffraction grating that generates high-order light in a direction orthogonal to a direction in which a region where the multilayer films intersect in the color light combining unit exists.
請求項9において、回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。  10. The projection display device according to claim 9, wherein the diffraction grating is a surface relief type diffraction grating. 請求項9において、回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とする投写型表示装置。  10. The projection display device according to claim 9, wherein the diffraction grating is a distributed refractive index type diffraction grating.
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